弹性波装置的制作方法

本发明涉及具有在压电膜层叠有低声速膜和高声速膜的构造的弹性波装置。

背景技术：

以往，已知有具有在基板与压电膜之间层叠有其它材料层的构造的弹性波装置。在下述的专利文献1公开了在支承基板上依次层叠有高声速膜、低声速膜以及压电膜的弹性波装置。在该弹性波装置中，能够提高Q值。

在专利文献1中，在制造弹性波装置时，将支承基板与层叠有压电膜、低声速膜以及高声速膜的层叠体进行接合。在进行该接合时，能够使用亲水化接合、活性化接合、原子扩散接合、金属扩散接合等各种方法。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：WO2012/086639 A1

技术实现要素：

发明要解决的课题

在通过如专利文献1记载的接合方法对支承基板与其它部分进行接合的情况下，会在压电膜侧形成许多层，因此由于该形成的膜的应力，存在压电膜产生翘曲的情况。因此，存在在弹性波装置的特性上出现波动的情况。此外，当翘曲增大时，存在输送时压电膜产生破裂的情况。

本发明的目的在于，提供一种不易产生由翘曲造成的特性的劣化且在输送时等不易产生破裂的弹性波装置。

用于解决课题的技术方案

本发明涉及的弹性波装置具备：压电膜；低声速膜，层叠在上述压电膜，传播的体波的声速比在上述压电膜传播的体波的声速低；高声速膜，层叠在上述低声速膜的与上述压电膜相反侧的面，传播的体波的声速比在上述压电膜传播的弹性波的声速高；基板，直接或间接地层叠在上述高声速膜的与上述低声速膜相反侧的面；以及接合层，设置在从上述高声速膜中到上述低声速膜与上述压电膜的界面为止的任何位置。

在本发明涉及的弹性波装置的某个特定的方式中，上述接合层存在于上述高声速膜中、上述高声速膜与上述低声速膜的界面、上述低声速膜中、或者上述低声速膜与上述压电膜的界面的任何位置。

根据本发明涉及的弹性波装置的其它广义的方式，具备：压电膜；低声速膜，层叠在上述压电膜，传播的体波的声速比在上述压电膜传播的体波的声速低；高声速基板，直接或间接地层叠在上述低声速膜的与上述压电膜相反侧的面，传播的体波的声速比在上述压电膜传播的弹性波的声速高；以及接合层，位于上述低声速膜中，或者位于上述压电膜与上述低声速膜的界面。

在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方式中，上述接合层存在于上述高声速基板中、上述高声速基板与上述低声速膜的界面、上述低声速膜中、或者上述低声速膜与上述压电膜的界面的任何位置。

在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方式中，上述接合层包含金属氧化物层或金属氮化物。

在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方式中，上述接合层包含Ti层，上述Ti层的膜厚为0.4nm以上且为2.0nm以下。

在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方式中，上述Ti层的膜厚为0.4nm以上且为1.2nm以下。

在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方式中，上述压电膜由LiTaO₃构成。

在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方式中，上述低声速膜由氧化硅构成。

在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方式中，上述低声速膜由氧化硅构成，上述接合层存在于上述低声速膜中的位置，上述低声速膜具有：第一低声速膜层，位于上述接合层的上述压电膜侧；以及第二低声速膜层，位于上述接合层的与上述压电膜相反侧，在将上述弹性波装置利用的弹性波的波长设为λ时，上述第一低声速膜层的膜厚为0.12λ以上。

在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方式中，上述第一低声速膜层的膜厚为0.22λ以上。

在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方式中，上述高声速膜由氮化铝或氮化硅构成。

在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方式中，还具备层叠在上述高声速膜与上述基板之间的中间层。

发明效果

根据本发明涉及的弹性波装置，接合层位于从高声速膜中到低声速膜与压电膜的界面为止的任何位置，或者，位于低声速膜中或位于压电膜与低声速膜的界面，因此，不易产生由形成接合层造成的翘曲。因此，不易产生电特性的劣化，在输送时等也不易产生破裂。

附图说明

图1(a)是本发明的第一实施方式涉及的弹性波装置的示意性正面剖视图，图1(b)是示出其电极构造的示意性俯视图。

图2是示出本发明的第一实施方式的实施例和以往例的弹性波装置的谐振特性的图。

图3是本发明的第二实施方式涉及的弹性波装置的示意性正面剖视图。

图4是本发明的第三实施方式涉及的弹性波装置的示意性正面剖视图。

图5是本发明的第四实施方式涉及的弹性波装置的示意性正面剖视图。

图6是本发明的第五实施方式涉及的弹性波装置的示意性正面剖视图。

图7是本发明的第六实施方式涉及的弹性波装置的示意性正面剖视图。

图8是示出SiO₂膜的膜厚与Q值的关系的图。

图9是示出接合层的Ti层的膜厚与Q值的关系的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的具体的实施方式进行说明，从而明确本发明。

图1(a)是本发明的第一实施方式涉及的弹性波装置的示意性正面剖视图。

弹性波装置1具有支承基板2。在支承基板2上层叠有第一氧化硅膜3。在第一氧化硅膜3上层叠有高声速膜4。在高声速膜4上作为低声速膜5层叠有第二氧化硅膜。像后面说明的那样，低声速膜5具有用接合层7接合了低声速膜层5a和低声速膜层5b的构造。在低声速膜5上层叠有压电膜6。

另外，低声速膜5是指，传播的体波声速比在压电膜6传播的体波的声速低的膜。此外，高声速膜4是指，传播的体波的声速比在压电膜6传播的弹性波的声速高的膜。

此外，通过IDT电极激励声速、模式不同的各种弹性波，但是，在压电膜6传播的弹性波是指，为了得到作为滤波器、谐振器的特性而利用的特定的模式的弹性波。

在压电膜6上设置有IDT电极8。上述支承基板2能够由适当的材料构成，只要能够维持支承基板2上方的构造即可。作为这样的材料，可举出：蓝宝石、LiTaO₃、LiNbO₃、水晶等压电体；氧化铝、氧化镁、氮化硅、氮化铝、碳化硅、氧化锆、堇青石、多铝红柱石、滑石、镁橄榄石等各种陶瓷或玻璃等电介质；或硅、氮化镓等半导体；或树脂。在本实施方式中，支承基板2由Si构成。

也可以不设置第一氧化硅膜3。即，可以在支承基板2直接层叠高声速膜4。不过，也可以像本实施方式那样，在支承基板2上间接层叠高声速膜4，即，可以隔着第一氧化硅膜3设置高声速膜4。

上述高声速膜4的功能是，将弹性波约束在层叠有压电膜6和低声速膜5的部分，使得不会泄漏到高声速膜4以下的构造。在本实施方式中，高声速膜4由氮化铝构成。不过，只要能约束上述弹性波，也能够使用氮化铝、氧化铝、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、DLC膜或金刚石等材料。此外，也可以使用将上述材料作为主成分的介质、将上述材料的混合物作为主成分的介质等各种复合材料。

为了将弹性波约束在层叠有压电膜6和低声速膜5的部分，高声速膜4的膜厚越厚越好，优选为声表面波的波长λ的0.5倍以上，更优选为1.5倍以上。

作为构成上述低声速膜5的材料，能够使用具有比在压电膜6传播的体波的声速低的体波声速的适当的电介质材料。作为这样的材料，能够使用氧化硅、玻璃、氮氧化硅、氧化钽、以及在氧化硅加入了氟、碳、硼的化合物等、将上述材料作为主成分的介质。

根据后面说明的制造方法可知，接合层7是通过金属扩散接合形成的部分，在本实施方式中，由Ti氧化物构成。

此外，不限于Ti，也可以使用其它金属。作为这样的金属，能够举出Al等。此外，接合层7也可以不由金属氧化物形成，而是由Ti、Al等金属形成。不过，为了谋求电绝缘，优选金属氧化物或金属氮化物。特别是，因为Ti的氧化物或氮化物的接合力高，所以优选。

在本实施方式中，压电膜6由LiTaO₃构成。不过，压电膜6也可以由LiTaO₃以外的压电单晶构成。

在本实施方式中，IDT电极8由Al构成。不过，IDT电极8能够由Al、Cu、Pt、Au、Ag、Ti、Ni、Cr、Mo、W或将这些金属中的任一种作为主体的合金等适当的金属材料形成。此外，IDT电极8也可以具有层叠了由这些金属或合金构成的多个金属膜的构造。

虽然在图1(a)中以简图方式示出，但是在压电膜6上形成有图1(b)所示的电极构造。即，形成有IDT电极8和配置在IDT电极8的弹性波传播方向两侧的反射器9、10。由此，构成单端口型弹性波谐振器。不过，本发明中的包含IDT电极的电极构造没有特别限定。能够将电极构造变形为构成适当的谐振器、组合了谐振器的梯型滤波器、纵向耦合谐振器型滤波器、格型滤波器、或横向型滤波器等。

在本实施方式的弹性波装置1中，在高声速膜4上层叠有低声速膜5，并在低声速膜5上层叠有压电膜6，因此能够与专利文献1记载的弹性波装置同样地谋求Q值的增大。除此以外，在本实施方式中，利用金属扩散的接合层7位于低声速膜5内，因此在制造时，在母板的晶片阶段不易产生翘曲。因此，在最终得到的弹性波装置1中不易产生压电膜6等的翘曲。因此，不易产生特性的劣化。除此以外，在制造时的晶片输送工序、产品的输送时等不易产生压电膜6、支承基板2等的破裂。通过以下对制造方法的说明，对此进行更具体的说明。

在制造弹性波装置1时，在母板的支承基板上层叠第一氧化硅膜3和高声速膜4。此后，为了形成低声速膜5，在高声速膜4上层叠第二氧化硅膜，从而得到第一层叠体。另外，准备在压电膜的单面形成有IDT电极并在相反侧的面形成有氧化硅膜的第二层叠体。

然后，在第一层叠体的氧化硅膜面和第二层叠体的上述氧化硅膜面分别层叠Ti层。接着，使第一层叠体、第二层叠体的Ti层彼此接触，在加热下进行接合。在该情况下，被接合的两侧的Ti相互扩散。由此，通过金属扩散接合形成接合层7。此外，从氧化硅膜侧对Ti层供给氧。因此，该接合层7由Ti氧化物构成。因此，在谋求充分的电绝缘的同时牢固地接合第一层叠体和第二层叠体。

将这样得到的母板的层叠体以单个弹性波装置1为单位进行切断。由此，能够得到弹性波装置1。

在本实施方式中，上述接合层7位于低声速膜5中，因此在得到母板的层叠体的阶段不易产生翘曲。

本申请的发明人发现，在利用金属扩散接合对专利文献1记载的弹性波装置进行接合的情况下，在母板的层叠体中压电膜会产生翘曲。而且，在切断产生了翘曲的母板的层叠体而得到的弹性波装置中，存在谐振特性等电特性出现波动的情况。另一方面，也能够在接合后在加热下进行压制成型来消除翘曲。然而，即使实施了该消除翘曲的加工，上述电特性的劣化也未恢复。因此，可认为由于翘曲在压电薄膜产生了微裂纹等。

本申请的发明人对上述翘曲进行了进一步研究，结果发现，只要像本实施方式那样选择第一层叠体、第二层叠体的结构，使得接合层7设置在低声速膜5中，就能够有效地抑制上述翘曲。

在专利文献1中，将由压电膜、低声速膜以及高声速膜构成的层叠构造与由介质层和支承基板构成的层叠构造进行了接合。因此，对接合前的压电膜施加了大的膜应力。因此，在母板的层叠体阶段压电膜容易产生比较大的翘曲。

相对于此，在本实施方式中，在第二层叠体中，在压电膜只层叠有氧化硅膜，因此未对压电膜施加大的膜应力。因此，在通过接合得到的层叠体中，因为施加在压电膜6的应力也小，所以不易产生翘曲。因此，如上所述，不易产生电特性的劣化。此外，也不易产生破裂。对于这一点，将基于具体的实验例进行说明。

作为上述弹性波装置1，制作了单端口型的弹性波谐振器。另外，设IDT电极的电极指的对数为100对、电极指的交叉宽度为20λ、由电极指间距确定的波长为2.0μm。对于反射器9、10，将电极指的个数设为20个。IDT电极8和反射器9、10由金属Al形成，厚度设为160nm。

在图2用实线示出上述实施方式的实施例的谐振特性。此外，为了进行比较，除了将接合层7设置在第一氧化硅膜3中以外，与上述实施方式的实施例同样地制作了弹性波装置。在图2用虚线示出该以往例的弹性波装置的谐振特性。根据图2可知，在以往例中，在谐振点与反谐振点之间出现了波动。相对于此，可知，根据实施例，在谐振点与反谐振点之间未出现这种波动。此外，可知，根据实施例，与以往例相比谐振点处的波形也变得尖锐，阻抗特性的峰谷比也增大。

如上所诉，可认为实施例的谐振特性比以往例的谐振特性提高是因为未产生如前所述的基于翘曲的微裂纹。

图3是本发明的第二实施方式涉及的弹性波装置的示意性正面剖视图。

在第二实施方式的弹性波装置21中，在支承基板2上层叠有第一氧化硅膜3、高声速膜4、低声速膜5、压电膜6以及IDT电极8。在第二实施方式的弹性波装置21中，接合层7存在于高声速膜4中。即，高声速膜4具有高声速膜层4a、4b，在高声速膜层4a与高声速膜层4b之间形成有接合层7。

在本实施方式中，也只要在制造时准备在压电膜上设置有低声速膜和高声速膜层的第二层叠体即可。因此，在压电膜中不易产生翘曲。因此，与第一实施方式同样地，在弹性波装置21中也不易产生电特性的劣化。此外，在晶片阶段、最终得到的弹性波装置21中也不易产生压电膜的破裂。

图4是本发明的第三实施方式涉及的弹性波装置的示意性正面剖视图。

在第三实施方式的弹性波装置31中，在支承基板2上依次层叠有第一氧化硅膜3、高声速膜4、第二氧化硅膜5B、接合层7、第三氧化硅膜5A、压电膜6以及IDT电极8。在此，第二氧化硅膜5B和第三氧化硅膜5A均为低声速膜。在本实施方式中，接合层7位于作为低声速膜的第二氧化硅膜5B与第三氧化硅膜5A之间的界面。

在本实施方式中，也只要在制造时准备在压电膜上第二层叠体即可。因此，在压电膜中不易产生翘曲。因此，在弹性波装置31中也不易产生电特性的劣化。此外，在晶片阶段、最终得到的弹性波装置31中也不易产生压电膜的破裂。

图5是本发明的第四实施方式涉及的弹性波装置的示意性正面剖视图。

在第四实施方式的弹性波装置41中，在支承基板2上层叠有第一氧化硅膜3、高声速膜4、低声速膜5、压电膜6以及IDT电极8。接合层7位于低声速膜5与压电膜6的界面。

在本实施方式中，也只要在制造时准备由压电膜构成的第二层叠体即可。因此，在压电膜中不易产生翘曲。因此，在弹性波装置41中也不易产生电特性的劣化。此外，在晶片阶段、最终得到的弹性波装置41中也不易产生压电膜的破裂。

像第一～第四实施方式的弹性波装置那样，只要在从高声速膜4中到低声速膜5与压电膜6的界面为止的任何位置设置有接合层7即可。

图6是本发明的第五实施方式涉及的弹性波装置的示意性正面剖视图。

在弹性波装置51中，在高声速基板52上层叠有低声速膜55。在低声速膜55上层叠有压电膜56。在压电膜56上形成有IDT电极58。虽然没有特别进行图示，但是在IDT电极58的弹性波传播方向两侧设置有反射器，由此构成单端口型弹性波谐振器。

在本实施方式中，使用了高声速基板52，没有另外设置高声速膜。在压电膜56的下方层叠有低声速膜55和高声速基板52，因此在本实施方式中也能够提高Q值。像这样，也可以通过高声速基板52兼用作高声速膜和支承基板。

高声速基板52由传播的体波的声速比在压电膜56传播的弹性波的声速高的适当的材料构成。在本实施方式中，高声速基板52由Si构成。不过，高声速基板52能够由满足上述条件的适当的材料形成。

接合层7位于由氧化硅构成的低声速膜55中。即，在第一低声速膜层55a与第二低声速膜层55b的界面设置有接合层7。因此，在制造时，只要准备在压电膜56层叠IDT电极58和第一低声速膜层55a而成的第二层叠体即可。因此，在第二层叠体中也不易对压电膜56施加大的膜应力。因此，在压电膜中不易产生翘曲。

在制造时，在上述第二层叠体的露出了低声速膜层的面形成Ti、Al等的金属。此后，准备在母板的高声速基板上层叠有低声速膜层的第一层叠体。在该第一层叠体的低声速膜层上形成Ti等的金属层。此后，使第一层叠体、第二层叠体的金属层彼此接触，并在加热下进行接合。这样，能够与第一实施方式的弹性波装置1同样地形成接合层7。

此后，只要切断所得到的母板的层叠体得到单个弹性波装置51即可。

在本实施方式中，因为接合层7设置在上述的位置，所以在制造时在母板的压电膜阶段不易产生翘曲。因此，不易产生电特性的劣化。此外，在母板的层叠体阶段、产品的输送时，在压电膜56不易产生破裂、微裂纹。

图7是本发明的第六实施方式涉及的弹性波装置的示意性正面剖视图。在弹性波装置61中，接合层7位于压电膜56与低声速膜55的界面。其它方面，弹性波装置61与弹性波装置51相同。

在弹性波装置61中，接合层7位于靠近压电膜56侧的位置。因此，在接合前的第二层叠体阶段压电膜56不易产生翘曲。因此，与第五实施方式的弹性波装置51同样地，不易产生电特性的劣化。此外，在制造工序中不易产生压电膜56的翘曲，因此也不易产生破裂、微裂纹。此外，在产品输送时等，压电膜56也不易产生翘曲，因此不易产生破裂、微裂纹。

即使在像弹性波装置51、61那样使用了高声速基板52的构造中，也可以在高声速基板52与低声速膜55之间进一步层叠其它中间层。即，可以在高声速基板上间接地层叠低声速膜55。不管怎样，在使用了高声速基板52的构造中，接合层7只要位于低声速膜55中或压电膜56与低声速膜55的界面中的任何位置即可。

接着，以下对低声速膜的膜厚与Q值的关系进行说明。

在图6所示的第五实施方式涉及的弹性波装置51中，使第一低声速膜层55a的膜厚变化，制作了各种弹性波装置。更具体地，使用了由Si构成的高声速基板52。作为第二低声速膜层55b，使用了厚度为55nm的SiO₂膜。作为接合层7，使用Ti膜，厚度设为0.5nm。作为压电膜56，使用了600nm的LiTaO₃膜。由ITD电极中的电极指间距确定的波长λ设为2μm。由作为氧化硅的SiO₂形成与压电膜56相接的第一低声速膜层55a，并使膜厚不同。

在图8示出作为低声速膜层55a的SiO₂膜的膜厚与Q值的关系。

可知，作为低声速膜层55a的SiO₂膜的膜厚越厚，Q值越高。在将SiO₂膜的膜厚设为240nm以上时，即，设为0.12λ以上时，可得到超过1000的高Q值。在SiO₂膜的膜厚为440nm以上时，即，0.22λ以上时，Q值的变动减小，大体上固定。因此可知，通过将SiO₂膜的膜厚设为0.22λ以上，从而能够进一步提高Q值，且能够减小偏差。像这样，优选在由氧化硅形成与压电膜56相接的低声速膜层的情况下，将该SiO₂膜的膜厚设为0.12λ以上。更优选将SiO₂膜的膜厚设为0.22λ以上。

另外，优选使作为低声速膜层55a的SiO₂膜的膜厚为2λ以下。由此，能够减小膜应力。

接着，对接合层的Ti层的膜厚与Q值的关系进行说明。

使接合层7的Ti层的膜厚分别不同而制作了图4所示的第三实施方式的弹性波装置31。更具体地，高声速膜5由Si形成。接合层7由Ti层和Ti氧化物层形成。将接合层7形成为，Ti氧化物层位于高声速膜4侧，并且Ti层位于低声速膜5侧。将Ti氧化物层的厚度设为50nm。低声速膜由SiO₂形成，将厚度设为700nm。压电膜6由LiTaO₃形成，将厚度设为600nm。将弹性波装置31利用的作为弹性波的声表面波的波长λ设为2μm。

图9是示出作为接合层的Ti层的膜厚与Q值的关系的图。

可知，接合层的Ti层的膜厚越小，Q值越大。特别是，在Ti层的膜厚为2.0nm以下时，即，1×10^-3λ以下时，可得到超过1000的高Q值。在Ti层的膜厚为1.2nm以下时，即，0.6×10^-3λ以下时，Q值的变动减小，大体上固定。因此，通过将接合层的Ti层的膜厚设为1.2nm以下或者设为0.6×10^-3λ以下，从而能够进一步提高Q值，且能够减小偏差。像这样，优选使Ti层的膜厚为2.0nm以下，更优选使Ti层的膜厚为1.2nm以下。

另外，Ti层的膜厚优选为0.4nm以上。由此，能够合适地接合上述第一层叠体和上述第二层叠体。

附图标记说明

1：弹性波装置；

2：支承基板；

3：第一氧化硅膜；

4：高声速膜；

4a、4b：高声速膜层；

5：低声速膜；

5a、5b：低声速膜层；

6：压电膜；

7：接合层；

8：IDT电极；

9、10：反射器；

21、31、41、51、61：弹性波装置；

52：高声速基板；

55：低声速膜；

55a、55b：低声速膜层；

56：压电膜；

58：IDT电极。