弾性波素子、通信モジュール、通信装置
【課題】銅（Ｃｕ）と同レベルの電気機械結合係数ｋ2及び反射率が得られる、アルミニウム（Ａｌ）電極を備えた弾性波素子を実現する。また、弾性波素子の製造プロセスを簡略化する。
【解決手段】圧電基板１１と、圧電基板１１上に配され、アルミニウムもしくはアルミニウムを主成分とする合金を含むＩＤＴ電極１２と、ＩＤＴ電極１２の電極間または電極間の上部に配され、アルミニウムよりも音速が遅い音速調整部材１４と、ＩＤＴ電極１２及び音速調整部材１４を被覆する絶縁膜１３とを備えている。
【解決手段】圧電基板１１と、圧電基板１１上に配され、アルミニウムもしくはアルミニウムを主成分とする合金を含むＩＤＴ電極１２と、ＩＤＴ電極１２の電極間または電極間の上部に配され、アルミニウムよりも音速が遅い音速調整部材１４と、ＩＤＴ電極１２及び音速調整部材１４を被覆する絶縁膜１３とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願の開示は、弾性波素子、通信モジュール、通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性波素子は、例えばテレビジョン受像機、携帯電話端末、ＰＨＳ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られている。弾性波を応用したデバイスの1つとして、弾性表面波（SAW:Surface Acoustic Wave）を用いた弾性表面波素子が以前より良く知られている。この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、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（IF:Intermediate Frequency）、ＦＭ変調器（FM:Frequency Modulation）に用いられる。
【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。提案されたデバイスとは、圧電基板上に櫛型電極を形成し、さらに櫛型電極を覆うように厚い誘電体層を形成したラブ波デバイス、境界波デバイスなどである。
【０００４】
特許文献１及び２は、圧電基板上に、ＩＤＴ（Interdigital Transducer）及び絶縁膜が形成されているラブ波デバイスを開示している。特許文献１及び２が開示しているＩＤＴの電極材料は、圧電基板よりも音速が遅く、かつ抵抗率が低い銅（Ｃｕ）が用いられている。また、非特許文献１は、ＩＤＴ電極がアルミニウム（Ａｌ）で形成されている弾性波デバイスを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３８４１０５３号公報
【特許文献２】特開２００６−２９５９７６号公報
【非特許文献１】Japanese Journal of Applied Physics, Vol.47, No.5, 2008, pp.4052-4055
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１及び２が開示しているようにＩＤＴ電極をＣｕで形成した場合、弾性波デバイスを製造する際のプロセスが複雑になるという問題がある。すなわち、Ｃｕは非常に酸化しやすく、異常拡散を起こしやすいため、一般的に窒化膜などの保護膜を形成することが多い。したがって、製造時のプロセスが複雑になってしまう。また、ＩＤＴ電極にＣｕを用いた場合、プロセス中にＣｕが酸化するのを防止のため、還元剤を塗布する処理を行わなければならないため、製造時のプロセスが複雑になってしまう。
【０００７】
また、非特許文献１が開示しているようにＩＤＴ電極をＡｌで形成した場合、Ａｌは反射率が小さいため、電気機械結合係数ｋ2が小さくなるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願に開示する弾性波素子は、圧電基板と、前記圧電基板上に配され、アルミニウムを含む材料で形成されている櫛型電極と、前記櫛型電極の電極指間、電極指間の上部、または電極指の上部に配されている音速調整部材と、前記櫛形電極及び前記音速調整部材を被覆する絶縁膜とを備え、前記音速調整部材は、アルミニウムよりも音速が遅い材料で形成されている。
【発明の効果】
【０００９】
本願の開示によれば、銅（Ｃｕ）と同レベルの電気機械結合係数ｋ2及び反射率が得られる、アルミニウム（Ａｌ）電極を備えた弾性波素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】弾性波素子の断面図
【図２】実施の形態にかかる弾性波素子の断面図
【図３】実施の形態にかかる弾性波素子の平面図
【図４】電極膜厚と反射率との関係を示す特性図
【図５】電極膜厚と電気機械結合係数との関係を示す特性図
【図６】実施例２にかかる弾性波素子の断面図
【図７】実施例３にかかる弾性波素子の断面図
【図８】実施例４にかかる弾性波素子の断面図
【図９】実施例５にかかる弾性波素子の断面図
【図１０】実施例６にかかる弾性波素子の断面図
【図１１】実施例７にかかる弾性波素子の断面図
【図１２】通信モジュールのブロック図
【図１３】通信装置のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施の形態）
〔１．弾性波素子の構成〕
図１は、ラブ波デバイスの断面図である。図１に示すラブ波デバイスは、圧電基板１、ＩＤＴ電極２、絶縁膜３を備えている。圧電基板１は、圧電定数が大きいＬＴ基板（ＬｉＴａＯ3を用いた基板），ＬＮ基板（ＬｉＮｂＯ3を用いた基板）を採用している。ＩＤＴ電極２は、圧電基板１よりも音速が遅く、かつ抵抗率が低いことが要求されるため、銅（Ｃｕ）を含む材料で形成されている。絶縁膜３は、ＳｉＯ2を含む材料で形成されている。ＳｉＯ2は、ラブ波の発生条件を満たす材料であり、圧電基板１よりも音速が遅くかつ温度係数が圧電基板の温度係数に対して逆符号の正である材料である。
【００１２】
しかし、Ｃｕは非常に酸化しやすく、異常拡散を起こしやすいため、一般的に窒化膜などの保護膜を形成することが多い。したがって、製造プロセスが複雑になる。また、ＩＤＴ電極２をＣｕで形成した場合、製造プロセス中にＣｕが酸化するのを防止するために、還元剤を塗布する処理が必要となる。したがって、製造プロセスが複雑になる。
【００１３】
文献「Japanese Journal of Applied Physics, Vol.47, No.5, 2008, pp.4052-4055」には、Ｃｕに代えてＡｌでＩＤＴ電極を形成した弾性波素子が開示されている。しかしながら、不要波であるレーリー波の抑制のために、絶縁膜の表面形状の制御が必要となり、プロセスマージンが少なくなってしまう。また、ＡｌでＩＤＴ電極を形成した場合、反射率が小さくなるため、電気機械結合係数ｋ2が小さくなってしまう。
【００１４】
本実施の形態にかかる弾性波素子は、電極材料としてＡｌを使用し、Ａｌの高音速特性を補償するため、音速が遅い物質を電極間に配置することを主な特徴としている。
【００１５】
図２は、本実施の形態にかかる弾性波素子の断面図である。図３は、本実施の形態にかかる弾性波素子の平面図である。図２は、図３におけるＺ−Ｚ部の断面図である。図２に示す弾性波素子は、圧電基板１１、ＩＤＴ電極１２、絶縁膜１３、音速調整部材１４を備えている。
【００１６】
圧電基板１１は、圧電定数が大きいＬＴ基板（ＬｉＴａＯ3を用いた基板），ＬＮ基板（ＬｉＮｂＯ3を用いた基板）を採用することができる。
【００１７】
ＩＤＴ電極１２は、Ａｌ膜１２ａとチタン（Ｔｉ）膜１２ｂとの積層膜で形成されている。なお、Ｔｉ膜１２ｂは、Ａｌ膜１２ａと圧電基板１１との密着性を向上させるために設けたものであり、クロム（Ｃｒ）やタンタル（Ｔａ）に置換しても同様の効果が得られる。ＩＤＴ電極１２は、圧電基板１１上に形成されている。図３に示すように、ＩＤＴ電極１２は、互いに対向配置している第１のＩＤＴ電極２１と第２のＩＤＴ電極２２とを備えている。第１のＩＤＴ電極２１は、櫛歯状の複数の電極指２１ａを備えている。第２のＩＤＴ電極２２は、櫛歯状の複数の電極指２２ａを備えている。第１のＩＤＴ電極２１と第２のＩＤＴ電極２２とは、電極指２１ａと電極指２２ａとが交互に対向配置するように配されている。
【００１８】
絶縁膜１３は、ＳｉＯ2で形成されている。絶縁膜１３は、ＩＤＴ電極１２及び音速調整部材１４を覆うように形成されている。ＳｉＯ2は、ラブ波の発生条件を満たす材料であり、圧電基板１１よりも音速が遅くかつ温度係数が圧電基板１１の温度係数に対して逆符号の正である材料である。
【００１９】
音速調整部材１４は、ＩＤＴ電極１２の各電極指の間に配されている。音速調整部材１４は、少なくともＡｌの音速よりも遅い音速を有する材料で形成されている。本実施の形態では、音速調整部材１４の材料は、一例としてレジストを採用している。なお、音速調整部材１４は、少なくともＡｌよりも低音速の材料であればよく、レジスト以外の材料であってもよい。本実施の形態では、音速調整部材１４は、ＪＳＲ株式会社製の層間膜用レジスト「ＷＰＲシリーズ」（商品名）を使用している。図２及び図３に示すように、音速調整部材１４は、ＩＤＴ電極１２の電極指２１ａと電極指２２ａとの間に配されているが、ＩＤＴ電極１２の上、または絶縁膜１３の最表面に配されていても、本実施の形態と同様の効果が得られる。
【００２０】
なお、下記数式に基づいてＭＲ（Metallization Ratio）を調整することにより、電気機械結合係数ｋ2を調整することができる。
【００２１】
ＭＲ（Metallization Ratio）＝電極幅Ｗ１／（電極幅Ｗ１＋電極間幅Ｗ２）
また、電気機械結合係数ｋ2を調整する方法は、ＭＲを調整する方法以外に、ＩＤＴ電極１２の下にアルミナ膜を配置しても、本実施の形態と同様の効果が得られる。
【００２２】
また、本実施の形態では、音速調整部材１４にＪＳＲ株式会社製のＷＰＲレジストを採用しているが、その代わりに東京応化工業株式会社製のＴＭＭＲレジスト、ＴＭＭＦレジストを採用しても、本実施の形態と同様の効果が得られる。また、音速調整部材１４は、臭化カリウム（ＫＢｒ）、窒化ホウ素（ＢＮ）のような音速の遅い絶縁膜を採用しても同様の効果が得られる。また、音速調整部材１４は、金（Ａｕ），銀（Ａｇ），Ｔａなどの金属、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料を絶縁膜で覆った構造でも、本実施の形態と同様の効果が得られる。
【００２３】
図４は、ＩＤＴ電極間にレジストを備えた構造における、ＩＤＴ電極の膜厚と反射率との関係を示す特性図である。図５は、ＩＤＴ電極間にレジストを備えた構造における、電気機械結合係数ｋ2の電極膜厚依存性を示した特性図である。比較したＣｕ電極構造は、Ｃｕ／Ｔｉの膜厚がそれぞれ１４０／２０ｎｍ、下地アルミナ膜厚が１４ｎｍ、絶縁膜（ＳｉＯ2）の膜厚が０．５９μｍである。この構造のＩＤＴ電極を、２ＧＨｚ帯の共振器用の弾性波素子に採用した。このような構成の弾性波素子を有限要素法（ＦＥＭ）を用いて計算を行い、ＡｌでＩＤＴ電極を形成した場合にＣｕと同レベルの電気機械結合係数ｋ2と反射率とが実現できるかを検討した。反射率は、反共振周波数ｆａ（anti-resonance frequency）と反射器のストップバンド上端の周波数との周波数差として評価した。
【００２４】
図４に示すように、Ａｌを含む材料でＩＤＴ電極を形成した場合は、電極膜厚が４５０ｎｍ付近になるように厚膜化することで反射率を向上させることができるが、図５に示すように電気機械結合係数ｋ2が不足する。これは、Ａｌの音速が速いためにラブ波が発生しづらくなり、強度が低下するためである。
【００２５】
一方、ＩＤＴ電極間に音速が遅いレジスト（音速調整部材１４の一例）を配置し、ＭＲを変化させることにより、電気機械結合係数ｋ2と反射率とを変化させることができる。図４及び図５に示すように、ＩＤＴ電極の膜厚が１７５ｎｍでＭＲが３６％前後とすることで、Ｃｕと同レベルの電気機械結合係数ｋ2と反射率とを得ることができることがわかる。
【００２６】
なお、音速調整部材１４は、レジスト以外の材料を使用することができる。例えば、（表１）に示す物性値を有するＡｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、ＷＰＲレジスト（ＪＳＲ株式会社の商品名）、ＳｉＯ2、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ＫＢｒ、ＢＮを使用することができる。（表１）は、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、ＷＰＲレジスト（ＪＳＲ株式会社の商品名）、ＳｉＯ2、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ＫＢｒ、ＢＮの、ヤング率、ポアッソン比、密度、音速を示した表である。なお、音速は、
（ヤング率／密度）0.5
により算出することができる。
【００２７】
【表１】
【００２８】
（表１）に示すように、音速調整部材１４の材料として、少なくともＡｌの音速よりも遅い音速を有する材料を用いることが好ましい。Ａｌよりも低音速の材料としては、例えば、（表１）に示すようにＡｌよりも低音速なＡｕ、Ｔａ、ＷＰＲレジスト、ＫＢｒ、ＢＮを使用することが好ましい。また、音速調整部材１４は、ＷＰＲレジスト、ＫＢｒ、ＢＮ等の絶縁材料で形成することにより、弾性波素子の電気的特性に影響を与えにくいため、電気機械結合係数ｋ2が悪化せず、さらに好ましい。Ｃｕは、Ａｌよりも低音速であるが、前述したように製造プロセスが複雑になるという問題があるため、他の材料を採用することが好ましい。なお、本実施の形態において、Ａｕ／Ｔｉの積層膜を音速調整部材として使用している実施例を記載している。（表１）に示すように、Ｔｉは、Ａｌよりも音速が高いが、実施例においてはＡｕと下層との密着性を上げるために採用しており、膜厚が薄いため、弾性波素子の特性への影響は小さい。
【００２９】
なお、圧電基板１１は、オイラー角が（０，９０，０）のＬＮ（ＬｉＮｂＯ3）基板を使用したが、他のカット角としたり、他の圧電材料を使用しても同様の結果となる。また、ＩＤＴ電極１２は、Ａｌの代わりに、Ｃｒやモリブデン（Ｍｏ）など他の音速の速い金属を使用しても、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態ではラブ波素子で説明したが、ストンリー波やレーリー波などの表面波を利用した素子にも適用できる。
【００３０】
また、例えば米国特許第７４２５７８８号明細書（Ｂ２）に開示されているように、Ａｌ電極を圧電基板に埋め込んだ構造において、さらに電極間に音速が遅い物質を配置することにより、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
また、図８に示すように、ＩＤＴ電極１２の電極指２１ａと電極指２２ａとの間の上部に、音速が遅い物質（音速調整部材１４）を配置する構造でも、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。さらに、図８に示す構成では、弾性波素子作製途中か弾性波素子作製後に、音速が遅い物質（音速調整部材１４）と絶縁膜１３の膜厚を調整することにより、共振周波数と反共振周波数とを同時に調整することができる。これまでは、最上部の膜は一種類しか存在しないために、共振周波数及び反共振周波数のうちいずれか一方しか調整することができなかった。
【００３２】
以下、本実施の形態にかかる弾性波素子の実施例について説明する。
【００３３】
（実施例１）
図２に示すように、実施例１における圧電基板１１は、ＬｉＮｂＯ3単結晶であり、そのカット角はオイラー角表示で（０，９２，０）である。音速調整部材１４は、圧電基板１１上にフォトリソグラフィーを用いてＷＰＲを選択的に形成する。その後、ＩＤＴ電極１２は、圧電基板１１上にフォトリソグラフィーを用いて形成する。ＩＤＴ電極１２は、Ａｌ／Ｔｉの２層構造で、厚さは例えば１００／２０ｎｍである。最後に、絶縁膜１３のＳｉＯ2を、膜厚が７００ｎｍとなるように形成する。
【００３４】
（実施例２）
図６は、実施例２にかかる弾性波素子の断面図である。実施例２にかかる弾性波素子は、二つの物質間にエネルギーを集中させたストンリー波を利用している。実施例２にかかる弾性波素子は、図２に示す弾性波素子における絶縁膜１３の上に、アルミナ膜１５を配置していることを特徴としている。
【００３５】
圧電基板１１は、オイラー角が（０，０，０）のＬＮ（ＬｉＮｂＯ3）基板である。ＩＤＴ電極１２は、Ａｌ／Ｔｉの２層構造となっており、それぞれの膜厚は１５０／２０ｎｍである。絶縁膜１３（ＳｉＯ2）の膜厚は、２０００ｎｍである。アルミナ膜１５の膜厚は、１０００ｎｍである。
【００３６】
（実施例３）
図７は、実施例３にかかる弾性波素子の断面図である。圧電基板１１は、オイラー角が（０，９２，０）のＬＮ（ＬｉＮｂＯ3）基板である。実施例３にかかる弾性波素子は、ＩＤＴ電極１２が圧電基板１１に埋没するように配置していることを特徴としている。
【００３７】
図７に示す弾性波素子を作製するには、まず、圧電基板１１上に、例えば材料がＷＰＲで膜厚が１２０ｎｍの音速調整部材１４を成長させて形成する。次に、音速調整部材１４上にリストオフ用のレジストを塗布し、フォトリソグラフィーを用いてパターニングする。次に、アルゴン（Ａｒ）ガスで圧電基板１１を１２０ｎｍの深さにエッチングする。次に、ＴｉとＡｌを、スパッタリング法を用いて膜厚が２０／１００ｎｍとなるように成長させる。次に、リストオフ用のレジストを剥離液を用いて剥離する。次に、絶縁膜１３（ＳｉＯ2）を、膜厚が６００ｎｍとなるように形成する。最後に、ＣＭＰ法（Chemical Mechanical Polishing）を用いて絶縁膜１３の上面を平坦化する。
【００３８】
（実施例４）
図８は、実施例４にかかる弾性波素子の断面図である。実施例４にかかる弾性波素子は、音速調整部材１４を、ＩＤＴ電極１２の電極指２１ａ及び２１ｂ間の上部において、絶縁膜１３に埋没させて配置していることを特徴としている。
【００３９】
実施例４にかかる弾性波素子を作製する際は、まず、材質がＬｉＮｂＯ3でオイラー角が（０，９２，０）の圧電基板１１上に、Ａｌ膜１２ａとＴｉ膜１２ｂとをスパッタリング法を用いて成長させる。Ａｌ膜１２ａとＴｉ膜１２ｂの膜厚は、それぞれ１００／２０ｎｍとした。次に、Ａｌ膜１２ａとＴｉ膜１２ｂとを、フォトリソグラフィーを用いて、電極形状にパターニングする。次に、絶縁膜（ＳｉＯ2）１３を、スパッタリング法を用いて、膜厚が６００ｎｍとなるように形成する。次に、例えば材料がＷＰＲの音速調整部材１４を、膜厚が１２０ｎｍとなるように成長させる。最後に、ＣＭＰ法を用いて絶縁膜１３の上面を平坦化する。
【００４０】
（実施例５）
図９は、実施例５にかかる弾性波素子の断面図である。実施例５にかかる弾性波素子は、絶縁膜１３の上面におけるＩＤＴ電極１２と重なる位置に音速調整部材１４を配置し、音速調整部材１４を炭化ケイ素（ＳｉＣ）膜１６で覆っていることを特徴としている。
【００４１】
実施例５にかかる弾性波素子を作製する際は、まず、材質がＬｉＮｂＯ3でオイラー角が（０，９２，０）の圧電基板１１上に、Ａｌ膜１２ａとＴｉ膜１２ｂとを、スパッタリング法を用いて成長させる。Ａｌ膜１２ａとＴｉ膜１２ｂの膜厚は、それぞれ１００／２０ｎｍとした。次に、Ａｌ膜１２ａとＴｉ膜１２ｂとを、フォトリソグラフィーを用いて、電極形状にパターニングする。次に、絶縁膜１３（ＳｉＯ2）を、スパッタリング法を用いて、膜厚が２０００ｎｍとなるように形成する。次に、例えば材料がＷＰＲの音速調整部材１４を、膜厚が１２０ｎｍとなるように成長させ、パターニングを行う。なお、絶縁膜１３（ＳｉＯ2）をスパッタリング処理後に周波数を測定し、音速調整部材１４の幅と高さを調整することにより、当該弾性波素子の共振周波数及び反共振周波数を調整することができる。次に、ＳｉＣ膜１６を、絶縁膜１３の上にスパッタリングを用いて、膜厚が１０００ｎｍとなるように形成する。最後に、ＣＭＰ法を用いてＳｉＣ膜１６の上面を平坦化する。
【００４２】
（実施例６）
図１０は、実施例６にかかる弾性波素子の断面図である。実施例６にかかる弾性波素子は、音速調整部材としてＡｕとＴｉを積層したＡｕ／Ｔｉ膜１７を配置していることを特徴としている。Ａｕ／Ｔｉ膜１７は、絶縁膜１３の上面近傍における、ＩＤＴ電極１２の電極指２１ａ及び２２ｂ間に重なる位置に配置されている。
【００４３】
実施例６にかかる弾性波素子を作製する際は、まず、材質がＬｉＮｂＯ3でオイラー角が（０，９２，０）の圧電基板１１上に、Ａｌ膜１２ａとＴｉ膜１２ｂとをスパッタリング法を用いて成長させる。Ａｌ膜１２ａとＴｉ膜１２ｂの膜厚は、それぞれ１００／２０ｎｍとした。次に、フォトリソグラフィーを用いて、電極形状にパターニングする。次に、絶縁膜１３（ＳｉＯ2）を、スパッタリング法を用いて、膜厚が７００ｎｍとなるように形成する。次に、電極指２１ａ及び２２ａの間の上部の絶縁膜１３をパターニングし、深さが１００ｎｍとなるようにエッチングする。次に、絶縁膜１３においてエッチングされた箇所に、Ａｕ膜１７ａ及びＴｉ膜１７ｂを、それぞれ膜厚が９０／１０ｎｍとなるように蒸着する。最後に、ＣＭＰ法を用いて絶縁膜１３及びＡｕ／Ｔｉ膜１７の上面を平坦化する。
【００４４】
また、電極指間上部の絶縁膜１３をパターニングして深さ１００ｎｍにエッチングする前に、当該弾性波素子の共振周波数を測定し、パターニング幅かエッチング深さを調整することにより、周波数調整を行うことができる。周波数を高周波側でも低周波側でも任意の方向に調整することができる。
【００４５】
なお、Ｔｉ膜１７ｂは、Ａｕ膜１７ａと絶縁膜１３（ＳｉＯ2）との密着性を向上させるためのものである。
【００４６】
また、実施例６では、Ａｕ／Ｔｉ膜１７を採用したが、少なくともＡｌよりも音速が遅い物質であればよい。例えば、Ａｕの代わりに、ＡｇやＴａ等の金属や、ＰＺＴなどの圧電性物質を使用しても、本実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
（実施例７）
図１１は、実施例７にかかる弾性波素子の断面図である。実施例７にかかる弾性波素子は、音速調整部材であるＡｕ／Ｔｉ膜１７を、ＩＤＴ電極１２の電極指２１ａと電極２１ｂとの間に配置していることを特徴としている。
【００４８】
実施例７にかかる弾性波素子を作製する際は、材質がＬｉＮｂＯ3でオイラー角が（０，９２，０）の圧電基板１１上に、Ａｌ膜１２ａとＴｉ膜１２ｂとをスパッタリング法を用いて成長させる。Ａｌ膜１２ａとＴｉ膜１２ｂの膜厚は、それぞれ１００／２０ｎｍとした。次に、フォトリソグラフィーを用いて、Ａｌ膜１２ａとＴｉ膜１２ｂとを電極形状にパターニングする。次に、絶縁膜１３（ＳｉＯ2）を、ＣＶＤ法を用いて、膜厚が２０ｎｍとなるように形成する。次に、Ａｕ／Ｔｉ膜１７を、それぞれの膜厚が８０／１０ｎｍとなるように蒸着する。このときＡｕ／Ｔｉ膜１７は、電極指２１ａと電極指２２ａとの間に配置させる。次に、ＣＭＰ法を用いて、ＩＤＴ電極１２、絶縁膜１３、Ａｕ／Ｔｉ膜１７の表面を平坦化する。最後に、平坦化処理した面に、スバッタリング法を用いて、絶縁膜１３（ＳｉＯ2）を膜厚が６００ｎｍとなるように成長させる。
【００４９】
〔２．通信モジュールの構成〕
図１２は、本実施の形態にかかる弾性波素子を備えた通信モジュールの一例を示す。図１２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、受信フィルタ６２ａ、送信フィルタ６２ｂは、本実施の形態にかかる弾性波素子を備えている。
【００５０】
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。
【００５１】
本実施の形態にかかる弾性波素子を通信モジュールに備えることで、弾性波素子における電気機械結合係数ｋ2及び反射率を向上させ、通過特性が優れた通信モジュールを実現することができる。また、通信モジュールの製造プロセスを簡略化することができる。
【００５２】
なお、図１２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実施の形態にかかるフィルタを搭載しても、同様の効果が得られる。
【００５３】
〔３．通信装置の構成〕
図１３は、本実施の形態にかかる弾性波素子、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１３に示す通信装置は、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１３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、受信フィルタ７３ａ、７７〜８０、送信フィルタ７３ｂは、本実施の形態にかかる弾性波素子を備えている。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
本実施の形態にかかる弾性波素子を通信装置に備えることで、電気機械結合係数ｋ2及び反射率を向上させ、通過特性が優れた通信装置を実現することができる。また、通信装置の製造プロセスを簡略化することができる。
【００５８】
〔４．実施の形態の効果、他〕
本実施の形態によれば、銅（Ｃｕ）と同レベルの電気機械結合係数ｋ2及び反射率が得られる、アルミニウム（Ａｌ）電極を備えた弾性波素子を実現することができる。また、弾性波素子を作製する際に、保護膜を形成する処理や還元剤を塗布する処理などが不要となるため、製造プロセスを簡略化することができる。
【００５９】
なお、本実施の形態における圧電基板１１は、本発明の圧電基板の一例である。本実施の形態におけるＩＤＴ電極１２は、本発明の櫛形電極の一例である。本実施の形態における絶縁膜１３は、本発明の絶縁膜の一例である。本実施の形態における絶縁膜１３は、本発明の第１の絶縁膜の一例である。本実施の形態における音速調整部材１４、Ａｕ／Ｔｉ膜１７は、本発明の音速調整部材の一例である。本実施の形態におけるＡｕ膜１７ａは、本発明の第１の金属膜の一例である。本実施の形態におけるＴｉ膜１７ｂは、本発明の第２の金属膜の一例である。本実施の形態におけるアルミナ膜１５、炭化ケイ素膜１６は、本発明の第２の絶縁膜の一例である。
【００６０】
本実施の形態に関して、以下の付記を開示する。
【００６１】
（付記１）
圧電基板と、
前記圧電基板上に配され、アルミニウムを含む材料で形成されている櫛型電極と、
前記櫛型電極の電極指間、電極指間の上部、または電極指の上部に配されている音速調整部材と、
前記櫛形電極及び前記音速調整部材を被覆する絶縁膜とを備え、
前記音速調整部材は、アルミニウムよりも音速が遅い材料で形成されている、弾性波素子。
【００６２】
（付記２）
前記絶縁膜は、
前記櫛形電極及び前記音速調整部材を被覆する第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜よりも音速が速い物質で形成されている第２の絶縁膜とを含む、付記１記載の弾性波素子。
【００６３】
（付記３）
前記櫛形電極は、少なくとも一部が前記圧電基板に埋没している、付記１記載の弾性波素子。
【００６４】
（付記４）
前記音速調整部材は、前記絶縁膜内の上部側に配されている、付記１記載の弾性波素子。
【００６５】
（付記５）
前記音速調整部材は、層間膜用レジスト、臭化カリウム、および窒化ホウ素のいずれかを含む絶縁物質である、付記１記載の弾性波素子。
【００６６】
（付記６）
前記絶縁膜は、酸化シリコンである、付記１記載の弾性波素子。
【００６７】
（付記７）
前記櫛形電極は、
アルミニウムもしくはアルミニウムを主成分とする合金からなる第１の金属膜と、
チタン、クロム、およびタンタルのいずれかを含む第２の金属膜とを含む、付記１記載の弾性波素子。
【００６８】
（付記８）
前記圧電基板は、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムを含む基板である、付記１記載の弾性波素子。
【００６９】
（付記９）
前記第１の絶縁膜が酸化シリコン膜であり、前記第２の絶縁膜がアルミナまたは炭化ケイ素である、付記２記載の弾性波素子。
【００７０】
（付記１０）
付記１〜９に記載の弾性波素子を備えた、通信モジュール。
【００７１】
（付記１１）
付記１０に記載の通信モジュールを備えた、通信装置。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、弾性波素子、通信モジュール、通信装置に有用である。
【符号の説明】
【００７３】
１１ 圧電基板
１２ ＩＤＴ電極
１３ 絶縁膜
１４ 音速調整部材
１７ Ａｕ／Ｔｉ膜
【技術分野】
【０００１】
本願の開示は、弾性波素子、通信モジュール、通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性波素子は、例えばテレビジョン受像機、携帯電話端末、ＰＨＳ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られている。弾性波を応用したデバイスの1つとして、弾性表面波（SAW:Surface Acoustic Wave）を用いた弾性表面波素子が以前より良く知られている。この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、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（IF:Intermediate Frequency）、ＦＭ変調器（FM:Frequency Modulation）に用いられる。
【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。提案されたデバイスとは、圧電基板上に櫛型電極を形成し、さらに櫛型電極を覆うように厚い誘電体層を形成したラブ波デバイス、境界波デバイスなどである。
【０００４】
特許文献１及び２は、圧電基板上に、ＩＤＴ（Interdigital Transducer）及び絶縁膜が形成されているラブ波デバイスを開示している。特許文献１及び２が開示しているＩＤＴの電極材料は、圧電基板よりも音速が遅く、かつ抵抗率が低い銅（Ｃｕ）が用いられている。また、非特許文献１は、ＩＤＴ電極がアルミニウム（Ａｌ）で形成されている弾性波デバイスを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３８４１０５３号公報
【特許文献２】特開２００６−２９５９７６号公報
【非特許文献１】Japanese Journal of Applied Physics, Vol.47, No.5, 2008, pp.4052-4055
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１及び２が開示しているようにＩＤＴ電極をＣｕで形成した場合、弾性波デバイスを製造する際のプロセスが複雑になるという問題がある。すなわち、Ｃｕは非常に酸化しやすく、異常拡散を起こしやすいため、一般的に窒化膜などの保護膜を形成することが多い。したがって、製造時のプロセスが複雑になってしまう。また、ＩＤＴ電極にＣｕを用いた場合、プロセス中にＣｕが酸化するのを防止のため、還元剤を塗布する処理を行わなければならないため、製造時のプロセスが複雑になってしまう。
【０００７】
また、非特許文献１が開示しているようにＩＤＴ電極をＡｌで形成した場合、Ａｌは反射率が小さいため、電気機械結合係数ｋ2が小さくなるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願に開示する弾性波素子は、圧電基板と、前記圧電基板上に配され、アルミニウムを含む材料で形成されている櫛型電極と、前記櫛型電極の電極指間、電極指間の上部、または電極指の上部に配されている音速調整部材と、前記櫛形電極及び前記音速調整部材を被覆する絶縁膜とを備え、前記音速調整部材は、アルミニウムよりも音速が遅い材料で形成されている。
【発明の効果】
【０００９】
本願の開示によれば、銅（Ｃｕ）と同レベルの電気機械結合係数ｋ2及び反射率が得られる、アルミニウム（Ａｌ）電極を備えた弾性波素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】弾性波素子の断面図
【図２】実施の形態にかかる弾性波素子の断面図
【図３】実施の形態にかかる弾性波素子の平面図
【図４】電極膜厚と反射率との関係を示す特性図
【図５】電極膜厚と電気機械結合係数との関係を示す特性図
【図６】実施例２にかかる弾性波素子の断面図
【図７】実施例３にかかる弾性波素子の断面図
【図８】実施例４にかかる弾性波素子の断面図
【図９】実施例５にかかる弾性波素子の断面図
【図１０】実施例６にかかる弾性波素子の断面図
【図１１】実施例７にかかる弾性波素子の断面図
【図１２】通信モジュールのブロック図
【図１３】通信装置のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施の形態）
〔１．弾性波素子の構成〕
図１は、ラブ波デバイスの断面図である。図１に示すラブ波デバイスは、圧電基板１、ＩＤＴ電極２、絶縁膜３を備えている。圧電基板１は、圧電定数が大きいＬＴ基板（ＬｉＴａＯ3を用いた基板），ＬＮ基板（ＬｉＮｂＯ3を用いた基板）を採用している。ＩＤＴ電極２は、圧電基板１よりも音速が遅く、かつ抵抗率が低いことが要求されるため、銅（Ｃｕ）を含む材料で形成されている。絶縁膜３は、ＳｉＯ2を含む材料で形成されている。ＳｉＯ2は、ラブ波の発生条件を満たす材料であり、圧電基板１よりも音速が遅くかつ温度係数が圧電基板の温度係数に対して逆符号の正である材料である。
【００１２】
しかし、Ｃｕは非常に酸化しやすく、異常拡散を起こしやすいため、一般的に窒化膜などの保護膜を形成することが多い。したがって、製造プロセスが複雑になる。また、ＩＤＴ電極２をＣｕで形成した場合、製造プロセス中にＣｕが酸化するのを防止するために、還元剤を塗布する処理が必要となる。したがって、製造プロセスが複雑になる。
【００１３】
文献「Japanese Journal of Applied Physics, Vol.47, No.5, 2008, pp.4052-4055」には、Ｃｕに代えてＡｌでＩＤＴ電極を形成した弾性波素子が開示されている。しかしながら、不要波であるレーリー波の抑制のために、絶縁膜の表面形状の制御が必要となり、プロセスマージンが少なくなってしまう。また、ＡｌでＩＤＴ電極を形成した場合、反射率が小さくなるため、電気機械結合係数ｋ2が小さくなってしまう。
【００１４】
本実施の形態にかかる弾性波素子は、電極材料としてＡｌを使用し、Ａｌの高音速特性を補償するため、音速が遅い物質を電極間に配置することを主な特徴としている。
【００１５】
図２は、本実施の形態にかかる弾性波素子の断面図である。図３は、本実施の形態にかかる弾性波素子の平面図である。図２は、図３におけるＺ−Ｚ部の断面図である。図２に示す弾性波素子は、圧電基板１１、ＩＤＴ電極１２、絶縁膜１３、音速調整部材１４を備えている。
【００１６】
圧電基板１１は、圧電定数が大きいＬＴ基板（ＬｉＴａＯ3を用いた基板），ＬＮ基板（ＬｉＮｂＯ3を用いた基板）を採用することができる。
【００１７】
ＩＤＴ電極１２は、Ａｌ膜１２ａとチタン（Ｔｉ）膜１２ｂとの積層膜で形成されている。なお、Ｔｉ膜１２ｂは、Ａｌ膜１２ａと圧電基板１１との密着性を向上させるために設けたものであり、クロム（Ｃｒ）やタンタル（Ｔａ）に置換しても同様の効果が得られる。ＩＤＴ電極１２は、圧電基板１１上に形成されている。図３に示すように、ＩＤＴ電極１２は、互いに対向配置している第１のＩＤＴ電極２１と第２のＩＤＴ電極２２とを備えている。第１のＩＤＴ電極２１は、櫛歯状の複数の電極指２１ａを備えている。第２のＩＤＴ電極２２は、櫛歯状の複数の電極指２２ａを備えている。第１のＩＤＴ電極２１と第２のＩＤＴ電極２２とは、電極指２１ａと電極指２２ａとが交互に対向配置するように配されている。
【００１８】
絶縁膜１３は、ＳｉＯ2で形成されている。絶縁膜１３は、ＩＤＴ電極１２及び音速調整部材１４を覆うように形成されている。ＳｉＯ2は、ラブ波の発生条件を満たす材料であり、圧電基板１１よりも音速が遅くかつ温度係数が圧電基板１１の温度係数に対して逆符号の正である材料である。
【００１９】
音速調整部材１４は、ＩＤＴ電極１２の各電極指の間に配されている。音速調整部材１４は、少なくともＡｌの音速よりも遅い音速を有する材料で形成されている。本実施の形態では、音速調整部材１４の材料は、一例としてレジストを採用している。なお、音速調整部材１４は、少なくともＡｌよりも低音速の材料であればよく、レジスト以外の材料であってもよい。本実施の形態では、音速調整部材１４は、ＪＳＲ株式会社製の層間膜用レジスト「ＷＰＲシリーズ」（商品名）を使用している。図２及び図３に示すように、音速調整部材１４は、ＩＤＴ電極１２の電極指２１ａと電極指２２ａとの間に配されているが、ＩＤＴ電極１２の上、または絶縁膜１３の最表面に配されていても、本実施の形態と同様の効果が得られる。
【００２０】
なお、下記数式に基づいてＭＲ（Metallization Ratio）を調整することにより、電気機械結合係数ｋ2を調整することができる。
【００２１】
ＭＲ（Metallization Ratio）＝電極幅Ｗ１／（電極幅Ｗ１＋電極間幅Ｗ２）
また、電気機械結合係数ｋ2を調整する方法は、ＭＲを調整する方法以外に、ＩＤＴ電極１２の下にアルミナ膜を配置しても、本実施の形態と同様の効果が得られる。
【００２２】
また、本実施の形態では、音速調整部材１４にＪＳＲ株式会社製のＷＰＲレジストを採用しているが、その代わりに東京応化工業株式会社製のＴＭＭＲレジスト、ＴＭＭＦレジストを採用しても、本実施の形態と同様の効果が得られる。また、音速調整部材１４は、臭化カリウム（ＫＢｒ）、窒化ホウ素（ＢＮ）のような音速の遅い絶縁膜を採用しても同様の効果が得られる。また、音速調整部材１４は、金（Ａｕ），銀（Ａｇ），Ｔａなどの金属、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料を絶縁膜で覆った構造でも、本実施の形態と同様の効果が得られる。
【００２３】
図４は、ＩＤＴ電極間にレジストを備えた構造における、ＩＤＴ電極の膜厚と反射率との関係を示す特性図である。図５は、ＩＤＴ電極間にレジストを備えた構造における、電気機械結合係数ｋ2の電極膜厚依存性を示した特性図である。比較したＣｕ電極構造は、Ｃｕ／Ｔｉの膜厚がそれぞれ１４０／２０ｎｍ、下地アルミナ膜厚が１４ｎｍ、絶縁膜（ＳｉＯ2）の膜厚が０．５９μｍである。この構造のＩＤＴ電極を、２ＧＨｚ帯の共振器用の弾性波素子に採用した。このような構成の弾性波素子を有限要素法（ＦＥＭ）を用いて計算を行い、ＡｌでＩＤＴ電極を形成した場合にＣｕと同レベルの電気機械結合係数ｋ2と反射率とが実現できるかを検討した。反射率は、反共振周波数ｆａ（anti-resonance frequency）と反射器のストップバンド上端の周波数との周波数差として評価した。
【００２４】
図４に示すように、Ａｌを含む材料でＩＤＴ電極を形成した場合は、電極膜厚が４５０ｎｍ付近になるように厚膜化することで反射率を向上させることができるが、図５に示すように電気機械結合係数ｋ2が不足する。これは、Ａｌの音速が速いためにラブ波が発生しづらくなり、強度が低下するためである。
【００２５】
一方、ＩＤＴ電極間に音速が遅いレジスト（音速調整部材１４の一例）を配置し、ＭＲを変化させることにより、電気機械結合係数ｋ2と反射率とを変化させることができる。図４及び図５に示すように、ＩＤＴ電極の膜厚が１７５ｎｍでＭＲが３６％前後とすることで、Ｃｕと同レベルの電気機械結合係数ｋ2と反射率とを得ることができることがわかる。
【００２６】
なお、音速調整部材１４は、レジスト以外の材料を使用することができる。例えば、（表１）に示す物性値を有するＡｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、ＷＰＲレジスト（ＪＳＲ株式会社の商品名）、ＳｉＯ2、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ＫＢｒ、ＢＮを使用することができる。（表１）は、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、ＷＰＲレジスト（ＪＳＲ株式会社の商品名）、ＳｉＯ2、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ＫＢｒ、ＢＮの、ヤング率、ポアッソン比、密度、音速を示した表である。なお、音速は、
（ヤング率／密度）0.5
により算出することができる。
【００２７】
【表１】
【００２８】
（表１）に示すように、音速調整部材１４の材料として、少なくともＡｌの音速よりも遅い音速を有する材料を用いることが好ましい。Ａｌよりも低音速の材料としては、例えば、（表１）に示すようにＡｌよりも低音速なＡｕ、Ｔａ、ＷＰＲレジスト、ＫＢｒ、ＢＮを使用することが好ましい。また、音速調整部材１４は、ＷＰＲレジスト、ＫＢｒ、ＢＮ等の絶縁材料で形成することにより、弾性波素子の電気的特性に影響を与えにくいため、電気機械結合係数ｋ2が悪化せず、さらに好ましい。Ｃｕは、Ａｌよりも低音速であるが、前述したように製造プロセスが複雑になるという問題があるため、他の材料を採用することが好ましい。なお、本実施の形態において、Ａｕ／Ｔｉの積層膜を音速調整部材として使用している実施例を記載している。（表１）に示すように、Ｔｉは、Ａｌよりも音速が高いが、実施例においてはＡｕと下層との密着性を上げるために採用しており、膜厚が薄いため、弾性波素子の特性への影響は小さい。
【００２９】
なお、圧電基板１１は、オイラー角が（０，９０，０）のＬＮ（ＬｉＮｂＯ3）基板を使用したが、他のカット角としたり、他の圧電材料を使用しても同様の結果となる。また、ＩＤＴ電極１２は、Ａｌの代わりに、Ｃｒやモリブデン（Ｍｏ）など他の音速の速い金属を使用しても、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態ではラブ波素子で説明したが、ストンリー波やレーリー波などの表面波を利用した素子にも適用できる。
【００３０】
また、例えば米国特許第７４２５７８８号明細書（Ｂ２）に開示されているように、Ａｌ電極を圧電基板に埋め込んだ構造において、さらに電極間に音速が遅い物質を配置することにより、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
また、図８に示すように、ＩＤＴ電極１２の電極指２１ａと電極指２２ａとの間の上部に、音速が遅い物質（音速調整部材１４）を配置する構造でも、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。さらに、図８に示す構成では、弾性波素子作製途中か弾性波素子作製後に、音速が遅い物質（音速調整部材１４）と絶縁膜１３の膜厚を調整することにより、共振周波数と反共振周波数とを同時に調整することができる。これまでは、最上部の膜は一種類しか存在しないために、共振周波数及び反共振周波数のうちいずれか一方しか調整することができなかった。
【００３２】
以下、本実施の形態にかかる弾性波素子の実施例について説明する。
【００３３】
（実施例１）
図２に示すように、実施例１における圧電基板１１は、ＬｉＮｂＯ3単結晶であり、そのカット角はオイラー角表示で（０，９２，０）である。音速調整部材１４は、圧電基板１１上にフォトリソグラフィーを用いてＷＰＲを選択的に形成する。その後、ＩＤＴ電極１２は、圧電基板１１上にフォトリソグラフィーを用いて形成する。ＩＤＴ電極１２は、Ａｌ／Ｔｉの２層構造で、厚さは例えば１００／２０ｎｍである。最後に、絶縁膜１３のＳｉＯ2を、膜厚が７００ｎｍとなるように形成する。
【００３４】
（実施例２）
図６は、実施例２にかかる弾性波素子の断面図である。実施例２にかかる弾性波素子は、二つの物質間にエネルギーを集中させたストンリー波を利用している。実施例２にかかる弾性波素子は、図２に示す弾性波素子における絶縁膜１３の上に、アルミナ膜１５を配置していることを特徴としている。
【００３５】
圧電基板１１は、オイラー角が（０，０，０）のＬＮ（ＬｉＮｂＯ3）基板である。ＩＤＴ電極１２は、Ａｌ／Ｔｉの２層構造となっており、それぞれの膜厚は１５０／２０ｎｍである。絶縁膜１３（ＳｉＯ2）の膜厚は、２０００ｎｍである。アルミナ膜１５の膜厚は、１０００ｎｍである。
【００３６】
（実施例３）
図７は、実施例３にかかる弾性波素子の断面図である。圧電基板１１は、オイラー角が（０，９２，０）のＬＮ（ＬｉＮｂＯ3）基板である。実施例３にかかる弾性波素子は、ＩＤＴ電極１２が圧電基板１１に埋没するように配置していることを特徴としている。
【００３７】
図７に示す弾性波素子を作製するには、まず、圧電基板１１上に、例えば材料がＷＰＲで膜厚が１２０ｎｍの音速調整部材１４を成長させて形成する。次に、音速調整部材１４上にリストオフ用のレジストを塗布し、フォトリソグラフィーを用いてパターニングする。次に、アルゴン（Ａｒ）ガスで圧電基板１１を１２０ｎｍの深さにエッチングする。次に、ＴｉとＡｌを、スパッタリング法を用いて膜厚が２０／１００ｎｍとなるように成長させる。次に、リストオフ用のレジストを剥離液を用いて剥離する。次に、絶縁膜１３（ＳｉＯ2）を、膜厚が６００ｎｍとなるように形成する。最後に、ＣＭＰ法（Chemical Mechanical Polishing）を用いて絶縁膜１３の上面を平坦化する。
【００３８】
（実施例４）
図８は、実施例４にかかる弾性波素子の断面図である。実施例４にかかる弾性波素子は、音速調整部材１４を、ＩＤＴ電極１２の電極指２１ａ及び２１ｂ間の上部において、絶縁膜１３に埋没させて配置していることを特徴としている。
【００３９】
実施例４にかかる弾性波素子を作製する際は、まず、材質がＬｉＮｂＯ3でオイラー角が（０，９２，０）の圧電基板１１上に、Ａｌ膜１２ａとＴｉ膜１２ｂとをスパッタリング法を用いて成長させる。Ａｌ膜１２ａとＴｉ膜１２ｂの膜厚は、それぞれ１００／２０ｎｍとした。次に、Ａｌ膜１２ａとＴｉ膜１２ｂとを、フォトリソグラフィーを用いて、電極形状にパターニングする。次に、絶縁膜（ＳｉＯ2）１３を、スパッタリング法を用いて、膜厚が６００ｎｍとなるように形成する。次に、例えば材料がＷＰＲの音速調整部材１４を、膜厚が１２０ｎｍとなるように成長させる。最後に、ＣＭＰ法を用いて絶縁膜１３の上面を平坦化する。
【００４０】
（実施例５）
図９は、実施例５にかかる弾性波素子の断面図である。実施例５にかかる弾性波素子は、絶縁膜１３の上面におけるＩＤＴ電極１２と重なる位置に音速調整部材１４を配置し、音速調整部材１４を炭化ケイ素（ＳｉＣ）膜１６で覆っていることを特徴としている。
【００４１】
実施例５にかかる弾性波素子を作製する際は、まず、材質がＬｉＮｂＯ3でオイラー角が（０，９２，０）の圧電基板１１上に、Ａｌ膜１２ａとＴｉ膜１２ｂとを、スパッタリング法を用いて成長させる。Ａｌ膜１２ａとＴｉ膜１２ｂの膜厚は、それぞれ１００／２０ｎｍとした。次に、Ａｌ膜１２ａとＴｉ膜１２ｂとを、フォトリソグラフィーを用いて、電極形状にパターニングする。次に、絶縁膜１３（ＳｉＯ2）を、スパッタリング法を用いて、膜厚が２０００ｎｍとなるように形成する。次に、例えば材料がＷＰＲの音速調整部材１４を、膜厚が１２０ｎｍとなるように成長させ、パターニングを行う。なお、絶縁膜１３（ＳｉＯ2）をスパッタリング処理後に周波数を測定し、音速調整部材１４の幅と高さを調整することにより、当該弾性波素子の共振周波数及び反共振周波数を調整することができる。次に、ＳｉＣ膜１６を、絶縁膜１３の上にスパッタリングを用いて、膜厚が１０００ｎｍとなるように形成する。最後に、ＣＭＰ法を用いてＳｉＣ膜１６の上面を平坦化する。
【００４２】
（実施例６）
図１０は、実施例６にかかる弾性波素子の断面図である。実施例６にかかる弾性波素子は、音速調整部材としてＡｕとＴｉを積層したＡｕ／Ｔｉ膜１７を配置していることを特徴としている。Ａｕ／Ｔｉ膜１７は、絶縁膜１３の上面近傍における、ＩＤＴ電極１２の電極指２１ａ及び２２ｂ間に重なる位置に配置されている。
【００４３】
実施例６にかかる弾性波素子を作製する際は、まず、材質がＬｉＮｂＯ3でオイラー角が（０，９２，０）の圧電基板１１上に、Ａｌ膜１２ａとＴｉ膜１２ｂとをスパッタリング法を用いて成長させる。Ａｌ膜１２ａとＴｉ膜１２ｂの膜厚は、それぞれ１００／２０ｎｍとした。次に、フォトリソグラフィーを用いて、電極形状にパターニングする。次に、絶縁膜１３（ＳｉＯ2）を、スパッタリング法を用いて、膜厚が７００ｎｍとなるように形成する。次に、電極指２１ａ及び２２ａの間の上部の絶縁膜１３をパターニングし、深さが１００ｎｍとなるようにエッチングする。次に、絶縁膜１３においてエッチングされた箇所に、Ａｕ膜１７ａ及びＴｉ膜１７ｂを、それぞれ膜厚が９０／１０ｎｍとなるように蒸着する。最後に、ＣＭＰ法を用いて絶縁膜１３及びＡｕ／Ｔｉ膜１７の上面を平坦化する。
【００４４】
また、電極指間上部の絶縁膜１３をパターニングして深さ１００ｎｍにエッチングする前に、当該弾性波素子の共振周波数を測定し、パターニング幅かエッチング深さを調整することにより、周波数調整を行うことができる。周波数を高周波側でも低周波側でも任意の方向に調整することができる。
【００４５】
なお、Ｔｉ膜１７ｂは、Ａｕ膜１７ａと絶縁膜１３（ＳｉＯ2）との密着性を向上させるためのものである。
【００４６】
また、実施例６では、Ａｕ／Ｔｉ膜１７を採用したが、少なくともＡｌよりも音速が遅い物質であればよい。例えば、Ａｕの代わりに、ＡｇやＴａ等の金属や、ＰＺＴなどの圧電性物質を使用しても、本実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
（実施例７）
図１１は、実施例７にかかる弾性波素子の断面図である。実施例７にかかる弾性波素子は、音速調整部材であるＡｕ／Ｔｉ膜１７を、ＩＤＴ電極１２の電極指２１ａと電極２１ｂとの間に配置していることを特徴としている。
【００４８】
実施例７にかかる弾性波素子を作製する際は、材質がＬｉＮｂＯ3でオイラー角が（０，９２，０）の圧電基板１１上に、Ａｌ膜１２ａとＴｉ膜１２ｂとをスパッタリング法を用いて成長させる。Ａｌ膜１２ａとＴｉ膜１２ｂの膜厚は、それぞれ１００／２０ｎｍとした。次に、フォトリソグラフィーを用いて、Ａｌ膜１２ａとＴｉ膜１２ｂとを電極形状にパターニングする。次に、絶縁膜１３（ＳｉＯ2）を、ＣＶＤ法を用いて、膜厚が２０ｎｍとなるように形成する。次に、Ａｕ／Ｔｉ膜１７を、それぞれの膜厚が８０／１０ｎｍとなるように蒸着する。このときＡｕ／Ｔｉ膜１７は、電極指２１ａと電極指２２ａとの間に配置させる。次に、ＣＭＰ法を用いて、ＩＤＴ電極１２、絶縁膜１３、Ａｕ／Ｔｉ膜１７の表面を平坦化する。最後に、平坦化処理した面に、スバッタリング法を用いて、絶縁膜１３（ＳｉＯ2）を膜厚が６００ｎｍとなるように成長させる。
【００４９】
〔２．通信モジュールの構成〕
図１２は、本実施の形態にかかる弾性波素子を備えた通信モジュールの一例を示す。図１２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、受信フィルタ６２ａ、送信フィルタ６２ｂは、本実施の形態にかかる弾性波素子を備えている。
【００５０】
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。
【００５１】
本実施の形態にかかる弾性波素子を通信モジュールに備えることで、弾性波素子における電気機械結合係数ｋ2及び反射率を向上させ、通過特性が優れた通信モジュールを実現することができる。また、通信モジュールの製造プロセスを簡略化することができる。
【００５２】
なお、図１２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実施の形態にかかるフィルタを搭載しても、同様の効果が得られる。
【００５３】
〔３．通信装置の構成〕
図１３は、本実施の形態にかかる弾性波素子、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１３に示す通信装置は、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１３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、受信フィルタ７３ａ、７７〜８０、送信フィルタ７３ｂは、本実施の形態にかかる弾性波素子を備えている。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
本実施の形態にかかる弾性波素子を通信装置に備えることで、電気機械結合係数ｋ2及び反射率を向上させ、通過特性が優れた通信装置を実現することができる。また、通信装置の製造プロセスを簡略化することができる。
【００５８】
〔４．実施の形態の効果、他〕
本実施の形態によれば、銅（Ｃｕ）と同レベルの電気機械結合係数ｋ2及び反射率が得られる、アルミニウム（Ａｌ）電極を備えた弾性波素子を実現することができる。また、弾性波素子を作製する際に、保護膜を形成する処理や還元剤を塗布する処理などが不要となるため、製造プロセスを簡略化することができる。
【００５９】
なお、本実施の形態における圧電基板１１は、本発明の圧電基板の一例である。本実施の形態におけるＩＤＴ電極１２は、本発明の櫛形電極の一例である。本実施の形態における絶縁膜１３は、本発明の絶縁膜の一例である。本実施の形態における絶縁膜１３は、本発明の第１の絶縁膜の一例である。本実施の形態における音速調整部材１４、Ａｕ／Ｔｉ膜１７は、本発明の音速調整部材の一例である。本実施の形態におけるＡｕ膜１７ａは、本発明の第１の金属膜の一例である。本実施の形態におけるＴｉ膜１７ｂは、本発明の第２の金属膜の一例である。本実施の形態におけるアルミナ膜１５、炭化ケイ素膜１６は、本発明の第２の絶縁膜の一例である。
【００６０】
本実施の形態に関して、以下の付記を開示する。
【００６１】
（付記１）
圧電基板と、
前記圧電基板上に配され、アルミニウムを含む材料で形成されている櫛型電極と、
前記櫛型電極の電極指間、電極指間の上部、または電極指の上部に配されている音速調整部材と、
前記櫛形電極及び前記音速調整部材を被覆する絶縁膜とを備え、
前記音速調整部材は、アルミニウムよりも音速が遅い材料で形成されている、弾性波素子。
【００６２】
（付記２）
前記絶縁膜は、
前記櫛形電極及び前記音速調整部材を被覆する第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜よりも音速が速い物質で形成されている第２の絶縁膜とを含む、付記１記載の弾性波素子。
【００６３】
（付記３）
前記櫛形電極は、少なくとも一部が前記圧電基板に埋没している、付記１記載の弾性波素子。
【００６４】
（付記４）
前記音速調整部材は、前記絶縁膜内の上部側に配されている、付記１記載の弾性波素子。
【００６５】
（付記５）
前記音速調整部材は、層間膜用レジスト、臭化カリウム、および窒化ホウ素のいずれかを含む絶縁物質である、付記１記載の弾性波素子。
【００６６】
（付記６）
前記絶縁膜は、酸化シリコンである、付記１記載の弾性波素子。
【００６７】
（付記７）
前記櫛形電極は、
アルミニウムもしくはアルミニウムを主成分とする合金からなる第１の金属膜と、
チタン、クロム、およびタンタルのいずれかを含む第２の金属膜とを含む、付記１記載の弾性波素子。
【００６８】
（付記８）
前記圧電基板は、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムを含む基板である、付記１記載の弾性波素子。
【００６９】
（付記９）
前記第１の絶縁膜が酸化シリコン膜であり、前記第２の絶縁膜がアルミナまたは炭化ケイ素である、付記２記載の弾性波素子。
【００７０】
（付記１０）
付記１〜９に記載の弾性波素子を備えた、通信モジュール。
【００７１】
（付記１１）
付記１０に記載の通信モジュールを備えた、通信装置。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、弾性波素子、通信モジュール、通信装置に有用である。
【符号の説明】
【００７３】
１１ 圧電基板
１２ ＩＤＴ電極
１３ 絶縁膜
１４ 音速調整部材
１７ Ａｕ／Ｔｉ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、アルミニウムを含む材料で形成されている櫛型電極と、
前記櫛型電極の電極指間、電極指間の上部、または電極指の上部に配されている音速調整部材と、
前記櫛形電極及び前記音速調整部材を被覆する絶縁膜とを備え、
前記音速調整部材は、アルミニウムよりも音速が遅い材料で形成されている、弾性波素子。
【請求項２】
前記絶縁膜は、
前記櫛形電極及び前記音速調整部材を被覆する第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜よりも音速が速い物質で形成されている第２の絶縁膜とを含む、請求項１記載の弾性波素子。
【請求項３】
前記櫛形電極は、少なくとも一部が前記圧電基板に埋没している、請求項１記載の弾性波素子。
【請求項４】
前記音速調整部材は、前記絶縁膜内の上部側に配されている、請求項１記載の弾性波素子。
【請求項５】
前記音速調整部材は、層間膜用レジスト、臭化カリウム、および窒化ホウ素のいずれかを含む絶縁物質である、請求項１記載の弾性波素子。
【請求項６】
前記第１の絶縁膜が酸化シリコン膜であり、前記第２の絶縁膜がアルミナまたは炭化ケイ素である、請求項２記載の弾性波素子。
【請求項１】
圧電基板と、
前記圧電基板上に配され、アルミニウムを含む材料で形成されている櫛型電極と、
前記櫛型電極の電極指間、電極指間の上部、または電極指の上部に配されている音速調整部材と、
前記櫛形電極及び前記音速調整部材を被覆する絶縁膜とを備え、
前記音速調整部材は、アルミニウムよりも音速が遅い材料で形成されている、弾性波素子。
【請求項２】
前記絶縁膜は、
前記櫛形電極及び前記音速調整部材を被覆する第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜よりも音速が速い物質で形成されている第２の絶縁膜とを含む、請求項１記載の弾性波素子。
【請求項３】
前記櫛形電極は、少なくとも一部が前記圧電基板に埋没している、請求項１記載の弾性波素子。
【請求項４】
前記音速調整部材は、前記絶縁膜内の上部側に配されている、請求項１記載の弾性波素子。
【請求項５】
前記音速調整部材は、層間膜用レジスト、臭化カリウム、および窒化ホウ素のいずれかを含む絶縁物質である、請求項１記載の弾性波素子。
【請求項６】
前記第１の絶縁膜が酸化シリコン膜であり、前記第２の絶縁膜がアルミナまたは炭化ケイ素である、請求項２記載の弾性波素子。
【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２０１１−１３０００６（Ｐ２０１１−１３０００６Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８４１８２（Ｐ２００９−２８４１８２）
【出願日】平成２１年１２月１５日（２００９．１２．１５）
【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２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１５日（２００９．１２．１５）
【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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