弾性波デバイスおよび弾性波デバイスの製造方法
【課題】長期に亘って優れた特性を発揮することができる弾性波デバイスおよび弾性波デバイスの製造方法を提供すること。
【解決手段】圧電性を有する圧電体層１３と、圧電体層１３の一方の面上に設けられ、通電により圧電体層１３に弾性振動を励起させる１対の櫛形電極１４ａ、１４ｂと、圧電体層１３および／または１対の櫛形電極１４ａ、１４ｂに接合され、二酸化珪素を主材料として構成された二酸化珪素層１５とを有し、二酸化珪素層１５は、酸素流量比６０％以上の雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことにより形成されたものである。
【解決手段】圧電性を有する圧電体層１３と、圧電体層１３の一方の面上に設けられ、通電により圧電体層１３に弾性振動を励起させる１対の櫛形電極１４ａ、１４ｂと、圧電体層１３および／または１対の櫛形電極１４ａ、１４ｂに接合され、二酸化珪素を主材料として構成された二酸化珪素層１５とを有し、二酸化珪素層１５は、酸素流量比６０％以上の雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことにより形成されたものである。
【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弾性波デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、フィルタ、発振器、共振器、コンボルバーなどの各種デバイスとして、ＳＡＷ（弾性表面波）やＢＡＷ（バルク弾性波）などの弾性振動の伝播特性や共振特性を用いた弾性波デバイスが知られている。かかる弾性波デバイスは、圧電体と、この圧電体上に形成され通電により圧電体に弾性振動を発生させる１対の電極とを有している。
また、かかる弾性波デバイスとしては、温度補償や表面保護等の目的で、圧電体および／または電極に接するように、二酸化珪素で構成された二酸化珪素層を形成したものが知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ダイヤモンドまたはダイヤモンド状層で構成された硬質層上に、二酸化珪素層、電極、圧電体が順に積層された弾性波デバイスが開示されている。
また、特許文献２には、ダイヤモンドからなる硬質層、電極、圧電体層、二酸化珪素層とが順に積層された弾性波デバイス、および、ダイヤモンドからなる硬質層、圧電体層、電極、二酸化珪素層とが順に積層された弾性波デバイスが開示されている。
【０００４】
このような弾性波デバイスに備えられた二酸化珪素層はアモルファス（不定形）構造を有しているが、その膜質は製法や製造条件等によって大きく異なることが知られている（例えば、特許文献３参照。）。二酸化珪素層を形成する一般的な方法としては、特許文献３にも開示されているように、スパッタリング法、ＣＶＤ法、熱酸化法、プラズマ酸化法等が挙げられる。
一方、前述したような弾性波デバイスの特性は、デバイスを構成する材質に影響を受けることが知られており、特に、高周波信号を扱う等のために高い周波数を用いる弾性波デバイスにおいて、デバイスを構成する材質はデバイス特性に大きく影響を与える。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３７２８４号公報
【特許文献２】特開平６−１６４２９４号公報
【特許文献３】特開２００５−２６８７９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、長期に亘って優れた特性を発揮することができる弾性波デバイスおよび弾性波デバイスの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の弾性波デバイスは、圧電性を有する圧電体層と、
前記圧電体層の一方の面上に設けられ、通電により前記圧電体層に弾性振動を励起させる１対の電極と、
前記圧電体層および／または前記１対の電極に接合され、二酸化珪素を主材料として構成された二酸化珪素層とを有し、
前記二酸化珪素層は、酸素流量比６０％以上の雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことにより形成されたものであることを特徴とする。
【０００８】
本発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、二酸化珪素層が電極や圧電体に接触する構成の弾性波デバイスにおいて、「二酸化珪素層の膜質が弾性波デバイスの特性に大きな影響を与えること」、また、「二酸化珪素層中の構造欠陥が二酸化珪素層に経時変化をもたらす原因となること」を見出した。
本発明では、酸素流量比６０％の雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことにより二酸化珪素層を形成することで、二酸化珪素層のアモルファス構造中において、構造欠陥を伴う３員環以上の環状構造の数を少なくすることができる。そのため、かかる二酸化珪素層は、構造欠陥が少ない膜質を有するので、弾性波デバイスの特性を向上させることができる。また、かかる二酸化珪素層は、特に化学的に不安定な平面リング構造をなす３員環などの環状構造の数が少ないため、膜質の安定性に優れ、弾性波デバイスの優れた特性を長期に亘って維持することができる。
【０００９】
本発明の弾性波デバイスでは、前記二酸化珪素層をラマン分光法で解析した際に、得られるスペクトルにおいて、波数８００〜８５０ｃｍ−１の領域に存在するピークの強度をＰｓとし、波数４７５〜５１５ｃｍ−１の領域に存在するピークの強度をＰ４としたとき、Ｐ４／Ｐｓが１．２以下であることが好ましい。
これにより、弾性波デバイスのデバイス特性およびその安定性を向上させることができる。
【００１０】
本発明の弾性波デバイスでは、前記二酸化珪素層をラマン分光法で解析した際に、得られるスペクトルにおいて、波数８００〜８５０ｃｍ−１の領域に存在するピークの強度をＰｓとし、波数６００〜６２０ｃｍ−１の領域に存在するピークの強度をＰ３としたとき、Ｐ３／Ｐｓが１．０以下であることが好ましい。
これにより、弾性波デバイスのデバイス特性およびその安定性を向上させることができる。
【００１１】
本発明の弾性波デバイスでは、前記二酸化珪素層をラマン分光法で解析した際に、得られるスペクトルにおいて、波数２５０〜５１０ｃｍ−１の領域の強度を積分した値をＩ１とし、波数８００〜８４０ｃｍ−１の領域の強度を積分した値をＩ２としたとき、Ｉ１／Ｉ２が５０以下であることが好ましい。
これにより、弾性波デバイスのデバイス特性およびその安定性を向上させることができる。
【００１２】
本発明の弾性波デバイスでは、下記式（Ｉ）に示すコーシーの分散式における定数項Ａが１．４４〜１．４６であることが好ましい。
ｎ２＝Ａ＋Ｂ／λ２・・・（Ｉ）
（ただし、式（Ｉ）中、λは、光の波長であり、ｎは、波長λの光に対する前記二酸化珪素層の屈折率であり、ＡおよびＢは、それぞれ、定数である。）
これにより、弾性波デバイスのデバイス特性およびその安定性を向上させることができる。
【００１３】
本発明の弾性波デバイスでは、前記各電極は、櫛形電極であり、該１対の櫛形電極に通電することにより、前記圧電体層に弾性表面波を励振させるように構成されていることが好ましい。
これにより、挿入損失が少なく、発信周波数の安定性に優れた弾性表面波素子を提供することができる。
【００１４】
本発明の弾性波デバイスでは、前記圧電体層を支持する基板を有することが好ましい。
これにより、圧電体層の形成を簡単化しつつ、所望の特性を有する弾性波デバイスを得ることができる。
本発明の弾性波デバイスでは、前記圧電体層は、ダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素で構成された硬質層を介して前記基板上に接合されていることが好ましい。
これにより、弾性表面波の音速を高めることができる。そのため、高周波用の弾性波デバイスを容易に製造することができる。
【００１５】
本発明の弾性波デバイスの製造方法は、基板を用意する工程と、
前記基板の一方の面上に、圧電材料を主材料として構成された圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の前記基板と反対側の面上に、１対の電極を形成する工程と、
前記１対の電極を覆うように、二酸化珪素を主材料として構成された二酸化珪素層を形成する工程とを有し、
前記二酸化珪素層を形成する工程では、酸素流量比６０％以上の雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことを特徴とする。
これにより、優れたデバイス特性およびその安定性を有する弾性波デバイスを得ることができる。
【００１６】
本発明の弾性波デバイスの製造方法は、基板を用意する工程と、
前記基板の一方の面上に、二酸化珪素を主材料として構成された二酸化珪素層を形成する工程と、
前記二酸化珪素層の前記基板と反対側の面上に、圧電材料を主材料として構成された圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の前記圧電体層と反対側の面上に、１対の電極を形成する工程とを有し、
前記二酸化珪素層を形成する工程では、酸素流量比６０％以上の雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことを特徴とする。
これにより、優れたデバイス特性およびその安定性を有する弾性波デバイスを得ることができる。
【００１７】
本発明の弾性波デバイスの製造方法は、基板を用意する工程と、
前記基板の一方の面上に、１対の電極を形成する工程と、
前記１対の電極を覆うように、圧電材料を主材料として構成された圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の前記１対の電極と反対側の面上に、二酸化珪素を主材料として構成された二酸化珪素層を形成する工程とを有し、
前記二酸化珪素層を形成する工程では、酸素流量比６０％以上の雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことを特徴とする。
これにより、優れたデバイス特性およびその安定性を有する弾性波デバイスを得ることができる。
【００１８】
本発明の弾性波デバイスの製造方法は、基板を用意する工程と、
前記基板の一方の面上に、二酸化珪素を主材料として構成された二酸化珪素層を形成する工程と、
前記二酸化珪素層の前記基板と反対側の面上に、１対の電極を形成する工程と、
前記１対の電極を覆うように、圧電材料を主材料として構成された圧電体層を形成する工程とを有し、
前記二酸化珪素層を形成する工程では、酸素流量比６０％以上の雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことを特徴とする。
これにより、優れたデバイス特性およびその安定性を有する弾性波デバイスを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の弾性波デバイスおよびその製造方法の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる弾性波デバイスの概略構成を示す断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
図１に示すように、本実施形態の弾性波デバイス１０は、トランスバーサル型の弾性表面波素子であり、基板１１、硬質層１２、圧電体層１３、２つの櫛形電極対（ＩＤＴ：Inter digital Transducer）１４、二酸化珪素層１５がこの順に積層されている。かかる弾性波デバイス１０では、２つの櫛形電極対１４のうちの一方の櫛形電極対１４に電気信号を入力することにより、圧電体層１３に弾性表面波を励振させ、他方の櫛形電極対１４から特定周波数帯域の電気信号を取り出す。
【００２０】
以下、弾性波デバイス１０を構成する各部を順次詳細に説明する。
基板１１は、例えば、Ｓｉ、ＧａＳｉ、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ、ＳＴＣ、ＩｎＰのような各種半導体材料、各種ガラスのような各種セラミックス材料、ポリイミド、ポリカーボネートのような各種樹脂材料等で構成されている。
このような基板１１を有していると、圧電体層１３の形成を簡単化しつつ、所望の特性を有する弾性波デバイス１０を得ることができる。
【００２１】
なお、基板１１は、単層で構成されたもののみならず、複数の層の積層体で構成されたものでもよく、この場合、各層は、前述したような材料を任意に組み合わせて用いることができる。
このような基板１１の一方の面（上面）上には、硬質層（下地層）１２が形成されている。
この硬質層１２は、圧電体層１３において励振される弾性表面波の特性（条件）を設定する機能を有するものである。
この特性としては、例えば、発振周波数、振幅、伝搬速度等が挙げられる。
【００２２】
硬質層１２を設け、その構成材料を適宜設定することにより、弾性表面波の特性を所望のものに設定することが可能となる。この硬質層１２の構成材料としては、ダイヤモンド、シリコン、サファイヤ、ガラス、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウムのうちの少なくとも１種を主とするものが好ましく、特に、ダイヤモンド、サファイヤ、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウムのうちの少なくとも１種を主とするものが好適であり、さらには、ダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素が好適である。このような材料で硬質層１２を構成することにより、弾性表面波の音速を高めることができる。その結果、高周波用の弾性波デバイスを容易に製造することができ、無線ＬＡＮや光通信などの高速通信分野への適用を目的として要求される弾性表面波の高周波化に寄与することができる。ここで、ダイヤモンド状炭素は、アモルファス構造を有する炭素と水素の化合物であり、ダイヤモンドに次ぐ硬度を有する透光性の絶縁体である。
【００２３】
なお、硬質層１２は、単層で構成されたもののみならず、目的とする弾性表面波の特性に応じて、複数の層の積層体で構成することもできる。また、硬質層１２は、必要に応じて設けられるものであり、省略することもできる。
このような硬質層１２の基板１１と反対側の面（上面）上には、圧電体層１３が形成されている。
【００２４】
圧電体層１３は、圧電性を有し、弾性表面波の伝搬媒体として機能するものである。
この圧電体層１３は、圧電材料を主材料として構成されている。圧電材料としては、特に限定されないが、例えば、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＫＮｂＯ３、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳなどを用いることができる。
このような圧電体層１３の硬質層１２と反対側の面（上面）上には、２つの櫛形電極対１４が形成されている。
【００２５】
２つの櫛形電極対１４のうち、一方の櫛形電極対（入力側の電極対）１４は、圧電体層１３に電圧を印加して、圧電体層１３に弾性表面波を励振させる機能を有するものであり、他方の櫛形電極対（出力側の電極対）１４は、圧電体層１３を伝搬する弾性表面波を検出し、弾性表面波を電気信号に変換して外部に出力する機能を有するものである。
このような各櫛形電極対１４は、櫛歯状をなすように並設された複数の電極指を有する１対の櫛形電極１４ａ、１４ｂで構成されている。各櫛形電極対１４において、１対の櫛形電極１４ａ、１４ｂは、互いに間隔を隔てて噛み合うように配設されている。そして、入力側の１対の櫛形電極１４ａ、１４ｂ間に駆動電圧が入力されると、圧電体層１３において弾性表面波が励振され、出力側の１対の櫛形電極１４ａ、１４ｂからフィルタリング機能による特定の周波数帯域の電気信号が出力される。
ここで、１対の櫛形電極１４ａ、１４ｂ間の距離は、励起される弾性表面波の波長に対応しており、例えば、１μｍ程度までの微細化が可能である。また、櫛形電極の電極指の幅、間隔、厚さ等を調整することにより、弾性表面波素子の特性を所望のものに設定することができる。
【００２６】
各櫛形電極対１４（各櫛形電極１４ａ、１４ｂ）の構成材料としては、それぞれ、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｙ、Ｐｂ、Ｓｃまたはこれらを含む合金等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
このような２つの櫛形電極対１４を覆うように、二酸化珪素を主材料として構成された二酸化珪素層１５が形成されている。本実施形態では、二酸化珪素層１５は、各櫛形電極対１４および圧電体層１３のそれぞれに接するように形成されている。
【００２７】
二酸化珪素層１５は、弾性波デバイス１０の温度補償（例えば、温度変化に伴って発振周波数が変動する現象を低減すること）や、弾性波デバイス１０の表面保護等の機能を有するものである。本実施形態では、二酸化珪素層１５は、各櫛形電極対１４と、櫛形電極対１４によって励振される弾性表面波の伝播経路を完全に被覆している。
この二酸化珪素層１５は、後述するように、酸素流量比６０％以上の雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことにより形成されたものである。
【００２８】
このような二酸化珪素層１５は、二酸化珪素層のアモルファス構造を有しているが、かかるアモルファス構造中において、例えば酸素欠乏型欠陥のような構造欠陥を伴う３員環以上の環状構造（特に３員環の平面リング状構造）の数を少なくすることができる。そのため、かかる二酸化珪素層１５は、構造欠陥が少ない膜質を有するので、弾性波デバイス１０の特性を向上させることができる。また、かかる二酸化珪素層１５は、特に化学的に不安定な平面リング構造をなす３員環などの環状構造の数が少ないため、膜質の安定性に優れ、弾性波デバイス１０の優れた特性を長期に亘って維持すること（デバイス特性の安定性を向上させること）ができる。
【００２９】
また、このような二酸化珪素層１５は、ラマン分光法で解析した際に、得られるスペクトルにおいて、波数８００〜８５０ｃｍ−１の領域に存在するピークの強度をＰｓとし、波数４７５〜５１５ｃｍ−１の領域に存在するピークの強度をＰ４としたとき、Ｐ４／Ｐｓが、１．２以下であるのが好ましく、１．１以下であるのがより好ましい。
ここで、上記の波数８００〜８５０ｃｍ−１の領域内に存在するピークは二酸化珪素層１５のアモルファス構造中のＳｉ−Ｏ結合のＬＯモード（縦光学モード）に対応するピークであり、また、波数４７５〜５１５ｃｍ−１の領域に存在するピークは４員環の振動モードに対応するピークである。したがって、かかるスペクトルにおける両ピークの強度比Ｐ４／Ｐｓが前述したような条件を満たしていると、構造欠陥を伴う４員環の環状構造を少なくすることができる。その結果、弾性波デバイス１０のデバイス特性およびその安定性の向上を向上させることができる。また、４員環の環状構造に対応するピークは強度が比較的高いので、前述したような強度比Ｐ４／Ｐｓは、二酸化珪素層１５の膜質を正確に反映した指標として用いることができる。
【００３０】
また、二酸化珪素層１５は、ラマン分光法で解析した際に、得られるスペクトルにおいて、波数８００〜８５０ｃｍ−１の領域に存在するピークの強度をＰｓとし、波数６００〜６２０ｃｍ−１の領域に存在するピークの強度をＰ３としたとき、Ｐ３／Ｐｓが１．０以下であるのが好ましく、０．９７以下であるのがより好ましい。
ここで、上記の波数６００〜６２０ｃｍ−１の領域内に存在するピークは３員環の環状構造に対応するピークである。したがって、かかるスペクトルにおける両ピークの強度比Ｐ３／Ｐｓが前述したような条件を満たしていると、構造欠陥を伴う３員環の環状構造の数を少なくすることができる。その結果、弾性波デバイス１０のデバイス特性およびその安定性の向上を向上させることができる。また、３員環の環状構造に対応するピークは比較的小さいが、３員環の環状構造は平面リング構造をなし化学的に不安定でありアモルファス構造中の構造欠陥に強く相関しているため、二酸化珪素層の膜質を反映する指標として好適である。
【００３１】
また、二酸化珪素層１５は、ラマン分光法で解析した際に、得られるスペクトルにおいて、波数２５０〜５１０ｃｍ−１の領域の強度を積分した値をＩ１とし、波数８００〜８４０ｃｍ−１の領域の強度を積分した値をＩ２としたとき、Ｉ１／Ｉ２が５０以下であるのが好ましい。
ここで、波数２５０〜５１０ｃｍ−１の区間は４員環以上の環状構造に対応するピーク群が存在する領域であり、波数８００〜８４０ｃｍ−１の区間は上記ＬＯモードに対応するピークが存在する領域である。したがって、かかるスペクトルにおける両領域の強度積分値の比Ｉ１／Ｉ２が前述したような条件を満たしていると、構造欠陥を伴う４員環以上の環状構造を少なくすることができる。その結果、弾性波デバイス１０のデバイス特性およびその安定性の向上を向上させることができる。また、４員環以上の環状構造に対応するピークは強度が高く、しかも、アモルファス構造中の構成比率も高いものと思われるので、当該領域の強度積分値の比率は構造欠陥の程度を正確に表す良好な指標として用いることができる。
【００３２】
また、二酸化珪素層１５では、下記式（Ｉ）に示すコーシーの分散式における定数項Ａが１．４４〜１．４６であるのが好ましい。
ｎ２＝Ａ＋Ｂ／λ２・・・（Ｉ）
（ただし、式（Ｉ）中、λは、光の波長であり、ｎは、波長λの光に対する前記二酸化珪素層の屈折率であり、ＡおよびＢは、それぞれ、定数である。）
【００３３】
ここで、定数項Ａは波長λに依存しない項である。なお、ここで示した上記の分散式はλの−２乗の項（係数Ｂを有する項）よりも高次の項を省略した簡易式である。
かかる定数項Ａが前述したような条件を満たしていると、３員環以上の環状構造の数を少なくして、弾性波デバイス１０のデバイス特性およびその安定性の向上を向上させることができる。特に、定数項Ａが１．４４〜１．４５であると、二酸化珪素層１５をスパッタリング法で形成するのが容易となるので、好ましい。
以上のように構成された弾性波デバイス１０は、以下のようにして製造することができる。
【００３４】
図２は、図１に示す弾性波デバイスの製造方法を説明するための図（断面図）、図３は、図１に示す弾性波デバイスの二酸化珪素層の形成に用いるスパッタリング装置の一例の概略構成を示す図である。
弾性波デバイス１０の製造方法は、［１］硬質層１２を形成する工程と、［２］圧電体層１３を形成する工程と、［３］２つの櫛形電極対１４を形成する工程と、［４］二酸化珪素層１５を形成する工程とを有する。
【００３５】
以下、各工程を順次説明する。
［１］ 硬質層１２の形成工程
まず、基板１１を用意し、図２（ａ）に示すように、基板１１上に硬質層１２を形成する。
硬質層１２の形成には、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射、シート状部材の接合等を用いることができる。
特に、硬質層１２をダイヤモンドで構成する場合、その形成方法には、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、電子ビーム蒸着法等を用いることができる。また、硬質層１２をダイヤモンド状炭素で構成する場合、その形成には、プラズマＣＶＤ法、イオンビーム蒸着法、スパッタリング法等を用いることができる。
［２］ 圧電体層１３の形成工程
次に、図２（ｂ）に示すように、硬質層１２上に圧電体層１３を形成する。
圧電体層１３の形成には、前述した工程［１］の硬質層１２の形成方法と同様の方法を用いることができる。
【００３６】
［３］ 櫛形電極対１４の形成工程
次に、図２（ｃ）に示すように、圧電体層１３上に、２つの櫛形電極対１４を形成する。その際、例えば、圧電体層１３上に導電性材料層を形成した後、この導電性材料層に２つの櫛形電極対１４に対応する形状のマスクを用いて、エッチングを施すことにより櫛形電極対１４を得る。これにより、基板１１上に硬質層１２、圧電体層１３、櫛形電極対１４が順次設層された構造体である基材１００を得る。
【００３７】
導電性材料層の形成には、例えば、ディッピング法、印刷法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、溶射、金属箔の接合等を用いることができる。
また、エッチングには、例えば、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）、プラズマエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチングのようなドライエッチング、ウェットエッチング等を用いることができる。
【００３８】
［４］ 二酸化珪素層１５の形成工程
次に、図２（ｄ）に示すように、圧電体層１３上に、２つの櫛形電極対１４を覆うように、二酸化珪素層１５を形成する。
二酸化珪素層１５は、例えば、ＲＦ（高周波）マグネトロンスパッタリング装置やＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）スパッタリング装置等を用いたスパッタリングによって形成することができる。これらのスパッタリング装置では、装置のチャンバー内に酸素流量比６０％以上の雰囲気となるようにＡｒ等の不活性ガスと、酸素ガスとを供給しながら、所定の内圧となるように排気を行った状態で、二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを実施する。
より具体的に説明すると、二酸化珪素層１５は、例えば、図３に示すようなスパッタリング装置２００を用いて形成される。
【００３９】
図３に示すスパッタリング装置２００は、イオンビームを照射するイオン源（イオンビーム源）２０１と、イオンビームの方向に電子を放出するニュートラライザ２０２と、真空チャンバ２０３と、真空チャンバ２０３内の圧力を制御する排気ポンプ２０４と、二酸化珪素層１５が形成されるべき基材１００を真空チャンバ２０３内に固定する基材ホルダー２０５と、ターゲット５００を保持するターゲット保持部材（バッキングプレート）２０６とを有している。
【００４０】
イオン源２０１は、イオンビームを照射するものであり、本実施形態では、ＲＦイオン源を用いている。イオン源（ＲＦイオン源）２０１では、酸素を含むガスをガス供給源２０７から供給するとともに、当該ガスをＲＦ放電させることにより、イオン化（プラズマ化）させる。そして、グリッド（図示せず）間に電圧を印加することにより、イオン化（プラズマ化）されたガスをイオンビームとして出射させる。
【００４１】
ニュートラライザ２０２は、イオンビームの方向に電子を放出するものである。これにより、ターゲット５００等に、過剰な電荷が溜まるのを防止抑制することができ、継続的に成膜を行った場合であっても、スパッタ粒子を基材１００に向けて安定的に引き出すことができる。
また、ターゲット保持部材２０６は、通常、ステンレス鋼、銅、銅合金等の熱伝導性に優れる金属材料で構成されている。二酸化珪素層１５の形成時には、ターゲット５００は、Ｉｎ等のボンディング剤を介して、ターゲット保持部材２０６に固定される。
【００４２】
以上のように構成されたスパッタリング装置２００を用いて二酸化珪素層１５を形成するに際しては、まず、真空チャンバ２０３内のターゲット保持部材２０６に、ＳｉＯ２で構成されたターゲット５００を設置する。
そして、真空チャンバ２０３内の基材ホルダー２０５に、基材１００（基板１１上に硬質層１２、圧電体層１３、櫛形電極対１４が順次設層された構造体）を設置する。
その後、排気ポンプ２０４により、真空チャンバ２０３内を減圧する。
【００４３】
次に、イオン源２０１内に、ガス供給源２０７よりガス（後に詳述するような酸素を含むガス）を供給するとともに、イオン源２０１において放電（ＲＦまたはＤＣ放電）を行うことにより、導入されたガスをイオン化（プラズマ化）する。そして、図示しないグリッド間に電圧を印加することにより、イオン化（プラズマ化）されたガスを加速し、イオンビームとして、ターゲット５００に向けて出射させる。
【００４４】
一方、ニュートラライザ２０２からは、イオン源２０１から出射されたイオンビームの方向に向けて、電子を放出させる。これにより、イオン源２０１から出射されたイオンビームの電気的な中和が進行する。そのため、ターゲット５００等に過剰な電荷が溜まるのを防止抑制することができ、継続的に成膜を行った場合であっても、スパッタ粒子を基材１００に向けて安定的に引き出すことができる。
【００４５】
イオン源２０１から出射されたイオンビーム（ニュートラライザ２０２からの電子により電気的な中和が進行したビーム）は、ターゲット５００に衝突する。これにより、ターゲット５００からは、スパッタ粒子が引き出され、当該スパッタ粒子を基材１００上に入射、堆積させる。
そして、上記のようなイオンビームの照射を続けることにより、スパッタ粒子の基材１００上への入射、堆積が進行し、基材１００上に二酸化珪素層１５が形成される。これにより、弾性波デバイス１０が得られる。
【００４６】
スパッタリングによる二酸化珪素層の形成に際して、従来では、酸素流量比２０〜４０％程度の雰囲気中でスパッタリングを行うことが一般的であるが、本発明者等は、酸素流量比６０％以上の雰囲気中でスパッタリングを行うことで、形成される二酸化珪素層のアモルファス構造中における３員環以上の環状構造の比率を低くすること、すなわち、構造欠陥の少ない二酸化珪素層が得られることを見出した。
例えば、前述したようなスパッタリング装置２００を用いて二酸化珪素層１５を形成する場合、ガス供給源２０７は、イオン源２０１に、酸素流量比６０％以上のガス（例えば、酸素ガスおよびアルゴンガスの混合ガス）を供給する。
【００４７】
すなわち、真空チャンバ２０３内に酸素流量比６０％以上で酸素ガスを供給する。なお、本実施形態では、酸素ガスをイオン源２０１を経由して真空チャンバ２０３内に供給するが、イオン源２０１を経由せずに直接真空チャンバ２０３内に酸素ガスを供給してもよい。この場合、真空チャンバ２０３内に酸素流量比６０％以上で酸素ガスが供給されていれば、ガス供給源２０７は、イオン源２０１に、アルゴンガスおよび酸素ガスの混合ガスを供給してもよいし、アルゴンガスのみを供給してもよい。また、ガス供給源２０７からイオン源２０１に供給されるガス（プラズマ化させるガス）としては、上記のアルゴンガスおよび酸素ガスに限定されない。
【００４８】
ここで、酸素流量比とは、スパッタリング時に真空チャンバ２０３内に導入されるガスの全流量における酸素ガスの占める割合を言う。例えば、スパッタリング時に真空チャンバ２０３に不活性ガスおよび酸素ガスが導入される場合、酸素流量比は、（酸素ガス流量［ｓｃｃｍ］／（不活性ガス流量［ｓｃｃｍ］＋酸素ガス流量［ｓｃｃｍ］）である。また、酸素流量比は、真空チャンバ２０３の内圧における酸素ガスの分圧の比率に対応している。
【００４９】
また、真空チャンバ２０３内に酸素流量比６０％以上で酸素ガスが供給されていればよいが、酸素流量比７５〜９５％とすることがより好ましい。これにより、構造欠陥の少ない二酸化珪素層１５を簡単かつ確実に得ることができる。これに対し、酸素流量比が前記上限値を超えると（大きくなる過ぎると）、スパッタ効率が低下する傾向を示す。
また、ガス供給源２０７からイオン源２０１に導入されるガスは、一定の組成を有するものであってもよいが、組成が経時的に変化するものであってもよい。例えば、イオン源２０１に導入するガスの酸素濃度（酸素流量比）を経時的に変化させてもよい。
【００５０】
この場合、イオン源２０１に導入するガスとしてアルゴンガスおよび酸素ガスの混合ガスを用い、この混合ガス中における酸素ガスの濃度（酸素流量比）を経時的に増加させると、初期段階では、酸素（Ｏ２）に比べてプラズマ化しやすいアルゴンガスの比率を高めることにより、プラズマを効率良く発生させることができるとともに、その後には、酸素を高い濃度で含むイオンビームを照射することができる。
以上のような工程を経て、本発明の弾性波デバイス１０が製造される。この弾性波デバイス１０の電気的特性および温度特性は、例えば、ネットワークアナライザ等を用いることにより確認することができる。
【００５１】
＜他の実施形態＞
本発明は、二酸化珪素層が圧電体層および櫛形電極対のうちの少なくとも一方に接した構成であれば、前述した構成に限られず、本発明を適用することができる。ここで、前述した弾性波デバイス１０の構成以外に本発明を適用可能な弾性波デバイスの構成例を説明する。
【００５２】
図４は、本発明を適用可能な弾性波デバイスの構成例を示す断面図である。
なお、以下の説明では、前述した実施形態と同様の構成に関しては、その説明を省略する。
図４（ａ）に示す弾性波デバイスは、前述した基板１１と同様の基板１上に、圧電体層１３と同様の圧電体層２、櫛形電極対１４と同様の２つの櫛形電極対３、二酸化珪素層１５と同様の二酸化珪素層４がこの順で積層されている。
【００５３】
図４（ｂ）に示す弾性波デバイスは、基板１上に、２つの櫛形電極対３、圧電体層２、二酸化珪素層４がこの順で積層されている。
図４（ｃ）に示す弾性波デバイスは、基板１上に、二酸化珪素層４、２つの櫛形電極対３、圧電体層２がこの順で積層されている。
図４（ｄ）に示す弾性波デバイスは、基板１上に、二酸化珪素層４、圧電体層２、２つの櫛形電極対３がこの順で積層されている。
【００５４】
以上のように、二酸化珪素層が圧電体層および櫛形電極対のうちの少なくとも一方に接した構成であれば、本発明の効果を発揮することができる。特に、図１や図４に示すように、二酸化珪素層が圧電体層および櫛形電極対３の双方に接するように形成されている場合に、本発明の効果が顕著である。
以上、本発明の弾性波デバイスの実施形態を説明したが、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００５５】
例えば、前述した実施形態の弾性波デバイスとしては、弾性表面波素子を一例として挙げて説明したが、本発明は弾性表面波素子に限らず、各種の圧電振動素子、例えば、圧電体の表裏両面を電極で挟んだ構造等を有するＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave）素子、具体的には、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）型の素子構造を備えたもの、音響インピーダンスの異なる層を交互に繰り返し積層してなる音響反射多層膜を上記の積層構造と基板との間に配置したＳＭＲ（Solid Mounted Resonator）型の素子構造を備えたものなどにも同様に適用することができる。
【００５６】
また、電極構造も図示例に限定されず、種々の電極構造を用途に応じて構成できる。例えば、共振器を構成する場合には入出力電極を構成するくし形電極対の両側に、間隔を隔てて一対の反射器を配設することができる。
また、前述した実施形態（図１）において、櫛形電極対１４とは反対側の圧電体層１３の面（図示下面）上にアルミニウムや金等で構成された短絡電極を形成してもよい。この場合、短絡電極は、平面視にて櫛形電極対１４の形成範囲にのみ形成してもよいし、伝播領域を含めて形成してもよい。このような短絡電極を設けると、圧電体層１３の櫛形電極対１４の形成された面とは反対側の面を等電位化し、励振効率を高めることができる。
【実施例】
【００５７】
以下、本発明の具体的な実施例を説明する。
１．弾性波デバイスの作製
（実施例１）
図１に示すような構成の弾性波デバイスを作製した。
具体的には、まず、基板（平均厚さ８００μｍのシリコン基板）上に硬質層（平均厚さ２０μｍの多結晶ダイヤモンド膜）が形成されたものを用意した。
【００５８】
そして、硬質層上にＲＦスパッタリング法でＺｎＯを厚さ４７５ｎｍとなるまで成長させ、これによって圧電体層を形成した。ここで、ＲＦスパッタリングは、ターゲット材としてＺｎＯの焼結体、反応ガスとしてアルゴンガス（流量５０ｓｃｃｍ）および酸素ガス（流量５０ｓｃｃｍ）の混合ガスを用い、ＲＦ電力を１．０ｋＷとし、ガス圧力（雰囲気圧）を１．０Ｐａとし、成膜温度を５００℃とした条件で行った。
【００５９】
次に、形成された圧電体層上にＤＣスパッタリング法によりアルミニウムを被着させ、金属材料層を平均厚さ４２ｎｍとなるように形成した。このＤＣスパッタリングは、ターゲット材としてアルミニウム板、反応ガスとしてアルゴンガス（流量５０ｓｃｃｍ）を用い、ＤＣ電力を１．０ｋＷとし、ガス圧力を１．０Ｐａとし、成膜温度を室温とした条件で行った。
【００６０】
次に、形成された金属材料層上にフォトリソグラフィ法により櫛形電極対を形成するための所望のレジスト層を形成し、このレジスト層をマスクとして、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりエッチングを施し、不要部分を除去して２つ（入力用および出力用）の櫛形電極対を形成した。ここで、反応性イオンエッチングのエッチングガスとしてＢＣｌ３およびＣｌ２を主成分とするものを用いた。
【００６１】
次に、ＲＦマグネトロンスパッタリング法により２つの櫛形電極対を覆うように圧電体層上および櫛形電極対上にＳｉＯ２を被着させ、平均厚さ４２０ｎｍの二酸化珪素層を形成した。ここで、二酸化珪素層の形成に際しては、ターゲットとして溶融石英を用い、アルゴンガスおよび酸素ガスを真空チャンバに供給しながら、カソードに１３．５６ＭＨｚの高周波を印加し、ＲＦ電力を１．０ｋＷとし、ガス圧力を０．５Ｐａとし、成膜温度を２００℃とした条件で行った。また、真空チャンバへのアルゴンガスおよび酸素ガスの供給に際し、アルゴンガスの流量を５ｓｃｃｍとし、酸素ガスの流量を４５ｓｃｃｍとし、酸素流量比（酸素ガス流量）／（アルゴンガス流量＋酸素ガス流量）を９０％とした。
以上のようにして実施例１の弾性波デバイスを作製した。
（実施例２）
二酸化珪素層の形成に際し、酸素流量比を８０％とした以外は、前述した実施例１と同様にして弾性波デバイスを作製した。
【００６２】
（比較例１）
二酸化珪素層の形成に際し、酸素流量比を３４％とした以外は、前述した実施例１と同様にして弾性波デバイスを作製した。
（比較例２）
二酸化珪素層の形成に際し、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）スパッタリング装置（メタルモード）を用いた以外は、前述した実施例１と同様にして弾性波デバイスを作製した。
ここで、二酸化珪素層の形成に際し、ＥＣＲスパッタリングは、マイクロ波電力を５００Ｗとし、高周波電力を５００Ｗとし、コイル電流を２６Ａ／２６Ａとし、酸素流量比を１６％とし、圧力を０．１４５Ｐａとした条件で行った。
【００６３】
（比較例３）
二酸化珪素層の形成に際し、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）スパッタリング装置（オキサイドモード）を用いた以外は、前述した実施例１と同様にして弾性波デバイスを作製した。
ここで、二酸化珪素層の形成に際し、ＥＣＲスパッタリングは、マイクロ波電力を５００Ｗとし、高周波電力を５００Ｗとし、コイル電流を２６Ａ／２６Ａとし、酸素流量比を１８．５％とし、圧力を０．１５６Ｐａとした条件で条件で行った。
【００６４】
２．評価
各実施例および各比較例について、二酸化珪素層をラマン分光法で解析した。
＜ラマン分光スペクトル＞
各実施例および各比較例について、ラマン分光スペクトルを測定した。その結果を図５および図６に示す。
【００６５】
図５は、実施例１および比較例１にかかる二酸化珪素層のラマン分光スペクトルを示すグラフであり、図６は、実施例２および比較例１〜３にかかる二酸化珪素層のラマン分光スペクトルを示すグラフである。
ここで、ラマン分光スペクトルの測定には、ラマン分光スペクトル用評価試料として、シリコン基板上にスパッタリングによりアルミニウム薄膜を３０ｎｍ成膜し、このアルミニウム薄膜上に各実施例および各比較例と同様の方法により二酸化珪素層を形成したものを用いた。
【００６６】
また、ラマン分光スペクトルの測定では、光源として５１４．５ｎｍのレーザ光（Ａｒレーザ）を用い、このレーザ光を二酸化珪素層表面に照射し、ラマン散乱光を分光器（ダブルモノクロメータ）にて分光して光電子増倍管で検出した。
各実施例および各比較例に関して、図３および図４に示すように、いずれのラマン分光スペクトルにおいても、８４０ｃｍ−１付近にＳｉ−ＯボンドのＬＯモードの格子振動に対応するピークＰｓが観測され、また、６１０ｃｍ−１付近に３員環の格子振動に対応するピークＰ３が観測され、さらに、４９５ｃｍ−１付近に４員環の格子振動に対応するピークＰ４が観測された。
【００６７】
また、ピークＰ４を最大波数域にあるピークとして、その低波数側に広がる範囲（ほぼ波数３７０〜５００ｃｍ−１の範囲）に複数のピーク群Ｐｇが見られた。これらのピーク群Ｐｇは、ピークＰ４を含め４員環以上の環状構造に起因する格子振動に対応する複数のピークを含んでいる。３員環や４員環以上の環状構造は、構造欠陥（例えば、酸素欠乏型欠陥）を伴うものであり、これらのピークＰ３およびＰ４並びにピーク群Ｐｇの強度が大きいほど膜質が悪いことを意味する。
【００６８】
＜ラマン分光スペクトルのピーク強度比＞
図３から明らかなように、比較例１では、ピークＰ３およびＰ４並びにピーク群Ｐｇの強度が比較的高い。これに対し、実施例１では、ピークＰ３およびＰ４並びにピーク群Ｐｇの強度がいずれも比較的低くなっている。
ここで、実施例１、２および比較例１に関し、ピークＰｓの強度に対するピークＰ３およびＰ４のそれぞれの強度比（Ｐ３／ＰｓおよびＰ４／Ｐｓ）を算出した。その結果を図７に示す。
【００６９】
図７は、二酸化珪素層のラマン分光スペクトルのピーク強度比と、スパッタリング時の酸素流量比との関係を示すグラフである。
図４から明らかなように、強度比Ｐ３／ＰｓおよびＰ４／Ｐｓは、いずれも、酸素流量比が増加するに従って低下しており、酸素流量比と相関性を有していることがわかる。
また、比較例１では、強度比Ｐ３／Ｐｓが１．１０、強度比Ｐ４／Ｐｓが１．２７であり、また、比較例２では、強度比Ｐ３／Ｐｓが１．０７、強度比Ｐ４／Ｐｓが１．３２であった。これに対し、実施例１では、強度比Ｐ３／Ｐｓが０．９４、強度比Ｐ４／Ｐｓが１．０５であり、また、実施例２では、強度比Ｐ３／Ｐｓが０．９６、強度比Ｐ４／Ｐｓが１．１９であった。
【００７０】
なお、ピークＰ３は構造欠陥と強い関係にある３員環に対応するものであるため、強度比Ｐ３／Ｐｓは二酸化珪素層の膜質を表す指標としては好適なものである。ただし、ピークＰ３はピーク強度そのものが弱いため、測定精度は必ずしも高くない。一方、ピークＰ４は４員環に対応するものであるが、そのピーク強度はピークＰ３に比べて強いため、強度比Ｐ４／Ｐｓの測定精度は高く、二酸化珪素層の膜質を表す指標としてより正確なものである。
また、上記ラマン分光スペクトルにおいて、２５０〜５１０ｃｍ−１の波数範囲の強度積分値Ｉ１と、８００〜８４０ｃｍ−１の波数範囲の強度積分値Ｉ２との比Ｉ１／Ｉ２を調べたところ、比較例１ではＩ１／Ｉ２＝５３であったのに対し、実施例１ではＩ１／Ｉ２＝４８であった。
【００７１】
＜アニール処理によるラマン分光スペクトルの変化＞
実施例１および比較例１に関し、二酸化珪素層にアニール処理を施し、その前後でのラマン分光スペクトルを前述の方法と同様にして測定した。その結果を図８および図９に示す。
図８は、比較例１にかかる二酸化珪素層のアニール処理前後のそれぞれのラマン分光スペクトルを示すグラフであり、図９は、実施例１にかかる二酸化珪素層のアニール処理前後のそれぞれのラマン分光スペクトルを示すグラフである。
ここで、アニール処理は、真空雰囲気中において３００℃で３０分間実施した。
【００７２】
図８に示すように、比較例１では、アニール処理によってピークＰ３およびＰ４並びにピーク群Ｐｇが大きく低減されていることから、３員環、４員環以上の環状構造に伴う構造欠陥が低減されることがわかる。すなわち、比較例１の二酸化珪素層は構造欠陥が多いことから、構造的な安定性に乏しいことがわかる。
一方、図９に示すように、実施例１では、アニール処理を施してもピークＰ３およびＰ４並びにピーク群Ｐｇの強度がほとんど変化していない。すなわち、実施例１の二酸化珪素層は構造欠陥が少ないことから、構造的な安定性が高いことがわかる。
【００７３】
＜挿入損失＞
実施例１および比較例１の弾性表面波デバイスについて、それぞれ、フィルタ特性として、Ｓパラメータの測定結果から挿入損失の周波数特性を求めた。その結果を図１０に示す。
図１０は、比較例１（図示点線）および実施例１（図示実線）にかかる弾性波デバイスの挿入損失の周波数依存性を示すグラフである。
ここで、Ｓパラメータの測定はヒューレットパッカード社製のベクトルネットワークアナライザＨＰ８７５３ｃ（製品番号）を用いた。
【００７４】
図１０に示すように、通過帯域における挿入損失は、比較例１では−６．５ｄＢであったが、実施例１では−５．３ｄＢとなり、大幅に向上した。これは上述のように比較例１に対して実施例１では構造欠陥が少なくなった結果、反射係数および電気機械結合係数が増大したことを意味する。このように性能向上が図られることで、デバイス（ＳＡＷフィルタ）の小型化を図ることが可能になる。
【００７５】
＜周波数変動率＞
次に、実施例１および比較例１の弾性表面波デバイスについて、圧力１０−８Ｐａ以下の真空容器内で３００℃、３時間のアニール処理を施し、その後、弾性波デバイスとパッケージをアルミニウム線でボンディングし、窒素雰囲気中にてシーム溶接によってリッドとパッケージを接合し、弾性波デバイスをパッケージ内に封入した。そして、このように完成させた製品に発振周波数測定を行ってから、８５℃の恒温槽内に保管し、所定時間ごとに発振周波数測定を行い、時間の経過による周波数の変動特性を調べた。その結果を図１１に示す。
【００７６】
図１１は、比較例１および実施例１にかかる弾性表面波デバイスの高温放置試験における周波数の時間変動を示すグラフである。
図１１に示すように、発振周波数の変動率ΔＦは、比較例１では１００時間経過で−４０ｐｐｍ、３００時間経過で−８０ｐｐｍとなり、６００時間経過すると周波数変動量は−１００ｐｐｍを越えた。これに対し、実施例１では、３００時間を越えてもほとんど発振周波数の変動は観察されなかった。すなわち、実施例１の弾性波デバイスでは、上記のような加熱条件においても周波数の変動は全く発生しなかった。
以上のように、二酸化珪素層の構造欠陥が少なくなるに従ってデバイス特性が向上し、特に、周波数の安定性がきわめて高く、加温状態における時間経過による周波数の変動もほとんどないことがわかる。
【００７７】
＜コーシーの分散式における定数項Ａ＞
以上の説明では、膜質（構造欠陥の程度）に着目して二酸化珪素層のラマン分光スペクトルと弾性表面波デバイスの特性との関係を見てきたが、二酸化珪素層の膜質を反映する他の特性指標としては、光学定数（屈折率）が挙げられる。
そこで、各実施例および各比較例について、二酸化珪素層の光学定数を測定し、デバイス特性との関係を検討した。
【００７８】
ここで、二酸化珪素層の光学定数の測定には、測定用試料として、シリコン基板上に各種方法により約７０ｎｍの厚みの二酸化珪素層を形成したものを用いた。また、測定用試料として、前述した実施例１、２および比較例１〜３と同様の条件でそれぞれ二酸化珪素層を形成した。すなわち、ＲＦマグネトロンスパッタリングにて酸素流量比を５％、３４％（比較例１）、８０％（実施例２）、９０％（実施例１）のそれぞれの条件で二酸化珪素層を形成したもの、ＥＣＲスパッタリング（メタルモード）にて酸素流量比１６％（比較例３）、ＥＣＲスパッタリング（オキサイドモード）にて酸素流量比１８．５％（比較例４）の条件で二酸化珪素層を形成したものをそれぞれ用意した。そして、これらの試料における二酸化珪素層の光学定数を測定するとともに、一般的なＣＶＤ法で成膜したものの文献データ（文献名：非晶質シリカ材料応用ハンドブックサイペック 1999/05出版 編集委員長 川副博司 リアライズ社）、熱酸化膜、溶融石英のそれぞれの光学定数を調べた。
【００７９】
光学定数の決定には、ＳＯＰＲＡ社の分光エリプロメトリ装置ＳＥ−５を用いた。また、光学定数は、計測データを光学分散式にフィッティングすることによって求めた。このようにして得た光学定数の算出結果を図１２に示す。ここで示す光学定数は、前述したコーシーの分散式における定数項Ａ（波長λに依存しない項）である。
一般的に、熱酸化膜や溶融石英は構造欠陥が少なく、構造的に安定であることが知られているが、これらと比較すると、比較例１〜３の定数項Ａはいずれも熱酸化膜や溶融石英と大きな差を有するのに対して、実施例１、２の定数項Ａは熱酸化膜や溶融石英に極めて近いことがわかる。
【００８０】
また、ＲＦマグネトロンスパッタリングにて成膜した比較例１および実施例１、２等の定数項Ａの酸素流量比依存性を図１３に示す。図１３に示すように、スパッタ時の酸素流量比が増加するに従って定数項Ａが低下していることがわかる。
また、図１３に示すように、コーシー分散式における定数項Ａが１．４４〜１．４６の範囲にあれば、弾性波デバイスに特性向上の効果が得られることがわかった。かかる範囲は、熱酸化膜や溶融石英などといった極めて安定な二酸化珪素の光学特性と合致するものであるからである。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の弾性波デバイスの好適な実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す弾性波デバイスの製造方法を説明するための図である。
【図３】図１に示す性波デバイスの二酸化珪素層の形成に用いるスパッタリング装置の一例の概略構成を示す断面図である。
【図４】本発明を適用可能な弾性波デバイスの構成例を示す断面図である。
【図５】実施例１および比較例１にかかる二酸化珪素層のラマン分光スペクトルを示すグラフである。
【図６】実施例２および比較例１〜３にかかる二酸化珪素層のラマン分光スペクトルを示すグラフである。
【図７】二酸化珪素層のラマン分光スペクトルのピーク強度比と、スパッタリング時の酸素流量比との関係を示すグラフである。
【図８】比較例１にかかる二酸化珪素層のアニール処理前後のそれぞれのラマン分光スペクトルを示すグラフである。
【図９】実施例１にかかる二酸化珪素層のアニール処理前後のそれぞれのラマン分光スペクトルを示すグラフである。
【図１０】比較例１および実施例１にかかる弾性波デバイスの挿入損失の周波数依存性を示すグラフである。
【図１１】比較例１および実施例１にかかる弾性表面波デバイスの高温放置試験における周波数の時間変動を示すグラフである。
【図１２】各種の方法で形成された二酸化珪素の光学定数を示すグラフである。
【図１３】二酸化珪素層の光学定数の酸素流量比依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８２】
１０……弾性表面波デバイス １、１１……基板 １２……硬質層 ２、１３……圧電体層 ３、１４……櫛形電極対 １４ａ、１４ｂ……櫛形電極 ４、１５……二酸化珪素層 １００……基材 ２００……スパッタリング装置 ２０１……イオン源 ２０２……ニュートラライザ ２０３……真空チャンバ ２０４……排気ポンプ ２０５……基材ホルダー ２０６……ターゲット保持部材 ２０７……ガス供給源 ５００……ターゲット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性波デバイスおよび弾性波デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、フィルタ、発振器、共振器、コンボルバーなどの各種デバイスとして、ＳＡＷ（弾性表面波）やＢＡＷ（バルク弾性波）などの弾性振動の伝播特性や共振特性を用いた弾性波デバイスが知られている。かかる弾性波デバイスは、圧電体と、この圧電体上に形成され通電により圧電体に弾性振動を発生させる１対の電極とを有している。
また、かかる弾性波デバイスとしては、温度補償や表面保護等の目的で、圧電体および／または電極に接するように、二酸化珪素で構成された二酸化珪素層を形成したものが知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ダイヤモンドまたはダイヤモンド状層で構成された硬質層上に、二酸化珪素層、電極、圧電体が順に積層された弾性波デバイスが開示されている。
また、特許文献２には、ダイヤモンドからなる硬質層、電極、圧電体層、二酸化珪素層とが順に積層された弾性波デバイス、および、ダイヤモンドからなる硬質層、圧電体層、電極、二酸化珪素層とが順に積層された弾性波デバイスが開示されている。
【０００４】
このような弾性波デバイスに備えられた二酸化珪素層はアモルファス（不定形）構造を有しているが、その膜質は製法や製造条件等によって大きく異なることが知られている（例えば、特許文献３参照。）。二酸化珪素層を形成する一般的な方法としては、特許文献３にも開示されているように、スパッタリング法、ＣＶＤ法、熱酸化法、プラズマ酸化法等が挙げられる。
一方、前述したような弾性波デバイスの特性は、デバイスを構成する材質に影響を受けることが知られており、特に、高周波信号を扱う等のために高い周波数を用いる弾性波デバイスにおいて、デバイスを構成する材質はデバイス特性に大きく影響を与える。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３７２８４号公報
【特許文献２】特開平６−１６４２９４号公報
【特許文献３】特開２００５−２６８７９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、長期に亘って優れた特性を発揮することができる弾性波デバイスおよび弾性波デバイスの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の弾性波デバイスは、圧電性を有する圧電体層と、
前記圧電体層の一方の面上に設けられ、通電により前記圧電体層に弾性振動を励起させる１対の電極と、
前記圧電体層および／または前記１対の電極に接合され、二酸化珪素を主材料として構成された二酸化珪素層とを有し、
前記二酸化珪素層は、酸素流量比６０％以上の雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことにより形成されたものであることを特徴とする。
【０００８】
本発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、二酸化珪素層が電極や圧電体に接触する構成の弾性波デバイスにおいて、「二酸化珪素層の膜質が弾性波デバイスの特性に大きな影響を与えること」、また、「二酸化珪素層中の構造欠陥が二酸化珪素層に経時変化をもたらす原因となること」を見出した。
本発明では、酸素流量比６０％の雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことにより二酸化珪素層を形成することで、二酸化珪素層のアモルファス構造中において、構造欠陥を伴う３員環以上の環状構造の数を少なくすることができる。そのため、かかる二酸化珪素層は、構造欠陥が少ない膜質を有するので、弾性波デバイスの特性を向上させることができる。また、かかる二酸化珪素層は、特に化学的に不安定な平面リング構造をなす３員環などの環状構造の数が少ないため、膜質の安定性に優れ、弾性波デバイスの優れた特性を長期に亘って維持することができる。
【０００９】
本発明の弾性波デバイスでは、前記二酸化珪素層をラマン分光法で解析した際に、得られるスペクトルにおいて、波数８００〜８５０ｃｍ−１の領域に存在するピークの強度をＰｓとし、波数４７５〜５１５ｃｍ−１の領域に存在するピークの強度をＰ４としたとき、Ｐ４／Ｐｓが１．２以下であることが好ましい。
これにより、弾性波デバイスのデバイス特性およびその安定性を向上させることができる。
【００１０】
本発明の弾性波デバイスでは、前記二酸化珪素層をラマン分光法で解析した際に、得られるスペクトルにおいて、波数８００〜８５０ｃｍ−１の領域に存在するピークの強度をＰｓとし、波数６００〜６２０ｃｍ−１の領域に存在するピークの強度をＰ３としたとき、Ｐ３／Ｐｓが１．０以下であることが好ましい。
これにより、弾性波デバイスのデバイス特性およびその安定性を向上させることができる。
【００１１】
本発明の弾性波デバイスでは、前記二酸化珪素層をラマン分光法で解析した際に、得られるスペクトルにおいて、波数２５０〜５１０ｃｍ−１の領域の強度を積分した値をＩ１とし、波数８００〜８４０ｃｍ−１の領域の強度を積分した値をＩ２としたとき、Ｉ１／Ｉ２が５０以下であることが好ましい。
これにより、弾性波デバイスのデバイス特性およびその安定性を向上させることができる。
【００１２】
本発明の弾性波デバイスでは、下記式（Ｉ）に示すコーシーの分散式における定数項Ａが１．４４〜１．４６であることが好ましい。
ｎ２＝Ａ＋Ｂ／λ２・・・（Ｉ）
（ただし、式（Ｉ）中、λは、光の波長であり、ｎは、波長λの光に対する前記二酸化珪素層の屈折率であり、ＡおよびＢは、それぞれ、定数である。）
これにより、弾性波デバイスのデバイス特性およびその安定性を向上させることができる。
【００１３】
本発明の弾性波デバイスでは、前記各電極は、櫛形電極であり、該１対の櫛形電極に通電することにより、前記圧電体層に弾性表面波を励振させるように構成されていることが好ましい。
これにより、挿入損失が少なく、発信周波数の安定性に優れた弾性表面波素子を提供することができる。
【００１４】
本発明の弾性波デバイスでは、前記圧電体層を支持する基板を有することが好ましい。
これにより、圧電体層の形成を簡単化しつつ、所望の特性を有する弾性波デバイスを得ることができる。
本発明の弾性波デバイスでは、前記圧電体層は、ダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素で構成された硬質層を介して前記基板上に接合されていることが好ましい。
これにより、弾性表面波の音速を高めることができる。そのため、高周波用の弾性波デバイスを容易に製造することができる。
【００１５】
本発明の弾性波デバイスの製造方法は、基板を用意する工程と、
前記基板の一方の面上に、圧電材料を主材料として構成された圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の前記基板と反対側の面上に、１対の電極を形成する工程と、
前記１対の電極を覆うように、二酸化珪素を主材料として構成された二酸化珪素層を形成する工程とを有し、
前記二酸化珪素層を形成する工程では、酸素流量比６０％以上の雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことを特徴とする。
これにより、優れたデバイス特性およびその安定性を有する弾性波デバイスを得ることができる。
【００１６】
本発明の弾性波デバイスの製造方法は、基板を用意する工程と、
前記基板の一方の面上に、二酸化珪素を主材料として構成された二酸化珪素層を形成する工程と、
前記二酸化珪素層の前記基板と反対側の面上に、圧電材料を主材料として構成された圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の前記圧電体層と反対側の面上に、１対の電極を形成する工程とを有し、
前記二酸化珪素層を形成する工程では、酸素流量比６０％以上の雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことを特徴とする。
これにより、優れたデバイス特性およびその安定性を有する弾性波デバイスを得ることができる。
【００１７】
本発明の弾性波デバイスの製造方法は、基板を用意する工程と、
前記基板の一方の面上に、１対の電極を形成する工程と、
前記１対の電極を覆うように、圧電材料を主材料として構成された圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の前記１対の電極と反対側の面上に、二酸化珪素を主材料として構成された二酸化珪素層を形成する工程とを有し、
前記二酸化珪素層を形成する工程では、酸素流量比６０％以上の雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことを特徴とする。
これにより、優れたデバイス特性およびその安定性を有する弾性波デバイスを得ることができる。
【００１８】
本発明の弾性波デバイスの製造方法は、基板を用意する工程と、
前記基板の一方の面上に、二酸化珪素を主材料として構成された二酸化珪素層を形成する工程と、
前記二酸化珪素層の前記基板と反対側の面上に、１対の電極を形成する工程と、
前記１対の電極を覆うように、圧電材料を主材料として構成された圧電体層を形成する工程とを有し、
前記二酸化珪素層を形成する工程では、酸素流量比６０％以上の雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことを特徴とする。
これにより、優れたデバイス特性およびその安定性を有する弾性波デバイスを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の弾性波デバイスおよびその製造方法の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる弾性波デバイスの概略構成を示す断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
図１に示すように、本実施形態の弾性波デバイス１０は、トランスバーサル型の弾性表面波素子であり、基板１１、硬質層１２、圧電体層１３、２つの櫛形電極対（ＩＤＴ：Inter digital Transducer）１４、二酸化珪素層１５がこの順に積層されている。かかる弾性波デバイス１０では、２つの櫛形電極対１４のうちの一方の櫛形電極対１４に電気信号を入力することにより、圧電体層１３に弾性表面波を励振させ、他方の櫛形電極対１４から特定周波数帯域の電気信号を取り出す。
【００２０】
以下、弾性波デバイス１０を構成する各部を順次詳細に説明する。
基板１１は、例えば、Ｓｉ、ＧａＳｉ、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ、ＳＴＣ、ＩｎＰのような各種半導体材料、各種ガラスのような各種セラミックス材料、ポリイミド、ポリカーボネートのような各種樹脂材料等で構成されている。
このような基板１１を有していると、圧電体層１３の形成を簡単化しつつ、所望の特性を有する弾性波デバイス１０を得ることができる。
【００２１】
なお、基板１１は、単層で構成されたもののみならず、複数の層の積層体で構成されたものでもよく、この場合、各層は、前述したような材料を任意に組み合わせて用いることができる。
このような基板１１の一方の面（上面）上には、硬質層（下地層）１２が形成されている。
この硬質層１２は、圧電体層１３において励振される弾性表面波の特性（条件）を設定する機能を有するものである。
この特性としては、例えば、発振周波数、振幅、伝搬速度等が挙げられる。
【００２２】
硬質層１２を設け、その構成材料を適宜設定することにより、弾性表面波の特性を所望のものに設定することが可能となる。この硬質層１２の構成材料としては、ダイヤモンド、シリコン、サファイヤ、ガラス、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウムのうちの少なくとも１種を主とするものが好ましく、特に、ダイヤモンド、サファイヤ、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウムのうちの少なくとも１種を主とするものが好適であり、さらには、ダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素が好適である。このような材料で硬質層１２を構成することにより、弾性表面波の音速を高めることができる。その結果、高周波用の弾性波デバイスを容易に製造することができ、無線ＬＡＮや光通信などの高速通信分野への適用を目的として要求される弾性表面波の高周波化に寄与することができる。ここで、ダイヤモンド状炭素は、アモルファス構造を有する炭素と水素の化合物であり、ダイヤモンドに次ぐ硬度を有する透光性の絶縁体である。
【００２３】
なお、硬質層１２は、単層で構成されたもののみならず、目的とする弾性表面波の特性に応じて、複数の層の積層体で構成することもできる。また、硬質層１２は、必要に応じて設けられるものであり、省略することもできる。
このような硬質層１２の基板１１と反対側の面（上面）上には、圧電体層１３が形成されている。
【００２４】
圧電体層１３は、圧電性を有し、弾性表面波の伝搬媒体として機能するものである。
この圧電体層１３は、圧電材料を主材料として構成されている。圧電材料としては、特に限定されないが、例えば、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＫＮｂＯ３、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳなどを用いることができる。
このような圧電体層１３の硬質層１２と反対側の面（上面）上には、２つの櫛形電極対１４が形成されている。
【００２５】
２つの櫛形電極対１４のうち、一方の櫛形電極対（入力側の電極対）１４は、圧電体層１３に電圧を印加して、圧電体層１３に弾性表面波を励振させる機能を有するものであり、他方の櫛形電極対（出力側の電極対）１４は、圧電体層１３を伝搬する弾性表面波を検出し、弾性表面波を電気信号に変換して外部に出力する機能を有するものである。
このような各櫛形電極対１４は、櫛歯状をなすように並設された複数の電極指を有する１対の櫛形電極１４ａ、１４ｂで構成されている。各櫛形電極対１４において、１対の櫛形電極１４ａ、１４ｂは、互いに間隔を隔てて噛み合うように配設されている。そして、入力側の１対の櫛形電極１４ａ、１４ｂ間に駆動電圧が入力されると、圧電体層１３において弾性表面波が励振され、出力側の１対の櫛形電極１４ａ、１４ｂからフィルタリング機能による特定の周波数帯域の電気信号が出力される。
ここで、１対の櫛形電極１４ａ、１４ｂ間の距離は、励起される弾性表面波の波長に対応しており、例えば、１μｍ程度までの微細化が可能である。また、櫛形電極の電極指の幅、間隔、厚さ等を調整することにより、弾性表面波素子の特性を所望のものに設定することができる。
【００２６】
各櫛形電極対１４（各櫛形電極１４ａ、１４ｂ）の構成材料としては、それぞれ、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｙ、Ｐｂ、Ｓｃまたはこれらを含む合金等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
このような２つの櫛形電極対１４を覆うように、二酸化珪素を主材料として構成された二酸化珪素層１５が形成されている。本実施形態では、二酸化珪素層１５は、各櫛形電極対１４および圧電体層１３のそれぞれに接するように形成されている。
【００２７】
二酸化珪素層１５は、弾性波デバイス１０の温度補償（例えば、温度変化に伴って発振周波数が変動する現象を低減すること）や、弾性波デバイス１０の表面保護等の機能を有するものである。本実施形態では、二酸化珪素層１５は、各櫛形電極対１４と、櫛形電極対１４によって励振される弾性表面波の伝播経路を完全に被覆している。
この二酸化珪素層１５は、後述するように、酸素流量比６０％以上の雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことにより形成されたものである。
【００２８】
このような二酸化珪素層１５は、二酸化珪素層のアモルファス構造を有しているが、かかるアモルファス構造中において、例えば酸素欠乏型欠陥のような構造欠陥を伴う３員環以上の環状構造（特に３員環の平面リング状構造）の数を少なくすることができる。そのため、かかる二酸化珪素層１５は、構造欠陥が少ない膜質を有するので、弾性波デバイス１０の特性を向上させることができる。また、かかる二酸化珪素層１５は、特に化学的に不安定な平面リング構造をなす３員環などの環状構造の数が少ないため、膜質の安定性に優れ、弾性波デバイス１０の優れた特性を長期に亘って維持すること（デバイス特性の安定性を向上させること）ができる。
【００２９】
また、このような二酸化珪素層１５は、ラマン分光法で解析した際に、得られるスペクトルにおいて、波数８００〜８５０ｃｍ−１の領域に存在するピークの強度をＰｓとし、波数４７５〜５１５ｃｍ−１の領域に存在するピークの強度をＰ４としたとき、Ｐ４／Ｐｓが、１．２以下であるのが好ましく、１．１以下であるのがより好ましい。
ここで、上記の波数８００〜８５０ｃｍ−１の領域内に存在するピークは二酸化珪素層１５のアモルファス構造中のＳｉ−Ｏ結合のＬＯモード（縦光学モード）に対応するピークであり、また、波数４７５〜５１５ｃｍ−１の領域に存在するピークは４員環の振動モードに対応するピークである。したがって、かかるスペクトルにおける両ピークの強度比Ｐ４／Ｐｓが前述したような条件を満たしていると、構造欠陥を伴う４員環の環状構造を少なくすることができる。その結果、弾性波デバイス１０のデバイス特性およびその安定性の向上を向上させることができる。また、４員環の環状構造に対応するピークは強度が比較的高いので、前述したような強度比Ｐ４／Ｐｓは、二酸化珪素層１５の膜質を正確に反映した指標として用いることができる。
【００３０】
また、二酸化珪素層１５は、ラマン分光法で解析した際に、得られるスペクトルにおいて、波数８００〜８５０ｃｍ−１の領域に存在するピークの強度をＰｓとし、波数６００〜６２０ｃｍ−１の領域に存在するピークの強度をＰ３としたとき、Ｐ３／Ｐｓが１．０以下であるのが好ましく、０．９７以下であるのがより好ましい。
ここで、上記の波数６００〜６２０ｃｍ−１の領域内に存在するピークは３員環の環状構造に対応するピークである。したがって、かかるスペクトルにおける両ピークの強度比Ｐ３／Ｐｓが前述したような条件を満たしていると、構造欠陥を伴う３員環の環状構造の数を少なくすることができる。その結果、弾性波デバイス１０のデバイス特性およびその安定性の向上を向上させることができる。また、３員環の環状構造に対応するピークは比較的小さいが、３員環の環状構造は平面リング構造をなし化学的に不安定でありアモルファス構造中の構造欠陥に強く相関しているため、二酸化珪素層の膜質を反映する指標として好適である。
【００３１】
また、二酸化珪素層１５は、ラマン分光法で解析した際に、得られるスペクトルにおいて、波数２５０〜５１０ｃｍ−１の領域の強度を積分した値をＩ１とし、波数８００〜８４０ｃｍ−１の領域の強度を積分した値をＩ２としたとき、Ｉ１／Ｉ２が５０以下であるのが好ましい。
ここで、波数２５０〜５１０ｃｍ−１の区間は４員環以上の環状構造に対応するピーク群が存在する領域であり、波数８００〜８４０ｃｍ−１の区間は上記ＬＯモードに対応するピークが存在する領域である。したがって、かかるスペクトルにおける両領域の強度積分値の比Ｉ１／Ｉ２が前述したような条件を満たしていると、構造欠陥を伴う４員環以上の環状構造を少なくすることができる。その結果、弾性波デバイス１０のデバイス特性およびその安定性の向上を向上させることができる。また、４員環以上の環状構造に対応するピークは強度が高く、しかも、アモルファス構造中の構成比率も高いものと思われるので、当該領域の強度積分値の比率は構造欠陥の程度を正確に表す良好な指標として用いることができる。
【００３２】
また、二酸化珪素層１５では、下記式（Ｉ）に示すコーシーの分散式における定数項Ａが１．４４〜１．４６であるのが好ましい。
ｎ２＝Ａ＋Ｂ／λ２・・・（Ｉ）
（ただし、式（Ｉ）中、λは、光の波長であり、ｎは、波長λの光に対する前記二酸化珪素層の屈折率であり、ＡおよびＢは、それぞれ、定数である。）
【００３３】
ここで、定数項Ａは波長λに依存しない項である。なお、ここで示した上記の分散式はλの−２乗の項（係数Ｂを有する項）よりも高次の項を省略した簡易式である。
かかる定数項Ａが前述したような条件を満たしていると、３員環以上の環状構造の数を少なくして、弾性波デバイス１０のデバイス特性およびその安定性の向上を向上させることができる。特に、定数項Ａが１．４４〜１．４５であると、二酸化珪素層１５をスパッタリング法で形成するのが容易となるので、好ましい。
以上のように構成された弾性波デバイス１０は、以下のようにして製造することができる。
【００３４】
図２は、図１に示す弾性波デバイスの製造方法を説明するための図（断面図）、図３は、図１に示す弾性波デバイスの二酸化珪素層の形成に用いるスパッタリング装置の一例の概略構成を示す図である。
弾性波デバイス１０の製造方法は、［１］硬質層１２を形成する工程と、［２］圧電体層１３を形成する工程と、［３］２つの櫛形電極対１４を形成する工程と、［４］二酸化珪素層１５を形成する工程とを有する。
【００３５】
以下、各工程を順次説明する。
［１］ 硬質層１２の形成工程
まず、基板１１を用意し、図２（ａ）に示すように、基板１１上に硬質層１２を形成する。
硬質層１２の形成には、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射、シート状部材の接合等を用いることができる。
特に、硬質層１２をダイヤモンドで構成する場合、その形成方法には、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、電子ビーム蒸着法等を用いることができる。また、硬質層１２をダイヤモンド状炭素で構成する場合、その形成には、プラズマＣＶＤ法、イオンビーム蒸着法、スパッタリング法等を用いることができる。
［２］ 圧電体層１３の形成工程
次に、図２（ｂ）に示すように、硬質層１２上に圧電体層１３を形成する。
圧電体層１３の形成には、前述した工程［１］の硬質層１２の形成方法と同様の方法を用いることができる。
【００３６】
［３］ 櫛形電極対１４の形成工程
次に、図２（ｃ）に示すように、圧電体層１３上に、２つの櫛形電極対１４を形成する。その際、例えば、圧電体層１３上に導電性材料層を形成した後、この導電性材料層に２つの櫛形電極対１４に対応する形状のマスクを用いて、エッチングを施すことにより櫛形電極対１４を得る。これにより、基板１１上に硬質層１２、圧電体層１３、櫛形電極対１４が順次設層された構造体である基材１００を得る。
【００３７】
導電性材料層の形成には、例えば、ディッピング法、印刷法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、溶射、金属箔の接合等を用いることができる。
また、エッチングには、例えば、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）、プラズマエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチングのようなドライエッチング、ウェットエッチング等を用いることができる。
【００３８】
［４］ 二酸化珪素層１５の形成工程
次に、図２（ｄ）に示すように、圧電体層１３上に、２つの櫛形電極対１４を覆うように、二酸化珪素層１５を形成する。
二酸化珪素層１５は、例えば、ＲＦ（高周波）マグネトロンスパッタリング装置やＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）スパッタリング装置等を用いたスパッタリングによって形成することができる。これらのスパッタリング装置では、装置のチャンバー内に酸素流量比６０％以上の雰囲気となるようにＡｒ等の不活性ガスと、酸素ガスとを供給しながら、所定の内圧となるように排気を行った状態で、二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを実施する。
より具体的に説明すると、二酸化珪素層１５は、例えば、図３に示すようなスパッタリング装置２００を用いて形成される。
【００３９】
図３に示すスパッタリング装置２００は、イオンビームを照射するイオン源（イオンビーム源）２０１と、イオンビームの方向に電子を放出するニュートラライザ２０２と、真空チャンバ２０３と、真空チャンバ２０３内の圧力を制御する排気ポンプ２０４と、二酸化珪素層１５が形成されるべき基材１００を真空チャンバ２０３内に固定する基材ホルダー２０５と、ターゲット５００を保持するターゲット保持部材（バッキングプレート）２０６とを有している。
【００４０】
イオン源２０１は、イオンビームを照射するものであり、本実施形態では、ＲＦイオン源を用いている。イオン源（ＲＦイオン源）２０１では、酸素を含むガスをガス供給源２０７から供給するとともに、当該ガスをＲＦ放電させることにより、イオン化（プラズマ化）させる。そして、グリッド（図示せず）間に電圧を印加することにより、イオン化（プラズマ化）されたガスをイオンビームとして出射させる。
【００４１】
ニュートラライザ２０２は、イオンビームの方向に電子を放出するものである。これにより、ターゲット５００等に、過剰な電荷が溜まるのを防止抑制することができ、継続的に成膜を行った場合であっても、スパッタ粒子を基材１００に向けて安定的に引き出すことができる。
また、ターゲット保持部材２０６は、通常、ステンレス鋼、銅、銅合金等の熱伝導性に優れる金属材料で構成されている。二酸化珪素層１５の形成時には、ターゲット５００は、Ｉｎ等のボンディング剤を介して、ターゲット保持部材２０６に固定される。
【００４２】
以上のように構成されたスパッタリング装置２００を用いて二酸化珪素層１５を形成するに際しては、まず、真空チャンバ２０３内のターゲット保持部材２０６に、ＳｉＯ２で構成されたターゲット５００を設置する。
そして、真空チャンバ２０３内の基材ホルダー２０５に、基材１００（基板１１上に硬質層１２、圧電体層１３、櫛形電極対１４が順次設層された構造体）を設置する。
その後、排気ポンプ２０４により、真空チャンバ２０３内を減圧する。
【００４３】
次に、イオン源２０１内に、ガス供給源２０７よりガス（後に詳述するような酸素を含むガス）を供給するとともに、イオン源２０１において放電（ＲＦまたはＤＣ放電）を行うことにより、導入されたガスをイオン化（プラズマ化）する。そして、図示しないグリッド間に電圧を印加することにより、イオン化（プラズマ化）されたガスを加速し、イオンビームとして、ターゲット５００に向けて出射させる。
【００４４】
一方、ニュートラライザ２０２からは、イオン源２０１から出射されたイオンビームの方向に向けて、電子を放出させる。これにより、イオン源２０１から出射されたイオンビームの電気的な中和が進行する。そのため、ターゲット５００等に過剰な電荷が溜まるのを防止抑制することができ、継続的に成膜を行った場合であっても、スパッタ粒子を基材１００に向けて安定的に引き出すことができる。
【００４５】
イオン源２０１から出射されたイオンビーム（ニュートラライザ２０２からの電子により電気的な中和が進行したビーム）は、ターゲット５００に衝突する。これにより、ターゲット５００からは、スパッタ粒子が引き出され、当該スパッタ粒子を基材１００上に入射、堆積させる。
そして、上記のようなイオンビームの照射を続けることにより、スパッタ粒子の基材１００上への入射、堆積が進行し、基材１００上に二酸化珪素層１５が形成される。これにより、弾性波デバイス１０が得られる。
【００４６】
スパッタリングによる二酸化珪素層の形成に際して、従来では、酸素流量比２０〜４０％程度の雰囲気中でスパッタリングを行うことが一般的であるが、本発明者等は、酸素流量比６０％以上の雰囲気中でスパッタリングを行うことで、形成される二酸化珪素層のアモルファス構造中における３員環以上の環状構造の比率を低くすること、すなわち、構造欠陥の少ない二酸化珪素層が得られることを見出した。
例えば、前述したようなスパッタリング装置２００を用いて二酸化珪素層１５を形成する場合、ガス供給源２０７は、イオン源２０１に、酸素流量比６０％以上のガス（例えば、酸素ガスおよびアルゴンガスの混合ガス）を供給する。
【００４７】
すなわち、真空チャンバ２０３内に酸素流量比６０％以上で酸素ガスを供給する。なお、本実施形態では、酸素ガスをイオン源２０１を経由して真空チャンバ２０３内に供給するが、イオン源２０１を経由せずに直接真空チャンバ２０３内に酸素ガスを供給してもよい。この場合、真空チャンバ２０３内に酸素流量比６０％以上で酸素ガスが供給されていれば、ガス供給源２０７は、イオン源２０１に、アルゴンガスおよび酸素ガスの混合ガスを供給してもよいし、アルゴンガスのみを供給してもよい。また、ガス供給源２０７からイオン源２０１に供給されるガス（プラズマ化させるガス）としては、上記のアルゴンガスおよび酸素ガスに限定されない。
【００４８】
ここで、酸素流量比とは、スパッタリング時に真空チャンバ２０３内に導入されるガスの全流量における酸素ガスの占める割合を言う。例えば、スパッタリング時に真空チャンバ２０３に不活性ガスおよび酸素ガスが導入される場合、酸素流量比は、（酸素ガス流量［ｓｃｃｍ］／（不活性ガス流量［ｓｃｃｍ］＋酸素ガス流量［ｓｃｃｍ］）である。また、酸素流量比は、真空チャンバ２０３の内圧における酸素ガスの分圧の比率に対応している。
【００４９】
また、真空チャンバ２０３内に酸素流量比６０％以上で酸素ガスが供給されていればよいが、酸素流量比７５〜９５％とすることがより好ましい。これにより、構造欠陥の少ない二酸化珪素層１５を簡単かつ確実に得ることができる。これに対し、酸素流量比が前記上限値を超えると（大きくなる過ぎると）、スパッタ効率が低下する傾向を示す。
また、ガス供給源２０７からイオン源２０１に導入されるガスは、一定の組成を有するものであってもよいが、組成が経時的に変化するものであってもよい。例えば、イオン源２０１に導入するガスの酸素濃度（酸素流量比）を経時的に変化させてもよい。
【００５０】
この場合、イオン源２０１に導入するガスとしてアルゴンガスおよび酸素ガスの混合ガスを用い、この混合ガス中における酸素ガスの濃度（酸素流量比）を経時的に増加させると、初期段階では、酸素（Ｏ２）に比べてプラズマ化しやすいアルゴンガスの比率を高めることにより、プラズマを効率良く発生させることができるとともに、その後には、酸素を高い濃度で含むイオンビームを照射することができる。
以上のような工程を経て、本発明の弾性波デバイス１０が製造される。この弾性波デバイス１０の電気的特性および温度特性は、例えば、ネットワークアナライザ等を用いることにより確認することができる。
【００５１】
＜他の実施形態＞
本発明は、二酸化珪素層が圧電体層および櫛形電極対のうちの少なくとも一方に接した構成であれば、前述した構成に限られず、本発明を適用することができる。ここで、前述した弾性波デバイス１０の構成以外に本発明を適用可能な弾性波デバイスの構成例を説明する。
【００５２】
図４は、本発明を適用可能な弾性波デバイスの構成例を示す断面図である。
なお、以下の説明では、前述した実施形態と同様の構成に関しては、その説明を省略する。
図４（ａ）に示す弾性波デバイスは、前述した基板１１と同様の基板１上に、圧電体層１３と同様の圧電体層２、櫛形電極対１４と同様の２つの櫛形電極対３、二酸化珪素層１５と同様の二酸化珪素層４がこの順で積層されている。
【００５３】
図４（ｂ）に示す弾性波デバイスは、基板１上に、２つの櫛形電極対３、圧電体層２、二酸化珪素層４がこの順で積層されている。
図４（ｃ）に示す弾性波デバイスは、基板１上に、二酸化珪素層４、２つの櫛形電極対３、圧電体層２がこの順で積層されている。
図４（ｄ）に示す弾性波デバイスは、基板１上に、二酸化珪素層４、圧電体層２、２つの櫛形電極対３がこの順で積層されている。
【００５４】
以上のように、二酸化珪素層が圧電体層および櫛形電極対のうちの少なくとも一方に接した構成であれば、本発明の効果を発揮することができる。特に、図１や図４に示すように、二酸化珪素層が圧電体層および櫛形電極対３の双方に接するように形成されている場合に、本発明の効果が顕著である。
以上、本発明の弾性波デバイスの実施形態を説明したが、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００５５】
例えば、前述した実施形態の弾性波デバイスとしては、弾性表面波素子を一例として挙げて説明したが、本発明は弾性表面波素子に限らず、各種の圧電振動素子、例えば、圧電体の表裏両面を電極で挟んだ構造等を有するＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave）素子、具体的には、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）型の素子構造を備えたもの、音響インピーダンスの異なる層を交互に繰り返し積層してなる音響反射多層膜を上記の積層構造と基板との間に配置したＳＭＲ（Solid Mounted Resonator）型の素子構造を備えたものなどにも同様に適用することができる。
【００５６】
また、電極構造も図示例に限定されず、種々の電極構造を用途に応じて構成できる。例えば、共振器を構成する場合には入出力電極を構成するくし形電極対の両側に、間隔を隔てて一対の反射器を配設することができる。
また、前述した実施形態（図１）において、櫛形電極対１４とは反対側の圧電体層１３の面（図示下面）上にアルミニウムや金等で構成された短絡電極を形成してもよい。この場合、短絡電極は、平面視にて櫛形電極対１４の形成範囲にのみ形成してもよいし、伝播領域を含めて形成してもよい。このような短絡電極を設けると、圧電体層１３の櫛形電極対１４の形成された面とは反対側の面を等電位化し、励振効率を高めることができる。
【実施例】
【００５７】
以下、本発明の具体的な実施例を説明する。
１．弾性波デバイスの作製
（実施例１）
図１に示すような構成の弾性波デバイスを作製した。
具体的には、まず、基板（平均厚さ８００μｍのシリコン基板）上に硬質層（平均厚さ２０μｍの多結晶ダイヤモンド膜）が形成されたものを用意した。
【００５８】
そして、硬質層上にＲＦスパッタリング法でＺｎＯを厚さ４７５ｎｍとなるまで成長させ、これによって圧電体層を形成した。ここで、ＲＦスパッタリングは、ターゲット材としてＺｎＯの焼結体、反応ガスとしてアルゴンガス（流量５０ｓｃｃｍ）および酸素ガス（流量５０ｓｃｃｍ）の混合ガスを用い、ＲＦ電力を１．０ｋＷとし、ガス圧力（雰囲気圧）を１．０Ｐａとし、成膜温度を５００℃とした条件で行った。
【００５９】
次に、形成された圧電体層上にＤＣスパッタリング法によりアルミニウムを被着させ、金属材料層を平均厚さ４２ｎｍとなるように形成した。このＤＣスパッタリングは、ターゲット材としてアルミニウム板、反応ガスとしてアルゴンガス（流量５０ｓｃｃｍ）を用い、ＤＣ電力を１．０ｋＷとし、ガス圧力を１．０Ｐａとし、成膜温度を室温とした条件で行った。
【００６０】
次に、形成された金属材料層上にフォトリソグラフィ法により櫛形電極対を形成するための所望のレジスト層を形成し、このレジスト層をマスクとして、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりエッチングを施し、不要部分を除去して２つ（入力用および出力用）の櫛形電極対を形成した。ここで、反応性イオンエッチングのエッチングガスとしてＢＣｌ３およびＣｌ２を主成分とするものを用いた。
【００６１】
次に、ＲＦマグネトロンスパッタリング法により２つの櫛形電極対を覆うように圧電体層上および櫛形電極対上にＳｉＯ２を被着させ、平均厚さ４２０ｎｍの二酸化珪素層を形成した。ここで、二酸化珪素層の形成に際しては、ターゲットとして溶融石英を用い、アルゴンガスおよび酸素ガスを真空チャンバに供給しながら、カソードに１３．５６ＭＨｚの高周波を印加し、ＲＦ電力を１．０ｋＷとし、ガス圧力を０．５Ｐａとし、成膜温度を２００℃とした条件で行った。また、真空チャンバへのアルゴンガスおよび酸素ガスの供給に際し、アルゴンガスの流量を５ｓｃｃｍとし、酸素ガスの流量を４５ｓｃｃｍとし、酸素流量比（酸素ガス流量）／（アルゴンガス流量＋酸素ガス流量）を９０％とした。
以上のようにして実施例１の弾性波デバイスを作製した。
（実施例２）
二酸化珪素層の形成に際し、酸素流量比を８０％とした以外は、前述した実施例１と同様にして弾性波デバイスを作製した。
【００６２】
（比較例１）
二酸化珪素層の形成に際し、酸素流量比を３４％とした以外は、前述した実施例１と同様にして弾性波デバイスを作製した。
（比較例２）
二酸化珪素層の形成に際し、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）スパッタリング装置（メタルモード）を用いた以外は、前述した実施例１と同様にして弾性波デバイスを作製した。
ここで、二酸化珪素層の形成に際し、ＥＣＲスパッタリングは、マイクロ波電力を５００Ｗとし、高周波電力を５００Ｗとし、コイル電流を２６Ａ／２６Ａとし、酸素流量比を１６％とし、圧力を０．１４５Ｐａとした条件で行った。
【００６３】
（比較例３）
二酸化珪素層の形成に際し、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）スパッタリング装置（オキサイドモード）を用いた以外は、前述した実施例１と同様にして弾性波デバイスを作製した。
ここで、二酸化珪素層の形成に際し、ＥＣＲスパッタリングは、マイクロ波電力を５００Ｗとし、高周波電力を５００Ｗとし、コイル電流を２６Ａ／２６Ａとし、酸素流量比を１８．５％とし、圧力を０．１５６Ｐａとした条件で条件で行った。
【００６４】
２．評価
各実施例および各比較例について、二酸化珪素層をラマン分光法で解析した。
＜ラマン分光スペクトル＞
各実施例および各比較例について、ラマン分光スペクトルを測定した。その結果を図５および図６に示す。
【００６５】
図５は、実施例１および比較例１にかかる二酸化珪素層のラマン分光スペクトルを示すグラフであり、図６は、実施例２および比較例１〜３にかかる二酸化珪素層のラマン分光スペクトルを示すグラフである。
ここで、ラマン分光スペクトルの測定には、ラマン分光スペクトル用評価試料として、シリコン基板上にスパッタリングによりアルミニウム薄膜を３０ｎｍ成膜し、このアルミニウム薄膜上に各実施例および各比較例と同様の方法により二酸化珪素層を形成したものを用いた。
【００６６】
また、ラマン分光スペクトルの測定では、光源として５１４．５ｎｍのレーザ光（Ａｒレーザ）を用い、このレーザ光を二酸化珪素層表面に照射し、ラマン散乱光を分光器（ダブルモノクロメータ）にて分光して光電子増倍管で検出した。
各実施例および各比較例に関して、図３および図４に示すように、いずれのラマン分光スペクトルにおいても、８４０ｃｍ−１付近にＳｉ−ＯボンドのＬＯモードの格子振動に対応するピークＰｓが観測され、また、６１０ｃｍ−１付近に３員環の格子振動に対応するピークＰ３が観測され、さらに、４９５ｃｍ−１付近に４員環の格子振動に対応するピークＰ４が観測された。
【００６７】
また、ピークＰ４を最大波数域にあるピークとして、その低波数側に広がる範囲（ほぼ波数３７０〜５００ｃｍ−１の範囲）に複数のピーク群Ｐｇが見られた。これらのピーク群Ｐｇは、ピークＰ４を含め４員環以上の環状構造に起因する格子振動に対応する複数のピークを含んでいる。３員環や４員環以上の環状構造は、構造欠陥（例えば、酸素欠乏型欠陥）を伴うものであり、これらのピークＰ３およびＰ４並びにピーク群Ｐｇの強度が大きいほど膜質が悪いことを意味する。
【００６８】
＜ラマン分光スペクトルのピーク強度比＞
図３から明らかなように、比較例１では、ピークＰ３およびＰ４並びにピーク群Ｐｇの強度が比較的高い。これに対し、実施例１では、ピークＰ３およびＰ４並びにピーク群Ｐｇの強度がいずれも比較的低くなっている。
ここで、実施例１、２および比較例１に関し、ピークＰｓの強度に対するピークＰ３およびＰ４のそれぞれの強度比（Ｐ３／ＰｓおよびＰ４／Ｐｓ）を算出した。その結果を図７に示す。
【００６９】
図７は、二酸化珪素層のラマン分光スペクトルのピーク強度比と、スパッタリング時の酸素流量比との関係を示すグラフである。
図４から明らかなように、強度比Ｐ３／ＰｓおよびＰ４／Ｐｓは、いずれも、酸素流量比が増加するに従って低下しており、酸素流量比と相関性を有していることがわかる。
また、比較例１では、強度比Ｐ３／Ｐｓが１．１０、強度比Ｐ４／Ｐｓが１．２７であり、また、比較例２では、強度比Ｐ３／Ｐｓが１．０７、強度比Ｐ４／Ｐｓが１．３２であった。これに対し、実施例１では、強度比Ｐ３／Ｐｓが０．９４、強度比Ｐ４／Ｐｓが１．０５であり、また、実施例２では、強度比Ｐ３／Ｐｓが０．９６、強度比Ｐ４／Ｐｓが１．１９であった。
【００７０】
なお、ピークＰ３は構造欠陥と強い関係にある３員環に対応するものであるため、強度比Ｐ３／Ｐｓは二酸化珪素層の膜質を表す指標としては好適なものである。ただし、ピークＰ３はピーク強度そのものが弱いため、測定精度は必ずしも高くない。一方、ピークＰ４は４員環に対応するものであるが、そのピーク強度はピークＰ３に比べて強いため、強度比Ｐ４／Ｐｓの測定精度は高く、二酸化珪素層の膜質を表す指標としてより正確なものである。
また、上記ラマン分光スペクトルにおいて、２５０〜５１０ｃｍ−１の波数範囲の強度積分値Ｉ１と、８００〜８４０ｃｍ−１の波数範囲の強度積分値Ｉ２との比Ｉ１／Ｉ２を調べたところ、比較例１ではＩ１／Ｉ２＝５３であったのに対し、実施例１ではＩ１／Ｉ２＝４８であった。
【００７１】
＜アニール処理によるラマン分光スペクトルの変化＞
実施例１および比較例１に関し、二酸化珪素層にアニール処理を施し、その前後でのラマン分光スペクトルを前述の方法と同様にして測定した。その結果を図８および図９に示す。
図８は、比較例１にかかる二酸化珪素層のアニール処理前後のそれぞれのラマン分光スペクトルを示すグラフであり、図９は、実施例１にかかる二酸化珪素層のアニール処理前後のそれぞれのラマン分光スペクトルを示すグラフである。
ここで、アニール処理は、真空雰囲気中において３００℃で３０分間実施した。
【００７２】
図８に示すように、比較例１では、アニール処理によってピークＰ３およびＰ４並びにピーク群Ｐｇが大きく低減されていることから、３員環、４員環以上の環状構造に伴う構造欠陥が低減されることがわかる。すなわち、比較例１の二酸化珪素層は構造欠陥が多いことから、構造的な安定性に乏しいことがわかる。
一方、図９に示すように、実施例１では、アニール処理を施してもピークＰ３およびＰ４並びにピーク群Ｐｇの強度がほとんど変化していない。すなわち、実施例１の二酸化珪素層は構造欠陥が少ないことから、構造的な安定性が高いことがわかる。
【００７３】
＜挿入損失＞
実施例１および比較例１の弾性表面波デバイスについて、それぞれ、フィルタ特性として、Ｓパラメータの測定結果から挿入損失の周波数特性を求めた。その結果を図１０に示す。
図１０は、比較例１（図示点線）および実施例１（図示実線）にかかる弾性波デバイスの挿入損失の周波数依存性を示すグラフである。
ここで、Ｓパラメータの測定はヒューレットパッカード社製のベクトルネットワークアナライザＨＰ８７５３ｃ（製品番号）を用いた。
【００７４】
図１０に示すように、通過帯域における挿入損失は、比較例１では−６．５ｄＢであったが、実施例１では−５．３ｄＢとなり、大幅に向上した。これは上述のように比較例１に対して実施例１では構造欠陥が少なくなった結果、反射係数および電気機械結合係数が増大したことを意味する。このように性能向上が図られることで、デバイス（ＳＡＷフィルタ）の小型化を図ることが可能になる。
【００７５】
＜周波数変動率＞
次に、実施例１および比較例１の弾性表面波デバイスについて、圧力１０−８Ｐａ以下の真空容器内で３００℃、３時間のアニール処理を施し、その後、弾性波デバイスとパッケージをアルミニウム線でボンディングし、窒素雰囲気中にてシーム溶接によってリッドとパッケージを接合し、弾性波デバイスをパッケージ内に封入した。そして、このように完成させた製品に発振周波数測定を行ってから、８５℃の恒温槽内に保管し、所定時間ごとに発振周波数測定を行い、時間の経過による周波数の変動特性を調べた。その結果を図１１に示す。
【００７６】
図１１は、比較例１および実施例１にかかる弾性表面波デバイスの高温放置試験における周波数の時間変動を示すグラフである。
図１１に示すように、発振周波数の変動率ΔＦは、比較例１では１００時間経過で−４０ｐｐｍ、３００時間経過で−８０ｐｐｍとなり、６００時間経過すると周波数変動量は−１００ｐｐｍを越えた。これに対し、実施例１では、３００時間を越えてもほとんど発振周波数の変動は観察されなかった。すなわち、実施例１の弾性波デバイスでは、上記のような加熱条件においても周波数の変動は全く発生しなかった。
以上のように、二酸化珪素層の構造欠陥が少なくなるに従ってデバイス特性が向上し、特に、周波数の安定性がきわめて高く、加温状態における時間経過による周波数の変動もほとんどないことがわかる。
【００７７】
＜コーシーの分散式における定数項Ａ＞
以上の説明では、膜質（構造欠陥の程度）に着目して二酸化珪素層のラマン分光スペクトルと弾性表面波デバイスの特性との関係を見てきたが、二酸化珪素層の膜質を反映する他の特性指標としては、光学定数（屈折率）が挙げられる。
そこで、各実施例および各比較例について、二酸化珪素層の光学定数を測定し、デバイス特性との関係を検討した。
【００７８】
ここで、二酸化珪素層の光学定数の測定には、測定用試料として、シリコン基板上に各種方法により約７０ｎｍの厚みの二酸化珪素層を形成したものを用いた。また、測定用試料として、前述した実施例１、２および比較例１〜３と同様の条件でそれぞれ二酸化珪素層を形成した。すなわち、ＲＦマグネトロンスパッタリングにて酸素流量比を５％、３４％（比較例１）、８０％（実施例２）、９０％（実施例１）のそれぞれの条件で二酸化珪素層を形成したもの、ＥＣＲスパッタリング（メタルモード）にて酸素流量比１６％（比較例３）、ＥＣＲスパッタリング（オキサイドモード）にて酸素流量比１８．５％（比較例４）の条件で二酸化珪素層を形成したものをそれぞれ用意した。そして、これらの試料における二酸化珪素層の光学定数を測定するとともに、一般的なＣＶＤ法で成膜したものの文献データ（文献名：非晶質シリカ材料応用ハンドブックサイペック 1999/05出版 編集委員長 川副博司 リアライズ社）、熱酸化膜、溶融石英のそれぞれの光学定数を調べた。
【００７９】
光学定数の決定には、ＳＯＰＲＡ社の分光エリプロメトリ装置ＳＥ−５を用いた。また、光学定数は、計測データを光学分散式にフィッティングすることによって求めた。このようにして得た光学定数の算出結果を図１２に示す。ここで示す光学定数は、前述したコーシーの分散式における定数項Ａ（波長λに依存しない項）である。
一般的に、熱酸化膜や溶融石英は構造欠陥が少なく、構造的に安定であることが知られているが、これらと比較すると、比較例１〜３の定数項Ａはいずれも熱酸化膜や溶融石英と大きな差を有するのに対して、実施例１、２の定数項Ａは熱酸化膜や溶融石英に極めて近いことがわかる。
【００８０】
また、ＲＦマグネトロンスパッタリングにて成膜した比較例１および実施例１、２等の定数項Ａの酸素流量比依存性を図１３に示す。図１３に示すように、スパッタ時の酸素流量比が増加するに従って定数項Ａが低下していることがわかる。
また、図１３に示すように、コーシー分散式における定数項Ａが１．４４〜１．４６の範囲にあれば、弾性波デバイスに特性向上の効果が得られることがわかった。かかる範囲は、熱酸化膜や溶融石英などといった極めて安定な二酸化珪素の光学特性と合致するものであるからである。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の弾性波デバイスの好適な実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す弾性波デバイスの製造方法を説明するための図である。
【図３】図１に示す性波デバイスの二酸化珪素層の形成に用いるスパッタリング装置の一例の概略構成を示す断面図である。
【図４】本発明を適用可能な弾性波デバイスの構成例を示す断面図である。
【図５】実施例１および比較例１にかかる二酸化珪素層のラマン分光スペクトルを示すグラフである。
【図６】実施例２および比較例１〜３にかかる二酸化珪素層のラマン分光スペクトルを示すグラフである。
【図７】二酸化珪素層のラマン分光スペクトルのピーク強度比と、スパッタリング時の酸素流量比との関係を示すグラフである。
【図８】比較例１にかかる二酸化珪素層のアニール処理前後のそれぞれのラマン分光スペクトルを示すグラフである。
【図９】実施例１にかかる二酸化珪素層のアニール処理前後のそれぞれのラマン分光スペクトルを示すグラフである。
【図１０】比較例１および実施例１にかかる弾性波デバイスの挿入損失の周波数依存性を示すグラフである。
【図１１】比較例１および実施例１にかかる弾性表面波デバイスの高温放置試験における周波数の時間変動を示すグラフである。
【図１２】各種の方法で形成された二酸化珪素の光学定数を示すグラフである。
【図１３】二酸化珪素層の光学定数の酸素流量比依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８２】
１０……弾性表面波デバイス １、１１……基板 １２……硬質層 ２、１３……圧電体層 ３、１４……櫛形電極対 １４ａ、１４ｂ……櫛形電極 ４、１５……二酸化珪素層 １００……基材 ２００……スパッタリング装置 ２０１……イオン源 ２０２……ニュートラライザ ２０３……真空チャンバ ２０４……排気ポンプ ２０５……基材ホルダー ２０６……ターゲット保持部材 ２０７……ガス供給源 ５００……ターゲット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電性を有する圧電体層と、
前記圧電体層の一方の面上に設けられ、通電により前記圧電体層に弾性振動を励起させる１対の電極と、
前記圧電体層および／または前記１対の電極に接合され、二酸化珪素を主材料として構成された二酸化珪素層とを有し、
前記二酸化珪素層は、酸素流量比６０％以上の雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことにより形成されたものであることを特徴とする弾性波デバイス。
【請求項２】
前記二酸化珪素層をラマン分光法で解析した際に、得られるスペクトルにおいて、波数８００〜８５０ｃｍ−１の領域に存在するピークの強度をＰｓとし、波数４７５〜５１５ｃｍ−１の領域に存在するピークの強度をＰ４としたとき、Ｐ４／Ｐｓが１．２以下である請求項１に記載の弾性波デバイス。
【請求項３】
前記二酸化珪素層をラマン分光法で解析した際に、得られるスペクトルにおいて、波数８００〜８５０ｃｍ−１の領域に存在するピークの強度をＰｓとし、波数６００〜６２０ｃｍ−１の領域に存在するピークの強度をＰ３としたとき、Ｐ３／Ｐｓが１．０以下である請求項１または２に記載の弾性波デバイス。
【請求項４】
前記二酸化珪素層をラマン分光法で解析した際に、得られるスペクトルにおいて、波数２５０〜５１０ｃｍ−１の領域の強度を積分した値をＩ１とし、波数８００〜８４０ｃｍ−１の領域の強度を積分した値をＩ２としたとき、Ｉ１／Ｉ２が５０以下である請求項１ないし３のいずれかに記載の弾性波デバイス。
【請求項５】
下記式（Ｉ）に示すコーシーの分散式における定数項Ａが１．４４〜１．４６である請求項１ないし４のいずれかに記載の弾性波デバイス。
ｎ２＝Ａ＋Ｂ／λ２・・・（Ｉ）
（ただし、式（Ｉ）中、λは、光の波長であり、ｎは、波長λの光に対する前記二酸化珪素層の屈折率であり、ＡおよびＢは、それぞれ、定数である。）
【請求項６】
前記各電極は、櫛形電極であり、該１対の櫛形電極に通電することにより、前記圧電体層に弾性表面波を励振させるように構成されている請求項１ないし５のいずれかに記載の弾性波デバイス。
【請求項７】
前記圧電体層を支持する基板を有する請求項６に記載の弾性波デバイス。
【請求項８】
前記圧電体層は、ダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素で構成された硬質層を介して前記基板上に接合されている請求項７に記載の弾性波デバイス。
【請求項９】
基板を用意する工程と、
前記基板の一方の面上に、圧電材料を主材料として構成された圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の前記基板と反対側の面上に、１対の電極を形成する工程と、
前記１対の電極を覆うように、二酸化珪素を主材料として構成された二酸化珪素層を形成する工程とを有し、
前記二酸化珪素層を形成する工程では、酸素流量比６０％以上の雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことを特徴とする弾性波デバイスの製造方法。
【請求項１０】
基板を用意する工程と、
前記基板の一方の面上に、二酸化珪素を主材料として構成された二酸化珪素層を形成する工程と、
前記二酸化珪素層の前記基板と反対側の面上に、圧電材料を主材料として構成された圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の前記圧電体層と反対側の面上に、１対の電極を形成する工程とを有し、
前記二酸化珪素層を形成する工程では、酸素流量比６０％以上の雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことを特徴とする弾性波デバイスの製造方法。
【請求項１１】
基板を用意する工程と、
前記基板の一方の面上に、１対の電極を形成する工程と、
前記１対の電極を覆うように、圧電材料を主材料として構成された圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の前記１対の電極と反対側の面上に、二酸化珪素を主材料として構成された二酸化珪素層を形成する工程とを有し、
前記二酸化珪素層を形成する工程では、酸素流量比６０％以上の雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことを特徴とする弾性波デバイスの製造方法。
【請求項１２】
基板を用意する工程と、
前記基板の一方の面上に、二酸化珪素を主材料として構成された二酸化珪素層を形成する工程と、
前記二酸化珪素層の前記基板と反対側の面上に、１対の電極を形成する工程と、
前記１対の電極を覆うように、圧電材料を主材料として構成された圧電体層を形成する工程とを有し、
前記二酸化珪素層を形成する工程では、酸素流量比６０％以上の雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことを特徴とする弾性波デバイスの製造方法。
【請求項１】
圧電性を有する圧電体層と、
前記圧電体層の一方の面上に設けられ、通電により前記圧電体層に弾性振動を励起させる１対の電極と、
前記圧電体層および／または前記１対の電極に接合され、二酸化珪素を主材料として構成された二酸化珪素層とを有し、
前記二酸化珪素層は、酸素流量比６０％以上の雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことにより形成されたものであることを特徴とする弾性波デバイス。
【請求項２】
前記二酸化珪素層をラマン分光法で解析した際に、得られるスペクトルにおいて、波数８００〜８５０ｃｍ−１の領域に存在するピークの強度をＰｓとし、波数４７５〜５１５ｃｍ−１の領域に存在するピークの強度をＰ４としたとき、Ｐ４／Ｐｓが１．２以下である請求項１に記載の弾性波デバイス。
【請求項３】
前記二酸化珪素層をラマン分光法で解析した際に、得られるスペクトルにおいて、波数８００〜８５０ｃｍ−１の領域に存在するピークの強度をＰｓとし、波数６００〜６２０ｃｍ−１の領域に存在するピークの強度をＰ３としたとき、Ｐ３／Ｐｓが１．０以下である請求項１または２に記載の弾性波デバイス。
【請求項４】
前記二酸化珪素層をラマン分光法で解析した際に、得られるスペクトルにおいて、波数２５０〜５１０ｃｍ−１の領域の強度を積分した値をＩ１とし、波数８００〜８４０ｃｍ−１の領域の強度を積分した値をＩ２としたとき、Ｉ１／Ｉ２が５０以下である請求項１ないし３のいずれかに記載の弾性波デバイス。
【請求項５】
下記式（Ｉ）に示すコーシーの分散式における定数項Ａが１．４４〜１．４６である請求項１ないし４のいずれかに記載の弾性波デバイス。
ｎ２＝Ａ＋Ｂ／λ２・・・（Ｉ）
（ただし、式（Ｉ）中、λは、光の波長であり、ｎは、波長λの光に対する前記二酸化珪素層の屈折率であり、ＡおよびＢは、それぞれ、定数である。）
【請求項６】
前記各電極は、櫛形電極であり、該１対の櫛形電極に通電することにより、前記圧電体層に弾性表面波を励振させるように構成されている請求項１ないし５のいずれかに記載の弾性波デバイス。
【請求項７】
前記圧電体層を支持する基板を有する請求項６に記載の弾性波デバイス。
【請求項８】
前記圧電体層は、ダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素で構成された硬質層を介して前記基板上に接合されている請求項７に記載の弾性波デバイス。
【請求項９】
基板を用意する工程と、
前記基板の一方の面上に、圧電材料を主材料として構成された圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の前記基板と反対側の面上に、１対の電極を形成する工程と、
前記１対の電極を覆うように、二酸化珪素を主材料として構成された二酸化珪素層を形成する工程とを有し、
前記二酸化珪素層を形成する工程では、酸素流量比６０％以上の雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことを特徴とする弾性波デバイスの製造方法。
【請求項１０】
基板を用意する工程と、
前記基板の一方の面上に、二酸化珪素を主材料として構成された二酸化珪素層を形成する工程と、
前記二酸化珪素層の前記基板と反対側の面上に、圧電材料を主材料として構成された圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の前記圧電体層と反対側の面上に、１対の電極を形成する工程とを有し、
前記二酸化珪素層を形成する工程では、酸素流量比６０％以上の雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことを特徴とする弾性波デバイスの製造方法。
【請求項１１】
基板を用意する工程と、
前記基板の一方の面上に、１対の電極を形成する工程と、
前記１対の電極を覆うように、圧電材料を主材料として構成された圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の前記１対の電極と反対側の面上に、二酸化珪素を主材料として構成された二酸化珪素層を形成する工程とを有し、
前記二酸化珪素層を形成する工程では、酸素流量比６０％以上の雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことを特徴とする弾性波デバイスの製造方法。
【請求項１２】
基板を用意する工程と、
前記基板の一方の面上に、二酸化珪素を主材料として構成された二酸化珪素層を形成する工程と、
前記二酸化珪素層の前記基板と反対側の面上に、１対の電極を形成する工程と、
前記１対の電極を覆うように、圧電材料を主材料として構成された圧電体層を形成する工程とを有し、
前記二酸化珪素層を形成する工程では、酸素流量比６０％以上の雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことを特徴とする弾性波デバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−２８９８０（Ｐ２００８−２８９８０Ａ）
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７５１１（Ｐ２００７−７５１１）
【出願日】平成１９年１月１６日（２００７．１．１６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月１６日（２００７．１．１６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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