弾性波デバイス、デュープレクサ、通信モジュール、通信装置、弾性波デバイスの製造方法
【課題】完成品に近い状態で電気機械結合係数ｋ2や周波数特性などを調整可能とし、デバイスの製造歩留まりを向上させることができ、より低コストの弾性波デバイスを実現することができる。
【解決手段】圧電基板１と、圧電基板１上に配された櫛形電極２と、櫛形電極２間に配された第１の誘電体膜４と、櫛形電極２と第１の誘電体膜４を覆う第２の誘電体膜５とを備える弾性波デバイスであって、第１の誘電体膜４上に調整膜６を備え、調整膜６は第１の誘電体膜４及び第２の誘電体膜５に対して比重が大きい材料で形成されている。
【解決手段】圧電基板１と、圧電基板１上に配された櫛形電極２と、櫛形電極２間に配された第１の誘電体膜４と、櫛形電極２と第１の誘電体膜４を覆う第２の誘電体膜５とを備える弾性波デバイスであって、第１の誘電体膜４上に調整膜６を備え、調整膜６は第１の誘電体膜４及び第２の誘電体膜５に対して比重が大きい材料で形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願の開示は、弾性波デバイスに関する。また、本願の開示は、弾性波デバイスを備えたデュープレクサ、通信モジュール、通信装置に関する。また、本願の開示は、弾性波デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性波デバイスは、例えばテレビジョン受像機、携帯電話端末、ＰＨＳ（Personal Handy-phone System）等におけるフィルタ素子や発振子に用いることができる。弾性波（Surface Acoustic Wave Device）を応用したデバイスの１つとして、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic-wave Resonator）や弾性表面波デバイス（ＳＡＷデバイス）が以前より良く知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。ＳＡＷデバイスは、例えば４５ＭＨｚ〜２ＧＨｚの周波数帯における無線信号を処理する装置における各種回路に用いることができる。ＳＡＷデバイスは、例えば送信バンドパスフィルタ、受信バンドパスフィルタ、局発フィルタ、アンテナ共用器、ＩＦフィルタ（Intermediate Frequency）、ＦＭ変調器（Frequency Modulation）等に用いることができる。
【０００３】
近年、携帯電話端末などの高性能化に伴い、例えばバンドパスフィルタに用いられるＳＡＷデバイスに対して、通過帯域内での低ロス化、通過帯域外での高抑圧化、温度安定性の向上など、諸特性の改善やデバイスサイズの小型化が求められている。中でも、温度安定性の向上については、デバイスサイズの小型化、デバイスへの入力パワーの増大などを原因とするデバイスのパワー密度の増大を背景として、喫緊の課題である。この温度安定性に関して、近年従来のＳＡＷデバイスとは異なる構造のデバイスによる改善が提案されている。温度安定性を改善することができるデバイスとしては、圧電基板上に櫛形電極を形成し、さらに櫛形電極を覆うように厚い誘電体膜を形成したラブ波デバイス、境界波デバイスなどがある（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１１２７４８号公報
【特許文献２】国際出願第ＷＯ９８／５２２７９明細書
【特許文献３】特開２００８−１１３０６１号公報
【特許文献４】特開２００８−７９２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
弾性波デバイスの特性を決める重要なパラメータとして、電気機械結合係数ｋ2がある。電気機械結合係数ｋ2は、弾性波デバイスの基板によって決まる定数であるが、実際は櫛形電極の幅寸法や厚さ寸法等で微妙に変化してしまう。また、弾性波デバイスでフィルタを製造した場合、フィルタの周波数特性が櫛形電極の幅寸法や厚さ寸法等で微妙に変化してしまう。弾性波デバイスの電気機械結合係数ｋ2や周波数特性を調整するには、櫛形電極の幅寸法や厚さ寸法等を調整すればよい。しかし、ラブ波デバイスや境界波デバイスは櫛形電極が厚い誘電体膜で覆われているため、デバイス製造後に電気機械結合係数ｋ2や周波数特性などの調整を行うために櫛形電極の幅寸法や厚さ寸法を調整することは困難である。
【０００６】
本発明は、電気機械結合係数ｋ2や周波数特性などを容易に調整可能とする弾性波デバイスおよびその製造方法を実現することを目的とする。また、そのような弾性波デバイスを備えたデュープレクサ、通信モジュール、通信装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願に開示する弾性波デバイスは、圧電基板と、前記圧電基板上に配された櫛形電極と、前記櫛形電極間に配された第１の誘電体膜と、前記櫛形電極と前記第１の誘電体膜を覆う第２の誘電体膜とを備える弾性波デバイスであって、前記第１の誘電体膜上に調整膜を備え、前記調整膜は、前記第１の誘電体膜及び前記第２の誘電体膜に対して比重が大きい材料で形成されている。
【発明の効果】
【０００８】
本願の開示によれば、電気機械結合係数ｋ2や周波数特性などを容易に調整可能とする弾性波デバイスを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態にかかる弾性波デバイスの平面図
【図２】図１におけるＺ−Ｚ部の断面図
【図３Ａ】図３Ｂに示す特性の計算モデルを示す断面図
【図３Ｂ】本実施の形態にかかる弾性波デバイスの調整膜の厚さに対する電気機械結合係数ｋ2の特性を示す特性図
【図４Ａ】チタンの調整膜を備えた弾性波デバイスの計算モデルの断面図
【図４Ｂ】図４Ａに示す計算モデルの調整膜の厚さに対する電気機械結合係数ｋ2の特性を示す特性図
【図５Ａ】本実施の形態にかかる弾性波デバイスの製造プロセスを示す断面図
【図５Ｂ】本実施の形態にかかる弾性波デバイスの製造プロセスを示す断面図
【図５Ｃ】本実施の形態にかかる弾性波デバイスの製造プロセスを示す断面図
【図５Ｄ】本実施の形態にかかる弾性波デバイスの製造プロセスを示す断面図
【図５Ｅ】本実施の形態にかかる弾性波デバイスの製造プロセスを示す断面図
【図５Ｆ】本実施の形態にかかる弾性波デバイスの製造プロセスを示す断面図
【図５Ｇ】本実施の形態にかかる弾性波デバイスの製造プロセスを示す断面図
【図５Ｈ】本実施の形態にかかる弾性波デバイスの製造プロセスを示す断面図
【図６】評価及びエッチング処理のプロセスを示すフローチャート
【図７】調整膜が横方向にエッチングされた弾性波デバイスの断面図
【図８】本実施の形態にかかる弾性波デバイスの一例である弾性境界波デバイスの断面図
【図９】本実施の形態にかかる弾性波デバイスの他の構成例を示す断面図
【図１０】デュープレクサのブロック図
【図１１】通信モジュールのブロック図
【図１２】通信装置のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本願の実施形態にかかる弾性波デバイスは、以下のような態様をとることができる。
【００１１】
弾性波デバイスにおいて、前記調整膜は、前記第１の誘電体膜及び前記第２の誘電体膜に対して音速が異なる材料で形成されている構成とすることができる。
【００１２】
弾性波デバイスにおいて、前記調整膜は、前記櫛形電極の材料よりエッチング速度が速い材料で形成されている構成とすることができる。
【００１３】
弾性波デバイスにおいて、前記調整膜は、シリコン（Ｓｉ）あるいはシリコン化合物を含む構成とすることができる。
【００１４】
弾性波デバイスにおいて、前記調整膜は、チタン（Ｔｉ）あるいは金属材料を含む構成とすることができる。
【００１５】
弾性波デバイスにおいて、前記調整膜は、前記櫛形電極間に形成された第１の誘電体膜上の一部に形成されている構成とすることができる。
【００１６】
弾性波デバイスにおいて、前記第２の誘電体膜の上部にカバー膜を備えた構成とすることができる。
【００１７】
弾性波デバイスにおいて、前記櫛形電極は、銅（Ｃｕ）を主成分とし、前記第１の誘電体膜及び前記第２の誘電体膜は、酸化シリコン（ＳｉＯ2）を主成分とする構成とすることができる。櫛形電極を、Ｃｕを主成分とした材料で形成することにより、調整膜をエッチング処理する際に不意に除去されてしまうことを軽減することができる。
【００１８】
弾性波デバイスにおいて、前記圧電基板は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）を含む材料で形成されてもよい。これにより、弾性波デバイスを用いてフィルタを製造した際に、フィルタの通過帯域を広く確保することができる。
【００１９】
本願の実施形態にかかる弾性波デバイスの製造方法は、圧電基板上に第１の誘電体膜を成膜する工程と、前記第１の誘電体膜上に調整膜を形成する工程と、前記調整膜上にレジストパターンを形成する工程と、前記調整膜及び前記第１の誘電体膜における、前記レジストパターンで覆われていない部分を除去し開口部を形成する工程と、少なくとも前記開口部に電極膜を成膜する工程と、前記レジストパターンを除去する工程と、当該弾性波デバイスの評価を行い、評価結果に基づき前記調整膜を部分的に除去する工程と、前記電極膜及び前記調整膜上に第２の誘電体膜を形成する工程とを含む。
【００２０】
弾性波デバイスの製造方法において、前記櫛形電極は、リフトオフ法によって形成される方法とすることができる。
【００２１】
弾性波デバイスの製造方法において、弾性波デバイスの評価を行う工程は、当該弾性波デバイスの周波数特性を測定する工程と、前記周波数特性に基づき電気機械結合係数を算出する工程と、前記電気機械結合係数と目標値とを比較する工程と、前記電気機械結合係数と前記目標値との差分に基づき、エッチング条件を設定する工程と、前記エッチング条件に基づき、調整膜をエッチング処理する工程とを含む方法とすることができる。このような方法とすることにより、所望の物性値を有する弾性波デバイスを製造することができる。
【００２２】
（実施の形態）
〔１．弾性波デバイスの構成〕
図１は、本発明の実施形態にかかる弾性波デバイスの平面図である。図２は、図１におけるＺ−Ｚ部の断面図である。図１に示す弾性波デバイスは、その一例である１ポート共振器である。また、図１において、櫛形電極の構造を明確に図示するために、櫛形電極の上部に成膜される誘電体膜などの図示は省略した。
【００２３】
図１及び図２に示す弾性波デバイスは、弾性表面波の一種であるラブ波を利用するデバイスである。弾性波デバイスは、圧電基板１、櫛形電極２、反射器３、第１の誘電体膜４、第２の誘電体膜５、調整膜６を備えている。圧電基板１は、本実施の形態ではニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）を含む材料で形成されるが、この材料に限らない。櫛形電極２及び反射器３は、圧電基板１上に形成され、銅（Ｃｕ）を主な材料としている。櫛形電極２は、第１の櫛形電極２ａ及び第２の櫛形電極２ｂからなる。第１の櫛形電極２ａと第２の櫛形電極２ｂは、それぞれの電極指が交互に配置されるように、圧電基板１上に形成されている。反射器３は、第１の反射器３ａ及び第２の反射器３ｂからなる。第１の反射器３ａは、櫛形電極２における波の伝搬方向の一方の端部側に配されている。第２の反射器３ｂは、櫛形電極２における波の伝搬方向の他方の端部側に配されている。なお、櫛形電極２及び反射器３は、Ｃｕの他、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、チタン（Ｔｉ）などで形成することができる。
【００２４】
第１の誘電体膜４は、櫛形電極２及び反射器３に含まれる電極指間に配され、酸化シリコン（ＳｉＯ2）を主な材料としている。第２の誘電体膜５は、櫛形電極２及び調整膜６上に配され、ＳｉＯ2を主な材料としている。
【００２５】
調整膜６は、第１の誘電体膜４上に配され、シリコン（Ｓｉ）で形成されている。調整膜６は、図１における櫛形電極２及び反射器３以外の領域に成膜されている。調整膜６は、本実施の形態では、一例としてＳｉで形成される。調整膜６、少なくとも第１の誘電体膜４及び第２の誘電体膜５よりも比重が大きい材料で形成することが好ましい。また、調整膜６は、第１の誘電体膜４及び第２の誘電体膜５に対して音速が異なる材料、第１の誘電体膜４に対して所定の質量を与えることができる材料、あるいはドライエッチングを行いやすい材料で形成することが好ましい。調整膜６の材料としては、Ｓｉの他、窒化シリコン（ＳｉＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）などのＳｉ化合物や、Ｔｉなどの金属材料で形成することができる。
【００２６】
ここで、調整膜６の膜厚Ｄ１を変えることによって、弾性波デバイスの電気機械結合係数ｋ2や周波数特性などの物性値を調整することができる。以下、調整膜６の膜厚と弾性波デバイスの物性値との関係について説明する。
【００２７】
図３Ａは、弾性波デバイスの計算モデルを示し、図１及び図２に示す弾性波デバイスの構造と同様である。図３Ｂは、Ｓｉで形成された調整膜６の膜厚Ｄ１を０〜０．０４（μｍ）まで変化させた場合の電気機械結合係数ｋ2の値をＦＥＭ（有限要素法）で計算した結果を示す。図３Ａに示す計算モデルは、櫛形電極２の電極周期λを２（μｍ）、櫛形電極２および第１の誘電体膜４の膜厚Ｄ２を１３０（ｎｍ）、圧電基板１上に配された櫛形電極２や第２の誘電体膜５などの総膜厚Ｄ３を０．７（ｍｍ）としている。
【００２８】
図３Ａに示す計算モデルにおいて、調整膜６の厚さＤ１を０（μｍ），０．０１（μｍ），０．０２（μｍ），０．０３（μｍ），０．０４（μｍ）にそれぞれ調整してＦＥＭシミュレーションを行い、図３Ｂに示すように電気機械結合係数ｋ2を算出した。図３Ｂに示すように、調整膜６の膜厚Ｄ１を厚くすると電気機械結合係数ｋ2を低減できることが分かる。したがって、調整膜６の膜厚Ｄ１を変えることによって、弾性波デバイスの電気機械結合係数ｋ2を所望の値に調整することができる。また、電気機械結合係数ｋ2と、弾性波デバイスの共振周波数をｆr、反共振周波数をｆarとの関係は、例えば、下記（式１）で表すことができる。
【００２９】
ｋ2＝（π2／４）×（ｆr／ｆar）×（（ｆar−ｆr）／ｆar） ・・・（式１）
そのため、上記のように調整膜６の厚さＤ１を調整して電気機械結合係数ｋ2を変化させることによって。弾性波デバイスの周波数特性を調整することができる。なお、上記式は一例である。
【００３０】
なお、図３Ａに示す計算モデルは、調整膜６をＳｉで形成した弾性波デバイスとしたが、調整膜６を金属で形成しても同様の効果を得ることができる。図４Ａは、Ｔｉで形成された調整膜１６を備えた弾性波デバイス（計算モデル）の断面図を示す。図４Ｂは、図４Ａに示す弾性波デバイスの計算モデルにおいて、調整膜１６の膜厚Ｄ１１を０〜０．０４（μｍ）まで変化させた場合の電気機械結合係数ｋ2の値をＦＥＭで計算した結果を示す。図４Ａに示す計算モデルは、櫛形電極２の電極周期λを２（μｍ）、櫛形電極２および第１の誘電体膜４の膜厚Ｄ１２を１３０（ｎｍ）、圧電基板１上に形成された櫛形電極２や第２の誘電体膜５などの総膜厚Ｄ１３を０．７（ｍｍ）、調整膜１６の幅寸法Ｄ１４を３７５（ｎｍ）としている。
【００３１】
図４Ａに示す計算モデルにおいて、調整膜１６の厚さＤ１１を０（μｍ），０．０１（μｍ），０．０２（μｍ），０．０３（μｍ），０．０４（μｍ）にそれぞれ調整してＦＥＭシミュレーションを行い、図４Ｂに示すように電気機械結合係数ｋ2を算出した。図４Ｂに示す計算結果から、調整膜１６の膜厚Ｄ１１を厚くすると電気機械結合係数ｋ2を低減できることが分かる。したがって、調整膜１６の膜厚Ｄ１１を変えることによって、弾性波デバイスの電気機械結合係数ｋ2を所望の値に調整することができる。また、電気機械結合係数ｋ2と、弾性波デバイスの共振周波数をｆr、反共振周波数をｆarとは、上記式１に示す関係があるため、上記のように調整膜１６の厚さＤ１１を調整して電気機械結合係数ｋ2を変化させることによって。弾性波デバイスの周波数特性を調整することができる。
【００３２】
弾性波デバイスの電気機械結合係数ｋ2や周波数特性などの物性値を所望の値にするには、弾性波デバイスの製造プロセスにおいて、調整膜６の厚さを調整する工程を追加すればよい。以下、本実施の形態にかかる弾性波デバイスの一例であるラブ波デバイスの製造方法を説明する。
【００３３】
図５Ａ〜図５Ｉは、本実施の形態にかかる弾性波デバイスの一例であるラブ波デバイスの製造プロセスを示す断面図である。まず、図５Ａに示すように、ＬｉＮｂＯ3を含む材料で形成された圧電基板１上に、ＳｉＯ2を含む第１の誘電体膜４を成膜する。次に、図５Ｂに示すように、第１の誘電体膜４上に、Ｓｉを含む調整膜６を成膜する。本製造プロセスでは、調整膜６の膜厚は０．０４（μｍ）としている。次に、図５Ｃに示すように、調整膜６上にレジストパターン１１を形成する。レジストパターン１１は、最終的に残留させたい調整膜６に対応する位置に形成する。次に、図５Ｄに示すように、調整膜６をエッチング処理する。次に、図５Ｅに示すように、第１の誘電体膜４をエッチング処理する。第１の誘電体膜４をエッチング処理することにより、第１の誘電体膜４に開口部４ａが形成される。次に、図５Ｆに示すように、Ｃｕを含む電極膜２ｃを、スパッタリング法あるいは蒸着法を用いて成膜する。電極膜２ｃは、レジストパターン１１上とともに開口部４ａ（図５Ｅ参照）内にも成膜される。次に、図５Ｇに示すように、レジストパターン１１を除去する。これにより、調整膜６が露出する。次に、図５Ｇに示す弾性波デバイスに対してプローブなどを用いて特性を計測し、計測結果と目標特性との差に基づいて調整膜６のエッチング量を決定する。なお、弾性波デバイスの特性評価などの方法については後述する。次に、決定したエッチング量に基づき調整膜６をエッチング処理し、調整膜６の膜厚を調整する。最後に、図５Ｈに示すように、電極膜２ｃ及び調整膜６上に、ＳｉＯ2を含む第２の誘電体膜５を成膜する。以上により、弾性波デバイスの一例であるラブ波デバイスが完成する。
【００３４】
ここで、調整膜６の評価及びエッチング処理工程について説明する。
【００３５】
図６は、調整膜６の評価及びエッチング処理工程の流れを示すフローチャートである。本実施の形態にかかる弾性波デバイスは、例えば、リフトオフ法に、調整膜６の成膜及びエッチング工程を加えることで製造可能である。これにより、任意の膜厚の調整膜６を有する弾性波デバイスが製造可能となる。なお、リフトオフ法は、主に、Ｃｕなどドライエッチングするのが困難な材料で櫛形電極２が形成されている場合に用いられる。
【００３６】
本実施の形態の製造プロセスでは、レジストパターンの除去後（Ｓ１）に、まずプローブなどを用いて弾性波デバイスの周波数特性を測定する（Ｓ２）。例えば、周波数特性として共振周波数、反共振周波数が測定される。次に、測定した周波数特性に基づき電気機械結合係数ｋ2を算出する（Ｓ３）。電気機械結合係数ｋ2は、例えば、上記式１に基づいて算出することができる。
【００３７】
次に、算出した電気機械結合係数ｋ2と、予め設定されている目標とする電気機械結合係数ｋ2とを比較し、算出した電気機械結合係数ｋ2と目標とする電気機械結合係数ｋ2とが一致していれば、評価を終了し、第２の誘電体膜５の成膜処理に移行する。
【００３８】
一方、算出した電気機械結合係数ｋ2と目標とする電気機械結合係数ｋ2とが不一致であれば、調整膜６をエッチングするための条件を設定する（Ｓ５）。エッチング条件は、算出した電気機械結合係数ｋ2と目標とする電気機械結合係数ｋ2との差分に基づき設定する。エッチング条件は、エッチング処理の対象となる材料に応じた、エッチングガスの種類やガス流量などの値である。本実施の形態では一例として、エッチングガスとしてＳＦ6を用い、ガス流量＝１００（sccm）、圧力＝５（Ｐａ）、パワー＝２０（Ｗ）、エッチングレート＝０．８（ｎｍ／sec）に設定し、エッチング時間を目標とする電気機械結合係数ｋ2に応じて設定する。エッチング時間の設定方法は後述する。
【００３９】
次に、設定したエッチング条件に基づき、調整膜６をドライエッチング処理する（Ｓ６）。
【００４０】
次に、再度、弾性波デバイスの周波数特性を測定し（Ｓ２）、電気機械結合係数ｋ2を算出する（Ｓ３）。以降、算出した電気機械結合係数ｋ2と目標とする電気機械結合係数ｋ2とが一致するまで（Ｓ４でＹｅｓとなるまで）、上記フローを繰り返す。
【００４１】
なお、処理Ｓ５における「一致」の判断は、算出した電気機械結合係数ｋ2と目標とする電気機械結合係数ｋ2とが完全に一致した場合に限らず、弾性波デバイスにおける動作上の問題が生じない程度の近似値を含むものとする。
【００４２】
また、処理Ｓ６における調整膜６のエッチング処理のエッチング条件は、上記に限らず、（表１）に示すエッチング条件Ｂ，Ｃを適用することができる。なお、（表１）における条件Ａは、本実施の形態において採用したエッチング条件である。条件Ｂ及びＣは、Ｔｉを含む調整膜をエッチングする際のエッチング条件である。
【００４３】
【表１】
【００４４】
また、処理Ｓ６におけるエッチング時間は、目標とする電気機械結合係数ｋ2に応じて決定することができる。（表２）は、弾性波デバイスの電気機械結合係数ｋ2とエッチング時間との対応を示す表である。（表２）は、Ｓｉを含む調整膜６をエッチング対象とし、エッチング条件は（表１）に示す条件とし、エッチング時間を１（sec），１０（sec），２５（sec），３８（sec）に設定してエッチング処理を行った時の、弾性波デバイスの電気機械結合係数ｋ2を示す。
【００４５】
【表２】
【００４６】
（表２）に示す例では、例えば、目標とする電気機械結合係数ｋ2が０．１６９の場合は、エッチング時間を１（sec）に設定して調整膜６のエッチングを行うことで、所望の電気機械結合係数ｋ2を有する弾性波デバイスを製造することができる。
【００４７】
また、本実施の形態では、櫛形電極２がＣｕを含む材料で形成され、調整膜６がＳｉを含む材料で形成されているが、櫛形電極２の材料と調整膜６の材料はこれに限られない。櫛形電極２の材料と調整膜６の材料との組み合わせは、例えば（表３）に示す組み合わせとすることができる。（表３）は、櫛形電極２の材料と調整膜６の材料との組み合わせに適したエッチングガス種も示している。
【００４８】
【表３】
【００４９】
また、通常、ラブ波デバイスなどの製造は、例えばφ１００（ｍｍ）のウェハを用いて行われる。調整膜６のエッチング処理は、ウェハ全体に対して実施してもよいし、ウェハ上に形成された一部の弾性波デバイスに対して実施してもよいし、ウェハ上に形成された個々の弾性波デバイスごとに実施してもよい。
【００５０】
また、調整膜６をエッチングする際に、横方向（圧電基板１における櫛形電極２が形成された面の方向）にもエッチングされる場合がある、例えばＳｉを含む調整膜６をエッチングする場合に、ＳＦ6ガスを用いて１０（Ｐａ）程度の高い圧力でエッチングすると、横方向にもエッチングが進む。調整膜６は、横方向にエッチングが進むと、図７に示すように第１の誘電体膜４上の一部を覆う状態になる。図７に示す調整膜６では、電気機械結合係数ｋ2の値は（表２）に示す値から変動するが、エッチング条件やエッチング時間を調整して膜厚を調整することによって、所望の電気機械結合係数ｋ2を得ることができる。
【００５１】
また、本実施の形態では、弾性波デバイスの一例としてラブ波デバイスを挙げたが、境界波デバイスにも適用することが可能である。図８は、境界波デバイスの断面図である。図８に示すように、境界波デバイスは、図７等に示すラブ波デバイスにおける第２の誘電体膜５の上部にカバー膜７が形成されている。このような境界波デバイスにおいても、本実施の形態に示すような調整膜６を形成することで、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
また、図５Ａ〜図５Ｈに示す製造工程に基づき弾性波デバイスを製造した場合、図５Ｇに示すように電極膜２ｃの表面と調整膜６の表面とが同一高さにならない場合がある。このような電極膜２ｃ及び調整膜６上に第２の誘電体膜５を成膜した場合、図９に示すように第２の誘電体膜５の上面に凸部５ａが形成されることになる。図５Ａ〜図５Ｈに示す製造工程では、第２の誘電体膜６を成膜した後に、第２の誘電体膜６の上面に形成される凸部を除去しているが、図９に示すように凸部５ａを除去せずに残した状態であっても、最終的に完成した弾性波デバイスの電気機械結合係数ｋ2や周波数特性に大きな影響を与えず、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
〔２．デュープレクサの構成〕
携帯電話端末、ＰＨＳ（Personal Handy-phone System）端末、無線ＬＡＮシステムなどの移動体通信（高周波無線通信）には、デュープレクサが搭載されている。デュープレクサは、通信電波などの送信機能及び受信機能を持ち、送信信号と受信信号の周波数が異なる無線装置において用いられる。
【００５４】
図１０は、本実施の形態の弾性波デバイスを備えたデュープレクサの構成を示す。デュープレクサ５２は、位相整合回路５３、受信フィルタ５４、および送信フィルタ５５を備えている。位相整合回路５３は、送信フィルタ５５から出力される送信信号が受信フィルタ５４側に流れ込むのを防ぐために、受信フィルタ５４のインピーダンスの位相を調整するための素子である。また、位相整合回路５３には、アンテナ５１が接続されている。受信フィルタ５４は、アンテナ５１を介して入力される受信信号のうち、所定の周波数帯域のみを通過させる帯域通過フィルタで構成されている。また、受信フィルタ５４には、出力端子５６が接続されている。送信フィルタ５５は、入力端子５７を介して入力される送信信号のうち、所定の周波数帯域のみを通過させる帯域通過フィルタで構成されている。また、送信フィルタ５５には、入力端子５７が接続されている。ここで、受信フィルタ５４及び送信フィルタ５５には、本実施の形態における弾性波デバイスが含まれている。
【００５５】
以上のように、本実施の形態の弾性波デバイスを受信フィルタ５４及び送信フィルタ５５に備えることで、製造歩留まりを向上させることができ、より低コストのデュープレクサを実現することができる。
【００５６】
〔３．通信モジュールの構成〕
図１１は、本実施の形態にかかる弾性波デバイスを備えた通信モジュールの一例を示す。図１１に示すように、デュープレクサ６２は、受信フィルタ６２ａと送信フィルタ６２ｂとを備えている。また、受信フィルタ６２ａには、例えばバランス出力に対応した受信端子６３ａ及び６３ｂが接続されている。また、送信フィルタ６２ｂは、パワーアンプ６４を介して送信端子６５に接続している。ここで、デュープレクサ６２には、本実施の形態にかかる弾性波デバイスを備えたデュープレクサで実現することができる。
【００５７】
受信動作を行う際、受信フィルタ６２ａは、アンテナ端子６１を介して入力される受信信号のうち、所定の周波数帯域の信号のみを通過させ、受信端子６３ａ及び６３ｂから外部へ出力する。また、送信動作を行う際、送信フィルタ６２ｂは、送信端子６５から入力されてパワーアンプ６４で増幅された送信信号のうち、所定の周波数帯域の信号のみを通過させ、アンテナ端子６１から外部へ出力する。
【００５８】
以上のように本実施の形態にかかる弾性波デバイスまたはそれを備えたデュープレクサを通信モジュールに備えることで、製造歩留まりを向上させることができ、より低コストの通信モジュールを実現することができる。
【００５９】
なお、図１１に示す通信モジュールの構成は一例であり、他の形態の通信モジュールに本発明の弾性波デバイスを搭載しても、同様の効果が得られる。
【００６０】
〔４．通信装置の構成〕
図１２は、本実施の形態にかかる弾性波デバイス、デュープレクサ、または前述の通信モジュールを備えた通信装置の一例として、携帯電話端末のＲＦブロックを示す。また、図１２に示す構成は、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）通信方式及びＷ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）通信方式に対応した携帯電話端末の構成を示す。また、本実施の形態におけるＧＳＭ通信方式は、８５０ＭＨｚ帯、９５０ＭＨｚ帯、１．８ＧＨｚ帯、１．９ＧＨｚ帯に対応している。また、携帯電話端末は、図１２に示す構成以外にマイクロホン、スピーカー、液晶ディスプレイなどを備えているが、本実施の形態における説明では不要であるため図示を省略した。ここで、デュープレクサ７３は、本実施の形態にかかる高周波デバイスを備えたデュープレクサで実現することができる。
【００６１】
まず、アンテナ７１を介して入力される受信信号は、その通信方式がＷ−ＣＤＭＡかＧＳＭかによってアンテナスイッチ回路７２で、動作の対象とするＬＳＩを選択する。入力される受信信号がＷ−ＣＤＭＡ通信方式に対応している場合は、受信信号をデュープレクサ７３に出力するように切り換える。デュープレクサ７３に入力される受信信号は、受信フィルタ７３ａで所定の周波数帯域に制限されて、バランス型の受信信号がＬＮＡ７４に出力される。ＬＮＡ７４は、入力される受信信号を増幅し、ＬＳＩ７６に出力する。ＬＳＩ７６では、入力される受信信号に基づいて音声信号への復調処理を行ったり、携帯電話端末内の各部を動作制御したりする。
【００６２】
一方、信号を送信する場合は、ＬＳＩ７６は送信信号を生成する。生成された送信信号は、パワーアンプ７５で増幅されて送信フィルタ７３ｂに入力される。送信フィルタ７３ｂは、入力される送信信号のうち所定の周波数帯域の信号のみを通過させる。送信フィルタ７３ｂから出力される送信信号は、アンテナスイッチ回路７２を介してアンテナ７１から外部に出力される。
【００６３】
また、入力される受信信号がＧＳＭ通信方式に対応した信号である場合は、アンテナスイッチ回路７２は、周波数帯域に応じて受信フィルタ７７〜８０のうちいずれか一つを選択し、受信信号を出力する。受信フィルタ７７〜８０のうちいずれか一つで帯域制限された受信信号は、ＬＳＩ８３に入力される。ＬＳＩ８３は、入力される受信信号に基づいて音声信号への復調処理を行ったり、携帯電話端末内の各部を動作制御したりする。一方、信号を送信する場合は、ＬＳＩ８３は送信信号を生成する。生成された送信信号は、パワーアンプ８１または８２で増幅されて、アンテナスイッチ回路７２を介してアンテナ７１から外部に出力される。
【００６４】
本実施の形態にかかる弾性波デバイス、デュープレクサ、または通信モジュールを通信装置に備えることで、製造歩留まりを向上させることができ、より低コストの通信装置を実現することができる。
【００６５】
〔５．実施の形態の効果、他〕
本実施の形態によれば、第１の誘電体膜４上に調整膜６を備え、さらに調整膜６を少なくとも第１の誘電体膜４及び第２の誘電体膜５の比重よりも大きい比重を有する材料で形成したことにより、容易に電気機械結合係数ｋ2や周波数特性などを調整することができる。例えば、デバイスが完成品に近い状態で電気機械結合係数ｋ2や周波数特性などを調整可能となる。その結果、デバイスの製造歩留まりを向上させることができ、より低コストの弾性波デバイスを実現することができる。
【００６６】
また、調整膜６は、第１の誘電体膜４及び第２の誘電体膜５に対して音速が異なる材料で形成することが好ましい。このような構成とすることにより、完成品に近い状態で電気機械結合係数ｋ2や周波数特性などを調整可能とし、デバイスの製造歩留まりを向上させることができる。そのため、より低コストの弾性波デバイスを実現することができる。
【００６７】
また、調整膜６は、櫛形電極２の材料よりエッチング速度が速い材料で形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより、完成品に近い状態で電気機械結合係数ｋ2や周波数特性などを調整可能とし、デバイスの製造歩留まりを向上させることができる。そのため、より低コストの弾性波デバイスを実現することができる。
【００６８】
また、調整膜６は、シリコン（Ｓｉ）あるいはシリコン化合物を含む材料で形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより、製造プロセスにおいてエッチングしやすいというメリットがある。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、弾性波デバイス、デュープレクサ、通信モジュール、通信装置に有用である。また、弾性波デバイスの製造方法に有用である。
【符号の説明】
【００７０】
１ 圧電基板
２ 櫛形電極
４ 第１の誘電体膜
５ 第２の誘電体膜
６ 調整膜
【技術分野】
【０００１】
本願の開示は、弾性波デバイスに関する。また、本願の開示は、弾性波デバイスを備えたデュープレクサ、通信モジュール、通信装置に関する。また、本願の開示は、弾性波デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性波デバイスは、例えばテレビジョン受像機、携帯電話端末、ＰＨＳ（Personal Handy-phone System）等におけるフィルタ素子や発振子に用いることができる。弾性波（Surface Acoustic Wave Device）を応用したデバイスの１つとして、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic-wave Resonator）や弾性表面波デバイス（ＳＡＷデバイス）が以前より良く知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。ＳＡＷデバイスは、例えば４５ＭＨｚ〜２ＧＨｚの周波数帯における無線信号を処理する装置における各種回路に用いることができる。ＳＡＷデバイスは、例えば送信バンドパスフィルタ、受信バンドパスフィルタ、局発フィルタ、アンテナ共用器、ＩＦフィルタ（Intermediate Frequency）、ＦＭ変調器（Frequency Modulation）等に用いることができる。
【０００３】
近年、携帯電話端末などの高性能化に伴い、例えばバンドパスフィルタに用いられるＳＡＷデバイスに対して、通過帯域内での低ロス化、通過帯域外での高抑圧化、温度安定性の向上など、諸特性の改善やデバイスサイズの小型化が求められている。中でも、温度安定性の向上については、デバイスサイズの小型化、デバイスへの入力パワーの増大などを原因とするデバイスのパワー密度の増大を背景として、喫緊の課題である。この温度安定性に関して、近年従来のＳＡＷデバイスとは異なる構造のデバイスによる改善が提案されている。温度安定性を改善することができるデバイスとしては、圧電基板上に櫛形電極を形成し、さらに櫛形電極を覆うように厚い誘電体膜を形成したラブ波デバイス、境界波デバイスなどがある（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１１２７４８号公報
【特許文献２】国際出願第ＷＯ９８／５２２７９明細書
【特許文献３】特開２００８−１１３０６１号公報
【特許文献４】特開２００８−７９２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
弾性波デバイスの特性を決める重要なパラメータとして、電気機械結合係数ｋ2がある。電気機械結合係数ｋ2は、弾性波デバイスの基板によって決まる定数であるが、実際は櫛形電極の幅寸法や厚さ寸法等で微妙に変化してしまう。また、弾性波デバイスでフィルタを製造した場合、フィルタの周波数特性が櫛形電極の幅寸法や厚さ寸法等で微妙に変化してしまう。弾性波デバイスの電気機械結合係数ｋ2や周波数特性を調整するには、櫛形電極の幅寸法や厚さ寸法等を調整すればよい。しかし、ラブ波デバイスや境界波デバイスは櫛形電極が厚い誘電体膜で覆われているため、デバイス製造後に電気機械結合係数ｋ2や周波数特性などの調整を行うために櫛形電極の幅寸法や厚さ寸法を調整することは困難である。
【０００６】
本発明は、電気機械結合係数ｋ2や周波数特性などを容易に調整可能とする弾性波デバイスおよびその製造方法を実現することを目的とする。また、そのような弾性波デバイスを備えたデュープレクサ、通信モジュール、通信装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願に開示する弾性波デバイスは、圧電基板と、前記圧電基板上に配された櫛形電極と、前記櫛形電極間に配された第１の誘電体膜と、前記櫛形電極と前記第１の誘電体膜を覆う第２の誘電体膜とを備える弾性波デバイスであって、前記第１の誘電体膜上に調整膜を備え、前記調整膜は、前記第１の誘電体膜及び前記第２の誘電体膜に対して比重が大きい材料で形成されている。
【発明の効果】
【０００８】
本願の開示によれば、電気機械結合係数ｋ2や周波数特性などを容易に調整可能とする弾性波デバイスを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態にかかる弾性波デバイスの平面図
【図２】図１におけるＺ−Ｚ部の断面図
【図３Ａ】図３Ｂに示す特性の計算モデルを示す断面図
【図３Ｂ】本実施の形態にかかる弾性波デバイスの調整膜の厚さに対する電気機械結合係数ｋ2の特性を示す特性図
【図４Ａ】チタンの調整膜を備えた弾性波デバイスの計算モデルの断面図
【図４Ｂ】図４Ａに示す計算モデルの調整膜の厚さに対する電気機械結合係数ｋ2の特性を示す特性図
【図５Ａ】本実施の形態にかかる弾性波デバイスの製造プロセスを示す断面図
【図５Ｂ】本実施の形態にかかる弾性波デバイスの製造プロセスを示す断面図
【図５Ｃ】本実施の形態にかかる弾性波デバイスの製造プロセスを示す断面図
【図５Ｄ】本実施の形態にかかる弾性波デバイスの製造プロセスを示す断面図
【図５Ｅ】本実施の形態にかかる弾性波デバイスの製造プロセスを示す断面図
【図５Ｆ】本実施の形態にかかる弾性波デバイスの製造プロセスを示す断面図
【図５Ｇ】本実施の形態にかかる弾性波デバイスの製造プロセスを示す断面図
【図５Ｈ】本実施の形態にかかる弾性波デバイスの製造プロセスを示す断面図
【図６】評価及びエッチング処理のプロセスを示すフローチャート
【図７】調整膜が横方向にエッチングされた弾性波デバイスの断面図
【図８】本実施の形態にかかる弾性波デバイスの一例である弾性境界波デバイスの断面図
【図９】本実施の形態にかかる弾性波デバイスの他の構成例を示す断面図
【図１０】デュープレクサのブロック図
【図１１】通信モジュールのブロック図
【図１２】通信装置のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本願の実施形態にかかる弾性波デバイスは、以下のような態様をとることができる。
【００１１】
弾性波デバイスにおいて、前記調整膜は、前記第１の誘電体膜及び前記第２の誘電体膜に対して音速が異なる材料で形成されている構成とすることができる。
【００１２】
弾性波デバイスにおいて、前記調整膜は、前記櫛形電極の材料よりエッチング速度が速い材料で形成されている構成とすることができる。
【００１３】
弾性波デバイスにおいて、前記調整膜は、シリコン（Ｓｉ）あるいはシリコン化合物を含む構成とすることができる。
【００１４】
弾性波デバイスにおいて、前記調整膜は、チタン（Ｔｉ）あるいは金属材料を含む構成とすることができる。
【００１５】
弾性波デバイスにおいて、前記調整膜は、前記櫛形電極間に形成された第１の誘電体膜上の一部に形成されている構成とすることができる。
【００１６】
弾性波デバイスにおいて、前記第２の誘電体膜の上部にカバー膜を備えた構成とすることができる。
【００１７】
弾性波デバイスにおいて、前記櫛形電極は、銅（Ｃｕ）を主成分とし、前記第１の誘電体膜及び前記第２の誘電体膜は、酸化シリコン（ＳｉＯ2）を主成分とする構成とすることができる。櫛形電極を、Ｃｕを主成分とした材料で形成することにより、調整膜をエッチング処理する際に不意に除去されてしまうことを軽減することができる。
【００１８】
弾性波デバイスにおいて、前記圧電基板は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）を含む材料で形成されてもよい。これにより、弾性波デバイスを用いてフィルタを製造した際に、フィルタの通過帯域を広く確保することができる。
【００１９】
本願の実施形態にかかる弾性波デバイスの製造方法は、圧電基板上に第１の誘電体膜を成膜する工程と、前記第１の誘電体膜上に調整膜を形成する工程と、前記調整膜上にレジストパターンを形成する工程と、前記調整膜及び前記第１の誘電体膜における、前記レジストパターンで覆われていない部分を除去し開口部を形成する工程と、少なくとも前記開口部に電極膜を成膜する工程と、前記レジストパターンを除去する工程と、当該弾性波デバイスの評価を行い、評価結果に基づき前記調整膜を部分的に除去する工程と、前記電極膜及び前記調整膜上に第２の誘電体膜を形成する工程とを含む。
【００２０】
弾性波デバイスの製造方法において、前記櫛形電極は、リフトオフ法によって形成される方法とすることができる。
【００２１】
弾性波デバイスの製造方法において、弾性波デバイスの評価を行う工程は、当該弾性波デバイスの周波数特性を測定する工程と、前記周波数特性に基づき電気機械結合係数を算出する工程と、前記電気機械結合係数と目標値とを比較する工程と、前記電気機械結合係数と前記目標値との差分に基づき、エッチング条件を設定する工程と、前記エッチング条件に基づき、調整膜をエッチング処理する工程とを含む方法とすることができる。このような方法とすることにより、所望の物性値を有する弾性波デバイスを製造することができる。
【００２２】
（実施の形態）
〔１．弾性波デバイスの構成〕
図１は、本発明の実施形態にかかる弾性波デバイスの平面図である。図２は、図１におけるＺ−Ｚ部の断面図である。図１に示す弾性波デバイスは、その一例である１ポート共振器である。また、図１において、櫛形電極の構造を明確に図示するために、櫛形電極の上部に成膜される誘電体膜などの図示は省略した。
【００２３】
図１及び図２に示す弾性波デバイスは、弾性表面波の一種であるラブ波を利用するデバイスである。弾性波デバイスは、圧電基板１、櫛形電極２、反射器３、第１の誘電体膜４、第２の誘電体膜５、調整膜６を備えている。圧電基板１は、本実施の形態ではニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）を含む材料で形成されるが、この材料に限らない。櫛形電極２及び反射器３は、圧電基板１上に形成され、銅（Ｃｕ）を主な材料としている。櫛形電極２は、第１の櫛形電極２ａ及び第２の櫛形電極２ｂからなる。第１の櫛形電極２ａと第２の櫛形電極２ｂは、それぞれの電極指が交互に配置されるように、圧電基板１上に形成されている。反射器３は、第１の反射器３ａ及び第２の反射器３ｂからなる。第１の反射器３ａは、櫛形電極２における波の伝搬方向の一方の端部側に配されている。第２の反射器３ｂは、櫛形電極２における波の伝搬方向の他方の端部側に配されている。なお、櫛形電極２及び反射器３は、Ｃｕの他、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、チタン（Ｔｉ）などで形成することができる。
【００２４】
第１の誘電体膜４は、櫛形電極２及び反射器３に含まれる電極指間に配され、酸化シリコン（ＳｉＯ2）を主な材料としている。第２の誘電体膜５は、櫛形電極２及び調整膜６上に配され、ＳｉＯ2を主な材料としている。
【００２５】
調整膜６は、第１の誘電体膜４上に配され、シリコン（Ｓｉ）で形成されている。調整膜６は、図１における櫛形電極２及び反射器３以外の領域に成膜されている。調整膜６は、本実施の形態では、一例としてＳｉで形成される。調整膜６、少なくとも第１の誘電体膜４及び第２の誘電体膜５よりも比重が大きい材料で形成することが好ましい。また、調整膜６は、第１の誘電体膜４及び第２の誘電体膜５に対して音速が異なる材料、第１の誘電体膜４に対して所定の質量を与えることができる材料、あるいはドライエッチングを行いやすい材料で形成することが好ましい。調整膜６の材料としては、Ｓｉの他、窒化シリコン（ＳｉＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）などのＳｉ化合物や、Ｔｉなどの金属材料で形成することができる。
【００２６】
ここで、調整膜６の膜厚Ｄ１を変えることによって、弾性波デバイスの電気機械結合係数ｋ2や周波数特性などの物性値を調整することができる。以下、調整膜６の膜厚と弾性波デバイスの物性値との関係について説明する。
【００２７】
図３Ａは、弾性波デバイスの計算モデルを示し、図１及び図２に示す弾性波デバイスの構造と同様である。図３Ｂは、Ｓｉで形成された調整膜６の膜厚Ｄ１を０〜０．０４（μｍ）まで変化させた場合の電気機械結合係数ｋ2の値をＦＥＭ（有限要素法）で計算した結果を示す。図３Ａに示す計算モデルは、櫛形電極２の電極周期λを２（μｍ）、櫛形電極２および第１の誘電体膜４の膜厚Ｄ２を１３０（ｎｍ）、圧電基板１上に配された櫛形電極２や第２の誘電体膜５などの総膜厚Ｄ３を０．７（ｍｍ）としている。
【００２８】
図３Ａに示す計算モデルにおいて、調整膜６の厚さＤ１を０（μｍ），０．０１（μｍ），０．０２（μｍ），０．０３（μｍ），０．０４（μｍ）にそれぞれ調整してＦＥＭシミュレーションを行い、図３Ｂに示すように電気機械結合係数ｋ2を算出した。図３Ｂに示すように、調整膜６の膜厚Ｄ１を厚くすると電気機械結合係数ｋ2を低減できることが分かる。したがって、調整膜６の膜厚Ｄ１を変えることによって、弾性波デバイスの電気機械結合係数ｋ2を所望の値に調整することができる。また、電気機械結合係数ｋ2と、弾性波デバイスの共振周波数をｆr、反共振周波数をｆarとの関係は、例えば、下記（式１）で表すことができる。
【００２９】
ｋ2＝（π2／４）×（ｆr／ｆar）×（（ｆar−ｆr）／ｆar） ・・・（式１）
そのため、上記のように調整膜６の厚さＤ１を調整して電気機械結合係数ｋ2を変化させることによって。弾性波デバイスの周波数特性を調整することができる。なお、上記式は一例である。
【００３０】
なお、図３Ａに示す計算モデルは、調整膜６をＳｉで形成した弾性波デバイスとしたが、調整膜６を金属で形成しても同様の効果を得ることができる。図４Ａは、Ｔｉで形成された調整膜１６を備えた弾性波デバイス（計算モデル）の断面図を示す。図４Ｂは、図４Ａに示す弾性波デバイスの計算モデルにおいて、調整膜１６の膜厚Ｄ１１を０〜０．０４（μｍ）まで変化させた場合の電気機械結合係数ｋ2の値をＦＥＭで計算した結果を示す。図４Ａに示す計算モデルは、櫛形電極２の電極周期λを２（μｍ）、櫛形電極２および第１の誘電体膜４の膜厚Ｄ１２を１３０（ｎｍ）、圧電基板１上に形成された櫛形電極２や第２の誘電体膜５などの総膜厚Ｄ１３を０．７（ｍｍ）、調整膜１６の幅寸法Ｄ１４を３７５（ｎｍ）としている。
【００３１】
図４Ａに示す計算モデルにおいて、調整膜１６の厚さＤ１１を０（μｍ），０．０１（μｍ），０．０２（μｍ），０．０３（μｍ），０．０４（μｍ）にそれぞれ調整してＦＥＭシミュレーションを行い、図４Ｂに示すように電気機械結合係数ｋ2を算出した。図４Ｂに示す計算結果から、調整膜１６の膜厚Ｄ１１を厚くすると電気機械結合係数ｋ2を低減できることが分かる。したがって、調整膜１６の膜厚Ｄ１１を変えることによって、弾性波デバイスの電気機械結合係数ｋ2を所望の値に調整することができる。また、電気機械結合係数ｋ2と、弾性波デバイスの共振周波数をｆr、反共振周波数をｆarとは、上記式１に示す関係があるため、上記のように調整膜１６の厚さＤ１１を調整して電気機械結合係数ｋ2を変化させることによって。弾性波デバイスの周波数特性を調整することができる。
【００３２】
弾性波デバイスの電気機械結合係数ｋ2や周波数特性などの物性値を所望の値にするには、弾性波デバイスの製造プロセスにおいて、調整膜６の厚さを調整する工程を追加すればよい。以下、本実施の形態にかかる弾性波デバイスの一例であるラブ波デバイスの製造方法を説明する。
【００３３】
図５Ａ〜図５Ｉは、本実施の形態にかかる弾性波デバイスの一例であるラブ波デバイスの製造プロセスを示す断面図である。まず、図５Ａに示すように、ＬｉＮｂＯ3を含む材料で形成された圧電基板１上に、ＳｉＯ2を含む第１の誘電体膜４を成膜する。次に、図５Ｂに示すように、第１の誘電体膜４上に、Ｓｉを含む調整膜６を成膜する。本製造プロセスでは、調整膜６の膜厚は０．０４（μｍ）としている。次に、図５Ｃに示すように、調整膜６上にレジストパターン１１を形成する。レジストパターン１１は、最終的に残留させたい調整膜６に対応する位置に形成する。次に、図５Ｄに示すように、調整膜６をエッチング処理する。次に、図５Ｅに示すように、第１の誘電体膜４をエッチング処理する。第１の誘電体膜４をエッチング処理することにより、第１の誘電体膜４に開口部４ａが形成される。次に、図５Ｆに示すように、Ｃｕを含む電極膜２ｃを、スパッタリング法あるいは蒸着法を用いて成膜する。電極膜２ｃは、レジストパターン１１上とともに開口部４ａ（図５Ｅ参照）内にも成膜される。次に、図５Ｇに示すように、レジストパターン１１を除去する。これにより、調整膜６が露出する。次に、図５Ｇに示す弾性波デバイスに対してプローブなどを用いて特性を計測し、計測結果と目標特性との差に基づいて調整膜６のエッチング量を決定する。なお、弾性波デバイスの特性評価などの方法については後述する。次に、決定したエッチング量に基づき調整膜６をエッチング処理し、調整膜６の膜厚を調整する。最後に、図５Ｈに示すように、電極膜２ｃ及び調整膜６上に、ＳｉＯ2を含む第２の誘電体膜５を成膜する。以上により、弾性波デバイスの一例であるラブ波デバイスが完成する。
【００３４】
ここで、調整膜６の評価及びエッチング処理工程について説明する。
【００３５】
図６は、調整膜６の評価及びエッチング処理工程の流れを示すフローチャートである。本実施の形態にかかる弾性波デバイスは、例えば、リフトオフ法に、調整膜６の成膜及びエッチング工程を加えることで製造可能である。これにより、任意の膜厚の調整膜６を有する弾性波デバイスが製造可能となる。なお、リフトオフ法は、主に、Ｃｕなどドライエッチングするのが困難な材料で櫛形電極２が形成されている場合に用いられる。
【００３６】
本実施の形態の製造プロセスでは、レジストパターンの除去後（Ｓ１）に、まずプローブなどを用いて弾性波デバイスの周波数特性を測定する（Ｓ２）。例えば、周波数特性として共振周波数、反共振周波数が測定される。次に、測定した周波数特性に基づき電気機械結合係数ｋ2を算出する（Ｓ３）。電気機械結合係数ｋ2は、例えば、上記式１に基づいて算出することができる。
【００３７】
次に、算出した電気機械結合係数ｋ2と、予め設定されている目標とする電気機械結合係数ｋ2とを比較し、算出した電気機械結合係数ｋ2と目標とする電気機械結合係数ｋ2とが一致していれば、評価を終了し、第２の誘電体膜５の成膜処理に移行する。
【００３８】
一方、算出した電気機械結合係数ｋ2と目標とする電気機械結合係数ｋ2とが不一致であれば、調整膜６をエッチングするための条件を設定する（Ｓ５）。エッチング条件は、算出した電気機械結合係数ｋ2と目標とする電気機械結合係数ｋ2との差分に基づき設定する。エッチング条件は、エッチング処理の対象となる材料に応じた、エッチングガスの種類やガス流量などの値である。本実施の形態では一例として、エッチングガスとしてＳＦ6を用い、ガス流量＝１００（sccm）、圧力＝５（Ｐａ）、パワー＝２０（Ｗ）、エッチングレート＝０．８（ｎｍ／sec）に設定し、エッチング時間を目標とする電気機械結合係数ｋ2に応じて設定する。エッチング時間の設定方法は後述する。
【００３９】
次に、設定したエッチング条件に基づき、調整膜６をドライエッチング処理する（Ｓ６）。
【００４０】
次に、再度、弾性波デバイスの周波数特性を測定し（Ｓ２）、電気機械結合係数ｋ2を算出する（Ｓ３）。以降、算出した電気機械結合係数ｋ2と目標とする電気機械結合係数ｋ2とが一致するまで（Ｓ４でＹｅｓとなるまで）、上記フローを繰り返す。
【００４１】
なお、処理Ｓ５における「一致」の判断は、算出した電気機械結合係数ｋ2と目標とする電気機械結合係数ｋ2とが完全に一致した場合に限らず、弾性波デバイスにおける動作上の問題が生じない程度の近似値を含むものとする。
【００４２】
また、処理Ｓ６における調整膜６のエッチング処理のエッチング条件は、上記に限らず、（表１）に示すエッチング条件Ｂ，Ｃを適用することができる。なお、（表１）における条件Ａは、本実施の形態において採用したエッチング条件である。条件Ｂ及びＣは、Ｔｉを含む調整膜をエッチングする際のエッチング条件である。
【００４３】
【表１】
【００４４】
また、処理Ｓ６におけるエッチング時間は、目標とする電気機械結合係数ｋ2に応じて決定することができる。（表２）は、弾性波デバイスの電気機械結合係数ｋ2とエッチング時間との対応を示す表である。（表２）は、Ｓｉを含む調整膜６をエッチング対象とし、エッチング条件は（表１）に示す条件とし、エッチング時間を１（sec），１０（sec），２５（sec），３８（sec）に設定してエッチング処理を行った時の、弾性波デバイスの電気機械結合係数ｋ2を示す。
【００４５】
【表２】
【００４６】
（表２）に示す例では、例えば、目標とする電気機械結合係数ｋ2が０．１６９の場合は、エッチング時間を１（sec）に設定して調整膜６のエッチングを行うことで、所望の電気機械結合係数ｋ2を有する弾性波デバイスを製造することができる。
【００４７】
また、本実施の形態では、櫛形電極２がＣｕを含む材料で形成され、調整膜６がＳｉを含む材料で形成されているが、櫛形電極２の材料と調整膜６の材料はこれに限られない。櫛形電極２の材料と調整膜６の材料との組み合わせは、例えば（表３）に示す組み合わせとすることができる。（表３）は、櫛形電極２の材料と調整膜６の材料との組み合わせに適したエッチングガス種も示している。
【００４８】
【表３】
【００４９】
また、通常、ラブ波デバイスなどの製造は、例えばφ１００（ｍｍ）のウェハを用いて行われる。調整膜６のエッチング処理は、ウェハ全体に対して実施してもよいし、ウェハ上に形成された一部の弾性波デバイスに対して実施してもよいし、ウェハ上に形成された個々の弾性波デバイスごとに実施してもよい。
【００５０】
また、調整膜６をエッチングする際に、横方向（圧電基板１における櫛形電極２が形成された面の方向）にもエッチングされる場合がある、例えばＳｉを含む調整膜６をエッチングする場合に、ＳＦ6ガスを用いて１０（Ｐａ）程度の高い圧力でエッチングすると、横方向にもエッチングが進む。調整膜６は、横方向にエッチングが進むと、図７に示すように第１の誘電体膜４上の一部を覆う状態になる。図７に示す調整膜６では、電気機械結合係数ｋ2の値は（表２）に示す値から変動するが、エッチング条件やエッチング時間を調整して膜厚を調整することによって、所望の電気機械結合係数ｋ2を得ることができる。
【００５１】
また、本実施の形態では、弾性波デバイスの一例としてラブ波デバイスを挙げたが、境界波デバイスにも適用することが可能である。図８は、境界波デバイスの断面図である。図８に示すように、境界波デバイスは、図７等に示すラブ波デバイスにおける第２の誘電体膜５の上部にカバー膜７が形成されている。このような境界波デバイスにおいても、本実施の形態に示すような調整膜６を形成することで、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
また、図５Ａ〜図５Ｈに示す製造工程に基づき弾性波デバイスを製造した場合、図５Ｇに示すように電極膜２ｃの表面と調整膜６の表面とが同一高さにならない場合がある。このような電極膜２ｃ及び調整膜６上に第２の誘電体膜５を成膜した場合、図９に示すように第２の誘電体膜５の上面に凸部５ａが形成されることになる。図５Ａ〜図５Ｈに示す製造工程では、第２の誘電体膜６を成膜した後に、第２の誘電体膜６の上面に形成される凸部を除去しているが、図９に示すように凸部５ａを除去せずに残した状態であっても、最終的に完成した弾性波デバイスの電気機械結合係数ｋ2や周波数特性に大きな影響を与えず、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
〔２．デュープレクサの構成〕
携帯電話端末、ＰＨＳ（Personal Handy-phone System）端末、無線ＬＡＮシステムなどの移動体通信（高周波無線通信）には、デュープレクサが搭載されている。デュープレクサは、通信電波などの送信機能及び受信機能を持ち、送信信号と受信信号の周波数が異なる無線装置において用いられる。
【００５４】
図１０は、本実施の形態の弾性波デバイスを備えたデュープレクサの構成を示す。デュープレクサ５２は、位相整合回路５３、受信フィルタ５４、および送信フィルタ５５を備えている。位相整合回路５３は、送信フィルタ５５から出力される送信信号が受信フィルタ５４側に流れ込むのを防ぐために、受信フィルタ５４のインピーダンスの位相を調整するための素子である。また、位相整合回路５３には、アンテナ５１が接続されている。受信フィルタ５４は、アンテナ５１を介して入力される受信信号のうち、所定の周波数帯域のみを通過させる帯域通過フィルタで構成されている。また、受信フィルタ５４には、出力端子５６が接続されている。送信フィルタ５５は、入力端子５７を介して入力される送信信号のうち、所定の周波数帯域のみを通過させる帯域通過フィルタで構成されている。また、送信フィルタ５５には、入力端子５７が接続されている。ここで、受信フィルタ５４及び送信フィルタ５５には、本実施の形態における弾性波デバイスが含まれている。
【００５５】
以上のように、本実施の形態の弾性波デバイスを受信フィルタ５４及び送信フィルタ５５に備えることで、製造歩留まりを向上させることができ、より低コストのデュープレクサを実現することができる。
【００５６】
〔３．通信モジュールの構成〕
図１１は、本実施の形態にかかる弾性波デバイスを備えた通信モジュールの一例を示す。図１１に示すように、デュープレクサ６２は、受信フィルタ６２ａと送信フィルタ６２ｂとを備えている。また、受信フィルタ６２ａには、例えばバランス出力に対応した受信端子６３ａ及び６３ｂが接続されている。また、送信フィルタ６２ｂは、パワーアンプ６４を介して送信端子６５に接続している。ここで、デュープレクサ６２には、本実施の形態にかかる弾性波デバイスを備えたデュープレクサで実現することができる。
【００５７】
受信動作を行う際、受信フィルタ６２ａは、アンテナ端子６１を介して入力される受信信号のうち、所定の周波数帯域の信号のみを通過させ、受信端子６３ａ及び６３ｂから外部へ出力する。また、送信動作を行う際、送信フィルタ６２ｂは、送信端子６５から入力されてパワーアンプ６４で増幅された送信信号のうち、所定の周波数帯域の信号のみを通過させ、アンテナ端子６１から外部へ出力する。
【００５８】
以上のように本実施の形態にかかる弾性波デバイスまたはそれを備えたデュープレクサを通信モジュールに備えることで、製造歩留まりを向上させることができ、より低コストの通信モジュールを実現することができる。
【００５９】
なお、図１１に示す通信モジュールの構成は一例であり、他の形態の通信モジュールに本発明の弾性波デバイスを搭載しても、同様の効果が得られる。
【００６０】
〔４．通信装置の構成〕
図１２は、本実施の形態にかかる弾性波デバイス、デュープレクサ、または前述の通信モジュールを備えた通信装置の一例として、携帯電話端末のＲＦブロックを示す。また、図１２に示す構成は、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）通信方式及びＷ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）通信方式に対応した携帯電話端末の構成を示す。また、本実施の形態におけるＧＳＭ通信方式は、８５０ＭＨｚ帯、９５０ＭＨｚ帯、１．８ＧＨｚ帯、１．９ＧＨｚ帯に対応している。また、携帯電話端末は、図１２に示す構成以外にマイクロホン、スピーカー、液晶ディスプレイなどを備えているが、本実施の形態における説明では不要であるため図示を省略した。ここで、デュープレクサ７３は、本実施の形態にかかる高周波デバイスを備えたデュープレクサで実現することができる。
【００６１】
まず、アンテナ７１を介して入力される受信信号は、その通信方式がＷ−ＣＤＭＡかＧＳＭかによってアンテナスイッチ回路７２で、動作の対象とするＬＳＩを選択する。入力される受信信号がＷ−ＣＤＭＡ通信方式に対応している場合は、受信信号をデュープレクサ７３に出力するように切り換える。デュープレクサ７３に入力される受信信号は、受信フィルタ７３ａで所定の周波数帯域に制限されて、バランス型の受信信号がＬＮＡ７４に出力される。ＬＮＡ７４は、入力される受信信号を増幅し、ＬＳＩ７６に出力する。ＬＳＩ７６では、入力される受信信号に基づいて音声信号への復調処理を行ったり、携帯電話端末内の各部を動作制御したりする。
【００６２】
一方、信号を送信する場合は、ＬＳＩ７６は送信信号を生成する。生成された送信信号は、パワーアンプ７５で増幅されて送信フィルタ７３ｂに入力される。送信フィルタ７３ｂは、入力される送信信号のうち所定の周波数帯域の信号のみを通過させる。送信フィルタ７３ｂから出力される送信信号は、アンテナスイッチ回路７２を介してアンテナ７１から外部に出力される。
【００６３】
また、入力される受信信号がＧＳＭ通信方式に対応した信号である場合は、アンテナスイッチ回路７２は、周波数帯域に応じて受信フィルタ７７〜８０のうちいずれか一つを選択し、受信信号を出力する。受信フィルタ７７〜８０のうちいずれか一つで帯域制限された受信信号は、ＬＳＩ８３に入力される。ＬＳＩ８３は、入力される受信信号に基づいて音声信号への復調処理を行ったり、携帯電話端末内の各部を動作制御したりする。一方、信号を送信する場合は、ＬＳＩ８３は送信信号を生成する。生成された送信信号は、パワーアンプ８１または８２で増幅されて、アンテナスイッチ回路７２を介してアンテナ７１から外部に出力される。
【００６４】
本実施の形態にかかる弾性波デバイス、デュープレクサ、または通信モジュールを通信装置に備えることで、製造歩留まりを向上させることができ、より低コストの通信装置を実現することができる。
【００６５】
〔５．実施の形態の効果、他〕
本実施の形態によれば、第１の誘電体膜４上に調整膜６を備え、さらに調整膜６を少なくとも第１の誘電体膜４及び第２の誘電体膜５の比重よりも大きい比重を有する材料で形成したことにより、容易に電気機械結合係数ｋ2や周波数特性などを調整することができる。例えば、デバイスが完成品に近い状態で電気機械結合係数ｋ2や周波数特性などを調整可能となる。その結果、デバイスの製造歩留まりを向上させることができ、より低コストの弾性波デバイスを実現することができる。
【００６６】
また、調整膜６は、第１の誘電体膜４及び第２の誘電体膜５に対して音速が異なる材料で形成することが好ましい。このような構成とすることにより、完成品に近い状態で電気機械結合係数ｋ2や周波数特性などを調整可能とし、デバイスの製造歩留まりを向上させることができる。そのため、より低コストの弾性波デバイスを実現することができる。
【００６７】
また、調整膜６は、櫛形電極２の材料よりエッチング速度が速い材料で形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより、完成品に近い状態で電気機械結合係数ｋ2や周波数特性などを調整可能とし、デバイスの製造歩留まりを向上させることができる。そのため、より低コストの弾性波デバイスを実現することができる。
【００６８】
また、調整膜６は、シリコン（Ｓｉ）あるいはシリコン化合物を含む材料で形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより、製造プロセスにおいてエッチングしやすいというメリットがある。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、弾性波デバイス、デュープレクサ、通信モジュール、通信装置に有用である。また、弾性波デバイスの製造方法に有用である。
【符号の説明】
【００７０】
１ 圧電基板
２ 櫛形電極
４ 第１の誘電体膜
５ 第２の誘電体膜
６ 調整膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板と、
前記圧電基板上に配された櫛形電極と、
前記櫛形電極間に配された第１の誘電体膜と、
前記櫛形電極と前記第１の誘電体膜を覆う第２の誘電体膜とを備える弾性波デバイスであって、
前記第１の誘電体膜上に調整膜を備え、
前記調整膜は、前記第１の誘電体膜及び前記第２の誘電体膜に対して比重が大きい材料で形成されている、弾性波デバイス。
【請求項２】
前記調整膜は、前記第１の誘電体膜及び前記第２の誘電体膜に対して音速が異なる材料で形成されている、請求項１記載の弾性波デバイス。
【請求項３】
前記調整膜は、前記櫛形電極の材料よりエッチング速度が速い材料で形成されている、請求項１記載の弾性波デバイス。
【請求項４】
圧電基板上に第１の誘電体膜を成膜する工程と、
前記第１の誘電体膜上に調整膜を形成する工程と、
前記調整膜上にレジストパターンを形成する工程と、
前記調整膜及び前記第１の誘電体膜における、前記レジストパターンで覆われていない部分を除去し開口部を形成する工程と、
前記開口部に電極膜を成膜する工程と、
前記レジストパターンを除去する工程と、
当該弾性波デバイスの評価を行い、評価結果に基づき前記調整膜を部分的に除去する工程と、
前記電極膜及び前記調整膜上に第２の誘電体膜を形成する工程とを含む、弾性波デバイスの製造方法。
【請求項５】
弾性波デバイスの評価を行う工程は、
当該弾性波デバイスの周波数特性を測定する工程と、
前記周波数特性に基づき電気機械結合係数を算出する工程と、
前記電気機械結合係数と目標値とを比較する工程と、
前記電気機械結合係数と前記目標値との差分に基づき、エッチング条件を設定する工程と、
前記エッチング条件に基づき、調整膜をエッチング処理する工程とを含む、請求項７記載の弾性波デバイスの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の弾性波デバイスを備えた、デュープレクサ。
【請求項７】
請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の弾性波デバイス、または請求項６に記載のデュープレクサを備えた、通信モジュール。
【請求項８】
請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の弾性波デバイス、請求項６に記載のデュープレクサ、または請求項７に記載の通信モジュールを備えた、通信装置。
【請求項１】
圧電基板と、
前記圧電基板上に配された櫛形電極と、
前記櫛形電極間に配された第１の誘電体膜と、
前記櫛形電極と前記第１の誘電体膜を覆う第２の誘電体膜とを備える弾性波デバイスであって、
前記第１の誘電体膜上に調整膜を備え、
前記調整膜は、前記第１の誘電体膜及び前記第２の誘電体膜に対して比重が大きい材料で形成されている、弾性波デバイス。
【請求項２】
前記調整膜は、前記第１の誘電体膜及び前記第２の誘電体膜に対して音速が異なる材料で形成されている、請求項１記載の弾性波デバイス。
【請求項３】
前記調整膜は、前記櫛形電極の材料よりエッチング速度が速い材料で形成されている、請求項１記載の弾性波デバイス。
【請求項４】
圧電基板上に第１の誘電体膜を成膜する工程と、
前記第１の誘電体膜上に調整膜を形成する工程と、
前記調整膜上にレジストパターンを形成する工程と、
前記調整膜及び前記第１の誘電体膜における、前記レジストパターンで覆われていない部分を除去し開口部を形成する工程と、
前記開口部に電極膜を成膜する工程と、
前記レジストパターンを除去する工程と、
当該弾性波デバイスの評価を行い、評価結果に基づき前記調整膜を部分的に除去する工程と、
前記電極膜及び前記調整膜上に第２の誘電体膜を形成する工程とを含む、弾性波デバイスの製造方法。
【請求項５】
弾性波デバイスの評価を行う工程は、
当該弾性波デバイスの周波数特性を測定する工程と、
前記周波数特性に基づき電気機械結合係数を算出する工程と、
前記電気機械結合係数と目標値とを比較する工程と、
前記電気機械結合係数と前記目標値との差分に基づき、エッチング条件を設定する工程と、
前記エッチング条件に基づき、調整膜をエッチング処理する工程とを含む、請求項７記載の弾性波デバイスの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の弾性波デバイスを備えた、デュープレクサ。
【請求項７】
請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の弾性波デバイス、または請求項６に記載のデュープレクサを備えた、通信モジュール。
【請求項８】
請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の弾性波デバイス、請求項６に記載のデュープレクサ、または請求項７に記載の通信モジュールを備えた、通信装置。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図５Ｆ】
【図５Ｇ】
【図５Ｈ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図５Ｆ】
【図５Ｇ】
【図５Ｈ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２０６２４６（Ｐ２０１０−２０６２４６Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４６２９４（Ｐ２００９−４６２９４）
【出願日】平成２１年２月２７日（２００９．２．２７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＧＳＭ
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２７日（２００９．２．２７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＧＳＭ
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
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