特許 7551318 弾性波デバイスおよびその製造方法、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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-06

(45)【発行日】2024-09-17

(54)【発明の名称】弾性波デバイスおよびその製造方法、フィルタ、およびマルチプレクサ

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/25 20060101AFI20240909BHJP

   H03H 3/08 20060101ALI20240909BHJP

【ＦＩ】

H03H9/25 C

H03H3/08

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020057613

(22)【出願日】2020-03-27

(65)【公開番号】P2021158553

(43)【公開日】2021-10-07

【審査請求日】2023-03-02

(73)【特許権者】

【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】110004370

【氏名又は名称】弁理士法人片山特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 功一

(72)【発明者】

【氏名】柿田 直輝

(72)【発明者】

【氏名】西澤 年雄

【審査官】福田 正悟

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／１５４９５０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－２０１３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１１５８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０９７１４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１６１６９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０８５２８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｈ ９／００－９／７６

Ｈ０３Ｈ ３／００７－３／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

支持基板と、
前記支持基板上に設けられる圧電層と、
前記圧電層上に設けられ、弾性波を励振する複数の電極指を備える少なくとも一対の櫛型電極と、
前記支持基板と前記圧電層との間に設けられ、酸化シリコンを主成分とする温度補償膜と、
前記支持基板と前記温度補償膜との間に前記支持基板と前記温度補償膜に接触して設けられ、前記温度補償膜側の第１面の面粗さは前記支持基板側の第２面の面粗さより小さく、前記温度補償膜を伝搬するバルク波の音速より速い音速のバルク波が伝搬する第１中間層と、
前記圧電層と前記温度補償膜との間に前記圧電層と前記温度補償膜に接触して設けられ、前記温度補償膜側の第３面の面粗さは、前記第２面の面粗さより小さく、前記温度補償膜を伝搬するバルク波の音速より速い音速のバルク波が伝搬する第２中間層と、
を備え、
前記第１面と前記圧電層の前記一対の櫛型電極側の面との距離は前記複数の電極指の平均ピッチの４倍以下であり、
前記支持基板を伝搬するバルク波の音速は前記第１中間層を伝搬するバルク波の音速より速く、
前記第１中間層の厚さは前記複数の電極指の平均ピッチの２倍以上である弾性波デバイス。

【請求項2】

支持基板と、
前記支持基板上に設けられる圧電層と、
前記圧電層上に設けられ、弾性波を励振する複数の電極指を備える少なくとも一対の櫛型電極と、
前記支持基板と前記圧電層との間に設けられ、酸化シリコンを主成分とする温度補償膜と、
前記支持基板と前記温度補償膜との間に前記支持基板と前記温度補償膜に接触して設けられ、前記温度補償膜側の第１面の面粗さは前記支持基板側の第２面の面粗さより小さく、前記温度補償膜を伝搬するバルク波の音速より速い音速のバルク波が伝搬する第１中間層と、
前記圧電層と前記温度補償膜との間に前記圧電層と前記温度補償膜に接触して設けられ、前記温度補償膜側の第３面の面粗さは、前記第２面の面粗さより小さく、前記温度補償膜を伝搬するバルク波の音速より速い音速のバルク波が伝搬する第２中間層と、
を備え、
前記第１面と前記圧電層の前記一対の櫛型電極側の面との距離は前記複数の電極指の平均ピッチの４倍以下であり、
前記支持基板を伝搬するバルク波の音速は前記第１中間層を伝搬するバルク波の音速より速く、
前記第２中間層の厚さは１ｎｍ以上１０ｎｍ未満である弾性波デバイス。

【請求項3】

前記温度補償膜を伝搬するバルク波の音速は前記圧電層を伝搬するバルク波の音速より遅い請求項１または２に記載の弾性波デバイス。

【請求項4】

前記支持基板を伝搬するバルク波の音速は前記第２中間層を伝搬するバルク波の音速より速い請求項１から３のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。

【請求項5】

前記圧電層の前記第１中間層側の第４面の面粗さは、前記第２面の面粗さより小さい請求項１から４のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。

【請求項6】

前記第１面および前記第３面の算術平均粗さは１ｎｍ以下であり、前記第２面の算術平均粗さは１０ｎｍ以上である請求項１から５のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。

【請求項7】

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から６のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか一項に記載の弾性波デバイスを備えるフィルタ。

【請求項9】

請求項８に記載のフィルタを備えるマルチプレクサ。

【請求項10】

支持基板と、前記支持基板上に設けられる圧電層と、前記圧電層上に設けられ、弾性波を励振する複数の電極指を備える少なくとも一対の櫛型電極と、前記支持基板と前記圧電層との間に設けられ、酸化シリコンを主成分とする温度補償膜と、前記支持基板と前記温度補償膜との間に前記支持基板と前記温度補償膜に接触して設けられ、前記温度補償膜側の第１面の面粗さは前記支持基板側の第２面の面粗さより小さく、前記温度補償膜を伝搬するバルク波の音速より速い音速のバルク波が伝搬する第１中間層と、前記圧電層と前記温度補償膜との間に前記圧電層と前記温度補償膜に接触して設けられ、前記温度補償膜側の第３面の面粗さは、前記第２面の面粗さより小さく、前記温度補償膜を伝搬するバルク波の音速より速い音速のバルク波が伝搬する第２中間層と、を備え、前記第１面と前記圧電層の前記一対の櫛型電極側の面との距離は前記複数の電極指の平均ピッチの４倍以下であり、前記支持基板を伝搬するバルク波の音速は前記第１中間層を伝搬するバルク波の音速より速く、前記第１中間層の厚さは前記複数の電極指の平均ピッチの２倍以上である積層基板に前記圧電層の上方からレーザ光を照射し、前記支持基板内に改質領域を形成する工程と、
前記改質領域において前記支持基板を切断する工程と、
を含む弾性波デバイスの製造方法。

【請求項11】

支持基板と、前記支持基板上に設けられる圧電層と、前記圧電層上に設けられ、弾性波を励振する複数の電極指を備える少なくとも一対の櫛型電極と、前記支持基板と前記圧電層との間に設けられ、酸化シリコンを主成分とする温度補償膜と、前記支持基板と前記温度補償膜との間に前記支持基板と前記温度補償膜に接触して設けられ、前記温度補償膜側の第１面の面粗さは前記支持基板側の第２面の面粗さより小さく、前記温度補償膜を伝搬するバルク波の音速より速い音速のバルク波が伝搬する第１中間層と、前記圧電層と前記温度補償膜との間に前記圧電層と前記温度補償膜に接触して設けられ、前記温度補償膜側の第３面の面粗さは、前記第２面の面粗さより小さく、前記温度補償膜を伝搬するバルク波の音速より速い音速のバルク波が伝搬する第２中間層と、を備え、前記第１面と前記圧電層の前記一対の櫛型電極側の面との距離は前記複数の電極指の平均ピッチの４倍以下であり、前記支持基板を伝搬するバルク波の音速は前記第１中間層を伝搬するバルク波の音速より速く、前記第２中間層の厚さは１ｎｍ以上１０ｎｍ未満である積層基板に前記圧電層の上方からレーザ光を照射し、前記支持基板内に改質領域を形成する工程と、
前記改質領域において前記支持基板を切断する工程と、
を含む弾性波デバイスの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、弾性波デバイスおよびその製造方法、フィルタ、およびマルチプレクサに関する。

【背景技術】

【0002】

スマートフォン等の通信機器に用いられる弾性波共振器として、弾性表面波共振器が知られている。弾性表面波共振器を形成する圧電層を支持基板に張り付けることが知られている。圧電層と支持基板との間に温度補償膜を設けることが知られている（例えば特許文献１）。圧電層と支持基板との間に圧電層より音速の低い低音速膜を設けることが知られている（例えば特許文献２、３）。低音速膜と支持基板との間に圧電層より音速の速い高音速膜を設けることが知られている（例えば特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－２０１３４５号公報

【文献】特開２０１５－１１５８７０号公報

【文献】米国特許第１００２０７９６号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

低音速膜と支持基板との間に圧電層より音速の速い高音速膜を設けることで、弾性波を圧電層および低音速膜に閉じ込めることができる。また、高音速膜を所望の厚さとすることで、スプリアスを抑制できる。しかしながら、スプリアスの抑制は十分ではない。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、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、支持基板と、前記支持基板上に設けられる圧電層と、前記圧電層上に設けられ、弾性波を励振する複数の電極指を備える少なくとも一対の櫛型電極と、前記支持基板と前記圧電層との間に設けられ、酸化シリコンを主成分とする温度補償膜と、前記支持基板と前記温度補償膜との間に前記支持基板と前記温度補償膜に接触して設けられ、前記温度補償膜側の第１面の面粗さは前記支持基板側の第２面の面粗さより小さく、前記温度補償膜を伝搬するバルク波の音速より速い音速のバルク波が伝搬する第１中間層と、前記圧電層と前記温度補償膜との間に前記圧電層と前記温度補償膜に接触して設けられ、前記温度補償膜側の第３面の面粗さは、前記第２面の面粗さより小さく、前記温度補償膜を伝搬するバルク波の音速より速い音速のバルク波が伝搬する第２中間層と、を備え、前記第１面と前記圧電層の前記一対の櫛型電極側の面との距離は前記複数の電極指の平均ピッチの４倍以下であり、前記支持基板を伝搬するバルク波の音速は前記第１中間層を伝搬するバルク波の音速より速く、前記第１中間層の厚さは前記複数の電極指の平均ピッチの２倍以上である弾性波デバイスである。また、本発明は、支持基板と、前記支持基板上に設けられる圧電層と、前記圧電層上に設けられ、弾性波を励振する複数の電極指を備える少なくとも一対の櫛型電極と、前記支持基板と前記圧電層との間に設けられ、酸化シリコンを主成分とする温度補償膜と、前記支持基板と前記温度補償膜との間に前記支持基板と前記温度補償膜に接触して設けられ、前記温度補償膜側の第１面の面粗さは前記支持基板側の第２面の面粗さより小さく、前記温度補償膜を伝搬するバルク波の音速より速い音速のバルク波が伝搬する第１中間層と、前記圧電層と前記温度補償膜との間に前記圧電層と前記温度補償膜に接触して設けられ、前記温度補償膜側の第３面の面粗さは、前記第２面の面粗さより小さく、前記温度補償膜を伝搬するバルク波の音速より速い音速のバルク波が伝搬する第２中間層と、を備え、前記第１面と前記圧電層の前記一対の櫛型電極側の面との距離は前記複数の電極指の平均ピッチの４倍以下であり、前記支持基板を伝搬するバルク波の音速は前記第１中間層を伝搬するバルク波の音速より速く、前記第２中間層の厚さは１ｎｍ以上１０ｎｍ未満である弾性波デバイスである。

【0007】

上記構成において、前記温度補償膜を伝搬するバルク波の音速は前記圧電層を伝搬するバルク波の音速より遅い構成とすることができる。

【0008】

上記構成において、前記支持基板を伝搬するバルク波の音速は前記第２中間層を伝搬するバルク波の音速より速い構成とすることができる。

【0009】

上記構成において、前記圧電層の前記第１中間層側の第４面の面粗さは、前記第２面の面粗さより小さい構成とすることができる。

【0011】

上記構成において、前記第１面および前記第３面の算術平均粗さは１ｎｍ以下であり、前記第２面の算術平均粗さは１０ｎｍ以上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。

【0013】

本発明は、上記弾性波デバイスを備えるフィルタである。

【0014】

本発明は、上記フィルタを備えるマルチプレクサである。

【0016】

本発明は、支持基板と、前記支持基板上に設けられる圧電層と、前記圧電層上に設けられ、弾性波を励振する複数の電極指を備える少なくとも一対の櫛型電極と、前記支持基板と前記圧電層との間に設けられ、酸化シリコンを主成分とする温度補償膜と、前記支持基板と前記温度補償膜との間に前記支持基板と前記温度補償膜に接触して設けられ、前記温度補償膜側の第１面の面粗さは前記支持基板側の第２面の面粗さより小さく、前記温度補償膜を伝搬するバルク波の音速より速い音速のバルク波が伝搬する第１中間層と、前記圧電層と前記温度補償膜との間に前記圧電層と前記温度補償膜に接触して設けられ、前記温度補償膜側の第３面の面粗さは、前記第２面の面粗さより小さく、前記温度補償膜を伝搬するバルク波の音速より速い音速のバルク波が伝搬する第２中間層と、を備え、前記第１面と前記圧電層の前記一対の櫛型電極側の面との距離は前記複数の電極指の平均ピッチの４倍以下であり、前記支持基板を伝搬するバルク波の音速は前記第１中間層を伝搬するバルク波の音速より速く、前記第１中間層の厚さは前記複数の電極指の平均ピッチの２倍以上である積層基板に前記圧電層の上方からレーザ光を照射し、前記支持基板内に改質領域を形成する工程と、前記改質領域において前記支持基板を切断する工程と、を含む弾性波デバイスの製造方法である。また、本発明は、支持基板と、前記支持基板上に設けられる圧電層と、前記圧電層上に設けられ、弾性波を励振する複数の電極指を備える少なくとも一対の櫛型電極と、前記支持基板と前記圧電層との間に設けられ、酸化シリコンを主成分とする温度補償膜と、前記支持基板と前記温度補償膜との間に前記支持基板と前記温度補償膜に接触して設けられ、前記温度補償膜側の第１面の面粗さは前記支持基板側の第２面の面粗さより小さく、前記温度補償膜を伝搬するバルク波の音速より速い音速のバルク波が伝搬する第１中間層と、前記圧電層と前記温度補償膜との間に前記圧電層と前記温度補償膜に接触して設けられ、前記温度補償膜側の第３面の面粗さは、前記第２面の面粗さより小さく、前記温度補償膜を伝搬するバルク波の音速より速い音速のバルク波が伝搬する第２中間層と、を備え、前記第１面と前記圧電層の前記一対の櫛型電極側の面との距離は前記複数の電極指の平均ピッチの４倍以下であり、前記支持基板を伝搬するバルク波の音速は前記第１中間層を伝搬するバルク波の音速より速く、前記第２中間層の厚さは１ｎｍ以上１０ｎｍ未満である積層基板に前記圧電層の上方からレーザ光を照射し、前記支持基板内に改質領域を形成する工程と、前記改質領域において前記支持基板を切断する工程と、を含む弾性波デバイスの製造方法である。

【発明の効果】

【0017】

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】

【0018】

【図1】図１（ａ）および図１（ｂ）は、実施例１における弾性波共振器の平面図および断面図である。

【図2】図２（ａ）から図２（ｅ）は、実施例１に係る弾性波共振器の製造方法を示す断面図（その１）である。

【図3】図３（ａ）から図３（ｄ）は、実施例１に係る弾性波共振器の製造方法を示す断面図（その２）である。

【図4】図４（ａ）および図４（ｂ）は、それぞれ比較例１および２に係る弾性波共振器の断面図である。

【図5】図５（ａ）は、比較例１、２および実施例１における周波数に対するアドミッタンス｜Ｙ｜を示す図、図５（ｂ）は、図５（ａ）の拡大図である。

【図6】図６（ａ）および図６（ｂ）は、比較例２および実施例１に係る弾性波デバイスの断面模式図である。

【図7】図７（ａ）および図７（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例１および２に係る弾性波共振器の断面図である。

【図8】図８（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図、図８（ｂ）は、実施例２の変形例１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】

【0019】

以下、図面を参照し本発明の実施例について説明する。

【実施例1】

【0020】

実施例１では弾性波デバイスが弾性波共振器を有する例を説明する。図１（ａ）および図１（ｂ）は、実施例１における弾性波共振器の平面図および断面図である。電極指の配列方向をＸ方向、電極指の延伸方向をＹ方向、支持基板および圧電層の積層方向をＺ方向とする。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、圧電層の結晶方位のＸ軸方向およびＹ軸方向とは必ずしも対応しない。圧電層が回転ＹカットＸ伝搬基板の場合、Ｘ方向は結晶方位のＸ軸方向となる。

【0021】

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、支持基板１０上に圧電層１４が設けられている。支持基板１０と圧電層１４との間に温度補償膜１２が設けられている。温度補償膜１２と支持基板１０との間に境界層１１が設けられている。温度補償膜１２と圧電層１４との間の接合層１３が設けられている。境界層１１の温度補償膜１２側の面を面５１、境界層１１の支持基板１０側の面を面５２、接合層１３の温度補償膜１２側の面を面５３、および圧電層１４の接合層１３側の面を面５４とする。

【0022】

面５１は、境界層１１と温度補償膜１２との界面に相当し平坦面である。面５２は、境界層１１と支持基板１０との界面に相当し、粗面である。面５３は、接合層１３と温度補償膜１２との界面に相当し平坦面である。面５４は圧電層１４と接合層１３との界面に相当し平坦面である。平坦面は例えば算術平均粗さＲａが１ｎｍ以下であり、例えば０．５ｎｍである。粗面は例えば算術平均粗さＲａが１０ｎｍ以上であり例えば０．１５μｍである。境界層１１、温度補償膜１２、接合層１３および圧電層１４の厚さをそれぞれＴ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４とする。なお、境界層１１の厚さは均一でないため平均の厚さを厚さＴ１とする。

【0023】

圧電層１４上に弾性波共振器２６が設けられている。弾性波共振器２６はＩＤＴ（Interdigital Transducer）２２および反射器２４を有する。反射器２４はＩＤＴ２２のＸ方向の両側に設けられている。ＩＤＴ２２および反射器２４は、圧電層１４上の金属膜１６により形成される。

【0024】

ＩＤＴ２２は、対向する一対の櫛型電極２０を備える。櫛型電極２０は、複数の電極指１８と、複数の電極指１８が接続されたバスバー１９と、を備える。一対の櫛型電極２０の電極指１８が交差する領域が交差領域２５である。交差領域２５の長さが開口長である。一対の櫛型電極２０は、交差領域２５の少なくとも一部において電極指１８がほぼ互い違いとなるように、対向して設けられている。交差領域２５において複数の電極指１８が励振する弾性波は、主にＸ方向に伝搬する。一対の櫛型電極２０のうち一方の櫛型電極２０の電極指１８のピッチがほぼ弾性波の波長λとなる。複数の電極指１８のピッチ（電極指１８の中心間のピッチ）をＤとすると、一方の櫛型電極２０の電極指１８のピッチは電極指１８の２本分のピッチＤとなる。反射器２４は、ＩＤＴ２２の電極指１８が励振した弾性波（弾性表面波）を反射する。これにより弾性波はＩＤＴ２２の交差領域２５内に閉じ込められる。

【0025】

圧電層１４は、例えば単結晶タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）層または単結晶ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）層であり、例えば回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層または回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム層である。

【0026】

支持基板１０は、例えばサファイア基板、シリコン基板、スピネル基板、石英基板、水晶基板、アルミナ基板または炭化シリコン基板である。サファイア基板は単結晶Ａｌ_２Ｏ_３基板であり、シリコン基板は単結晶または多結晶のシリコン基板であり、スピネル基板は多結晶ＭｇＡｌ_２Ｏ_４基板であり、石英基板はアモルファスＳｉＯ_２基板であり、水晶基板は単結晶ＳｉＯ_２基板であり、炭化シリコン基板は多結晶または単結晶のＳｉＣ基板である。支持基板１０のＸ方向の線膨張係数は圧電層１４のＸ方向の線膨張係数より小さい。これにより、弾性波共振器の周波数温度依存性を小さくできる。

【0027】

温度補償膜１２は、圧電層１４の弾性定数の温度係数の符号と反対の符号の弾性定数の温度係数を有する。例えば圧電層１４の弾性定数の温度係数は負であり、温度補償膜１２の弾性定数の温度係数は正である。温度補償膜１２は、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を主成分とし、例えばアモルファス層である。ここで、ある材料を主成分とするとは、意図的または意図せず不純物を含むことを意味し、例えばある材料を５０原子％以上含むことであり、８０原子％以上含むことである。温度補償膜１２内のシリコンの原子濃度と酸素の原子濃度の合計は、例えば５０原子％以上であり、８０原子％以上である。温度補償膜１２は、例えば無添加の酸化シリコン膜でもよいし、弗素等の添加元素を含む酸化シリコン膜でもよい。これにより、弾性波共振器の周波数温度係数を小さくできる。温度補償膜１２が酸化シリコン膜の場合、温度補償膜１２を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルク波の音速より遅くなる。

【0028】

バルク波の音速は、ヤング率Ｅ、ポアソン比γおよび密度ρを用い数１で表される。

【数1】

【0029】

境界層１１を伝搬するバルク波の音速は、温度補償膜１２を伝搬するバルク波の音速より速い。これにより、圧電層１４および温度補償膜１２内に弾性波が閉じ込められる。さらに、境界層１１を伝搬するバルク波の音速は、支持基板１０を伝搬するバルク波の音速より遅い。境界層１１は、例えば多結晶または非晶質であり、例えば、酸化アルミニウム膜、シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化シリコン膜または炭化シリコン膜である。

【0030】

接合層１３を伝搬するバルク波の音速は、温度補償膜１２を伝搬するバルク波の音速より速い。接合層１３は、例えば多結晶または非晶質であり、例えば、酸化アルミニウム膜、シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化シリコン膜または炭化シリコン膜である。

【0031】

金属膜１６は、例えばＡｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）またはモリブデン（Ｍｏ）を主成分とする膜である。電極指１８と圧電層１４との間にＴｉ（チタン）膜またはＣｒ（クロム）膜等の密着膜が設けられていてもよい。密着膜は電極指１８より薄い。電極指１８を覆うように絶縁膜が設けられていてもよい。絶縁膜は保護膜または温度補償膜として機能する。

【0032】

弾性波の波長λは例えば１μｍから６μｍである。２本の電極指１８を１対としたときの対数は例えば２０対から３００対である。ＩＤＴ２２のデュティ比は、電極指１８の太さ／電極指１８のピッチであり、例えば３０％から７０％である。ＩＤＴ２２の開口長は例えば１０λから５０λである。

【0033】

図２（ａ）から図３（ｄ）は、実施例１に係る弾性波共振器の製造方法を示す断面図である。図２（ａ）に示すように、上面が粗面の支持基板１０を準備する。図２（ｂ）に示すように、支持基板１０上に境界層１１を形成する。境界層１１の形成には、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スパッタリング法または真空蒸着法を用いる。境界層１１と支持基板１０との界面である面５２は粗面となる。境界層１１の上面は面５２に対応する粗面となる。

【0034】

図２（ｃ）に示すように、境界層１１の上面を例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用い平坦化する。これにより、境界層１１の上面は平坦面となる。図２（ｄ）に示すように、境界層１１上に温度補償膜１２を形成する。温度補償膜１２の形成には、例えばＣＶＤ法、スパッタリング法または真空蒸着法を用いる。境界層１１と温度補償膜１２との界面である面５１は平坦面となる。温度補償膜１２の上面は面５１に対応する平坦面となる。図２（ｅ）に示すように、温度補償膜１２上に接合層１３を形成する。接合層１３の形成には、例えばＣＶＤ法、スパッタリング法または真空蒸着法を用いる。接合層１３と温度補償膜１２との界面である面５３は平坦面となる。接合層１３の上面は面５３に対応する平坦面となる。

【0035】

図３（ａ）に示すように、接合層１３の上面に圧電基板である圧電層１４を接合する。接合層１３と圧電層１４との接合には例えば表面活性化法を用いる。表面活性化法を用いる場合、温度補償膜１２を酸化シリコン膜とすると、温度補償膜１２と圧電層１４を直接接合させることが難しい場合もある。このような場合、温度補償膜１２と異なる材料からなる接合層１３を設けることで、接合層１３と圧電層１４との接合が容易となる。圧電層１４と接合層１３との界面である面５４は平坦面となる。図３（ｂ）に示すように、圧電層１４の上面を例えばＣＭＰ法を用い研磨することで圧電層１４の厚さを所望の厚さとする。これにより、弾性波デバイスを製造するためのウエハが形成される。

【0036】

図３（ｃ）に示すように、圧電層１４上に弾性波共振器２６を形成する。圧電層１４上からレーザ光５８を照射することにより、支持基板１０内に改質領域５６を形成する。改質領域５６は、レーザ光５８の焦点において、支持基板１０が熔解し固化した領域であり非晶質または多結晶であり、支持基板１０を切断する方向に点在する。図３（ｄ）に示すように、改質領域５６において支持基板１０を切断する。例えば改質領域５６直下の支持基板１０の下面または改質領域５６直上の圧電層１４の上面にブレード５９を押し当てることで、支持基板１０を劈開する。これにより、支持基板１０が個片化し弾性波デバイスのチップが形成される。個片化された支持基板１０の側面には改質領域５６が露出する。

【0037】

ＩＤＴ２２は圧電層１４内に主モードである弾性表面波を励振する。このとき、ＩＤＴ２２はバルク波も励振する。主モードの弾性表面波のエネルギーが存在する範囲は圧電層１４の上面から２λ（λは弾性波の波長）程度の深さまであり、特に圧電層１４の上面からλまでの範囲に存在する。一方、バルク波は圧電層１４の上面から１０λ以上まで存在する。バルク波が下方に伝搬して行くと、弾性波のエネルギーが漏洩し、損失が大きくなる。一方、支持基板１０までの界面でバルク波が反射しＩＤＴ２２に戻るとスプリアス応答の原因となる。以上を踏まえ、各層の機能および各層の厚さの好ましい範囲について考察する。

【0038】

温度補償膜１２は弾性波共振器の周波数温度係数を小さくする機能を有する。この機能を有するためには主モードの弾性表面波のエネルギーが温度補償膜１２内にある程度存在することが求められる。そこで、圧電層１４の厚さＴ４は、温度補償膜１２内に弾性表面波のエネルギーが存在できる範囲であることが好ましい、この観点から圧電層１４の厚さＴ４は、λ以下が好ましく、０．６λ以下がより好ましい。

【0039】

温度補償膜１２の下に温度補償膜１２を伝搬するバルク波の音速より音速の速いバルク波が伝搬する境界層１１を設ける。これにより、弾性波の主モードの弾性表面波のエネルギーを圧電層１４および温度補償膜１２に閉じ込めることがきる。よって、主モードの弾性表面波による応答の特性が良好となる。バルク波による損失を抑制するため、特許文献１に記載されているように、圧電層１４の厚さＴ４と接合層１３の厚さＴ３と温度補償膜１２の厚さＴ２の合計の厚さＴ２＋Ｔ３＋Ｔ４は２λ以下が好ましく１．５λ以下がより好ましい。

【0040】

弾性波デバイスの周波数温度依存性を小さくするため、支持基板１０の線膨張係数は圧電層１４のＸ方向の線膨張係数より小さい。また、支持する機能を有するため、支持基板１０は固い材料が好ましい。固い材料を用いると支持基板１０を伝搬するバルク波の音速は温度補償膜１２を伝搬するバルク波の音速より速くなる。

【0041】

境界層１１を設けずに支持基板１０を温度補償膜１２下に設けると、温度補償膜１２と支持基板１０との界面でバルク波が反射しスプリアスの原因となる。境界層１１を設けることで境界層１１と支持基板１０との界面となる面５２が圧電層１４から遠くなりバルク波に起因するスプリアスを抑制できる。さらに、面５２を粗面とすることで、バルク波が面５２で散乱されるため、スプリアスをより抑制できる。

【0042】

接合層１３は、温度補償膜１２を伝搬するバルク波の音速より音速が速いバルク波が伝搬する。これにより、面５１で反射されたバルク波を反射し、スプリアスを抑制する。接合層１３が厚すぎると、主モードの弾性表面波のエネルギーが圧電層１４に集中し温度補償膜１２内に存在しなくなり、温度補償膜１２の機能が損なわれる。また、バルク波が圧電層１４と接合層１３との界面である面５４で反射されスプリアスの原因となる。接合層１３が薄すぎると面５１で反射されたバルク波が圧電層１４に通過しスプリアスとなる。

【0043】

［比較例］
図４（ａ）および図４（ｂ）は、それぞれ比較例１および２に係る弾性波共振器の断面図である。図４（ａ）に示すように、比較例１では、境界層１１の支持基板１０側の面５２が平坦面である。その他の構成は実施例１と同じである。図４（ｂ）に示すように、比較例２では、境界層１１の温度補償膜１２側の面５１は粗面である。比較例２における面５１は、図２（ｃ）において境界層１１の上面の平坦化を行っていない面５１に相当する。その他の構成は実施例１と同じである。

【0044】

［シミュレーション］
比較例１、２および実施例１につい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：１．５μｍ
支持基板１０：サファイア基板
境界層１１：厚さＴ１が０．３λの酸化アルミニウム膜
温度補償膜１２：厚さＴ２が０．４λの酸化シリコン膜
接合層１３：厚さＴ３が１０ｎｍの酸化アルミニウム膜
圧電層１４：厚さＴ４が０．４λの４２°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板
金属膜１６：厚さが０．１λのアルミニウム膜
面５１、５３および５４：鏡面
面５２：凸部の最大高さが０．１５μｍの粗面

【0045】

図５（ａ）は、比較例１、２および実施例１における周波数に対するアドミッタンス｜Ｙ｜を示す図、図５（ｂ）は、図５（ａ）の拡大図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）の破線内の拡大図である。図５（ａ）の２６００ＭＨｚ付近の応答は主モードの弾性表面波による応答であり、図５（ｂ）は、バルク波に起因するスプリアス応答である。

【0046】

図５（ａ）に示すように、２６００ＭＨｚ付近の主モードの弾性表面波による応答は比較例１、２および実施例１でほとんど変わらない。図５（ｂ）に示すように、比較例２のスプリアス応答の大きさは比較例１より小さく、実施例１のスプリアス応答の大きさは比較例２より小さい。

【0047】

比較例２のスプリアス応答の大きさが比較例１より小さいのは、面５２においてバルク波が散乱されたためと考えられる。実施例１のスプリアスの大きさは比較例２より小さい理由は不明であるが、例えば以下のように考えられる。

【0048】

図６（ａ）および図６（ｂ）は、比較例２および実施例１に係る弾性波デバイスの断面模式図である。図６（ａ）に示すように、比較例２では、圧電層１４から接合層１３を通過したバルク波７０が面５１に入射すると、面５１は粗面なため、面５１へのバルク波７０の入射角は様々である。このため、バルク波７０の一部は面５１を通過しバルク波７１となり、他の一部は面５１において散乱されバルク波７３となる。バルク波７１は粗面である面５２において散乱されバルク波７２となる。バルク波７３の面５３への入射角は様々である。このため、バルク波７３の一部は面５３を通過しバルク波７５となり、他の一部は面５３において反射されバルク波７４となる。バルク波７５がＩＤＴに到達するとスプリアス応答となる。

【0049】

図６（ｂ）に示すように、実施例１では面５１は平坦面である。面５１への入射θ１が小さいバルク波７０ａは面５１を通過し、バルク波７１となる。バルク波７１は面５２で散乱されバルク波７２となる。面５１への入射角θ２が大きいバルク波７０ｂは面５１において反射されバルク波７３となる。バルク波７３の出射角はθ２である。バルク波７３の面５３への入射角はθ２である。バルク波７３は面５３において反射し出射角θ２で出射するバルク波７４となる。このように、実施例１では、面５１が鏡面のため、面５１への入射角が小さいθ１のバルク波７０ａは面５１を通過し面５２において散乱する。面５１への入射角大きいθ２のバルク波７０ｂは面５１で反射されるが、面５３でも反射される。このように、実施例1では、図６（ａ）のバルク波７５がＩＤＴに到達し難いためスプリアス応答が抑制されるのではないかと考えられる。

【0050】

また、比較例２では、面５１が粗面である。面５１の凹凸が１μｍ程度存在すると、温度補償膜１２を薄くできない。また、温度補償膜１２の厚さが局所的にばらつくため特性が安定しない。実施例１では、面５１が平坦面のため、温度補償膜１２を薄くできる。また、温度補償膜１２の厚さが略一定であり特性が安定する。

【0051】

実施例１によれば、境界層１１（第１中間層）を伝搬するバルク波の音速は温度補償膜１２を伝搬するバルク波の音速より速く、境界層１１の温度補償膜１２側の面５１（第１面）の面粗さは支持基板１０側の面５２（第２面）の面粗さより小さい。接合層１３（第２中間層）を伝搬するバルク波の音速は温度補償膜１２を伝搬するバルク波の音速より速い。接合層１３の温度補償膜１２側の面５３（第３面）の面粗さは面５２の面粗さより小さい。これにより、図６（ａ）および図６（ｂ）において説明したように、スプリアス応答を抑制できる。また、温度補償膜１２を薄くできる。また温度補償膜１２の厚さを略一定にでき特性を安定にできる。

【0052】

境界層１１および接合層１３を伝搬するバルク波の音速は、温度補償膜１２を伝搬するバルク波の音速の１．１倍以上が好ましく、１．２倍以上がより好ましい。また、境界層１１および接合層１３を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルク波の音速より大きいことが好ましい。境界層１１および接合層１３を伝搬するバルク波の音速は温度補償膜１２を伝搬するバルク波の音速の２．０倍以下が好ましく、１．５倍以下がより好ましい。

【0053】

図６（ｂ）のように、面５１と５３とにおいてバルク波を同様に反射するため、境界層１１と接合層１３とを伝搬するバルク波の音速は略同じであることが好ましい。このため、境界層１１と接合層１３との主成分は同じであることが好ましい。

【0054】

温度補償膜１２を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルク波の音速より速くてもよいが、温度補償膜１２を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルク波の音速より遅いことが好ましい。これにより、図６（ｂ）におけるバルク波７３は接合層１３を通過しにくく、スプリアスをより抑制できる。温度補償膜１２を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルク波の音速の０．９９倍以下が好ましい。温度補償膜１２を伝搬するバルク波の音速が遅すぎると、圧電層１４内に弾性波が存在しにくくなる。よって、温度補償膜１２を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルク波の音速の０．９倍以上が好ましい。

【0055】

支持基板１０を伝搬するバルク波の音速は境界層１１を伝搬するバルク波の音速より遅くてもよいが、支持基板１０を伝搬するバルク波の音速は境界層１１を伝搬するバルク波の音速より速いことが好ましい。これにより、図６（ｂ）においてバルク波７１を境界層１１内に反射できる。よって、バルク波７１が支持基板１０に漏洩せず損失を抑制できる。支持基板１０を伝搬するバルク波の音速は境界層１１を伝搬するバルク波の音速の１．１倍以上が好ましく、１．２倍以上がより好ましい。支持基板１０を伝搬するバルク波の音速は境界層１１を伝搬するバルク波の音速の２．０倍以下が好ましい。

【0056】

圧電層１４の接合層１３側の面５４（第４面）の面粗さは、面５２の面粗さより小さい。これにより、面５２におけるバルク波７０の散乱を抑制できる。

【0057】

面５１、５３および５４の算術平均粗さＲａは、面５２の算術平均粗さの１／１０以下が好ましく、１／１００以下がより好ましい。バルク波を散乱させない観点から、面５１、５３および５４の算術平均粗さＲａは、１ｎｍ以下が好ましく、０．５ｎｍ以下がより好ましい。バルク波を散乱させる観点から面５２の算術平均粗さＲａは、１０ｎｍ以上が好ましく、２０ｎｍ以上がより好ましく、１００ｎｍ以上がさらに好ましい。面５２の算術平均粗さＲａの上限は例えば１０μｍである。

【0058】

弾性表面波のエネルギーが圧電層１４の表面から２λまでの範囲にほとんど存在する場合には、主モードの弾性波のエネルギーを圧電層１４および温度補償膜１２内に閉じ込め、かつスプリアス応答を抑制する観点から、温度補償膜１２の支持基板１０側の面と圧電層１４の櫛型電極２０側の面との距離（Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４）は複数の電極指１８の平均ピッチＤの４倍（２λ）以下が好ましく、３．０倍（１．５λ）以下がより好ましく、２．０倍（λ）以下がさらに好ましい。複数の電極指１８の平均ピッチＤは、ＩＤＴ２２のＸ方向の幅を電極指１８の本数で除することで算出できる。

【0059】

温度補償膜１２に弾性波のエネルギーを存在させるため、圧電層１４の厚さＴ４は、電極指１８の平均ピッチＤの２倍（λ）以下が好ましく、１．２倍（０．６λ）以下がより好ましい。圧電層１４が薄すぎると、弾性波が励振されない。よって、圧電層１４の厚さＴ４は、電極指１８の平均ピッチＤの０．２倍（０．１λ）以上が好ましい。

【0060】

境界層１１の厚さＴ１が薄いと、面５２において散乱されたバルク波が圧電層１４内に伝搬する可能性が高くなる。この観点から、境界層１１の厚さＴ１は電極指１８の平均ピッチＤの２倍（λ）以上が好ましく、４倍（２λ）以上がより好ましい。

【0061】

接合層１３の厚さＴ３は、圧電層１４および温度補償膜１２の機能を損なわない観点から、２０ｎｍ以下が好ましく、１０ｎｍ以下がより好ましい。接合層１３としての機能を損なわない観点から、厚さＴ３は、１ｎｍ以上が好ましく、２ｎｍ以上がより好ましい。

【0062】

圧電層１４は、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムを主成分とする単結晶であり、温度補償膜１２は酸化シリコンを主成分とする多結晶または非晶質であり、境界層１１および接合層１３は酸化アルミニウムを主成分とする多結晶または非晶質であり、支持基板１０はサファイア基板である。これにより、シミュレーションのように、スプリアス応答を抑制できる。なお、ある材料を主成分とするとは、意図的または意図せず不純物を含むことを意味し、例えばある材料を５０原子％以上含むことであり、８０原子％以上含むことである。

【0063】

比較例２の図５（ｂ）では、図３（ｃ）においてレーザ光５８は２つの粗面である面５１および５２を通過する。このため、レーザ光５８が減衰する。例えば圧電層１４がタンタル酸リチウム、接合層１３が酸化アルミニウム、温度補償膜１２が酸化シリコン、境界層１１が酸化アルミニウムおよび支持基板１０がサファイアの場合、タンタル酸リチウム、酸化アルミニウム、酸化シリコンおよびサファイアの屈折率は、それぞれ２．３、１．６６、１．４５および１．７である。このように屈折率が互いに異なる。このため、面５１および５２においてレーザ光５８が散乱され、改質領域５６が形成され難くなる。このため、図３（ｄ）において、支持基板１０を切断するときにクラック等が発生しやすい。クラックが発生すると切断のための領域を広くすることになりコストが増大する。

【0064】

実施例１によれば、圧電層１４、接合層１３、温度補償膜１２、境界層１１および支持基板１０を備え、面５１が平坦面である積層基板に圧電層１４の上方からレーザ光を照射し、支持基板１０内に改質領域５６を形成する。その後、改質領域５６において支持基板１０を切断する。これにより、面５１におけるレーザ光５８の散乱が抑制される。よって、支持基板１０の切断時にクラックの発生が抑制される。切断のための領域を狭くすることができるため、コストを抑制できる。

【0065】

温度補償膜１２と境界層１１との屈折率の差が境界層１１と支持基板１０との屈折率の差より大きい場合、面５１を平坦面とすることで、面５１でのレーザ光の散乱をより抑制できる。

【0066】

［実施例１の変形例１］
図７（ａ）は、実施例１の変形例１に係る弾性波共振器の断面図である。図７（ａ）に示すように、面５２の凹凸は規則的に設けられていてもよい。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

【0067】

［実施例１の変形例２］
図７（ｂ）は、実施例１の変形例２に係る弾性波共振器の断面図である。図７（ｂ）に示すように、面５２の凹凸は矩形状である。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

【0068】

実施例１およびその変形例のように、面５２の凹凸の立体形状は任意に設定できる。凹凸は規則的（周期的）でもよいし不規則（ランダム）でもよい。

【0069】

実施例１およびその変形例において、一対の櫛型電極２０が主に励振する弾性波がＳＨ（Shear Horizontal）波であるとき、バルク波が励振しやすい。圧電層１４が３６°以上かつ４８°以下回転Ｙカットタンタル酸リチウム層のとき、ＳＨ波が励振される。よって、このとき、境界層１１を設けることが好ましい。一対の櫛型電極２０が主に励振する弾性波は、ＳＨ波に限らず例えばＬａｍｂ波であってもよい。

【実施例2】

【0070】

図８（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図である。図８（ａ）に示すように、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からＳ３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およびＰ２が並列に接続されている。１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ３および１または複数の並列共振器Ｐ１およびＰ２の少なくとも１つに実施例１の弾性波共振器を用いることができる。ラダー型フィルタの共振器の個数等は適宜設定できる。フィルタは、多重モード型フィルタでもよい。

【0071】

［実施例２の変形例１］
図８（ｂ）は、実施例２の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。図８（ｂ）に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ４０が接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ４２が接続されている。送信フィルタ４０は、送信端子Ｔｘから入力された高周波信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ４２は、共通端子Ａｎｔから入力された高周波信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信フィルタ４０および受信フィルタ４２の少なくとも一方を実施例２のフィルタとすることができる。

【0072】

マルチプレクサとしてデュプレクサを例に説明したがトリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。

【0073】

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0074】

１０ 支持基板
１１ 境界層
１２ 温度補償膜
１３ 接合層
１４ 圧電層
１６ 金属膜
１８ 電極指
２０ 櫛型電極
２２ ＩＤＴ
２６ 弾性波共振器
４０ 送信フィルタ
４２ 受信フィルタ
５１－５４ 面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】