特開 2024-176294 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】P2024176294

(43)【公開日】2024-12-19

(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 20060101AFI20241212BHJP

   H03H 9/25 20060101ALI20241212BHJP

   H03H 9/54 20060101ALI20241212BHJP

   H03H 9/70 20060101ALI20241212BHJP

【ＦＩ】

H03H9/17 F

H03H9/25 C

H03H9/54 Z

H03H9/70

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023094749

(22)【出願日】2023-06-08

(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】田中 邦明

(72)【発明者】

【氏名】中村 勇作

(72)【発明者】

【氏名】谷口 眞司

【テーマコード（参考）】

5J097

5J108

【Ｆターム（参考）】

5J097AA24

5J097BB15

5J097CC05

5J097EE08

5J097EE09

5J097KK01

5J097KK09

5J108AA07

5J108BB07

5J108BB08

5J108CC04

5J108DD01

5J108DD02

5J108DD06

5J108EE03

5J108EE05

5J108EE13

(57)【要約】

【課題】膜剥がれを抑制すること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上に設けられた下部電極１２および上部電極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において基板１０と下部電極１２との間に設けられ、高音響インピーダンス膜３２と基板１０の厚さ方向において中央領域３４ａを挟む１対の端部領域３４ｂを有する低音響インピーダンス膜３４とが交互に積層され、端部領域３４ｂは中央領域３４ａよりフッ素およびホウ素の添加量が少ない酸化シリコン膜であり、中央領域３４ａはフッ素とホウ素が添加された酸化シリコン膜である音響反射膜３０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た１対の電極と、
前記圧電層を挟んで前記１対の電極が重なる共振領域において前記基板と前記１対の電極との間に設けられ、高音響インピーダンス膜と前記高音響インピーダンス膜より音響インピーダンスが低くかつ前記基板の厚さ方向において中央領域を挟む１対の端部領域を有する低音響インピーダンス膜とが交互に積層され、前記１対の端部領域は前記中央領域よりフッ素、ホウ素、塩素、テルル、ゲルマニウム、アンチモン、リン、亜鉛、砒素、タングステン、鉛、プラセオジム、イッテルビウム、ランタン、カルシウム、錫、ジスプロシウム、サマリウム、銅、ユウロピウム、ストロンチウム、バリウム、ナトリウム、ビスマス、インジウム、銀、カリウム、およびルビジウムのうちの少なくとも１種の元素の添加量が少ない酸化シリコン膜、または、窒化シリコン膜であり、前記中央領域は前記少なくとも１種の元素が添加された酸化シリコン膜である音響反射膜と、を備える弾性波デバイス。

【請求項2】

前記中央領域は、フッ素および塩素の少なくとも一方の元素と、ホウ素、テルル、ゲルマニウム、アンチモン、リン、亜鉛、砒素、タングステン、鉛、プラセオジム、イッテルビウム、ランタン、カルシウム、錫、ジスプロシウム、サマリウム、銅、ユウロピウム、ストロンチウム、バリウム、ナトリウム、ビスマス、インジウム、銀、カリウム、およびルビジウムのうちの１種以上の元素と、が添加された酸化シリコン膜である、請求項１に記載の弾性波デバイス。

【請求項3】

前記中央領域は、フッ素とホウ素が添加された酸化シリコン膜である、請求項２に記載の弾性波デバイス。

【請求項4】

前記１対の端部領域は、他の元素が意図的には添加されていない酸化シリコン膜、または、窒化シリコン膜である、請求項３に記載の弾性波デバイス。

【請求項5】

前記中央領域における前記少なくとも１種の元素の添加濃度は、シリコン、酸素、および前記少なくとも１種の元素の合計を１００原子％とした場合に１０原子％以下である、請求項３または４に記載の弾性波デバイス。

【請求項6】

前記１対の端部領域それぞれの厚さは、前記中央領域の厚さより小さい、請求項５に記載の弾性波デバイス。

【請求項7】

前記１対の端部領域の合計の厚さは、前記共振領域における前記圧電層の厚さの０．１６倍以下である、請求項６に記載の弾性波デバイス。

【請求項8】

前記１対の端部領域の合計の厚さは、前記中央領域と前記１対の端部領域の合計の厚さを１００％とした場合に３４％以下である、請求項６に記載の弾性波デバイス。

【請求項9】

前記１対の端部領域のうち一方の端部領域と他方の端部領域の平均厚さに対する前記一方の端部領域と前記他方の端部領域の厚さの差の割合は±１０％以下である、請求項８に記載の弾性波デバイス。

【請求項10】

前記高音響インピーダンス膜は金属膜である、請求項９に記載の弾性波デバイス。

【請求項11】

請求項１または２に記載の弾性波デバイスを含むフィルタ。

【請求項12】

請求項１１に記載のフィルタを含むマルチプレクサ。

【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領域が共振領域である。共振領域における基板と下部電極の間に音響インピーダンスの高い膜と低い膜とが交互に積層された音響反射膜を備える構成が知られている。低音響インピーダンス膜に酸化シリコン膜もしくはフッ素、炭素、またはホウ素が添加された酸化シリコン膜を用いることが知られている（例えば特許文献１）。

【0003】

また、Ｓｉ－Ｏ結合におけるＯと置換するフッ素等が添加された酸化シリコン膜を温度補償層に用いることで、周波数温度係数等の温度依存性を小さくした弾性波デバイスが知られている（例えば特許文献２）。周波数温度係数等の温度依存性を小さくしつつ電気的な特性の劣化を抑制するために、Ｓｉ－Ｏ結合の伸縮振動のピーク波数およびフッ素濃度を所定範囲内にすることが知られている（例えば特許文献３）。また、フッ素が添加された酸化シリコン膜は吸湿しやすいことが知られている（例えば非特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０２０／２０９１５２号

【特許文献2】国際公開第２０１２／０２９３５４号

【特許文献3】特開２０２０－１２９７２４号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】H.Miyajima、外２３名、「Challenge of low-k materials for 130, 90, 65 nm node interconnect technology and beyond」、ＩＥＤＭ、２００４年、ｐｐ３２９－３３２

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

音響反射膜を備える弾性波デバイスにおいて、電気的な特性の劣化を抑制するために、低音響インピーダンス膜に他の元素が添加された酸化シリコン膜を用いることがある。しかしながら、この場合、低音響インピーダンス膜に膜剥がれが生じることがある。

【0007】

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、膜剥がれ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】

【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た１対の電極と、前記圧電層を挟んで前記１対の電極が重なる共振領域において前記基板と前記１対の電極との間に設けられ、高音響インピーダンス膜と前記高音響インピーダンス膜より音響インピーダンスが低くかつ前記基板の厚さ方向において中央領域を挟む１対の端部領域を有する低音響インピーダンス膜とが交互に積層され、前記１対の端部領域は前記中央領域よりフッ素、ホウ素、塩素、テルル、ゲルマニウム、アンチモン、リン、亜鉛、砒素、タングステン、鉛、プラセオジム、イッテルビウム、ランタン、カルシウム、錫、ジスプロシウム、サマリウム、銅、ユウロピウム、ストロンチウム、バリウム、ナトリウム、ビスマス、インジウム、銀、カリウム、およびルビジウムのうちの少なくとも１種の元素の添加量が少ない酸化シリコン膜、または、窒化シリコン膜であり、前記中央領域は前記少なくとも１種の元素が添加された酸化シリコン膜である音響反射膜と、を備える弾性波デバイスである。

【0009】

上記構成において、前記中央領域は、フッ素および塩素の少なくとも一方の元素と、ホウ素、テルル、ゲルマニウム、アンチモン、リン、亜鉛、砒素、タングステン、鉛、プラセオジム、イッテルビウム、ランタン、カルシウム、錫、ジスプロシウム、サマリウム、銅、ユウロピウム、ストロンチウム、バリウム、ナトリウム、ビスマス、インジウム、銀、カリウム、およびルビジウムのうちの１種以上の元素と、が添加された酸化シリコン膜である構成とすることができる。

【0010】

上記構成において、前記中央領域は、フッ素とホウ素が添加された酸化シリコン膜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１対の端部領域は、他の元素が意図的には添加されていない酸化シリコン膜、または、窒化シリコン膜である構成とすることができる。

【0012】

上記構成において、前記中央領域における前記少なくとも１種の元素の添加濃度は、シリコン、酸素、および前記少なくとも１種の元素の合計を１００原子％とした場合に１０原子％以下である構成とすることができる。

【0013】

上記構成において、前記１対の端部領域それぞれの厚さは、前記中央領域の厚さより小さい構成とすることができる。

【0014】

上記構成において、前記１対の端部領域の合計の厚さは、前記共振領域における前記圧電層の厚さの０．１６倍以下である構成とすることができる。

【0015】

上記構成において、前記１対の端部領域の合計の厚さは、前記中央領域と前記１対の端部領域の合計の厚さを１００％とした場合に３４％以下である構成とすることができる。

【0016】

上記構成において、前記１対の端部領域のうち一方の端部領域と他方の端部領域の平均厚さに対する前記一方の端部領域と前記他方の端部領域の厚さの差の割合は±１０％以下である構成とすることができる。

【0017】

上記構成において、前記高音響インピーダンス膜は金属膜である構成とすることができる。

【0018】

本発明は、上記に記載の弾性波デバイスを含むフィルタである。

【0019】

本発明は、上記に記載のフィルタを含むマルチプレクサである。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、膜剥がれを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【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）から図２（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】図３（ａ）は、比較例に係る弾性波デバイスの平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図4】図４は、シミュレーションに用いたモデルＡの断面図である。

【図5】図５は、モデルＡにおける低音響インピーダンス膜の厚さに対するΔＹのシミュレーション結果である。

【図6】図６は、シミュレーションに用いたモデルＢの断面図である。

【図7】図７は、モデルＢにおける低音響インピーダンス膜の端部領域の厚さに対するΔＹ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、図７における横軸を異ならせて図示したΔＹのシミュレーション結果である。

【図9】図９（ａ）は、モデルＢにおける低音響インピーダンス膜の端部領域の厚さに対する共振周波数でのアドミッタンス｜Ｙ｜のシミュレーション結果、図９（ｂ）は、端部領域の厚さに対する反共振周波数でのアドミッタンス｜Ｙ｜のシミュレーション結果である。

【図10】図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、モデルＢにおける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11】図１１は、添加元素の濃度に対する弾性率の測定結果である。

【図12】図１２は、サンプルＡ、ＢのＦＴＩＲスペクトルを示す図である。

【図13】図１３は、サンプルＡ、ＣのＦＴＩＲスペクトルを示す図である。

【図14】図１４は、サンプルＡ、Ｄ～ＦのＦＴＩＲスペクトルを示す図である。

【図15】図１５は、サンプルＡ～ＣのＦＴＩＲスペクトルから算出したＳｉ－Ｏ結合の伸縮振動ω４のピークにおける積分強度を示す図である。

【図16】図１６は、添加元素の濃度に対するＳｉ－Ｏ結合の伸縮振動ω４のピークにおける積分強度を示す図である。

【図17】図１７は、実施例２に係るフィルタの回路図である。

【図18】図１８は、実施例３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】

【0022】

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0023】

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１（ａ）では主に基板１０、下部電極１２、および上部電極１６を図示している。基板１０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方向とし、基板１０の厚さ方向をＺ方向とする。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。

【0024】

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、基板１０上に音響反射膜３０が設けられている。基板１０は例えばシリコン基板である。基板１０の厚さは例えば１００μｍ～１０００μｍである。音響反射膜３０上に下部電極１２が設けられている。下部電極１２は例えば下層１２ａと上層１２ｂを含む。下層１２ａは例えばクロム（Ｃｒ）膜であり、上層１２ｂは例えばルテニウム（Ｒｕ）膜である。下部電極１２の厚さは例えば３０ｎｍ～４００ｎｍである。

【0025】

音響反射膜３０および下部電極１２上に圧電層１４が設けられている。圧電層１４は、例えば（００２）方向を主軸とする窒化アルミニウムを主成分とする窒化アルミニウム膜である。圧電層１４の厚さは例えば８００ｎｍ～１５００ｎｍである。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。窒化アルミニウム等のように、２つの元素を主成分とする場合では、アルミニウムの濃度と窒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、アルミニウムの濃度および窒素の濃度は各々例えば１０原子％以上である。

【0026】

圧電層１４上に上部電極１６が設けられている。上部電極１６は、圧電層１４を挟んで下部電極１２と対向する領域を有するように圧電層１４上に設けられている。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（１対の電極）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は、例えば平面視において楕円形状を有し、例えば厚み縦振動モードの弾性波が共振する領域である。上部電極１６は、例えば下層１６ａと上層１６ｂを含む。下層１６ａは例えばルテニウム膜であり、上層１６ｂは例えばクロム膜である。上部電極１６の厚さは例えば３０ｎｍ～４００ｎｍである。

【0027】

圧電層１４および上部電極１６上に付加膜２４が設けられている。付加膜２４は、共振領域５０の少なくとも一部を覆って設けられている。付加膜２４は、例えば酸化シリコン膜であり、周波数を調整する役割を担っていてもよい。付加膜２４は保護膜として機能してもよい。共振領域５０における圧電層１４の厚さをＴ１とする。共振領域５０で共振される例えば厚み縦振動モードの弾性波の波長λは、付加膜２４により微調整されるが、概ね圧電層１４の厚さＴ１の２倍である。

【0028】

音響反射膜３０は、１または複数の高音響インピーダンス膜３２と、高音響インピーダンス膜３２より音響インピーダンスが低い１または複数の低音響インピーダンス膜３４と、がＺ方向に交互に積層されている。高音響インピーダンス膜３２と低音響インピーダンス膜３４の膜厚は例えばそれぞれλ／４程度である。これにより、音響反射膜３０は弾性波を反射する。高音響インピーダンス膜３２と低音響インピーダンス膜３４の積層数は任意に設定できる。

【0029】

音響反射膜３０は、平面視において共振領域５０と重なり共振領域５０より大きい。音響反射膜３０を平面視において共振領域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で反射させて、特性の劣化を抑制するためである。なお、共振領域５０は、平面視において、楕円形状の場合に限られず、四角形または五角形以上の多角形状の場合でもよい。

【0030】

高音響インピーダンス膜３２は、例えばタングステン膜である。なお、高音響インピーダンス膜３２は、金属膜に限られず、例えば窒化アルミニウム膜等の絶縁膜の場合でもよい。低音響インピーダンス膜３４は、Ｚ方向において、中央に位置する中央領域３４ａと、中央領域３４ａを挟んで位置する１対の端部領域３４ｂと、を有する。高音響インピーダンス膜３２と低音響インピーダンス膜３４がＺ方向に交互に積層されているため、低音響インピーダンス膜３４の端部領域３４ｂが高音響インピーダンス膜３２に接触している。また、低音響インピーダンス膜３４の端部領域３４ｂは、基板１０、並びに、下部電極１２および圧電層１４にも接触している。高音響インピーダンス膜３２の側方には埋込膜３６が設けられている。埋込膜３６は例えば他の元素が意図的には添加されていない酸化シリコン膜である。なお、埋込膜３６は、他の元素が意図的に添加された酸化シリコン膜または窒化シリコン膜等の絶縁膜であってもよい。

【0031】

中央領域３４ａは、例えば、フッ素（Ｆ）、または、フッ素とホウ素（Ｂ）が意図的に添加された酸化シリコン膜である。端部領域３４ｂは、フッ素およびホウ素の添加量が中央領域３４ａより少なくかつフッ素とホウ素を除いてシリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）以外の他の元素が意図的には添加されていない酸化シリコン膜である。端部領域３４ｂは、シリコンと酸素以外の他の元素が意図的には添加されていない酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜であってもよい。他の元素が意図的には添加されていない酸化シリコン膜とは、他の元素の濃度が１．０原子％未満の場合であり、シリコンの濃度と酸素の濃度の合計が９９．０原子％以上の場合である。反対に、他の元素が意図的に添加されている酸化シリコン膜とは、他の元素の濃度が１．０原子％以上の場合である。実施例１では、端部領域３４ｂは、他の元素が意図的には添加されていない酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜である場合を例に示す。

【0032】

端部領域３４ｂの厚さＴ３は、例えば中央領域３４ａの厚さＴ２より小さい。厚さＴ３は例えば０．０４λ以下である。中央領域３４ａの厚さＴ２と１対の端部領域３４ｂの厚さＴ３の合計（Ｔ２＋２×Ｔ３）を１００％とした場合、厚さＴ３は例えば１７％以下である。

【0033】

基板１０は、シリコン基板以外に、例えばサファイア基板、スピネル基板、アルミナ基板、石英基板、ガラス基板、セラミック基板、またはガリウム砒素基板等の絶縁基板または半導体基板を用いてもよい。

【0034】

下部電極１２および上部電極１６は、ルテニウムおよびクロム以外に、例えばアルミニウム（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を用いてもよい。

【0035】

圧電層１４は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）以外に、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、またはチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）等を用いてもよい。これらを用いた場合でも、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。圧電層１４には、例えば単結晶ニオブ酸リチウムまたは単結晶タンタル酸リチウムを用いてもよい。この場合、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。

【0036】

また、圧電層１４は、窒化アルミニウムを主成分とし、共振特性の向上または圧電性の向上のために他の元素を含んでもよい。添加元素として、例えばスカンジウム（Ｓｃ）、２族元素と４族元素の２つの元素、または、２族元素と５族元素の２つの元素を用いることにより、圧電層１４の圧電性が向上する。このため、実効的電気機械結合係数を向上できる。２族元素は、例えばカルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、または亜鉛（Ｚｎ）である。４族元素は、例えばチタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、またはハフニウム（Ｈｆ）である。５族元素は、例えばタンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、またはバナジウム（Ｖ）である。さらに、圧電層１４は、窒化アルミニウムを主成分とし、フッ素またはホウ素を含んでもよい。

【0037】

［製造方法］
図２（ａ）から図２（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２（ａ）に示すように、基板１０の上面に音響反射膜３０を形成する。音響反射膜３０は例えば以下のように形成する。まず、基板１０の上面に、シリコンの原料であるテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）とＯ_２ガスを用いたＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜からなる端部領域３４ｂを形成する。次いで、ＴＥＯＳとＯ_２ガスにフッ素の原料であるＦ_２、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８等のガスを加えてフッ素が添加された酸化シリコン（ＳｉＯＦ）膜からなる中央領域３４ａを形成する。または、ＴＥＯＳとＯ_２ガスに、フッ素の原料であるＦ_２、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８等のガスとホウ素の原料であるトリエチルボレート（ＴＥＢ）を加えて、フッ素とホウ素が添加された酸化シリコン（ＳｉＯＦＢ）膜からなる中央領域３４ａを形成する。次いで、ＴＥＯＳとＯ_２ガスを用いて酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜からなる端部領域３４ｂを形成する。これにより、中央領域３４ａと中央領域３４ａを挟む１対の端部領域３４ｂとを有する低音響インピーダンス膜３４が形成される。次いで、スパッタリング法、真空蒸着法、またはＣＶＤ法を用いて高音響インピーダンス膜３２を成膜した後、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて高音響インピーダンス膜３２を所望の形状にパターニングする。次いで、スパッタリング法またはＣＶＤ法を用いて酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜からなる埋込膜３６を成膜した後、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polish）法を用いて高音響インピーダンス膜３２の上面が露出するまで埋込膜３６を研磨する。このような工程を繰り返すことで、高音響インピーダンス膜３２と低音響インピーダンス膜３４が交互に積層された音響反射膜３０を形成する。

【0038】

図２（ｂ）に示すように、音響反射膜３０上に下部電極１２として下層１２ａおよび上層１２ｂ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法を用いて成膜した後、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。次いで、音響反射膜３０および下部電極１２上に圧電層１４を成膜する。圧電層１４は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、またはＣＶＤ法を用いて成膜する。

【0039】

図２（ｃ）に示すように、圧電層１４上に上部電極１６として下層１６ａおよび上層１６ｂ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法を用いて成膜した後、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。次いで、圧電層１４上に上部電極１６を覆う付加膜２４を形成する。付加膜２４は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、またはＣＶＤ法を用い成膜した後、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。次いで、圧電層１４を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。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。

【0040】

［比較例］
図３（ａ）は、比較例に係る弾性波デバイスの平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、比較例に係る弾性波デバイス５００では、音響反射膜３０を構成する低音響インピーダンス膜１３４は３層構造をしていない。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。

【0041】

［シミュレーション１］
図４は、シミュレーションに用いたモデルＡの断面図である。図４に示すように、モデルＡは、比較例に係る弾性波デバイスに相当し、基板１０上に高音響インピーダンス膜３２と低音響インピーダンス膜１３４が交互に積層された音響反射膜３０を備える。高音響インピーダンス膜３２と低音響インピーダンス膜１３４は、ＸＹ平面の面方向において基板１０全体に広がって設けられている。音響反射膜３０上に下部電極１２が設けられている。音響反射膜３０および下部電極１２上に圧電層１４が設けられている。圧電層１４を挟んで下部電極１２と対向する共振領域５０を有するように、圧電層１４上に上部電極１６が設けられている。

【0042】

モデルＡに対して、低音響インピーダンス膜１３４の材料が異なるときのΔＹについてシミュレーションをした。ΔＹは、アドミッタンス｜Ｙ｜の周波数特性のシミュレーション結果から、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｜の絶対値との差を求めることで算出した。シミュレーション条件は以下である。なお、フッ素およびホウ素の濃度は、シリコンと、酸素と、フッ素およびホウ素と、の合計を１００原子％とした場合におけるフッ素およびホウ素の濃度を示している（以下においても同じ）。
基板１０：シリコン基板
高音響インピーダンス膜３２：厚さ５２０ｎｍのタングステン（Ｗ）膜
低音響インピーダンス膜１３４：他の元素が添加されていない酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜、フッ素が５．４原子％添加された酸化シリコン（ＳｉＯＦ）膜、またはフッ素が３．９原子％とホウ素が７．４原子％添加された酸化シリコン（ＳｉＯＦＢ）膜
下部電極１２の下層１２ａ：厚さ５５ｎｍのクロム（Ｃｒ）膜
下部電極１２の上層１２ｂ：厚さ１２０ｎｍのルテニウム（Ｒｕ）膜
圧電層１４：厚さ６９０ｎｍの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜
上部電極１６の下層１６ａ：厚さ１５０ｎｍのルテニウム（Ｒｕ）膜
上部電極１６の上層１６ｂ：厚さ２０ｎｍのクロム（Ｃｒ）膜
弾性波の波長λ：１２０３ｎｍ～１６８９ｎｍ

【0043】

図５は、モデルＡにおける低音響インピーダンス膜の厚さに対するΔＹのシミュレーション結果である。図５に示すように、低音響インピーダンス膜１３４にフッ素が添加された酸化シリコン（ＳｉＯＦ）膜を用いた場合、他の元素が添加されていない酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜を用いた場合に比べて、ΔＹが大きくなった。低音響インピーダンス膜１３４にフッ素とホウ素が添加された酸化シリコン（ＳｉＯＦＢ）膜を用いた場合、フッ素が添加された酸化シリコン（ＳｉＯＦ）膜を用いた場合に比べて、ΔＹが大きくなった。

【0044】

表１は、低音響インピーダンス膜１３４に用いたＳｉＯ_２、ＳｉＯＦ、およびＳｉＯＦＢの物性値と、高音響インピーダンス膜３２に用いたＷの物性値と、を示す表である。

【表1】

表１に示すように、ＳｉＯＦはＳｉＯ_２に比べて音響インピーダンスが低く、ＳｉＯＦＢはＳｉＯＦに比べて音響インピーダンスが低い。したがって、図５のシミュレーション結果から、低音響インピーダンス膜１３４の音響インピーダンスが低いほどΔＹは改善することが言える。低音響インピーダンス膜１３４の音響インピーダンスが低いほどΔＹが改善するのは、低音響インピーダンス膜１３４の音響インピーダンスが低くなるほど高音響インピーダンス膜３２との間の音響インピーダンスの差が大きくなるため、音響反射膜３０による弾性波の反射率が向上したためであると考えられる。

【0045】

このように、低音響インピーダンス膜１３４にフッ素が添加された酸化シリコン（ＳｉＯＦ）膜またはフッ素とホウ素が添加された酸化シリコン（ＳｉＯＦＢ）膜を用いることで、弾性波デバイスの共振特性を向上させることができる。しかしながら、シリコンと酸素以外の他の元素が添加された酸化シリコン膜は吸湿し易い性質を有する。このため、ＳｉＯＦ膜またはＳｉＯＦＢ膜を低音響インピーダンス膜１３４に用いた場合、低音響インピーダンス膜１３４に膜剥がれが生じる場合がある。例えば、音響反射膜３０は、低音響インピーダンス膜１３４を成膜した後、成膜装置から取り出し別の成膜装置に入れて高音響インピーダンス膜３２を成膜することで形成されるため、装置間の移動の際に低音響インピーダンス膜１３４が大気に曝されて吸湿することがある。これにより、例えば低音響インピーダンス膜１３４と高音響インピーダンス膜３２との間で膜剥がれが生じることがある。

【0046】

そこで、実施例１では、フッ素、または、フッ素とホウ素が添加された酸化シリコン膜である中央領域３４ａを挟んで、フッ素およびホウ素の添加量が中央領域３４ａより少ない酸化シリコン膜である１対の端部領域３４ｂを設けている。中央領域３４ａと端部領域３４ｂは１つの成膜装置で連続して成膜できるため、中央領域３４ａが大気に曝されることが抑制されることから、中央領域３４ａの吸湿が抑制される。端部領域３４ｂは、フッ素およびホウ素の添加量が中央領域３４ａより少ない酸化シリコン膜であることから、中央領域３４ａより吸湿し難い性質となるため大気に曝されても吸湿し難い。よって、低音響インピーダンス膜３４の吸湿が抑制されて膜剥がれが抑制される。

【0047】

［シミュレーション２］
図６は、シミュレーションに用いたモデルＢの断面図である。図６に示すように、モデルＢは、実施例１に係る弾性波デバイスに相当し、基板１０上に高音響インピーダンス膜３２と低音響インピーダンス膜３４とが交互に積層された音響反射膜３０を備える。高音響インピーダンス膜３２と低音響インピーダンス膜３４は、ＸＹ平面の面方向において基板１０全体に広がって設けられている。音響反射膜３０上に下部電極１２が設けられている。音響反射膜３０および下部電極１２上に圧電層１４が設けられている。圧電層１４を挟んで下部電極１２と対向する共振領域５０を有するように、圧電層１４上に上部電極１６が設けられている。

【0048】

モデルＢに対して、中央領域３４ａと１対の端部領域３４ｂの厚さの合計（Ｔ２＋２×Ｔ３）は一定にしつつ、中央領域３４ａおよび端部領域３４ｂそれぞれの厚さを異ならせたときのΔＹ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
高音響インピーダンス膜３２：厚さが５２０ｎｍのタングステン（Ｗ）膜
低音響インピーダンス膜３４：厚さ（Ｔ２＋２×Ｔ３）が３３０ｎｍ
低音響インピーダンス膜３４の中央領域３４ａ：フッ素が３．９原子％とホウ素が７．４原子％添加された酸化シリコン（ＳｉＯＦＢ）膜
低音響インピーダンス膜３４の端部領域３４ｂ：他の元素が添加されていない酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜
下部電極１２の下層１２ａ：厚さ５５ｎｍのクロム（Ｃｒ）膜
下部電極１２の上層１２ｂ：厚さ１２０ｎｍのルテニウム（Ｒｕ）膜
圧電層１４：厚さ６９０ｎｍの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜
上部電極１６の下層１６ａ：厚さ１５０ｎｍのルテニウム（Ｒｕ）膜
上部電極１６の上層１６ｂ：厚さ２０ｎｍのクロム（Ｃｒ）膜
弾性波の波長λ：１３１１ｎｍ～１３３１ｎｍ

【0049】

図７は、モデルＢにおける低音響インピーダンス膜の端部領域の厚さに対するΔＹのシミュレーション結果である。図７において、端部領域３４ｂの厚さＴ３が０ｎｍのときは、低音響インピーダンス膜３４が中央領域３４ａのＳｉＯＦＢ膜のみで形成されている場合である。端部領域３４ｂの厚さＴ３が１６５ｎｍのときは、低音響インピーダンス膜３４が端部領域３４ｂのＳｉＯ_２膜のみで形成されている場合である。図７中の破線は、低音響インピーダンス膜３４がＳｉＯ_２膜のみで形成されているときのΔＹである。

【0050】

図７に示すように、端部領域３４ｂの厚さＴ３が２０ｎｍ以下の場合では、低音響インピーダンス膜３４がＳｉＯＦＢ膜のみで形成されている場合（厚さＴ３が０ｎｍの場合）と比べて、ΔＹは同程度の大きさとなっている。端部領域３４ｂの厚さＴ３が７０ｎｍまでは厚さＴ３が大きくなるに連れてΔＹは小さくなっている。これは、厚さＴ３が大きくなることはＳｉＯＦＢ膜である中央領域３４ａの厚さＴ２が小さくなることに等しいことから、低音響インピーダンス膜３４全体としての音響インピーダンスが高くなることでΔＹが小さくなったと考えられる。厚さＴ３が７０ｎｍまではΔＹが小さくなっていくが、厚さＴ３が５５ｎｍ以下の場合では、低音響インピーダンス膜３４がＳｉＯ_２膜のみで形成されている場合に比べて、ΔＹは大きくなっている。したがって、端部領域３４ｂの厚さＴ３を５５ｎｍ以下とすることで、低音響インピーダンス膜３４の吸湿による膜剥がれを抑制しつつ、ΔＹを改善することができる。ΔＹの改善の点から、端部領域３４ｂの厚さＴ３は、５０ｎｍ以下が好ましく、４０ｎｍ以下がより好ましく、３０ｎｍ以下が更に好ましい。

【0051】

端部領域３４ｂの厚さＴ３が７０ｎｍを超えると厚さＴ３が１１０ｎｍまでは厚さＴ３が大きくなるに連れてΔＹが大きくなり、厚さＴ３が１１０ｎｍを超えると厚さＴ３が１５０ｎｍまでは厚さＴ３が大きくなるに連れてΔＹが再び小さくなる。このため、厚さＴ３が８０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下の場合でも、低音響インピーダンス膜３４がＳｉＯ_２膜のみで形成されている場合に比べて、ΔＹは大きくなっている。厚さＴ３が８０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下の場合にΔＹが再び大きくなる理由は不明である。

【0052】

図８（ａ）および図８（ｂ）は、図７における横軸を異ならせて図示したΔＹのシミュレーション結果である。図８（ａ）の横軸は、端部領域３４ｂの厚さＴ３をλで換算して示している。図８（ｂ）の横軸は、低音響インピーダンス膜３４の厚さ（Ｔ２＋２×Ｔ３）を１００％とした場合に、１対の端部領域３４ｂの厚さ（２×Ｔ３）が占める割合を示している。図８（ａ）および図８（ｂ）中の破線は、低音響インピーダンス膜３４がＳｉＯ_２膜のみで形成されているときのΔＹである。

【0053】

図８（ａ）に示すように、端部領域３４ｂの厚さＴ３が０．０４λ以下の場合、すなわち１対の端部領域３４ｂの厚さの合計（２×Ｔ３）が０．０８λ以下の場合では、低音響インピーダンス膜３４がＳｉＯ_２膜のみで形成されている場合に比べて、ΔＹは大きくなっている。したがって、１対の端部領域３４ｂの厚さの合計（２×Ｔ３）を０．０８λ以下とすることで、低音響インピーダンス膜３４の吸湿による膜剥がれを抑制しつつ、ΔＹを改善することができる。また、厚さＴ３が０．０６λ以上０．１０５λ以下の場合でも、低音響インピーダンス膜３４がＳｉＯ_２膜のみで形成されている場合に比べて、ΔＹは大きくなっている。

【0054】

図８（ｂ）に示すように、低音響インピーダンス膜３４の厚さ（Ｔ２＋２×Ｔ３）に対する１対の端部領域３４ｂの厚さ（２×Ｔ３）の割合が３４％以下の場合では、低音響インピーダンス膜３４がＳｉＯ_２膜のみで形成されている場合に比べて、ΔＹは大きくなっている。したがって、低音響インピーダンス膜３４の厚さに対する１対の端部領域３４ｂの厚さの割合を３４％以下とすることで、低音響インピーダンス膜３４の吸湿による膜剥がれを抑制しつつ、ΔＹを改善することができる。また、低音響インピーダンス膜３４の厚さに対する１対の端部領域３４ｂの厚さの割合が４５％以上８５％以下の場合でも、低音響インピーダンス膜３４がＳｉＯ_２膜のみで形成されている場合に比べて、ΔＹは大きくなっている。

【0055】

図７において、端部領域３４ｂの厚さＴ３が５５ｎｍ～７５ｎｍ程度の範囲および１４０ｎｍ～１６５ｎｍ程度の範囲にある場合に、低音響インピーダンス膜３４がＳｉＯ_２膜のみで形成されている場合に比べてΔＹが小さくなった理由について以下に示す。

【0056】

図７のシミュレーション条件の場合における共振周波数および反共振周波数でのアドミッタンス｜Ｙ｜のシミュレーション結果について示す。図９（ａ）は、モデルＢにおける低音響インピーダンス膜の端部領域の厚さに対する共振周波数でのアドミッタンス｜Ｙ｜のシミュレーション結果、図９（ｂ）は、端部領域の厚さに対する反共振周波数でのアドミッタンス｜Ｙ｜のシミュレーション結果である。図９（ａ）および図９（ｂ）中の破線は、低音響インピーダンス膜３４がＳｉＯ_２膜のみで形成されているときのアドミッタンス｜Ｙ｜である。

【0057】

図９（ａ）に示すように、共振周波数でのアドミッタンス｜Ｙ｜は、端部領域３４ｂの厚さＴ３が大きくなるに連れてほぼ単調に小さくなっている。これは、端部領域３４ｂの厚さＴ３が大きくなることはＳｉＯＦＢ膜である中央領域３４ａの厚さＴ２が小さくなることに等しいことから、低音響インピーダンス膜３４全体としての音響インピーダンスが高くなるためにアドミッタンス｜Ｙ｜が劣化したものと考えられる。

【0058】

図９（ｂ）に示すように、反共振周波数でのアドミッタンス｜Ｙ｜は、端部領域３４ｂの厚さＴ３が大きくなっても単調に劣化していない。反共振周波数でのアドミッタンス｜Ｙ｜は、端部領域３４ｂの厚さＴ３が４５ｎｍ～８５ｎｍ程度および１３５ｎｍ～１６５ｎｍ程度の範囲内にある場合では、低音響インピーダンス膜３４がＳｉＯ_２膜のみからなる場合に比べて劣化している。この理由について以下に示す。

【0059】

図７のシミュレーション条件の場合におけるアドミッタンス｜Ｙ｜の周波数特性のシミュレーション結果を以下に示す。図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、モデルＢにおける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１０（ａ）では、端部領域３４ｂの厚さＴ３が０ｎｍ、２０ｎｍ、６０ｎｍ、８０ｎｍのとき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を示す。図１０（ｂ）では、端部領域３４ｂの厚さＴ３が１００ｎｍ、１１０ｎｍ、１２０ｎｍ、１５０ｎｍ、１６５ｎｍのとき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を示す。

【0060】

図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、端部領域３４ｂの厚さＴ３が６０ｎｍ、８０ｎｍ、１５０ｎｍの場合、反共振周波数付近にスプリアスが発生してアドミッタンス｜Ｙ｜が劣化している。このため、図９（ｂ）において、端部領域３４ｂの厚さＴ３が４５ｎｍ～８５ｎｍ程度および１３５ｎｍ～１６５ｎｍ程度の範囲内にある場合に、反共振周波数でのアドミッタンス｜Ｙ｜が劣化したものと考えられる。なお、端部領域３４ｂの厚さＴ３が６０ｎｍ、８０ｎｍ、１５０ｎｍの場合に反共振周波数付近にスプリアスが発生してアドミッタンス｜Ｙ｜が劣化した理由は不明である。

【0061】

以上のシミュレーション結果を踏まえて、実施例１では、端部領域３４ｂの厚さＴ３は５５ｎｍ以下とする。別の言い方をすると、端部領域３４ｂの厚さＴ３は０．０４λ以下とする。更に別の言い方をすると、端部領域３４ｂの厚さＴ３は、中央領域３４ａの厚さと１対の端部領域３４ｂの厚さの合計の厚さ（Ｔ２＋２×Ｔ３）を１００％とした場合に、１７％以下とする。

【0062】

［実験］
シリコン基板上に、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜、フッ素が添加された酸化シリコン（ＳｉＯＦ）膜、ホウ素が添加された酸化シリコン（ＳｉＯＢ）膜、フッ素とホウ素が添加された酸化シリコン（ＳｉＯＦＢ）膜を成膜し、各膜の弾性率を測定した。ＳｉＯ_２膜はＴＥＯＳとＯ_２ガスを用いたＣＶＤ法により成膜した。ＳｉＯＦ膜はＴＥＯＳとＯ_２ガスとＣ_２Ｆ_６ガスを用いたＣＶＤ法により成膜した。ＳｉＯＢ膜はＴＥＯＳとＯ_２ガスとＴＥＢを用いたＣＶＤ法により成膜した。ＳｉＯＦＢ膜はＴＥＯＳとＯ_２ガスとＣ_２Ｆ_６ガスとＴＥＢを用いたＣＶＤ法により成膜した。各膜の膜厚は５０００ｎｍとした。弾性率はナノインデンテーション法を用いて測定した。添加元素の濃度はＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry）法を用いて測定した。

【0063】

表２に成膜した各膜の添加元素の濃度と弾性率の測定結果を示す。添加元素の濃度は、シリコンと酸素と添加元素の合計濃度を１００原子％としたときの濃度である。表２の測定結果をグラフにしたのが図１１である。図１１は、添加元素の濃度に対する弾性率の測定結果である。

【表2】

図１１および表２に示すように、フッ素および／またはホウ素の添加濃度が高くなると、弾性率は減少する結果であった。音響インピーダンスは、弾性率と密度の積の平方根の値に比例することから、弾性率が小さくなるほど、音響インピーダンスは小さくなる。以下に、酸化シリコンにフッ素および／またはホウ素を添加することで弾性率が低下した理由について示す。

【0064】

シリコン基板上に上述のＣＶＤ法によって各膜を成膜することで以下のサンプルＡ～Ｆを準備した。サンプルＢ～Ｆの添加元素の濃度はＳＩＭＳ法を用い測定した。
サンプルＡ：厚さが５００ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜
サンプルＢ：厚さが５００ｎｍで、フッ素が５．４原子％で添加された酸化シリコン（ＳｉＯＦ）膜
サンプルＣ：厚さが５００ｎｍで、ホウ素が３．８原子％で添加された酸化シリコン（ＳｉＯＢ）膜
サンプルＤ：厚さが５００ｎｍで、フッ素が５．０原子％、ホウ素が２．６原子％で添加された酸化シリコン（ＳｉＯＦＢ）膜
サンプルＥ：厚さが５００ｎｍで、フッ素が４．５原子％、ホウ素が４．１原子％で添加された酸化シリコン（ＳｉＯＦＢ）膜
サンプルＦ：厚さが５００ｎｍで、フッ素が３．９原子％、ホウ素が７．４原子％で添加された酸化シリコン（ＳｉＯＦＢ）膜
サンプルＡ～ＦのＳｉ－Ｏ結合の伸縮振動のスペクトルをＦＴＩＲ法（フーリエ変換赤外線分光法）により測定した。

【0065】

図１２は、サンプルＡ、ＢのＦＴＩＲスペクトルを示す図である。図１２において、Ｓｉ－Ｏ（ω４）は、Ｓｉ－Ｏ結合の伸縮振動ω４に起因するピークである。Ｓｉ－Ｆは、Ｓｉ－Ｆ結合に起因するピークである。図１２に示すように、サンプルＢ（ＳｉＯＦ膜）は、サンプルＡ（ＳｉＯ_２膜）に比べて、Ｓｉ－Ｏ（ω４）における波数が高くなっている。Ｓｉ－Ｏ（ω４）の波数が高くなると、例えば特許文献２に記載のように、共振周波数の周波数温度係数（ＴＣＦ：Temperature Coefficient of Frequency）が改善すること、および、ヤング率（弾性率）が低下することが知られている。Ｓｉ－Ｏ（ω４）の波数が高くなると、ＴＣＦが改善し、ヤング率（弾性率）が低下するのは、以下の理由によるものと考えられる。

【0066】

Ｓｉ－Ｏ（ω４）の波数が高くなると、ＳｉＯ_４四面体の架橋酸素を中心としたＳｉ－Ｏ－Ｓｉの結合角が大きくなる。結合角が大きくなると、密度が低下し、加熱による体積収縮量が増える。このため、Ｓｉ－Ｏ（ω４）の波数が高くなると、ＴＣＦが改善し、ヤング率（弾性率）が低下すると考えられる。結合角が大きくなることは、２価で負に帯電し易い酸素を、１価で負に帯電し易いフッ素で置換したことで、シリコンとの結合が切れたことに起因すると考えられる。このことから、フッ素の代わりに塩素（Ｃｌ）等のハロゲン元素を添加した場合でも、同様のメカニズムにより、ＴＣＦの改善とヤング率（弾性率）の低下が起こると考えられる。また、サンプルＢ（ＳｉＯＦ膜）は、サンプルＡ（ＳｉＯ_２膜）に比べて、Ｓｉ－Ｏ結合の伸縮振動ω４のピークにおける積分強度が小さくなっている。伸縮振動ω４のピークにおける積分強度の減少は、ＳｉＯ_４四面体の酸素を媒介とした架橋密度の低下を示している。これは、酸素をフッ素で置換したことでシリコンとの結合が切れたことに起因するものと考えられる。架橋密度の低下も弾性率低下の要因になっていると考えられる。このように、サンプルＢのＳｉＯＦ膜はサンプルＡのＳｉＯ_２膜に比べて弾性率が小さくなることから、ＳｉＯＦ膜はＳｉＯ_２膜に比べて音響インピーダンスが小さくなる。

【0067】

図１３は、サンプルＡ、ＣのＦＴＩＲスペクトルを示す図である。図１３において、Ｂ－Ｏ（Ｂ_２Ｏ_３相）は、３配位のＢとＯの結合の伸縮振動に起因するピークである。Ｂ－Ｏ（ＢＯ_２相）は、４配位のＢとＯの結合の伸縮振動に起因するピークである。Ｂ－Ｏ－Ｓｉは、Ｂ－Ｏ－Ｓｉ結合に起因するピークである。

【0068】

図１３に示すように、サンプルＣ（ＳｉＯＢ膜）は、サンプルＡ（ＳｉＯ_２膜）に比べて、波数１４００ｃｍ^－１付近にＢ－Ｏ（Ｂ_２Ｏ_３相）が出現している。図１１および表２に記載したように、ＳｉＯＢ膜はＳｉＯ_２膜に比べて弾性率が小さくなるが、これは、ホウ素を添加することで弾性率が小さい３配位のＢとＯからなるＢ_２Ｏ_３相が形成されるためと考えられる。また、サンプルＣ（ＳｉＯＢ膜）は、サンプルＡ（ＳｉＯ_２膜）に比べて、Ｓｉ－Ｏ（ω４）のピーク高さが小さくなっている。これは、ホウ素を添加することで、Ｂ_２Ｏ_３相より弾性率が大きいＳｉＯ_２相の割合が減ったことと、酸化シリコン、酸化ボロン、酸化シリコンと酸化ボロンの混晶、の３つの相ができたことにより相間で酸素の架橋が行われ難くなって架橋密度が低下したこと、によるものと考えられる。このように、ＳｉＯＢ膜はＳｉＯ_２膜に比べて弾性率が小さくなることから、ＳｉＯＢ膜はＳｉＯ_２膜に比べて音響インピーダンスが小さくなる。

【0069】

ＳｉＯＢ膜はシリコンがホウ素で置換され、ホウ素はシリコンと価数が異なることから、ホウ素の代わりにシリコンと置換しかつ価数が異なる元素を添加した場合でも、同様のメカニズムにより弾性率が小さくなると考えられる。また、ホウ素は酸素と結合したときの剥離エネルギーがＳｉ－Ｏ結合の剥離エネルギーより小さいことが、文献「アルミノケイ酸塩系ガラスのヤング率、剛性率およびビッカーズ硬度の推定式」 日本金属学会誌第６４巻第３号（２０００） ｐｐ１７７－１８３により知られている。したがって、ホウ素の代わりに、酸素と結合したときの剥離エネルギーがＳｉ－Ｏ結合の剥離エネルギーより小さい元素を添加した場合に、同様のメカニズムにより弾性率が小さくなると考えられる。ホウ素の代わりに用いることができる元素として、テルル（Ｔｅ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、リン（Ｐ）、亜鉛（Ｚｎ）、砒素（Ａｓ）、タングステン（Ｗ）、鉛（Ｐｂ）、プラセオジム（Ｐｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ランタン（Ｌａ）、カルシウム（Ｃａ）、錫（Ｓｎ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、サマリウム（Ｓｍ）、銅（Ｃｕ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、ナトリウム（Ｎａ）、ビスマス（Ｂｉ）、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）、カリウム（Ｋ）、およびルビジウム（Ｒｂ）が挙げられる。

【0070】

図１４は、サンプルＡ、Ｄ～ＦのＦＴＩＲスペクトルを示す図である。図１４に示すように、サンプルＤ～Ｆは、フッ素とホウ素が添加されたＳｉＯＦＢ膜であるため、フッ素のみが添加されたＳｉＯＦ膜とホウ素のみが添加されたＳｉＯＢ膜の両方の特徴が出現している。

【0071】

図１５は、サンプルＡ～ＣのＦＴＩＲスペクトルから算出したＳｉ－Ｏ結合の伸縮振動ω４のピークにおける積分強度を示す図である。積分強度は、Ｓｉ－Ｏ結合の伸縮振動ω４のピークと他のピークとを分離した後の伸縮振動ω４のピーク波形を用いて算出した。図１５に示すように、サンプルＢ（ＳｉＯＦ膜）およびサンプルＣ（ＳｉＯＢ膜）は、サンプルＡ（ＳｉＯ_２膜）に比べて、Ｓｉ－Ｏ結合の伸縮振動ω４のピークにおける積分強度が低下している。フッ素またはホウ素の添加量に対して伸縮振動ω４のピークにおける積分強度が一次関数として低下すると仮定すると、１．０原子％の添加量に対して積分強度は、フッ素が添加される場合では１．３低下し、ホウ素が添加される場合では３．２低下する。

【0072】

表３は、サンプルＤ～Ｆに関して、図１５の結果から予測される、Ｓｉ－Ｏ結合の伸縮振動ω４のピークにおける積分強度のフッ素添加による予測変化量と、ホウ素添加による予測変化量と、を示している。また、この予測変化量から求まる伸縮振動ω４のピークにおける積分強度の推定値と、ＦＴＩＲスペクトルから算出した伸縮振動ω４のピークにおける積分強度の実測値と、を示している。表３の結果をグラフにしたのが図１６である。図１６は、添加元素の濃度に対するＳｉ－Ｏ結合の伸縮振動ω４のピークにおける積分強度を示す図である。

【表3】

【0073】

表３および図１６に示すように、サンプルＤ～Ｆにおいて、Ｓｉ－Ｏ結合の伸縮振動ω４のピークにおける積分強度の実測値は、推定値よりも小さい結果であった。これは、フッ素とホウ素の両方を添加したことにより、複雑な相構造となって架橋密度が低下したためと考えられる。この結果から、フッ素またはホウ素を単独で添加するよりも、フッ素とホウ素の両方を添加することにより、単独の添加から予測される以上の架橋密度の低下が図られて弾性率をより低下させることができると考えられる。したがって、合計の添加濃度が同じ場合であっても、フッ素またはホウ素を単独で添加するよりも、フッ素とホウ素の両方を添加する方が、弾性率を下げる観点から好ましいと考えられる。

【0074】

以上のように、実施例１によれば、図１（ｂ）のように、低音響インピーダンス膜３４は、フッ素、または、フッ素とホウ素が添加された酸化シリコン膜である中央領域３４ａと、中央領域３４ａを挟む１対の端部領域３４ｂと、を備える。端部領域３４ｂは、フッ素およびホウ素の添加量が中央領域３４ａより少ない酸化シリコン膜である。中央領域３４ａをフッ素、または、フッ素とホウ素が添加された酸化シリコン膜とすることで、弾性波デバイスの共振特性が改善する。端部領域３４ｂを中央領域３４ａよりフッ素およびホウ素の添加量が少ない酸化シリコン膜とすることで、端部領域３４ｂは中央領域３４ａより吸湿し難い性質を有するため、低音響インピーダンス膜３４の吸湿が抑制される。したがって、実施例１によれば、共振特性を改善しつつ膜剥がれを抑制することができる。

【0075】

また、実施例１では、中央領域３４ａはフッ素、または、フッ素とホウ素が添加された酸化シリコン膜である。これにより、図５に示したように、共振特性を改善することができる。なお、中央領域３４ａは、フッ素、または、フッ素とホウ素が添加された酸化シリコン膜の場合に限られず、その他の場合でもよい。中央領域３４ａは、フッ素（Ｆ）、ホウ素（Ｂ）、塩素（Ｃｌ）、テルル（Ｔｅ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、リン（Ｐ）、亜鉛（Ｚｎ）、砒素（Ａｓ）、タングステン（Ｗ）、鉛（Ｐｂ）、プラセオジム（Ｐｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ランタン（Ｌａ）、カルシウム（Ｃａ）、錫（Ｓｎ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、サマリウム（Ｓｍ）、銅（Ｃｕ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、ナトリウム（Ｎａ）、ビスマス（Ｂｉ）、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）、カリウム（Ｋ）、およびルビジウム（Ｒｂ）の元素のうち少なくとも１種が添加された酸化シリコン膜の場合でもよい。この場合でも、共振特性を改善することができる。また、他の元素が添加された酸化シリコン膜は吸湿し易い性質を有することから、上記の元素が添加されている場合でも、中央領域３４ａを挟みかつ中央領域３４ａより添加元素の濃度が低い１対の端部領域３４ｂを備えることが好ましい。

【0076】

また、実施例１では、中央領域３４ａはフッ素とホウ素が添加された酸化シリコン膜であり、１対の端部領域３４ｂは他の元素が意図的には添加されていない酸化シリコン膜である。フッ素とホウ素の両方が添加されることで、表３および図１６に示したように、フッ素のみまたはホウ素のみが添加される場合から予測される弾性率の低下量を超えて更に弾性率を低下させることができる。よって、音響インピーダンスを効果的に低下させることができ、共振特性を改善することができる。また、フッ素とホウ素が添加された酸化シリコン膜は、フッ素は酸素と置換し、ホウ素はシリコンと置換する。このため、フッ素のみまたはホウ素のみが添加された酸化シリコン膜と比べて、添加元素の合計濃度を高くしても膜質の変化が抑えられる。膜質が変化すると例えば膜応力が変化して膜剥がれが生じることがあるが、膜質の変化が抑えられることで膜剥がれが抑制される。よって、フッ素とホウ素が添加された酸化シリコン膜は、フッ素のみまたはホウ素のみが添加された酸化シリコン膜よりも添加元素の濃度を高くすることができるため、弾性率を低下させることができる。この点からも、音響インピーダンスを低下させることができ、共振特性を改善することができる。また、端部領域３４ｂが他の元素が添加されていない酸化シリコン膜であることで、低音響インピーダンス膜３４の吸湿を効果的に抑制できる。

【0077】

膜質の変化を抑えて膜剥がれを抑制する観点から、中央領域３４ａの添加元素の濃度は、１０原子％以下が好ましく、９原子％以下がより好ましく、８原子％以下がさらに好ましい。一方、共振特性の改善のために弾性率を低下させる観点から、中央領域３４ａの添加元素の濃度は、３原子％以上が好ましく、４原子％以上がより好ましく、５原子％以上がさらに好ましい。添加元素の濃度とは、シリコン、酸素、および添加元素の合計を１００原子％とした場合における添加元素の割合である。弾性率の低下のために添加元素の濃度を高める観点から、ホウ素およびフッ素のいずれか一方の濃度は他方の濃度に対して０．５倍以上２．０倍以下が好ましく、０．６倍以上１．８倍以下がより好ましく、０．７倍以上１．６倍以下が更に好ましい。

【0078】

図１２で説明したように、フッ素の代わりに塩素を添加した場合でも、フッ素を添加した場合と同様のメカニズムによって弾性率が低下する。図１３で説明したように、ホウ素の代わりにテルル、ゲルマニウム、アンチモン、リン、亜鉛、砒素、タングステン、鉛、プラセオジム、イッテルビウム、ランタン、カルシウム、錫、ジスプロシウム、サマリウム、銅、ユウロピウム、ストロンチウム、バリウム、ナトリウム、ビスマス、インジウム、銀、カリウム、またはルビジウムを添加した場合でも、ホウ素を添加した場合と同様のメカニズムによって弾性率が低下する。したがって、中央領域３４ａは、フッ素および塩素の少なくとも一方の元素と、ホウ素、テルル、ゲルマニウム、アンチモン、リン、亜鉛、砒素、タングステン、鉛、プラセオジム、イッテルビウム、ランタン、カルシウム、錫、ジスプロシウム、サマリウム、銅、ユウロピウム、ストロンチウム、バリウム、ナトリウム、ビスマス、インジウム、銀、カリウム、およびルビジウムのうち少なくとも１種の元素と、が添加された酸化シリコン膜である場合が好ましい。これにより、上述したように、中央領域３４ａの添加元素の濃度を高めることができるため、弾性率を低下させることができる。よって、音響インピーダンスが低下するため、共振特性を改善することができる。

【0079】

また、実施例１では、端部領域３４ｂの厚さＴ３は中央領域３４ａの厚さＴ２より小さい。これにより、低音響インピーダンス膜３４全体の音響インピーダンスを低くすることができ、共振特性を改善することができる。

【0080】

また、実施例１では、１対の端部領域３４ｂの厚さの合計（２×Ｔ３）は０．０８λ以下である。言い換えると、１対の端部領域３４ｂの厚さの合計（２×Ｔ３）は、共振領域５０における圧電層１４の厚さＴ１の０．１６倍以下である。これにより、図８（ａ）に示したように、共振特性を改善することができる。共振特性の改善の観点から、１対の端部領域３４ｂの厚さの合計（２×Ｔ３）は、圧電層１４の厚さＴ１の０．１４倍（０．０７λ）以下が好ましく、０．１２倍（０．０６λ）以下がより好ましく、０．１０倍（０．０５λ）以下が更に好ましい。一方、吸湿を抑制する観点からは、１対の端部領域３４ｂの厚さの合計（２×Ｔ３）は、圧電層１４の厚さＴ１の０．００８倍（０．００４λ）以上が好ましく、０．０１２倍（０．００６λ）以上がより好ましく、０．０１６倍（０．００８λ）以上が更に好ましい。

【0081】

また、実施例１では、中央領域３４ａと１対の端部領域３４ｂの厚さの合計（Ｔ２＋２×Ｔ３）を１００％とした場合に、１対の端部領域３４ｂの厚さの合計（２×Ｔ３）は３４％以下である。これにより、図８（ｂ）に示したように、共振特性を改善することができる。共振特性を改善する観点から、１対の端部領域３４ｂの厚さの合計（２×Ｔ３）は、３０％以下が好ましく、２５％以下がより好ましく、２０％以下が更に好ましい。一方、吸湿を抑制する観点からは、１対の端部領域３４ｂの厚さの合計（２×Ｔ３）は、２％以上が好ましく、４％以上がより好ましく、６％以上が更に好ましい。１対の端部領域３４ｂの厚さは互いにほぼ等しい場合が好ましい。１対の端部領域３４ｂのうちの一方の端部領域３４ｂと他方の端部領域３４ｂの平均厚さに対する一方の端部領域３４ｂと他方の端部領域３４ｂの厚さの差の割合は±１０％以下である場合が好ましく、±８％以下である場合がより好ましく、±５％以下である場合が更に好ましい。

【0082】

なお、低音響インピーダンス膜３４の吸湿を抑制する観点からは、端部領域３４ｂの厚さＴ３は、２ｎｍ以上が好ましく、４ｎｍ以上がより好ましく、５ｎｍ以上が更に好ましいとも言える。

【0083】

なお、図７、図８（ａ）、および図８（ｂ）は、中央領域３４ａは３．９原子％のフッ素と７．４原子％のホウ素が添加された酸化シリコン（ＳｉＯＦＢ）膜で、端部領域３４ｂは他の元素が添加されていない酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜である場合の例を示した。しかしながら、中央領域３４ａのフッ素とホウ素の添加濃度が上記と異なり、端部領域３４ｂにフッ素および／またはホウ素が添加されている場合でも、ΔＹの大きさは変化する可能性はあるが、端部領域３４ｂの厚さＴ３に対するΔＹの変化に関しては同様の結果になると考えられる。また、フッ素とホウ素以外の上述した元素の少なくとも１種が添加された場合でも、ΔＹの大きさは変化する可能性はあるが、端部領域３４ｂの厚さＴ３に対するΔＹの変化に関しては同様の結果になると考えられる。

【0084】

また、端部領域３４ｂは、窒化シリコン膜の場合でもよい。窒化シリコン膜は吸湿し難い性質を有するため、端部領域３４ｂに窒化シリコン膜を用いた場合でも低音響インピーダンス膜３４の吸湿を抑制できる。端部領域３４ｂに窒化シリコン膜を用いる場合でも、端部領域３４ｂは、ＣＶＤ法等でのガス種を変更することで、中央領域３４ａと連続して成膜することができる。窒化シリコン膜は他の元素が意図的には添加されていない場合が好ましい。

【0085】

また、実施例１では、高音響インピーダンス膜３２は金属膜である。この場合、高音響インピーダンス膜３２の音響インピーダンスが高くなりやすいため、高音響インピーダンス膜３２と低音響インピーダンス膜３４との間の音響インピーダンスの差が大きくなり、共振特性が改善する。一方、他の元素が添加された酸化シリコン膜が金属膜に接触して設けられる場合、他の元素が添加された酸化シリコン膜は吸湿しやすいため、酸化シリコン膜と金属膜との間で膜剥がれが生じやすくなる。したがって、高音響インピーダンス膜３２が金属膜である場合、膜剥がれを抑制する観点から、低音響インピーダンス膜３４を中央領域３４ａと１対の端部領域３４ｂの３層構造とすることが好ましい。高音響インピーダンス膜３２は、音響インピーダンスを高くする観点から、タングステン（Ｗ）膜またはモリブデン（Ｍｏ）膜である場合が好ましい。ＷおよびＭｏの物性値を表４に示す。

【表4】

【実施例0086】

図１７は、実施例２に係るフィルタの回路図である。図１７に示すように、実施例２に係るフィルタ２００は、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１または複数の直列共振器Ｓ１～Ｓ４が直列に接続されている。入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１または複数の並列共振器Ｐ１～Ｐ４が並列に接続されている。直列共振器Ｓ１～Ｓ４および並列共振器Ｐ１～Ｐ４の少なくとも１つに実施例１の弾性波デバイスを用いてもよい。直列共振器および並列共振器の個数等は適宜設定できる。フィルタとしてラダー型フィルタを例に示したが、フィルタは多重モード型フィルタでもよい。

【0087】

なお、実施例２では、実施例１に係る弾性波デバイスをフィルタに用いる場合を例に示したが、この場合に限られるわけではない。例えば、インクジェットを用いたマイクロポンプ、ＲＦ－ＭＥＭＳスイッチ、または光ミラー等のアクチュエータ、もしくは、加速度、ジャイロ、またはエナジーハーベスト等のセンサに用いてもよい。