弹性波装置及其制造方法
【专利摘要】本发明提供一种不仅可以实现高声速化，还不容易受到由成为乱真的其他模式而引起的响应的影响的弹性波装置。一种弹性波装置(1)，其具有铌酸锂膜(5)，并利用SH型表面波，具备：支撑基板(2)；高声速膜(3)，其形成在所述支撑基板(2)上，传播的体波声速比在所述铌酸锂膜(5)中传播的弹性波声速更高速；低声速膜(4)，其层叠在所述高声速膜(3)上，传播的体波声速比在所述铌酸锂膜(5)中传播的体波声速更低速；所述铌酸锂膜(5)，其层叠在所述低声速膜(4)上；和IDT电极(6)，其形成在所述铌酸锂膜(5)的一面，在将铌酸锂膜(5)的欧拉角设为(0°±5°，θ，0°)时，θ处于0°～8°以及57°～180°的范围内。
【专利说明】弹性波装置及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于谐振器或带通滤波器等的弹性波装置及其制造方法，更详细来讲，涉及一种具有在铌酸锂膜与支撑基板之间层叠了其他材料的结构的弹性波装置及其制造方法。
【背景技术】
[0002]以往，作为谐振器或带通滤波器，弹性波装置被广泛使用。在下述的专利文献I中，公开了一种在电介质基板上，按顺序层叠硬质电介质层、压电膜以及IDT电极而成的声表面波装置。在该声表面波装置中，通过将硬质电介质层配置在电介质基板与压电膜之间，从而实现声表面波的高声速化。由此，能够实现声表面波装置的高频化。
[0003]在先技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2004-282232
[0006]发明要解决的课题
[0007]在专利文献I所述的声表面波装置中，通过硬质电介质层的形成来实现高声速化。也就是说，在压电膜的下表面配置有高声速的硬质电介质层。因此，在压电膜中弹性波集中传播。其结果，不仅利用的声表面波，I)该声表面波的高次模式、2)在压电膜表面和压电膜和硬质电介质层的边界反射并传播的类似于板波的弹性波、以及3)该高次模式等其他模式也容易产生。因此，存在除了利用的声表面波的模式以外还出现较大的乱真(spur1us)的问题。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于，提供一种不仅可以实现高声速化，还不容易受到由成为乱真的其他模式引起的响应的影响的弹性波装置及其制造方法。
[0009]解决课题的手段
[0010]本发明所涉及的弹性波装置具有铌酸锂膜，并利用SH型表面波。更详细来讲，本发明的弹性波装置具备:支撑基板、高声速膜、低声速膜、铌酸锂膜。高声速膜是形成在所述支撑基板上，传播的体波声速比在铌酸锂膜中传播的弹性波的声速更高速的膜。低声速膜层叠在所述高声速膜上。低声速膜是传播的体波声速比在铌酸锂膜中传播的体波声速更低速的膜。铌酸锂膜层叠在上述低声速膜上。在本发明中，具备形成在所述铌酸锂膜的一面的IDT电极，在将铌酸锂膜的欧拉(Euler)角设为(0° ±5°，Θ，0° )时，Θ处于0°?8°以及57°?180°的范围内。
[0011]优选地，欧拉角的Θ处于83°?145°的范围内或者100°?160°的范围内。在Θ处于83°?145°的范围内的情况下，能够使SH型表面波的机电耦合系数k2大到20%以上。在Θ处于100°?160°的范围内的情况下，能够使成为乱真的瑞利(Rayleigh)波的机电耦合系数k2为1%以下，非常小。
[0012]在本发明所涉及的弹性波装置的其他特定的方面中，低声速膜由氧化硅构成。在该情况下，能够减小频率温度系数的绝对值。
[0013]在本发明所涉及的弹性波装置的其他特定的方面中，在将氧化硅的膜厚设为X，将铌酸锂膜的膜厚设为y，将SH型表面波的基本模式的波长设为λ时，在xy坐标系中，(x，y)处于按顺序将(0.023 λ，0.3 λ )、(0.05 λ，0.20 λ )、(0.10 λ，0.14 λ )、(0.20 λ，0.125 λ )、(0.44 λ，0.14 λ )、(0.47 λ，0.20 λ )、(0.435 λ，0.25 λ )、(0.3 λ，0.36 λ )、(0.15 λ，0.42 λ )、(0.08 λ，0.42 λ )、(0.05 λ，0.40 λ )以及(0.23 λ，0.3 λ )的各点连结而成的区域内。在该情况下，能够使SH型表面波的机电耦合系数k2大到26%以上。
[0014]在本发明所涉及的弹性波装置的进一步其它特定的方面中，所述高声速膜由从由氮化铝、氮化硅以及氧化铝构成的群中选择的I种或者这些材料构成的膜的层叠膜构成。在该情况下，能够实现SH型表面波的高声速化。更优选地，在将SH型表面波的基本模式的波长设为λ时，所述高声速膜的膜厚处于0.3 λ?1λ的范围内。在该情况下，能够使反共振频率侧的传播损失小到0.0lNp/λ以下，并且能够更有效地抑制由高次模式引起的乱真。
[0015]在本发明所涉及的弹性波装置的进一步其它特定的方面中，所述IDT电极由Au构成，在将SH型表面波的基本模式的波长设为λ时，该由Au构成的IDT电极的厚度处于0.01 λ?0.03 λ的范围。在该情况下，能够增大机电耦合系数k2，并进一步减小成为乱真的瑞利波的机电耦合系数k2。
[0016]在本发明所涉及的弹性波装置的进一步其他特定的方面中，所述支撑基板的线膨胀系数比所述铌酸锂膜的线膨胀系数小。在该情况下，能够进一步改善温度特性。
[0017]在本发明所涉及的弹性波装置的进一步其它的特定的方面中，所述低声速膜的固有声阻抗比银酸锂膜的固有声阻抗小。在该情况下，能够进一步扩大带宽比(band widthrat1)。
[0018]本发明所涉及的弹性波装置的制造方法具备:准备支撑基板的工序；在所述支撑基板上，形成传播的体波声速比在铌酸锂中传播的弹性波声速更高速的高声速膜的工序；在所述高声速膜上，形成传播的体波声速比在铌酸锂中传播的体波声速更低速的低声速膜的工序；在所述低声速膜上，形成欧拉角(0° ±5°，θ，0° )中的Θ处于0°?8°或者57°?180°的范围内的铌酸锂膜的工序；和在所述铌酸锂膜的一面形成IDT电极的工序。
[0019]在本发明所涉及的弹性波装置的制造方法的某一特定的方面中，在支撑基板上，形成高声速膜、低声速膜以及铌酸锂膜的工序具备下述的(a)?(e)的工序。
[0020](a)从厚度比所述铌酸锂膜厚的铌酸锂基板的一面进行离子注入的工序。
[0021](b)在进行了所述离子注入的铌酸锂基板的所述一面形成低声速膜的工序。
[0022](c)在所述低声速膜的与所述铌酸锂基板相反的一侧的面形成高声速膜的工序。
[0023](d)在所述高声速膜的与层叠了所述低声速膜的一侧的面相反侧的面接合支撑基板的工序。
[0024](e)对所述铌酸锂基板进行加热，同时在所述铌酸锂基板的注入离子浓度最高的高浓度离子注入部分，对所述铌酸锂膜与剩余的铌酸锂基板部分进行分离，使所述低声速膜侧残留所述铌酸锂膜的工序。
[0025]在本发明所涉及的弹性波装置的制造方法的进一步其它特定的方面中，还具备:在分离了所述剩余的铌酸锂基板部分后，对层叠在所述低声速膜上的所述铌酸锂膜进行加热，使压电性恢复的工序。在该情况下，由于通过加热，能够使铌酸锂膜的压电性恢复，因此能够更可靠地提供具有良好的谐振特性和滤波器特性的弹性波装置。
[0026]在本发明所涉及的弹性波装置的制造方法的进一步其它特定的方面中，具备:在接合所述支撑基板之前，对所述高声速膜的与所述低声速膜相反的一侧的面进行镜面加工的工序。在该情况下，能够提高高声速膜与支撑基板的接合强度。
[0027]发明效果
[0028]在本发明所涉及的弹性波装置中，由于在支撑基板与铌酸锂膜之间层叠有高声速膜以及低声速膜，因此SH型表面波的声速足够远离成为乱真的瑞利波的声速。并且，由于铌酸锂膜的欧拉角在上述特定的范围内，因此与作为乱真的瑞利波的机电耦合系数k2相t匕，能够提高利用的SH型表面波的机电耦合系数k2。
[0029]因此，能够提供一种不容易受到乱真的影响的弹性波装置。
[0030]根据本发明所涉及的弹性波装置的制造方法，根据本发明，能够提供一种不容易受到由瑞利波引起的乱真的影响的、利用了 SH型表面波的弹性波装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1 (a)以及图1 (b)是表示本发明的第I实施方式所涉及的弹性波装置的示意性主视剖面图以及表示其电极结构的示意性俯视图。
[0032]图2是表示在由铝构成的支撑基板上形成氮化硅膜、氧化硅膜、铌酸锂膜，在其上形成由Al构成的电极的结构中的铌酸锂的欧拉角的Θ与U2-VF、U2-VM、U3-VF以及U3-VM模式的声速的关系的图。
[0033]图3是表示在铝基板上形成氮化铝膜、氧化硅膜、铌酸锂膜以及由Al构成的IDT电极的结构中的欧拉角的Θ与SH波以及瑞利波的机电耦合系数k2的关系的图。
[0034]图4是表示在铝基板上形成氮化铝膜、氧化硅膜、铌酸锂膜以及由Al构成的IDT电极的结构中的欧拉角的Θ与SH波的TCV的关系的图。
[0035]图5是表示图1所示的弹性波装置中的氧化硅膜的膜厚X以及铌酸锂膜的膜厚y、与机电耦合系数k2的关系的图。
[0036]图6(a)?图6(c)分别是表示在玻璃基板上形成氧化硅膜、氮化铝膜，在其上进一步形成氧化硅膜以及欧拉角(0°，120°，0° )的铌酸锂膜，并在其上形成由Al构成的IDT电极的弹性波装置中的氮化铝膜的膜厚与机电耦合系数k2(% )、TCV(ppm/°C )以及声速V(m/秒)的关系的图。
[0037]图7是表示在玻璃基板上形成氧化硅膜、氮化铝膜，在其上进一步形成氧化硅膜以及欧拉角(0°，120°，0° )的铌酸锂膜，并在其上形成由Al构成的IDT电极的弹性波装置中的氮化铝膜的膜厚与传播损失α (Np/λ)的关系的图。
[0038]图8是表示SH型表面波的基本模式中的各振动成分沿弹性波装置厚度方向的能量位移分布的图。
[0039]图9是表示SH型表面波的高次模式中的各振动成分沿弹性波装置厚度方向的能量位移分布的图。
[0040]图10是在玻璃基板上层叠氮化铝膜、氧化硅膜以及铌酸锂膜，进一步形成由Au构成的IDT电极而成的第2实施方式的弹性波装置的主视剖面图。
[0041]图11是表示在将铌酸锂的欧拉角设为(0°，90°，0° )时的各模式的Au电极的厚度与声速V的关系的图。
[0042]图12是表示在将铌酸锂的欧拉角设为(0°，90°，0° )时的各模式的Au电极的厚度与机电耦合系数k2的关系的图。
[0043]图13是表示在将铌酸锂的欧拉角设为(0°，105°，0° )时的各模式的Au电极的厚度与声速V的关系的图。
[0044]图14是表示在将铌酸锂的欧拉角设为(0°，105°，0° )时的各模式的Au电极的厚度与机电耦合系数k2的关系的图。
[0045]图15是表示在将铌酸锂的欧拉角设为(0°，120°，0° )时的各模式的Au电极的厚度与声速V的关系的图。
[0046]图16是表示在将铌酸锂的欧拉角设为(0°，120°，0° )时的各模式的Au电极的厚度与机电耦合系数k2的关系的图。
[0047]图17是本发明的第3实施方式所涉及的弹性波装置的主视剖面图。
[0048]图18是表示在第3实施方式中，IDT电极为AlCu电极的情况下的阻抗频率特性的图。
[0049]图19是表示在第3实施方式中，IDT电极为Pt电极的情况下的阻抗频率特性的图。
[0050]图20是表示比较例的弹性波装置的阻抗频率特性的图。
[0051]图21是表示比较例的弹性波装置中的反共振频率侧以及共振频率侧中的欧拉角的Θ与传播损失α的关系的图。
[0052]图22(a)?图22(e)是用于对本发明的第I实施方式的弹性波装置的制造方法进行说明的各主视剖面图。
[0053]图23(a)?图23(c)是用于对本发明的第I实施方式的弹性波装置的制造方法进行说明的各主视剖面图。
【具体实施方式】
[0054]下面，通过参照附图，来对本发明的【具体实施方式】进行说明，从而使本发明清楚明了。
[0055]图1 (a)是作为本发明的第I实施方式的声表面波装置的示意性主视剖面图。
[0056]声表面波装置I具有支撑基板2。在支撑基板2上，层叠声速相对高的高声速膜
3。在高声速膜3上，层叠声速相对低的低声速膜4。此外，在低声速膜4上层叠铌酸锂膜5。在该铌酸锂膜5的上表面层叠IDT电极6。另外，也可以在铌酸锂膜5的下表面层叠IDT电极6。
[0057]上述支撑基板2只要能够对具有高声速膜3、低声速膜4、铌酸锂膜5以及IDT电极6的层叠结构进行支撑，就能够由适当的材料构成。作为这种材料，能够使用压电体、电介质或者半导体等。在本实施方式中，支撑基板2由铝构成。
[0058]上述高声速膜3按照将声表面波限制在铌酸锂膜5以及低声速膜4层叠的部分的方式而起作用。在本实施方式中，高声速膜3由氮化铝构成。并且，只要能够限制上述弹性波，就能够使用氮化招、氧化招、炭化娃、氮化娃或者金刚石(diamond)等各种高声速材料。
[0059]为了将弹性波限制在铌酸锂膜5以及低声速膜4层叠的部分，高声速膜3的膜厚优选弹性波的波长λ的0.5倍以上，甚至1.5倍以上。
[0060]另外，在本说明书中，所谓高声速膜，是指与在铌酸锂膜5中传播的弹性波相比，该高声速膜中慢的横波的声速为高速的膜。此外，所谓低声速膜，是指与在铌酸锂膜5中传播的慢的横波相比，该低声速膜中的慢的横波的声速为低速的膜。另外，此时的声速为弹性波的传播方向上的声速。对在媒质中传播的体波的声速进行决定的体波的模式根据在铌酸锂膜5中传播的弹性波的使用模式而定义。在高声速膜3以及低声速膜4关于体波的传播方向各向同性的情况下，如下述的表1所示。也就是说，对于下述的表1的左轴的弹性波的主模式，根据下述的表1的右轴的体波的模式，决定上述高声速以及低声速。P波是纵波，S波是横波。
[0061]另外，在下述的表1中，意味着Ul以P波为主成分，U2以SH波为主成分，U3以SV波为主成分的弹性波。
[0062][表 I]
[0063]压电膜的弹性波模式与电介质膜的体波模式的对应(电介质膜是各向同性材质的情况)
[0064]
【权利要求】
1.一种弹性波装置，其具有铌酸锂膜，并利用SH型表面波，具备: 支撑基板； 高声速膜，其形成在所述支撑基板上，传播的体波声速比在所述铌酸锂膜中传播的弹性波的声速更高速； 低声速膜，其层叠在所述高声速膜上，传播的体波声速比在所述铌酸锂膜中传播的体波声速更低速； 所述铌酸锂膜，其层叠在所述低声速膜上；和 IDT电极，其形成在所述铌酸锂膜的一面， 在将所述铌酸锂膜的欧拉角设为(O。±5°，θ，0° )时，Θ处于O。?8°以及57°?180°的范围内。
2.根据权利要求1所述的弹性波装置，其特征在于， 所述铌酸锂膜的欧拉角的Θ处于83°?145°的范围内。
3.根据权利要求1所述的弹性波装置，其特征在于， 所述铌酸锂膜的欧拉角的Θ处于100°?160°的范围内。
4.根据权利要求1?3的任意一项所述的弹性波装置，其特征在于， 所述低声速膜由氧化娃构成。
5.根据权利要求4所述的弹性波装置，其特征在于， 在将所述氧化硅的膜厚设为X，将所述铌酸锂膜的膜厚设为y，将SH型表面波的基本模式的波长设为λ时，xy坐标系中，(X，y)处于按顺序将(0.023λ，0.3λ)、(0.05 λ，0.20 λ )、(0.10 λ，0.14 λ )、(0.20 λ，0.125 λ )、(0.44 λ，0.14 λ )、(0.47 λ，0.20 λ )、(0.435 λ，0.25 λ )、(0.3 λ，0.36 λ )、(0.15 λ，0.42 λ )、(0.08 λ，0.42 λ )、(0.05 λ，0.40 λ )以及(0.23λ ,0.3λ)的各点连结的区域内。
6.根据权利要求1?5的任意一项所述的弹性波装置，其特征在于， 所述高声速膜由从氮化铝、氮化硅以及氧化铝所构成的群中选择的I种或者这些材料所构成的膜的层叠膜构成。
7.根据权利要求6所述的弹性波装置，其特征在于， 在将SH型表面波的基本模式的波长设为λ时,所述高声速膜的膜厚处于0.3 λ?1λ的范围内。
8.根据权利要求7所述的弹性波装置，其特征在于， 所述IDT电极由Au构成，在将SH型表面波的基本模式的波长设为λ时，由Au构成的该IDT电极的厚度处于0.01 λ?0.03 λ的范围。
9.根据权利要求1?8的任意一项所述的弹性波装置，其特征在于， 所述支撑基板的线膨胀系数比所述铌酸锂膜的线膨胀系数小。
10.根据权利要求1?9的任意一项所述的弹性波装置，其特征在于， 所述低声速膜的固有声阻抗比所述铌酸锂膜的固有声阻抗小。
11.一种弹性波装置的制造方法，具备: 准备支撑基板的工序； 在所述支撑基板上，形成传播的体波声速比在铌酸锂中传播的弹性波声速更高速的高声速膜的工序； 在所述高声速膜上，形成传播的体波声速比在铌酸锂中传播的体波声速更低速的低声速膜的工序； 在所述低声速膜上，形成欧拉角(0° ±5°，θ，0° )中的0处于0°?8°或者57°?180°的范围内的铌酸锂膜的工序；和在所述铌酸锂膜的一面形成IDT电极的工序。
12.根据权利要求11所述的弹性波装置的制造方法，其特征在于， 在所述支撑基板上，形成所述高声速膜、所述低声速膜以及所述铌酸锂膜的工序具备: (a)从厚度比所述铌酸锂膜厚的铌酸锂基板的一面进行离子注入的工序； (b)在进行了所述离子注入的铌酸锂基板的所述一面形成低声速膜的工序； (c)在所述低声速膜的与所述铌酸锂基板相反的一侧的面形成高声速膜的工序； (d)在所述高声速膜的与层叠了所述低声速膜的一侧的面相反侧的面接合支撑基板的工序；和 (e)对所述铌酸锂基板进行加热，同时在所述铌酸锂基板的注入离子浓度最高的高浓度离子注入部分，将所述铌酸锂膜与剩余的铌酸锂基板部分分离，使所述低声速膜侧残留所述铌酸锂膜的工序。
13.根据权利要求12所述的弹性波装置的制造方法，其特征在于， 还具备:在分离了所述剩余的铌酸锂基板部分后，对层叠在所述低声速膜上的所述铌酸锂膜进行加热，使压电性恢复的工序。
14.根据权利要求11?13的任意一项所述的弹性波装置的制造方法，其特征在于， 具备:在接合所述支撑基板之前，对所述高声速膜的与所述低声速膜相反的一侧的面进行镜面加工的工序。
【文档编号】H03H9/25GK104205629SQ201380015669
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年3月15日 优先权日:2012年3月23日
【发明者】神藤始 申请人:株式会社村田制作所