JP2019022093A - Elastic wave device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、弾性波デバイスに関し、例えば電極指を有する弾性波デバイスに関する。 The present invention relates to an acoustic wave device, for example, an acoustic wave device having electrode fingers.
携帯電話を代表とする高周波通信用システムにおいて、通信に使用する周波数帯以外の不要な信号を除去するために高周波フィルタ等が用いられている。高周波フィルタ等には、弾性表面波(SAW:Surface Acoustic Wave)共振器等の弾性波共振器が用いられている。弾性表面波共振器においては、ニオブ酸リチウム基板またはタンタル酸リチウム基板等の圧電基板上に複数の電極指を有するIDT(Interdigital Transducer)が設けられている。 In a high-frequency communication system typified by a cellular phone, a high-frequency filter or the like is used to remove unnecessary signals other than the frequency band used for communication. An acoustic wave resonator such as a surface acoustic wave (SAW) resonator is used for a high-frequency filter or the like. In a surface acoustic wave resonator, an IDT (Interdigital Transducer) having a plurality of electrode fingers is provided on a piezoelectric substrate such as a lithium niobate substrate or a lithium tantalate substrate.
耐久性および耐電圧性が高く、抵抗の小さいCu(銅)を電極指の材料として用いることが知られている(例えば特許文献1)。タンタル酸リチウム基板上に複数の電極指をエッチング法を用い形成するときに、タンタル酸リチウム基板がエッチングされないように、Ru(ルテニウム)またはRuO(酸化ルテニウム)膜を用いることが知られている(例えば特許文献2)。 It is known that Cu (copper) having high durability and voltage resistance and low resistance is used as an electrode finger material (for example, Patent Document 1). It is known to use a Ru (ruthenium) or RuO (ruthenium oxide) film so that the lithium tantalate substrate is not etched when a plurality of electrode fingers are formed on the lithium tantalate substrate using an etching method ( For example, Patent Document 2).
TiまたはCrとAlまたはCuとを交互に積層した積層膜を電極指とすることが知られている(例えば特許文献3)。CuとAlとを交互に積層した積層膜を電極指として用いることが知られている(例えば特許文献4)。 It is known that an electrode finger is a laminated film in which Ti or Cr and Al or Cu are alternately laminated (for example, Patent Document 3). It is known that a laminated film in which Cu and Al are alternately laminated is used as an electrode finger (for example, Patent Document 4).
IDTに大電力の高周波信号が入力すると、弾性表面波が励振され電極指が発熱する。熱膨張により電極指に応力が加わる。また、圧電基板の変形にともなう弾性応力が電極指に加わる。これにより、ストレスマイグレーションが生じ、弾性波デバイスの耐電力性能が劣化する。特許文献3では、電極指にTiまたはCrとAlまたはCuとを交互に積層した積層膜を用いることにより、耐電力性能を向上させている。しかしながら、耐電力性の向上は十分でない。
When a high-power high-frequency signal is input to the IDT, surface acoustic waves are excited and the electrode fingers generate heat. Stress is applied to the electrode fingers due to thermal expansion. In addition, elastic stress accompanying deformation of the piezoelectric substrate is applied to the electrode fingers. As a result, stress migration occurs, and the power durability performance of the acoustic wave device deteriorates. In
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、耐電力性を向上させることを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said subject, and aims at improving power durability.
本発明は、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられ前記圧電基板に向かって幅が広くなるような傾斜面を有し第1金属を主成分とする第1金属膜と、前記第1金属膜の前記傾斜面の少なくとも一部を覆うように前記第1金属膜上に接して設けられ前記第1金属より融点および抵抗率が高い第2金属を主成分とする第2金属膜と、前記第2金属膜の傾斜面を覆うように前記第2金属膜上に接して設けられ前記第1金属を主成分とする第3金属膜と、を有する弾性波を励振する複数の電極指と、を具備する弾性波デバイスである。 The present invention includes a piezoelectric substrate, a first metal film having a sloped surface provided on the piezoelectric substrate and having a width that increases toward the piezoelectric substrate, the first metal as a main component, and the first metal. A second metal film mainly comprising a second metal having a melting point and a resistivity higher than that of the first metal, which is provided in contact with the first metal film so as to cover at least a part of the inclined surface of the film; A plurality of electrode fingers for exciting an elastic wave having a third metal film mainly composed of the first metal provided in contact with the second metal film so as to cover the inclined surface of the second metal film; An acoustic wave device comprising:
上記構成において、前記第2金属はCrまたはCrより融点の高い金属である構成とすることができる。 The said structure WHEREIN: The said 2nd metal can be set as the structure which is a metal with melting | fusing point higher than Cr or Cr.
上記構成において、前記第1金属はCuである構成とすることができる。 The said structure WHEREIN: The said 1st metal can be set as the structure which is Cu.
上記構成において、前記第1金属はAlである構成とすることができる。 In the above configuration, the first metal may be Al.
上記構成において、前記複数の電極指は、前記第3金属膜上に設けられ、前記第1金属より融点および抵抗率が高い第3金属を主成分とする第4金属膜を有する構成とすることができる。 In the above configuration, the plurality of electrode fingers have a fourth metal film that is provided on the third metal film and has a third metal whose main component is a melting point and resistivity higher than those of the first metal. Can do.
上記構成において、前記複数の電極指は、前記圧電基板と前記第1金属膜との間に設けられ前記第1金属より融点および抵抗率が高い第4金属を主成分とする第5金属膜を具備する構成とすることができる。 In the above-described configuration, the plurality of electrode fingers are provided with a fifth metal film that is provided between the piezoelectric substrate and the first metal film and has a fourth metal as a main component that has a melting point and a resistivity higher than those of the first metal. It can be set as the structure to comprise.
上記構成において、前記複数の電極指の側面と接する誘電体膜を具備する構成とすることができる。 In the above configuration, a dielectric film in contact with the side surfaces of the plurality of electrode fingers can be provided.
上記構成において、前記圧電基板は、タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である構成とすることができる。 In the above configuration, the piezoelectric substrate may be a lithium tantalate substrate or a lithium niobate substrate.
上記構成において、前記複数の電極指を含むフィルタを具備する構成とすることができる。 The said structure WHEREIN: It can be set as the structure which comprises the filter containing these electrode fingers.
上記構成において、前記フィルタを含むマルチプレクサを具備する構成とすることができる。 In the above configuration, a multiplexer including the filter can be provided.
本発明によれば、耐電力性を向上させることができる。 According to the present invention, power durability can be improved.
図1(a)は弾性表面波共振器の平面図、図1(b)は図1(a)のA−A断面図である。図1(a)および図1(b)に示すように、弾性表面波共振器24は、IDT20と反射器22を有する。IDT20および反射器22は、圧電基板10上に形成された金属膜12により形成される。IDT20は、対向する一対の櫛型電極18を備える。櫛型電極18は、複数の電極指14と、複数の電極指14が接続されたバスバー16と、を備える。一対の櫛型電極18は、電極指14がほぼ互い違いとなるように、対向して設けられている。圧電基板10上に電極指14を覆うように誘電体膜15が設けられている。
FIG. 1A is a plan view of a surface acoustic wave resonator, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. As shown in FIGS. 1A and 1B, the surface
IDT20が励振する弾性波は、主に電極指14の配列方向に伝搬する。電極指14のピッチがほぼ弾性波の波長λとなる。弾性波の伝搬方向をX方向、伝搬方向に直交する方向をY方向とする。X方向およびY方向は、圧電基板10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。圧電基板10は、タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である。誘電体膜15は、弾性表面波共振器の周波数温度特性を抑制するための温度補償膜であり、例えば酸化シリコン膜または弗素等の元素が添加された酸化シリコン膜である。
The elastic wave excited by the IDT 20 propagates mainly in the arrangement direction of the
金属膜12としては、Al膜またはCu膜が用いられている。例えば、誘電体膜15を設けない弾性表面波共振器では、金属膜12としてAl膜が用いられている。誘電体膜15を設けた弾性表面波共振器では、金属膜12としてCu膜が用いられている。
As the
Alは音響インピーダンスが小さい。このため、誘電体膜15を設けると、誘電体膜15と電極指14との音響インピーダンスの差が小さくなる。これにより、電極指14における弾性波の反射係数が小さくなってしまう。一方、Cuは音響インピーダンスがAlより大きい。このため、誘電体膜15と電極指14との音響インピーダンスの差が大きくなり、電極指における弾性波の反射係数が大きくなる。これにより広帯域な弾性波デバイスを実現できる。
Al has low acoustic impedance. For this reason, when the
また、CuはAlに比べ低抵抗であることからCu膜を用いることで電極指14を低抵抗化できる。さらに、CuはAlに比べマイグレーション耐性が高い。さらに、CuはAlより密度が高いため、電極指14を薄くでき電極指14の弾性的な損失を低減できる。
Further, since Cu has a lower resistance than Al, the resistance of the
低抵抗のAl膜またはCu膜を圧電基板10上に直接設けると、大電力の高周波信号が入力する動作時にAl膜またはCu膜に応力が加わるおよび/またはAl膜またはCu膜が発熱する。このため、AlまたはCuのマイグレーションが生じる。これにより、弾性波デバイスの耐電力性能が低下する。耐電力性能を向上させるため、Al膜またはCu膜と圧電基板10との間にAlまたはCuより耐熱性のある金属膜を設ける。これにより、弾性波デバイスの耐電力性能を向上できる。
When a low-resistance Al film or Cu film is directly provided on the
[比較例1、2]
図2は、比較例1および2における電極指付近の断面図である。図2に示すように、圧電基板10上に金属膜12が設けられている。金属膜12を覆うように誘電体膜15が設けられている。金属膜12は、積層された金属膜12a、12bおよび12cを含む。金属膜12aは、圧電基板10上に設けられている。金属膜12bは金属膜12a上に設けられている。金属膜12cは、金属膜12b上に設けられている。金属膜12aは、耐電力性能を向上させるための膜である。金属膜12bはCu膜である。金属膜12cは、電極指14以外において誘電体膜15にウェットエッチングで開口を設けるときのエッチングストッパである。誘電体膜15の上面は平坦である。
[Comparative Examples 1 and 2]
FIG. 2 is a cross-sectional view of the vicinity of the electrode fingers in Comparative Examples 1 and 2. As shown in FIG. 2, a
比較例1および2では、Cu膜と圧電基板10との間の膜としてそれぞれTi(チタン)膜およびRu膜を用いた。図2のA−A線における反共振周波数の歪エネルギーを比較例1および2についてシミュレーションした。シミュレーション条件は以下である。
比較例1および2の共通の条件
圧電基板10:127.86°回転YカットX伝搬ニオブ酸リチウム基板
電極指14のピッチ:2.00μm
比較例1
金属膜12a:膜厚が10nmのTi膜
金属膜12b:膜厚が136nmのCu膜
金属膜12c:膜厚が9nmのCr膜
誘電体膜15:電極指14間における膜厚が610nmの酸化シリコン膜
比較例2
金属膜12a:膜厚が20nmのRu膜
金属膜12b:膜厚が125nmのCu膜
金属膜12c:膜厚が9nmのCr膜
誘電体膜15:電極指14間における膜厚が593nmの酸化シリコン膜
RuおよびTiのバルクでのヤング率はそれぞれ約420GPaおよび120GPaである。Ruのヤング率はTiより大きい。比較例1と2とで音速を合わせるため、比較例2のRu膜を比較例1のTi膜より厚くした。
In Comparative Examples 1 and 2, a Ti (titanium) film and a Ru film were used as the film between the Cu film and the
Conditions common to Comparative Examples 1 and 2 Piezoelectric substrate 10: 127.86 ° rotated Y-cut X-propagating lithium niobate substrate Pitch of electrode fingers 14: 2.00 μm
Comparative Example 1
図3は、比較例1および2における深さに対する歪エネルギーを示す図である。歪エネルギーの単位はJ(ジュール)である。深さが0μmは、圧電基板10と金属膜12との界面を示している。深さが負は圧電基板10内を示し、正は電極指14内を示す。図の上のTi、Cu、Cr(クロム)およびSiO2は、比較例1におけるTi膜、Cu膜、Cr膜および誘電体膜15を示す。図の下のRu、Cu、CrおよびSiO2は、比較例2におけるRu膜、Cu膜、Cr膜および誘電体膜15を示す。LNはニオブ酸リチウム基板を示す。
FIG. 3 is a diagram showing strain energy with respect to depth in Comparative Examples 1 and 2. The unit of strain energy is J (joule). The depth of 0 μm indicates the interface between the
図3に示すように、比較例2では比較例1より電極指14内(特に圧電基板10との界面付近)の歪エネルギーが小さい。これは、RuがTiよりヤング率が大きいためと考えられる。歪エネルギーが大きいと弾性波のエネルギーが歪みエネルギーとなり弾性波の損失が大きくなる。比較例2では、電極指14内の歪エネルギーが小さく、弾性波の損失を小さくできる。電極指14内の歪エネルギーを小さくするためには、金属膜12aのヤング率は300GPa以上が好ましい。
As shown in FIG. 3, in Comparative Example 2, the strain energy in the electrode finger 14 (particularly near the interface with the piezoelectric substrate 10) is smaller than in Comparative Example 1. This is presumably because Ru has a Young's modulus greater than that of Ti. When the strain energy is large, the energy of the elastic wave becomes the strain energy and the loss of the elastic wave becomes large. In Comparative Example 2, the strain energy in the
次に比較例1および2の弾性表面波共振器を作製した。作製条件は以下である。
電極指14の対数:100対
開口長:20λ
反射器22の対数:10対
共振器:正規型
その他の条件はシミュレーションと同じであり説明を省略する。
Next, surface acoustic wave resonators of Comparative Examples 1 and 2 were produced. The production conditions are as follows.
Number of pairs of electrode fingers 14: 100 Opening length: 20λ
Logarithm of reflector 22: 10 pairs Resonator: normal type Other conditions are the same as in the simulation, and the description thereof is omitted.
比較例1および2についてQ値を測定した。共振周波数frと反共振周波数faとの間のQ値を平均すると以下となった。
比較例1のQ値の平均:1027
比較例2のQ値の平均:1271
以上のように、比較例2では比較例1に比べ、約20%Q値を向上できる。これは、図3のシミュレーションのように、比較例2は比較例1に比べ歪エネルギーが小さいためと考えられる。
Q values were measured for Comparative Examples 1 and 2. The average Q value between the resonance frequency fr and the anti-resonance frequency fa is as follows.
Average Q value of Comparative Example 1: 1027
Average Q value of Comparative Example 2: 1271
As described above, in Comparative Example 2, the Q value can be improved by about 20% compared to Comparative Example 1. This is considered because the strain energy of Comparative Example 2 is smaller than that of Comparative Example 1 as in the simulation of FIG.
電極指14は、誘電体膜15の成膜工程およびパッケージへ実装するときのリフロー工程において数100℃の高温となる。また、弾性表面波共振器の動作時の発熱に曝される。このような高温により、金属膜12aと圧電基板10との間の拡散が問題となる。
The
図4(a)および図4(b)は、それぞれ比較例1および比較例2における電極指と圧電基板との界面の模式図である。図4(a)に示すように、比較例1では、金属膜12a内に圧電基板10の原子が熱拡散した領域50と圧電基板10内にTi原子が熱拡散した領域52が形成される。領域50および52の全体の厚さは例えば数nmである。領域50および52が形成されると、電極指14が実質的に圧電基板10に埋め込まれることなる。領域50および52により、圧電基板10の表面における絶縁抵抗が実質的に低下する。これにより、弾性波デバイスが動作するときに、電極指14間で絶縁破壊が生じ動作不良の原因となる場合がある。
FIG. 4A and FIG. 4B are schematic views of the interface between the electrode finger and the piezoelectric substrate in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, respectively. As shown in FIG. 4A, in Comparative Example 1, a
図4(b)に示すように、比較例2では膜厚が1nm以上の拡散領域はほとんど観察されない。電極指14と圧電基板10との界面と、電極指14間の誘電体膜15と圧電基板10との界面は実質的に(例えば1nm程度の範囲では)同一平面である。よって、比較例1のような絶縁不良による動作不良は抑制される。なお、図4(a)および図4(b)のような界面はTEM(Transmission Electron Microscope)を用い観察できる。
As shown in FIG. 4B, in Comparative Example 2, a diffusion region having a thickness of 1 nm or more is hardly observed. The interface between the
絶縁不良の影響を調査するため、比較例1および2の弾性表面波共振器に周波数が1780MHzの高周波信号を印加し、瞬時に破壊される瞬時破壊電力を測定した。比較例1では瞬時破壊電力は約0.44Wであるのに対し、比較例2では約1.10Wであった。比較例2では比較例1に比べ瞬時破壊電力が約2.5倍に向上している。このように、比較例2では、比較例1に比べ耐電力性能を向上できる。比較例2において耐電力性能を向上できる一因は図4(b)のように、Ru原子の圧電基板10への拡散がほとんどないためと考えられる。
In order to investigate the influence of insulation failure, a high frequency signal having a frequency of 1780 MHz was applied to the surface acoustic wave resonators of Comparative Examples 1 and 2, and the instantaneous breakdown power that was instantaneously broken was measured. In Comparative Example 1, the instantaneous breakdown power was about 0.44 W, while in Comparative Example 2, it was about 1.10 W. In Comparative Example 2, the instantaneous breakdown power is improved about 2.5 times compared to Comparative Example 1. Thus, in Comparative Example 2, the power durability can be improved as compared with Comparative Example 1. One reason that the power durability performance can be improved in Comparative Example 2 is considered to be that there is almost no diffusion of Ru atoms into the
[比較例3、4]
このように、比較例2では、比較例1に比べ瞬時破壊電力等の耐電力性が向上している。しかしながら、比較例2の耐電力性は十分ではない。以下に比較例2より耐電力性を向上させるため、金属膜12bと12cとの間に金属膜12dを設けた比較例3について説明する。
[Comparative Examples 3 and 4]
Thus, in Comparative Example 2, the power durability such as instantaneous breakdown power is improved as compared with Comparative Example 1. However, the power durability of Comparative Example 2 is not sufficient. In the following, Comparative Example 3 in which a
図5は、比較例3および4における電極指付近の断面図である。図5に示すように、金属膜12bと12cとの間に金属膜12dが設けられている。金属膜12dは、耐電力性を向上させるための膜である。その他の構成は比較例2と同じであり説明を省略する。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the vicinity of the electrode fingers in Comparative Examples 3 and 4. As shown in FIG. 5, a
比較例3および4の弾性表面波共振器を作製した。作製条件は以下である。
金属膜12a:膜厚が10nmのRu膜
金属膜12b:膜厚が125nmのCu膜
金属膜12d:膜厚が10nmのRu膜(比較例3)、Ti膜(比較例4)
金属膜12c:膜厚が9nmのCr膜
誘電体膜15:電極指14間における膜厚が593nmの酸化シリコン膜
その他の条件は比較例2と同じである。
Surface acoustic wave resonators of Comparative Examples 3 and 4 were produced. The production conditions are as follows.
作製した比較例2および3のQ値を測定した。共振周波数frと反共振周波数faとの間のQ値を平均すると以下となった。
比較例2のQ値の平均:1271
比較例3のQ値の平均:1255
以上のように、比較例3は比較例2と同程度のQ値である。これは、比較例2と3とで歪エネルギーが同程度のためと考えられる。
The Q values of the produced Comparative Examples 2 and 3 were measured. The average Q value between the resonance frequency fr and the anti-resonance frequency fa is as follows.
Average Q value of Comparative Example 2: 1271
Average Q value of Comparative Example 3: 1255
As described above, Comparative Example 3 has a Q value comparable to that of Comparative Example 2. This is presumably because Comparative Examples 2 and 3 have the same strain energy.
次に、弾性表面波共振器に周波数が1780MHzの高周波信号を印加し、破壊される時間を耐電力寿命とした。印加する高周波信号のパワー(入力パワー)は29dBmである。 Next, a high frequency signal having a frequency of 1780 MHz was applied to the surface acoustic wave resonator, and the breakdown time was defined as the power durability. The power (input power) of the applied high frequency signal is 29 dBm.
図6は、比較例2から4における耐電力寿命を示す図である。図6に示すように、Ru膜の金属膜12dを設けた比較例3は金属膜12dを設けない比較例2より耐電力寿命が長い。しかし、金属膜12dをTi膜とした比較例4は比較例2より耐電力寿命が短い。
FIG. 6 is a diagram showing a power durability life in Comparative Examples 2 to 4. As shown in FIG. 6, Comparative Example 3 in which the
以上のように、金属膜12b上にRu膜である金属膜12dを設けることで耐電力性が向上する理由は明確ではないが、例えば以下のように考えられる。
As described above, the reason why the power durability is improved by providing the
耐電力性が低い原因は、例えばストレスマイグレーション等により金属膜12b内のCu原子が移動し隣接する電極指同士が短絡するためと考えられる。表1は、Ti、Cr、Ru、Rh(ロジウム)、Re(レニウム)、Ir(イリジウム)における融点、Cuとの格子不整合、標準電極電位およびヤング率を示す表である。格子不整合は、Cuの格子定数と対象となる金属の格子定数との差をCuの格子定数で除したものである。
表1のように、Ti、CrおよびRuで比較すると、融点は、Tiが最も低く、CrおよびRuの順である。これは図6の耐電力性の比較例4、比較例2および比較例3の順と同じである。融点が高いほど原子同士の結合エネルギーが高く原子の拡散が抑制され熱力学的に安定になると考えられる。これにより、異種元素間の相互拡散を抑制する拡散防性(バリア性)が高い。このため、金属膜12b上に高融点金属を主成分とする金属膜12dを設けると、Cuのマイグレーションが抑制され耐電力性が向上すると考えられる。これにより、図6のように、比較例3の耐電力性が向上したと考えられる。
As shown in Table 1, when compared with Ti, Cr and Ru, the melting point is the lowest for Ti, followed by Cr and Ru. This is the same as the order of Comparative Example 4, Comparative Example 2, and Comparative Example 3 in FIG. It is considered that the higher the melting point, the higher the bonding energy between the atoms, and the more stable the thermodynamics because the diffusion of atoms is suppressed. Thereby, the diffusion prevention property (barrier property) which suppresses the mutual diffusion between different elements is high. For this reason, it is considered that when a
また、イオン化傾向を示す標準電極電位が高いと金属膜12dを成膜するときに金属膜12d内に酸素等の不純物を取り込みにくい。これにより、金属膜12d内に欠陥が生じにくい。さらに、格子不整合が小さいと、金属膜12bと12dとの界面の密着性が向上する。これにより、金属膜12bと12dとの界面における原子の拡散が抑制される。これらにより、Cuのマイグレーションが抑制される。
Further, when the standard electrode potential showing an ionization tendency is high, impurities such as oxygen are hardly taken into the
表1のように、格子不整合はTiが最も大きく、CrおよびRuの順である。また、標準電極電位はTiが最も小さく、CrおよびRuの順である。これにより、金属膜12dをRu膜とすると、Cuのマイグレーションが抑制され、耐電力性が向上すると考えられる。
As shown in Table 1, the lattice mismatch is the largest for Ti and is in the order of Cr and Ru. The standard electrode potential is smallest for Ti and is in the order of Cr and Ru. Thereby, when the
Crより融点が高く、格子不整合が小さくかつ標準電極電位が高い金属として、表1のようにRu以外にRh、ReおよびIrがある。これらの金属はヤング率が300GPa以上であり、歪エネルギーが小さく、Q値も高くなると考えられる。 As shown in Table 1, there are Rh, Re, and Ir other than Ru as metals having a higher melting point than Cr, a small lattice mismatch, and a high standard electrode potential. These metals are considered to have a Young's modulus of 300 GPa or more, a low strain energy, and a high Q value.
しかし、比較例3の耐電力性能が十分ではない。以下に耐電力性能をより向上させた実施例について説明する。 However, the power durability performance of Comparative Example 3 is not sufficient. Examples in which the power durability is further improved will be described below.
実施例1としてサンプルAおよびBを作製した。図7(a)および図7(b)は、サンプルAおよびBにおける電極指付近の断面図である。図7(a)に示すように、サンプルAでは、金属膜12b内に1層の金属膜12eが挿入されている。サンプルBでは、金属膜12b内に2層の金属膜12eが挿入されている。金属膜12eは、耐電力性を向上させるための膜である。その他の構成は比較例2と同じであり説明を省略する。
Samples A and B were prepared as Example 1. 7A and 7B are cross-sectional views of the vicinity of the electrode fingers in Samples A and B. FIG. As shown in FIG. 7A, in Sample A, a
サンプルAおよびBの作製条件は以下である。
サンプルA
金属膜12a:膜厚が10nmのRu膜
金属膜12b:膜厚が63nmのCu膜
金属膜12e:膜厚が10nmのRu膜
金属膜12b:膜厚が63nmのCu膜
金属膜12c:膜厚が9nmのCr膜
誘電体膜15:電極指14間における膜厚が593nmの酸化シリコン膜
その他の条件は比較例2と同じである。
The production conditions for Samples A and B are as follows.
Sample A
サンプルB
金属膜12a:膜厚が10nmのRu膜
金属膜12b:膜厚が42nmのCu膜
金属膜12e:膜厚が5nmのRu膜
金属膜12b:膜厚が42nmのCu膜
金属膜12e:膜厚が5nmのRu膜
金属膜12b:膜厚が42nmのCu膜
金属膜12c:膜厚が9nmのCr膜
誘電体膜15:電極指14間における膜厚が593nmの酸化シリコン膜
その他の条件は比較例2と同じである。
Sample B
[実施例1の製造方法]
図8(a)から図9(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8(a)に示すように、圧電基板10上にフォトレジスト40を塗布する。その後ベークする。フォトレジスト40は例えばポジ型である。図8(b)に示すように、フォトマスク42を介しフォトレジスト40に露光光43を照射する。フォトレジスト40内の領域40aが感光する。図8(c)に示すように、フォトレジスト40を現像することで領域40aが除去され開口41が形成される。図8(d)に示すように、真空蒸着法を用い、開口41内の圧電基板10上およびフォトレジスト40上に金属膜12を形成する。
[Production Method of Example 1]
FIG. 8A to FIG. 9C are cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the acoustic wave device according to the first embodiment. As shown in FIG. 8A, a
図9(a)に示すように、フォトレジスト40を除去することでフォトレジスト40上の金属膜12をリフトオフする。これにより、圧電基板10上に金属膜12が形成される。図9(b)に示すように、圧電基板10上に金属膜12を覆うように誘電体膜15を形成する。誘電体膜15は例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法またはスパッタリング法を用いる。図9(c)に示すように、誘電体膜15の上面を平坦化する。平坦化には例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)法を用いる。
As shown in FIG. 9A, the
図10は、サンプルBにおける電極指の断面SEM(Scanning Electron Microscope)画像である。図10に示すように、圧電基板10側から電極指14として金属膜12a、12b、12e、12b、12e、12bおよび12cが積層されている。電極指14は誘電体膜15に覆われている。
FIG. 10 is a cross-sectional SEM (Scanning Electron Microscope) image of the electrode fingers in Sample B. As shown in FIG. 10,
最も圧電基板10側の1層目の金属膜12bの側面は傾斜している。1層目の金属膜12eは1層目の金属膜12bの側面を覆うように設けられている。2層目の金属膜12bは1層目の金属膜12eを覆うように設けられている。2層目の金属膜12eは2層目の金属膜12bの側面を覆うように設けられている。3層目の金属膜12bは2層目の金属膜12eを覆うように設けられている。
The side surface of the
金属膜12a、1層目から3層目の金属膜12bの側面の圧電基板10の上面に対する角度は、それぞれ13°、55°、65°および70°である。このように、金属膜12bの側面の内角は、上の層に行くに従い大きくなる。これにより、金属膜12eは下の金属膜12bの側面を覆うことができる。
The angles of the side surfaces of the
図8(d)における金属膜12の蒸着条件を適切に選択することで、図10のような構造を実現できる。真空蒸着法では原理的には金属原子の飛来方向は蒸着ソースの方向である。このような条件では下の金属膜12bの側面を金属膜12eが覆うことは難しい。例えば、蒸着レートを高くすると真空蒸着装置のチャンバ内の蒸着用ソース付近の真空度が悪くなる。これにより、金属原子が散乱されやすくなり、図8(d)の矢印44のように原子は複数の方向から飛来する。よって、金属膜12bの側面は傾斜面となり、金属膜12eは金属膜12bの側面を覆いやすくなる。
A structure as shown in FIG. 10 can be realized by appropriately selecting the deposition conditions of the
作製したサンプルAおよびBのQ値を測定した。図11は、サンプルA、Bおよび比較例2における周波数に対するQ値を示す図である。図11に示すように、サンプルAおよびBは比較例2と同程度のQ値である。共振周波数frと反共振周波数faとの間のQ値を平均すると以下となった。
サンプルAのQ値の平均:1291
サンプルBのQ値の平均:1373
比較例2のQ値の平均:1282
以上のように、サンプルAおよびBは比較例2と同程度のQ値である。これは、サンプルAおよびBと比較例2とで歪エネルギーが同程度のためと考えられる。
The Q values of the produced samples A and B were measured. FIG. 11 is a diagram illustrating a Q value with respect to frequency in Samples A and B and Comparative Example 2. As shown in FIG. 11, samples A and B have a Q value comparable to that of Comparative Example 2. The average Q value between the resonance frequency fr and the anti-resonance frequency fa is as follows.
Average Q value of sample A: 1291
Average Q value of sample B: 1373
Average Q value of Comparative Example 2: 1282
As described above, samples A and B have a Q value comparable to that of Comparative Example 2. This is presumably because the samples A and B and Comparative Example 2 have the same strain energy.
サンプルAおよびBの耐電力寿命を測定した。弾性表面波共振器に周波数が1780MHzの高周波信号を印加し、破壊される時間を耐電力寿命とした。印加する高周波信号のパワーに対する耐電力寿命を測定した。なお、耐電力寿命を測定した弾性表面波共振器の開口長は30λである。 The power durability of samples A and B were measured. A high frequency signal having a frequency of 1780 MHz was applied to the surface acoustic wave resonator, and the time for destruction was defined as the power durability. The power durability against the power of the applied high frequency signal was measured. Note that the opening length of the surface acoustic wave resonator whose power durability is measured is 30λ.
図12は、サンプルA、B、比較例2および3における入力パワーに対する耐電力寿命を示す図である。ドットは測定点、直線は近似直線である。図12に示すように、比較例3は比較例2より耐電力寿命が長い。サンプルAは比較例3よりさらに耐電力寿命が長い。サンプルBはサンプルAよりさらに耐電力寿命が長い。 FIG. 12 is a diagram illustrating the power durability with respect to input power in Samples A and B and Comparative Examples 2 and 3. Dots are measurement points, and straight lines are approximate straight lines. As shown in FIG. 12, Comparative Example 3 has a longer power durability than Comparative Example 2. Sample A has a longer power durability life than Comparative Example 3. Sample B has a longer power durability than sample A.
以上のように、金属膜12bにRu膜である金属膜12eを挿入することで耐電力性が向上する理由は明確ではないが、例えば以下のように考えられる。
As described above, the reason why the power durability is improved by inserting the
金属膜12eは、金属膜12bより融点が高い。例えばCuの融点は1085℃であり、Ruの融点は表1のように2334℃である。融点の高い金属は相互拡散のバリア性が高い。図10のように、下層の金属膜12bの側面および上面を金属膜12eが覆っている。これにより、金属膜12bの原子Cuのマイグレーションが抑制され耐電力性能が向上したと考えられる。金属膜12eの層数を増やすと、金属膜12eが覆う金属膜12bが薄くなる。よって、Cuのマイグレーションをより抑制できるものと考えられる。
The
金属膜12eの材料としては、表1のように、標準電極電位が高い金属、および/または金属膜12bと格子不整合が小さい金属であることが好ましい。これにより、Cuのマイグレーションが抑制されると考えられる。また、金属膜12eの材料は、ヤング率が大きい金属が好ましい。例えばヤング率が300GPa以上であることが好ましい。これにより、電極指14の歪エネルギーが小さくなり、Q値が高くなると考えられる。
The material of the
図13(a)から図13(c)は、サンプルBの電極指の断面図である。図13(a)に示すように、金属膜12eは下層の金属膜12bの側面54を覆っていない。このような構造では、金属膜12bの原子の横方向(例えば誘電体膜15内)へのマイグレーションを抑制できない。よって、耐電力性能の向上は小さいと考えられる。
13A to 13C are cross-sectional views of the electrode fingers of sample B. FIG. As shown in FIG. 13A, the
図13(b)に示すように、金属膜12eは下層の金属膜12bの側面の一部の領域56を覆っている。これにより、金属膜12bの原子の横方向のマイグレーションを抑制できる。よって、耐電力性能が向上する。図13(c)に示すように、金属膜12eは下層の金属膜12bの側面の少なくとも一部の領域56を覆っている。最も下の金属膜12bの側面の全ての領域56は金属膜12eに覆われている。これにより、金属膜12bの原子の横方向のマイグレーションをより抑制できる。よって、耐電力性能がより向上する。
As shown in FIG. 13B, the
金属膜12eが金属膜12bの側面の少なくとも一部を覆う構造は、真空蒸着の条件を適正に選択することにより実現できる。また、この構造はスパッタリング法を用いて実現してもよい。
The structure in which the
金属膜12aは、金属膜12bの主成分の金属より融点が高い金属を主成分とすればよい。比較例1と比較例2との比較のように、Ti膜よりRu膜が好ましい。表1の考察より、金属膜12aはCrを主成分とする、またはCrより融点が高く、標準電極電位がCrより高く、金属膜12bとの格子不整合がCrより小さく、および/またはヤング率が300GPa以上の金属を主成分とすることが好ましい。
The
金属膜12bは、主に電流の流れる層であり、金属膜12a、12cおよび12eより電気抵抗率が低いことが好ましい。このため、金属膜12bはCuまたはAlを主成分とすることが好ましい。金属膜12bは、AlおよびCu以外にマイグレーションを抑制する元素を含んでもよい。金属膜12bがCuを主成分とする場合、金属膜12bは、Ag、Al、Mg(マグネシウム)、Mn(マンガン)、Sn(錫)、Zr(ジルコニウム)、In(インジウム)、Ta(タンタル)、TiおよびMoの少なくとも1つを含有してもよい。金属膜12bの膜厚は、金属膜12a、12cおよび12eの各々の膜厚より厚いことが好ましく、2倍以上厚いことがより好ましく、3倍以上厚いことがさらに好ましい。
The
金属膜12eは、金属膜12bの主成分の金属より融点が高い金属を主成分とすればよい。表1の考察より、金属膜12eはCrを主成分とする、またはCrより融点が高く、標準電極電位がCrより高く、金属膜12bとの格子不整合がCrより小さく、および/またはヤング率が300GPa以上の金属を主成分とすることが好ましい。以上の観点から、金属膜12eとしては、Cr、Ru、Rh、Re、W、MoおよびIrの少なくとも1つを主成分とすることが好ましい。
The
金属膜12cは、金属膜12bの主成分の金属より融点が高い金属を主成分とすればよい。表1の考察より、金属膜12eはCrを主成分とする、またはCrより融点が高く、標準電極電位がCrより高く、金属膜12bとの格子不整合がCrより小さく、および/またはヤング率が300GPa以上の金属を主成分とすることが好ましい。
The
さらに、金属膜12cは、電極指14以外の領域において、誘電体膜15をエッチングするときのエッチングストッパである。この観点から金属膜12cはバッファード弗酸等の酸性のエッチング液に対し不溶であればよい。金属膜12cは、例えばRu膜、Pt(白金)膜、Rh膜、Au(金)膜、Ag(銀)膜およびMo(モリブデン)膜等でもよい。また、抵抗値が低ければ、これらの膜の一部が酸化していてもよい。金属膜12cは設けられてなくてもよい。
Further, the
金属膜12aと圧電基板10との密着性を向上させるため、金属膜12aと圧電基板10との間に、Cr膜、NiCr膜またはTi膜等の密着膜が設けられていてもよい。図5(a)のような拡散を抑制するため、密着膜は金属膜12aより薄いことが好ましい。金属膜12aは設けられていなくてもよい。
In order to improve the adhesion between the
実施例1によれば、金属膜12b(第1金属膜)は、圧電基板10上に設けられ圧電基板10に向かって幅が広くなるような傾斜面を有している。金属膜12e(第2金属膜)は、金属膜12bの傾斜面の少なくとも一部を覆うように金属膜12b上に接して設けられている。金属膜12b(第3金属膜)は、金属膜12eの傾斜面を覆うように金属膜12e上に接して設けられている。金属膜12eの主成分の金属(第2金属)は、金属膜12bの主成分の金属(第1金属)より融点および抵抗率が高い。これにより、弾性波デバイスの耐電力を向上できる。
According to the first embodiment, the
金属膜12eの主成分の金属はCrまたはCrより融点の高い金属である。これにより、弾性波デバイスの耐電力をより向上できる。金属膜12bの主成分の金属はCuまたはAlである。これにより、電極指の抵抗を低くできる。なお、ある元素を主成分とするとは、実施例1の効果が得られる程度にある元素を含む意味である。例えばある元素が50原子%以上(または例えば90原子%以上)含まれることである。
The main component metal of the
電極指14は、最も上の金属膜12b上に設けられた金属膜12c(第4金属膜)を有する。金属膜12cの主成分の金属(第3金属)は、金属膜12bの主成分の金属より融点および抵抗率が高い。これにより、弾性波デバイスの耐電力をより向上できる。
The
電極指14は、圧電基板10と最も下の金属膜12bとの間に設けられた金属膜12a(第5金属膜)を有する。金属膜12aの主成分の金属(第4金属)は、金属膜12bの主成分の金属より融点および抵抗率が高い。これにより、弾性波デバイスの耐電力をより向上できる。
The
誘電体膜15は、複数の電極指14の側面と接する。このように、誘電体膜15を設けられている場合、電極指14から誘電体膜15への金属膜12bの金属のマイグレーションが生じやすい。よって、金属膜12eを設けることで、金属膜12bから誘電体膜15への金属のマイグレーションを抑制できる。また、誘電体膜15は、圧電基板10上に複数の電極指14を覆い複数の電極指14より厚い。このように、電極指14が誘電体膜15に埋め込まれている場合、電極指14の音響インピーダンスを高くするため、金属膜12bをCuを主成分とすることが好ましい。誘電体膜15としては、酸化シリコンおよび窒化シリコンの少なくとも1つを主成分とする。酸化シリコンまたは窒化シリコンは弗素等の元素を含んでもよい。
The
圧電基板10がニオブ酸リチウム基板またはタンタル酸リチウム基板のときに、誘電体膜15を酸化シリコン膜または弗素を添加した酸化シリコン膜とする。これにより、弾性波デバイスの周波数温度係数を0に近づけることができる。
When the
回転YカットX伝搬ニオブ酸リチウム基板では、回転Yカット角が127.86°のときレイリー波の電気機械結合係数が最大となる。Campbell&Jones法を用いシミュレーションすると、回転Yカット角が120°から140°の範囲では、レイリー波の電気機械結合係数がリーキー波の電気機械結合係数より大きくなる。よって、レイリー波を主モードとし、リーキー波を不要波とする場合、回転Yカット角は120°以上かつ140°以下が好ましい。電気機械結合係数が最大となる回転Yカット角127.86°に対し製造上のばらつきを考慮し、回転Yカット角は126°以上かつ130°以下がより好ましい。 In the rotated Y-cut X-propagating lithium niobate substrate, the Rayleigh wave electromechanical coupling coefficient is maximized when the rotated Y-cut angle is 127.86 °. When a simulation is performed using the Campbell & Jones method, the electromechanical coupling coefficient of the Rayleigh wave is larger than the electromechanical coupling coefficient of the leaky wave when the rotational Y cut angle is in the range of 120 ° to 140 °. Therefore, when the Rayleigh wave is the main mode and the leaky wave is an unnecessary wave, the rotation Y cut angle is preferably 120 ° or more and 140 ° or less. In consideration of manufacturing variations with respect to the rotational Y-cut angle of 127.86 ° at which the electromechanical coupling coefficient is maximized, the rotational Y-cut angle is more preferably from 126 ° to 130 °.
また、回転Yカット角が0°のときリーキー波の電気機械結合係数が最大となる。回転Yカット角が−10°から10°の範囲では、リーキー波の電気機械結合係数がレイリー波の電気機械結合係数より大きくなる。よって、リーキー波を主モードとし、レイリー波を不要波とする場合、回転Yカット角は−10°以上かつ10°以下が好ましい。製造上のばらつきを考慮し、回転Yカット角は−3°以上かつ3°以下がより好ましい。 Further, when the rotation Y cut angle is 0 °, the electromechanical coupling coefficient of the leaky wave is maximized. When the rotational Y cut angle is in the range of −10 ° to 10 °, the electromechanical coupling coefficient of the leaky wave is larger than the electromechanical coupling coefficient of the Rayleigh wave. Therefore, when the leaky wave is the main mode and the Rayleigh wave is the unnecessary wave, the rotation Y cut angle is preferably −10 ° or more and 10 ° or less. In consideration of manufacturing variations, the rotation Y cut angle is more preferably −3 ° or more and 3 ° or less.
回転YカットX伝搬タンタル酸リチウム基板では、回転Yカット角が20°より小さいと電気機械結合係数が小さくなる。回転Yカット角が48°より大きいと、周波数の温度係数が大きくなる。よって、回転Yカット角は20°以上かつ48°以下が好ましい。 In a rotating Y-cut X-propagating lithium tantalate substrate, if the rotating Y-cut angle is smaller than 20 °, the electromechanical coupling coefficient becomes small. When the rotational Y cut angle is larger than 48 °, the temperature coefficient of frequency increases. Therefore, the rotation Y cut angle is preferably 20 ° or more and 48 ° or less.
圧電基板10はニオブ酸リチウム基板であり、誘電体膜15は酸化シリコン膜であることが好ましい。これにより、電極指14内の歪エネルギーを小さくでき、損失を抑制できる。
The
実施例2は、実施例1に係る弾性表面波共振器を有するフィルタの例である。図14(a)は、実施例2に係るフィルタの平面図、図14(b)は、図14(a)のA−A断面図である。図14(a)および図14(b)に示すように、圧電基板10上に弾性表面波共振器24、配線26、パッド27が設けられている。弾性表面波共振器24および配線26を覆うように誘電体膜15が設けられている。パッド27上の誘電体膜15に開口(不図示)が形成され、開口内にバンプ28が設けられている。弾性表面波共振器24は、IDT20および反射器22を備えている。
Example 2 is an example of a filter having a surface acoustic wave resonator according to Example 1. FIG. FIG. 14A is a plan view of the filter according to the second embodiment, and FIG. 14B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. As shown in FIGS. 14A and 14B, the surface
複数の弾性表面波共振器24は、直列共振器S1からS3および並列共振器P1およびP2を含む。バンプ28は、端子T1、T2およびTgを含む。端子T1は、高周波信号が入力する入力端子に対応する。端子T2は、高周波信号が出力する出力端子に対応する。端子Tgはグランド電位が供給されるグランド端子に対応する。端子T1とT2との間に、直列共振器S1からS3が直列に接続され、並列共振器P1およびP2が並列に接続されている。
The plurality of surface
実施例2のように、実施例1の弾性表面波共振器をフィルタの少なくとも1つの共振器に用いる。これにより、フィルタの特性を向上できる。ラダー型フィルタの直列共振器および並列共振器の個数は任意に設定できる。実施例1の弾性表面波共振器は多重モードフィルタに用いてもよい。 As in the second embodiment, the surface acoustic wave resonator according to the first embodiment is used as at least one resonator of the filter. Thereby, the characteristic of a filter can be improved. The number of series resonators and parallel resonators of the ladder filter can be arbitrarily set. The surface acoustic wave resonator according to the first embodiment may be used for a multimode filter.
図15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15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60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62が接続されている。送信フィルタ60は送信端子Txから入力した高周波信号のうち送信帯域の信号を共通端子Antに通過させ、他の信号を抑圧する。受信フィルタ62は、共通端子Antに入力した高周波信号のうち受信帯域の信号を通過させ、他の信号を抑圧する。
FIG. 15 is a circuit diagram of a duplexer according to the first modification of the second embodiment. As shown in FIG. 15, the
送信フィルタ60および受信フィルタ62の少なくとも一方に実施例2のフィルタを用いることができる。マルチプレクサとしてデュプレクサの例を説明したが、トリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。
The filter of the second embodiment can be used for at least one of the
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。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.
10 圧電基板
12、12a−12e 金属膜
14 電極指
15 誘電体膜
20 IDT
22 反射器
24 弾性表面波共振器
60 送信フィルタ
62 受信フィルタ
DESCRIPTION OF
22
Claims (10)
前記圧電基板上に設けられ前記圧電基板に向かって幅が広くなるような傾斜面を有し第1金属を主成分とする第1金属膜と、前記第1金属膜の前記傾斜面の少なくとも一部を覆うように前記第1金属膜上に接して設けられ前記第1金属より融点および抵抗率が高い第2金属を主成分とする第2金属膜と、前記第2金属膜の傾斜面を覆うように前記第2金属膜上に接して設けられ前記第1金属を主成分とする第3金属膜と、を有する弾性波を励振する複数の電極指と、
を具備する弾性波デバイス。 A piezoelectric substrate;
At least one of a first metal film having a sloped surface provided on the piezoelectric substrate and having a width that increases toward the piezoelectric substrate, the first metal being a main component, and the sloped surface of the first metal film. A second metal film mainly comprising a second metal having a melting point and a resistivity higher than those of the first metal, and an inclined surface of the second metal film. A plurality of electrode fingers for exciting an elastic wave having a third metal film mainly composed of the first metal provided in contact with the second metal film so as to cover;
An elastic wave device comprising:
The acoustic wave device according to claim 9, further comprising a multiplexer including the filter.
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