弾性表面波デバイス、モジュール装置、発振回路および弾性表面波デバイスの製造方法
【課題】水晶基板を用いた表面波デバイスであり、小型で、Ｑ値が大きく、周波数エージング特性の優れたＳＨ波型ＳＡＷデバイスを得る。
【解決手段】圧電基板と、該圧電基板上に形成されＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴ電極とを備え、励振波をＳＨ波とした弾性表面波デバイスであって、前記圧電基板は、回転Ｙカット水晶基板のカット角θを−６４．０°＜θ＜−４９．３°の範囲に設定し、且つ、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対し９０°±５°とした水晶平板であり、励振する弾性表面波の波長をλとした時、前記ＩＤＴ電極の波長で基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２としたＳＨ波型弾性表面波デバイスにおいて、前記圧電基板はウエットエッチングにより形成されたエッチング痕を有しており、前記ＩＤＴ電極が前記圧電基板の前記エッチング痕を有する表面に形成されているＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【解決手段】圧電基板と、該圧電基板上に形成されＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴ電極とを備え、励振波をＳＨ波とした弾性表面波デバイスであって、前記圧電基板は、回転Ｙカット水晶基板のカット角θを−６４．０°＜θ＜−４９．３°の範囲に設定し、且つ、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対し９０°±５°とした水晶平板であり、励振する弾性表面波の波長をλとした時、前記ＩＤＴ電極の波長で基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２としたＳＨ波型弾性表面波デバイスにおいて、前記圧電基板はウエットエッチングにより形成されたエッチング痕を有しており、前記ＩＤＴ電極が前記圧電基板の前記エッチング痕を有する表面に形成されているＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波デバイス（ＳＡＷデバイス）に関し、特にエージング特性を改善したＳＨ波型表面波デバイスとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＳＡＷデバイスは通信分野で広く利用され、高性能、小型、量産性等の優れた特徴を有することから特に携帯電話、ＬＡＮ等に多く用いられている。ＳＴカット水晶基板（結晶軸Ｘを回転軸としてＸＺ面（Ｙ面）を結晶軸Ｚより反時計方向に４２．７５°回転した水晶基板）上をＸ軸方向に伝搬するレイリー波（（Ｐ＋ＳＶ）波）を用いて構成するＳＡＷデバイスが広く用いられてきた。ＳＴカット水晶ＳＡＷデバイスの１次温度係数は零であるものの、２次温度係数は約−０．０３４（ｐｐｍ／℃2）と比較的大きく、広温度範囲の使用では周波数変動量が大きくなるという問題があった。
【０００３】
この問題を解決するものとして、Meirion Lewis,"Surface Skimming Bulk Wave,SSBW", IEEE Ultrasonics Symp. Proc.,pp.744〜752 (1977)や、特公昭６２−０１６０５０号公報等に開示されたＳＡＷデバイスがある。このＳＡＷデバイスは、図２０（ａ）に示すように回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶軸Ｚより反時計方向に−５０°回転（回転後の基板の軸をそれぞれＸ、Ｙ’、Ｚ’軸とする）し、Ｘ軸に対して垂直な方向（Ｚ’軸方向）に伝搬するＳＨ波を利用して構成したＳＨ波型ＳＡＷデバイスである。なお、このカット角をオイラー角で表示すると（０°，θ＋９０°，９０°）＝（０°，４０°，９０°）と表示できる。図２０（ｂ）は、回転Ｙカット水晶基板８１の主表面上にＺ’軸に沿ってＩＤＴ電極８２と、その両側にグレーティング反射器８３ａ、８３ｂとを配置して構成したＳＨ波型ＳＡＷ共振子である。このＳＨ波型ＳＡＷ共振子は、圧電基板８１の表面直下を伝搬するＳＨ波型表面波をＩＤＴ電極８２によって励起し、その振動エネルギーを電極（８２、８３ａ、８３ｂ）直下に閉じ込めて、共振子を構成するものである。一般に、ＳＨ波型ＳＡＷ共振子の周波数温度特性は、広温度範囲でみると３次曲線を呈し、良好な周波数温度特性が得られる。
【０００４】
しかし、このＳＨ波型表面波は本質的に基板内部を潜って進んでいく波（ＳＳＢＷ）であるため、ＳＴカット水晶板に励起されるレイリー波のように圧電基板表面に沿って伝搬するＳＡＷデバイスと比較して、グレーティング反射器による弾性表面波の反射効率が悪く、小型で、且つ高いＱ値を有するＳＨ波型ＳＡＷデバイスを実現することが難しいという問題があった。
この問題を解決すべく、特公平０１−０３４４１１号公報（特許文献２）では、図２１に示すようにカット角θが−５０°である回転Ｙカット水晶基板８１上を、Ｚ’軸方向に伝搬するＳＨ波型表面波を用いたＳＡＷ共振子が開示されている。ＩＤＴ電極８４を８００対±２００対とし、グレーティング反射器を用いることなく、ＩＤＴ電極８４の電極指からの反射だけでＳＨ波型表面波の振動エネルギーを閉じ込め、高Ｑ化を図った所謂多対ＩＤＴ電極型ＳＡＷ共振子である。
【０００５】
しかし、この多対ＩＤＴ電極型ＳＡＷ共振子は、グレーティング反射器を用いたＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子（レイリー波型）と比較してエネルギー閉じ込め効果が小さく、高いＱ値を得るにはＩＤＴ電極対数が８００対±２００対と非常に多くの対数を必要とする。そのため、ＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子よりも基板が大きくなり、ひいてはデバイスサイズが大きくなって、最近の小型化の要求に応えることができないという問題があった。
【０００６】
また、特許文献２に開示されているＳＡＷ共振子では、ＩＤＴ電極によって励振されるＳＨ波型表面波の電極周期（波長）をλとしたとき、電極膜厚を２％λ以上、好ましくは４％λ以下とすることによりＱ値を高めることができると記されている。例えば周波数を２００ＭＨｚとした場合、基準化電極膜厚Ｈ／λ（伝搬するＳＡＷの波長をλとし、電極膜厚Ｈを波長λで基準化した値、単に電極膜厚ともいう）が４％λ付近でＱ値が飽和し、ＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子と比較してもほぼ同等のＱ値しか得られてない。この原因として、基準化電極膜厚が２％λ以上、４％λ以下の膜厚では、ＳＨ波型表面波が圧電基板表面に閉じ込められず、十分な反射効率が得られないため、Ｑ値が大きくならないものと考えられる。
【０００７】
ＳＡＷデバイスの高周波化と共に良好な周波数エージング特性が強く求められ、エージング特性、耐電力特性の改善に関する多くの提案がなされた。特開平５−１９９０６２号公報（特許文献３）もその１つであり、該公報によると、周波数エージング特性を改善するには、水晶基板上に形成したアルミニウム電極の単結晶化が必要であるという。アルミニウム電極を単結晶化する条件は、水晶基板の表面状態と、アルミニウム成膜前の基板表面の汚染防止にあると記されている。
【０００８】
水晶基板は、水晶ブロックから回転Ｙ板のＳＴカット水晶基板（３３度ＳＴカット水晶基板）を切断し、両面を所定の厚さまでラッピング研磨し、続いて表面をポリッシュする。最後にポリッシュで発生した水晶基板表面の加工変質層の除去および応力解放のためエッチングを行う。水晶基板のエッチング加工は弗酸あるいは弗化アンモニウムの混合液等のエッチング液に浸すことにより、水晶基板の表面を０．１μｍから２μｍ程度エッチングする。すると、基板表面は微小な半球状の島がほぼ均一に存在している島状構造となり、この島の直径は１０ｎｍ（ナノメートル）から１００ｎｍで、高さは約１ｎｍから２０ｎｍの半球状をしている。また、隣接する島と島の間隔は約１０ｎｍから数十ｎｍ程度である。エッチングの時間、エッチング液の濃度により表面状態が変化するので、条件管理が必要であるという。
【０００９】
もう一方の水晶基板の清浄化技術は、エッチングから成膜装置に取り付ける時間をできるだけ短縮すること、時間をおいて成膜装置に取り付ける場合は、イソプロピルアルコールの蒸気乾燥、あるいはイソプロピルアルコールに浸漬した後、遠心分離による液切り法などにより表面を疎水性にしておく。それに、真空装置のチャンバ内の壁面から放出されたガスに基板表面が汚染されないように、排気系はクライオ冷却式にする。また、チャンバは成膜用チャンバと、基板の出し入れ用のチャンバの複数に分け、成膜チャンバが大気にさらされなくなり、基板表面の汚染が少なくなる。
【００１０】
従来技術により製作されたアルミニウム膜と、新たな技術により製作されたアルミニウム膜の評価に関し、Ｘ線回折装置による回折特性図と、電子顕微鏡による膜の粒子観察、さらにアルミニウム膜を４００℃に加熱処理し、その表面の状態を顕微鏡で観察することにより、行ったと記されている。新しい技術を用いて成膜したアルミニウム膜のロッキングカーブ法による半値幅が、バルクのアルミニウム単結晶の半値幅とほぼ同等であり、アルミニウム膜が良質の単結晶膜であることを示していると記されている。
【００１１】
従来技術で成膜したＳＡＷ共振子と、新しい技術を用いて成膜したＳＡＷ共振子にそれぞれ約２０ミリワットの電力を印加し、経時変化による周波数変化を測定したところ、新しい技術を用いたＳＡＷ共振子は１０００時間後の変化が−数ｐｐｍなのに対し、従来技術のものは−数十ｐｐｍから−１００ｐｐｍ以上と極めて大きかったという。
【００１２】
ＷＯ００／２４１２３号公報には、Ｙ板をＸ軸の周りに１０〜６０°回転して得られる回転Ｙ板のＳＴカット水晶基板上に形成したアルミニウム電極に関して記述されている。測定解析技術の進歩により、従来、単結晶と理解されていたアルミニウム膜の解釈が少し変化しているものと思われる。この公報の開示によると、アルミニウムの層は多結晶であり、結晶粒界が双晶粒界（隣り合う結晶粒同士が双晶の関係にある結晶粒界）となっている。これによりＳＡＷ共振子は長期間使用しても周波数が変化しにくいという。その理由として、アルミニウムの層が多結晶であると、粒界エネルギーが生じる。従来のアルミニウム膜のように、多結晶で構成されており、且つこの多結晶を構成する各結晶の配向がランダムであると、粒界エネルギーが大きくなる。粒界エネルギーが大きくなると電極膜に振動が加えられた場合に、結晶が少しずつ移動することになる。このため、このような電極膜に長時間振動が加わると、電極膜が経時劣化し、周波数が変動すると考えられるという。
【００１３】
一方、本発明のように、アルミニウム膜を構成する結晶の結晶粒界が双晶粒界であると、即ち隣り合う結晶粒同士が双晶の関係にあると、粒界エネルギーが小さくなり、電極膜に長期間の振動が加えられてもアルミニウム膜を構成する粒子の移動はしにくい。それ故、長期間使用した場合でも経時変化しにくいと考えられるという。
ＳＡＷ共振子の断面の観察としては、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いてアルミニウム膜の粒界の界面が双晶粒界であることを確認したと記している。また、電子線回折で写した写真により双晶を確認したという。
【００１４】
【特許文献１】特公昭６２−０１６０５０号公報
【特許文献２】特公平０１−０３４４１１号公報
【特許文献３】特開平５−１９９０６２号公報
【特許文献４】ＷＯ００／２４１２３号公報
【非特許文献１】Meirion Lewis,"Surface Skimming Bulk Wave,SSBW", IEEE Ultrasonics Symp. Proc.,pp.744〜752 (1977)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献３、４には、Ｙ板をＸ軸の周りに−５０°回転して得られるＳＨ波用水晶基板上に形成するＳＨ波型ＳＡＷデバイスについて、何ら記述されてなく、ＳＨ波用水晶基板をどの程度エッチングし、どのようにアルミニウム電極を形成すれば、＋１２５℃の雰囲気中で＋１０ｄＢｍの電力を印加して行う高温動作エージングに要求されるエージング規格（１例として１０００時間で１０ｐｐｍ以下）に適合できるかについては何ら記述がなく、ＳＨ波型ＳＡＷデバイスの諸パラメータをどうのように設定すべきか、手がかりが無いという問題があった。
【００１６】
本発明は、エージング特性の良好なＳＨ波型ＳＡＷデバイスを提供することを目的とする。
また本発明は、このＳＨ波型ＳＡＷデバイスの製造方法を提供するとともに、このＳＨ波型ＳＡＷデバイスを用いたモジュール装置および発振回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために本発明に係る弾性表面波デバイスは、圧電基板と、該圧電基板上に形成されＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴ電極とを備え、励振波をＳＨ波とした弾性表面波デバイスであって、前記圧電基板は、回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°の範囲に設定し、且つ、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対し９０°±５°とした水晶平板であり、且つ、前記圧電基板の表面にエッチングにより形成された一方から他方にはしるエッチング痕を有しており、励振する弾性表面波の波長をλとした時、前記ＩＤＴの波長で基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とし、前記ＩＤＴ電極が前記圧電基板の前記エッチング痕を有する表面に形成されているＳＨ波型弾性表面波デバイスであることを特徴とする。なお、このエッチングは、ウエットエッチングが好ましい。
【００１８】
また本発明に係る弾性表面波デバイスは、圧電基板と、該圧電基板上に形成されＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴ電極とを備え、励振波をＳＨ波とした弾性表面波デバイスであって、前記圧電基板は、回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°の範囲に設定し、且つ、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対し９０°±５°とした水晶平板であり、励振する弾性表面波の波長をλとした時、前記ＩＤＴ電極の波長で基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とし、前記圧電基板の主表面を０．００２μｍ以上の厚さでエッチングしたＳＨ波型弾性表面波デバイスであることを特徴とする。
【００１９】
また前記弾性表面波デバイスは、カット角θ及び電極膜厚Ｈ／λの関係が、−1.34082×10-4×θ3−2.34969×10-2×θ2−1.37506×θ−26.7895＜Ｈ／λ＜−1.02586×10-4×θ3−1.73238×10-2×θ2−0.977607×θ−18.3420を満足していることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。
【００２０】
また前記弾性表面波デバイスは、前記ＩＤＴ電極を構成する電極指の電極指幅／（電極指幅＋電極指間のスペース）をライン占有率ｍｒとした時に、カット角θ及び電極膜厚とライン占有率の積（Ｈ／λ）×ｍｒの関係が、−8.04489×10-5×θ3−1.40981×10-2×θ2−0.825038×θ−16.0737＜（Ｈ／λ）×ｍｒ＜−6.15517×10-5×θ3−1.03943×10-2×θ2−0.586564×θ−11.0052を満足していることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。
【００２１】
また本発明に係る弾性表面波デバイスは、圧電基板と、該圧電基板上に形成されＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴ電極とを備え、励振波をＳＨ波とした弾性表面波デバイスであって、前記圧電基板は、回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６１．４°＜θ＜−５１．１°の範囲に設定し、且つ、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対し９０°±５°とした水晶平板であり、且つ、前記圧電基板の表面にウエットエッチングにより形成された一方から他方にはしるエッチング痕を有しており、励振する弾性表面波の波長をλとした時、前記ＩＤＴ電極の波長で基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０とし、前記ＩＤＴ電極が前記圧電基板の前記エッチング痕を有する表面に形成されているＳＨ波型弾性表面波デバイスであることを特徴とする。
【００２２】
また前記弾性表面波デバイスは、カット角θ及び電極膜厚Ｈ／λの関係が、−1.44605×10-4×θ3−2.50690×10-2×θ2−1.45086×θ−27.9464＜Ｈ／λ＜−9.87591×10-5×θ3−1.70304×10-2×θ2−0.981173×θ−18.7946を満足していることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。
【００２３】
また前記弾性表面波デバイスは、前記ＩＤＴ電極を構成する電極指の電極指幅／（電極指幅＋電極指間のスペース）をライン占有率ｍｒとした時に、カット角θ及び電極膜厚とライン占有率の積（Ｈ／λ）×ｍｒの関係が、−8.67632×10-5×θ3−1.50414×10-2×θ2−0.870514×θ−16.7678＜（Ｈ／λ）×ｍｒ＜−5.92554×10-5×θ3−1.02183×10-2×θ2−0.588704×θ−11.2768を満足していることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。
【００２４】
また前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板上にＩＤＴ電極を少なくとも１個配置した１ポートの弾性表面波共振子であることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。
【００２５】
また前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板の弾性表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極を少なくとも２個配置した２ポートの弾性表面波共振子であることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。
【００２６】
また前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板の弾性表面波の伝搬方向に対して複数個の弾性表面波共振子を平行に近接配置した横結合型多重モードフィルタであることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。
【００２７】
また前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板の弾性表面波の伝搬方向に沿って複数個のＩＤＴ電極からなる２ポートの弾性表面波共振子を配置した縦結合型多重モードフィルタであることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。
【００２８】
また前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板上に複数個のＳＨ波型弾性表面波共振子を梯子状に接続したラダー型弾性表面波フィルタあることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。
【００２９】
また前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板上に弾性表面波を双方向に伝搬させるＩＤＴ電極を所定の間隔を空けて複数個配置したトランスバーサルＳＡＷフィルタであることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。
【００３０】
また前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板上に弾性表面波を一方向に伝搬させるＩＤＴ電極を少なくとも１つ配置したトランスバーサルＳＡＷフィルタであることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。
【００３１】
また前記弾性表面波デバイスは、弾性表面波センサであることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。
【００３２】
また前記弾性表面波デバイスは、ＩＤＴ電極の両側にグレーティング反射器を有することを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。
【００３３】
また本発明に係るモジュール装置や本発明に係る発振回路は、前述したＳＨ波型弾性表面波デバイスを用いたことを特徴としている。
【００３４】
また本発明に係る表面波デバイスの製造方法は、前述したＳＨ波型弾性表面波デバイスを製造する方法であり、ＡｌまたはＡｌを主成分とする合金を成膜する前に、水晶基板の主表面をウエットエッチングして該主表面に一方から他方にはしるエッチング痕を形成することを特徴としたＳＨ波型表面波デバイスの製造方法である。すなわち本発明に係る表面波デバイスの製造方法は、前記圧電基板の主表面をウエットエッチングして該主表面に一方から他方にはしるエッチング痕を形成する工程と、エッチングした前記圧電基板の主表面に前記ＩＤＴ電極を形成する工程とを有することを特徴としている。
また本発明に係る表面波デバイスの製造方法は、前記圧電基板の主表面を０．００２μｍ以上０．１μｍ未満の厚さでエッチングする工程と、エッチングした前記圧電基板の主表面に前記ＩＤＴ電極を形成する工程とを有することを特徴としている。
【００３５】
本発明のＳＡＷデバイスは、カット角θが−６４．０°＜θ＜−４９．３°、好ましくは−６１．４°＜θ＜−５１．１°の範囲にある回転Ｙカット水晶基板を用い、ＳＡＷの伝搬方向が結晶Ｘ軸に対して９０°±５°として励振されるＳＨ波を用い、ＩＤＴ電極やグレーティング反射器の電極材料をＡｌまたはＡｌを主とした合金にて構成し、波長で基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２、好ましくは０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０とすることで、本来基板内部に潜って進んでいく波を基板表面に集中させてグレーティング反射器等により表面波の反射を効率良く利用できるようにし、更に前記水晶基板を０．００２μｍ以上エッチングしたので、小型でＱ値が高く、且つ周波数エージング特性が優れたＳＨ波型ＳＡＷデバイスを提供することができる。なおカット角θが−６４．０°＜θ＜−４９．３°、好ましくは−６１．４°＜θ＜−５１．１°の範囲にある回転Ｙカット水晶基板を用いているので、この水晶基板のエッチング量を０．１μｍ未満にすることができ、エッチングが短時間で終わる。
【００３６】
そして電極膜厚Ｈ／λとカット角θの条件を満足することにより、頂点温度Ｔｐ（℃）を実用的な温度範囲内に設定し、周波数エージング特性が優れたＳＨ波型ＳＡＷデバイスとすることができる。
【００３７】
また電極膜厚とライン占有率の積（Ｈ／λ）×ｍｒとカット角θの条件を満足することにより、頂点温度Ｔｐ（℃）を実用的な温度範囲内に設定し、周波数エージング特性が優れたＳＨ波型ＳＡＷデバイスとすることができる。
【００３８】
また種々の方式のＳＡＷデバイスを用いれば、小型でＱ値が高く、且つ周波数エージング特性が優れたＳＨ波型ＳＡＷデバイスを提供することができる。
【００３９】
またＳＡＷデバイスは、ＩＤＴ電極の両側にグレーティング反射器を配置してＳＡＷのエネルギーを前記ＩＤＴ電極内に十分閉じ込めることができるので、小型でＱ値が高く、周波数エージング特性が優れたＳＨ波型ＳＡＷデバイスを提供することができる。
【００４０】
そして本発明のモジュール装置、又は発振回路は、本発明のＳＨ波型ＳＡＷデバイスを用いているので小型で高性能で、周波数エージング特性が優れたモジュール装置、又は発振回路を提供することができる。
【００４１】
また本発明の製造方法は、ＳＨ波型弾性表面波デバイスを製造する方法において、ＡｌまたはＡｌを主成分とする合金を成膜する前に、水晶基板の主表面をエッチングする製造方法を示したもので、エージング特性の良好なＳＨ波型表面波デバイスを製造することが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
本発明を説明する前に、本発明の元になった特願２００４−３１０４５２号について説明する。ＳＨ波型表面波は、図１（ａ）に示すようにＹカット水晶基板の回転角θを結晶軸Ｚより反時計方向に約−５０°とし、結晶軸Ｘに対し９０°±５°方向に伝搬するＳＨ波型の表面波である。図１（ｂ）はＳＨ波型ＳＡＷ共振子であって、水晶基板１の主面上にＺ’軸方向に沿ってＩＤＴ電極２を配置すると共に、該ＩＤＴ電極２の両側にグレーティング反射器３ａ、３ｂを配設してＳＨ波型ＳＡＷ共振子を構成する。ＩＤＴ電極２は互いに間挿し合う複数の電極指を有する一対の櫛形電極より構成され、それぞれの櫛形電極よりリード電極を伸ばす。
【００４３】
ＩＤＴ電極２、グレーティング反射器３ａ、３ｂの電極材料はアルミニウム（Ａｌ）又はＡｌを主成分とする合金とし、ＩＤＴ電極２、グレーティング反射器３ａ、３ｂの電極膜厚ＨをＳＨ波型表面波の波長λで基準化したＨ／λを基準化電極膜厚、ＩＤＴ電極２を構成する電極指幅をＬ、電極指幅Ｌと電極指間のスペースＳとの和を（Ｌ＋Ｓ）としたとき、Ｌ／（Ｌ＋Ｓ）をライン占有率ｍｒとし、特に記述しないときは、ｍｒ＝０．６０を用いる。
【００４４】
本発明においては、従来の欠点を鑑みて電極膜厚Ｈ／λを、従来の値より大きく設定することで、ＳＨ波型表面波を圧電基板表面に集中させて、グレーティング反射器によりＳＨ波型表面波の反射を効率良く利用できるようにし、少ないＩＤＴ電極対数やグレーティング反射器本数でもＳＨ波型表面波エネルギーをＩＤＴ電極内に閉じ込めるようにしてデバイスサイズの小型化を図った。
【００４５】
図２は、図１（ｂ）に示したＳＨ波型ＳＡＷ共振子において、圧電基板１に−５１°回転Ｙカット９０°Ｘ伝搬水晶基板（オイラー角表示では（０°，３９°，９０°））を用い、共振周波数を３１５ＭＨｚ、電極膜厚Ｈ／λを０．０６、ＩＤＴ電極２の対数を１００対、グレーティング反射器３ａ、３ｂの本数を各々１００本として構成したＳＨ波型ＳＡＷ共振子の周波数温度特性（実線）を示した図である。また、比較の為に、圧電基板の大きさを同一にしたＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子の周波数温度特性を破線で示し、重ね書きした。
【００４６】
図３は本発明のＳＨ波型ＳＡＷ共振子における電極膜厚Ｈ／λとＱ値の関係を示したものであり、共振子設計条件は前述と同等である。同図より、０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２の範囲においてＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子のＱ値（１５，０００）を上回る値が得られることが分かる。更に、０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０の範囲に設定することにより２０，０００以上もの高いＱ値が得られる。
【００４７】
また、特公平０１−０３４４１１号にある多対ＩＤＴ型ＳＡＷ共振子と本発明のＳＨ波型ＳＡＷ共振子のＱ値を比較すると、特公平０１−０３４４１１号で得られているＱ値は共振周波数が２０７．５６１（ＭＨｚ）における値であり、これを本実施例で適用している共振周波数３１５（ＭＨｚ）に変換するとＱ値は１５，０００程度となり、ＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子とほぼ同等である。また、共振子のサイズを比較すると、特公平０１−０３４４１１号の多対ＩＤＴ型ＳＡＷ共振子は８００±２００対もの対数が必要なのに対し、本発明ではＩＤＴとグレーティング反射器の両方で２００対分の大きさで十分であるので格段に小型化できる。従って、電極膜厚を０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２の範囲に設定し、グレーティング反射器を設けて効率良くＳＨ波型表面波を反射することで、特公平０１−０３４４１１号に開示されている多対ＩＤＴ型ＳＡＷ共振子よりも小型で且つＱ値が高いＳＡＷデバイスを実現できる。
【００４８】
次に、図４は本発明のＳＨ波型ＳＡＷ共振子における電極膜厚Ｈ／λと２次温度係数の関係を示したものであり、共振子設計条件は前述と同等である。図４より高いＱ値が得られる０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２の範囲において、ＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子の２次温度係数−０．０３４（ｐｐｍ／℃2）よりも良好な値が得られた。以上より電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２の範囲に設定することで、ＳＴカット水晶ＳＡＷデバイス及び特公平０１−０３４４１１号に開示されているＳＡＷデバイスよりも小型でＱ値が高く、且つ周波数安定性に優れたＳＡＷデバイスを提供できることが分かった。
【００４９】
なお、これまでカット角θを−５１°とした場合についてのみ示してきたが、本発明のＳＡＷ共振子においてはカット角θを変えても膜厚依存性は大きく変化せず、−５１°から数度ずれたカット角においても電極膜厚を０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２の範囲に設定することで、良好なＱ値と２次温度係数が得られる。
【００５０】
ところで、本発明のＳＨ波型ＳＡＷ共振子は、非常に広い温度範囲では３次的な温度特性となるが、特定の狭い温度範囲では２次特性と見なすことができ、その頂点温度Ｔｐは電極膜厚やカット角によって変化する。従って、いくら周波数温度特性が優れていても頂点温度Ｔｐが使用温度範囲外となってしまうと周波数安定性は著しく劣化してしまうので、実用的な使用温度範囲（−５０℃〜＋１２５℃）において優れた周波数安定性を実現するには、２次温度係数だけでなく頂点温度Ｔｐについても詳細に検討する必要がある。
【００５１】
図５（ａ）は、本発明のＳＨ波型ＳＡＷ共振子においてカット角θを−５０．５°としたときの電極膜厚Ｈ／λと頂点温度Ｔｐの関係を示している。図５（ａ）から明らかなように、電極膜厚Ｈ／λを大きくすると頂点温度Ｔｐは下がり、電極膜厚Ｈ／λと頂点温度Ｔｐの関係は次の近似式で表わされる。
Tp(H/λ)=−41825×(H/λ)2＋2855.4×(H/λ)−26.42 ・・・（１）
また、−５０°近傍のカット角においても切片を除けばおおよそ（１）式が適用できる。
【００５２】
また、図５（ｂ）は、本発明のＳＡＷ共振子において電極膜厚Ｈ／λを０．０６とした時のカット角θと頂点温度Ｔｐの関係を示している。図５（ｂ）から明らかなように、カット角θの絶対値を小さくすると頂点温度Ｔｐは下がり、カット角θと頂点温度Ｔｐの関係は次の近似式で表わされる。
Tp(θ)=−43.5372×θ−2197.14 ・・・（２）
【００５３】
式（１）及び式（２）から電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とした時に頂点温度Ｔｐを実用的な使用温度範囲（−５０〜＋１２５℃）に設定するには、カット角θを−５９．９°≦θ≦−４８．９°の範囲に設定すれば良いことが分かる。
【００５４】
また、電極膜厚Ｈ／λとカット角θの双方を考慮する場合、頂点温度Ｔｐは式（１）及び式（２）から次の近似式で表わされる。
Tp(H/λ,θ)=Tp(H/λ)＋Tp(θ)=−41825×(H/λ)2＋2855.4×(H/λ)−43.5372×θ−2223.56 ・・・（３）
式（３）より、頂点温度Ｔｐを使用温度範囲（−５０〜＋１２５℃）に設定するには、次式で表される範囲に電極膜厚Ｈ／λ及びカット角θを設定すれば良い。
0.9613≦−18.498×(H/λ)2+1.2629×(H/λ)−0.019255×θ≦1.0387 ・・・（４）
【００５５】
このように、本発明ではカット角θが−５９．９°≦θ≦−４８．９°の範囲にある回転Ｙカット水晶基板を用い、ＳＡＷの伝搬方向がＸ軸に対してほぼ垂直方向として励振されるＳＨ波を用い、ＩＤＴ電極やグレーティング反射器の電極材料をＡｌまたはＡｌを主とした合金にて構成し、その電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とすることで、ＳＴカット水晶ＳＡＷデバイスより小型で、且つＱ値が大きく、且つ周波数安定性の優れているＳＡＷデバイスを実現できる。
【００５６】
ここで、より最適な条件について検討すると、電極膜厚Ｈ／λは図３よりＱ値として２０，０００以上が得られる０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０の範囲に設定するのが好ましい。また、頂点温度Ｔｐをより実用的な使用温度範囲（０°〜＋７０℃）に設定するためには、カット角θは−５５．７°≦θ≦−５０．２°の範囲に設定するのが好ましく、更には、式（３）より得られる次式の範囲にカット角θ及び電極膜厚Ｈ／λを設定するのが好ましい。
0.9845≦−18.518×(H/λ)2＋1.2643×(H/λ)−0.019277×θ≦1.0155 ・・・（５）
【００５７】
以上では、図５（ａ）のカット角θを−５０．５°とした時の電極膜厚Ｈ／λと頂点温度Ｔｐの関係、及び図５（ｂ）の電極膜厚Ｈ／λを０．０６とした時のカット角θと頂点温度Ｔｐの関係から、頂点温度Ｔｐが実用的な使用温度範囲に入るような電極膜厚Ｈ／λとカット角θの関係式を導き出したが、更にカット角θの範囲を広げて実験を行ったところ、より詳細な条件を見出すことができたので以下説明する。
【００５８】
図６は、前記ＳＨ波型ＳＡＷ共振子において頂点温度Ｔｐ（℃）がＴｐ＝−５０，０，＋７０，＋１２５である時の水晶基板のカット角θと電極膜厚Ｈ／λの関係を示しており、各Ｔｐ特性の近似式は以下の通りである。
Ｔｐ＝−５０（℃）：Ｈ／λ≒−1.02586×10-4×θ3−1.73238×10-2×θ2−0.977607×θ−18.3420
Ｔｐ＝０（℃）：Ｈ／λ≒−9.87591×10-5×θ3−1.70304×10-2×θ2−0.981173×θ−18.7946Ｔｐ＝＋７０（℃）：Ｈ／λ≒−1.44605×10-4×θ3−2.50690×10-2×θ2−1.45086×θ−27.9464
Ｔｐ＝＋１２５（℃）：Ｈ／λ≒−1.34082×10-4×θ3−2.34969×10-2×θ2−1.37506×θ−26.7895
【００５９】
図６から、頂点温度Ｔｐ（℃）を実用的な範囲である−５０≦Ｔｐ≦＋１２５に設定するには、Ｔｐ＝−５０℃及びＴｐ＝＋１２５℃の曲線に囲まれた領域、即ち、−1.34082×10-4×θ3−2.34969×10-2×θ2−1.37506×θ−26.7895＜Ｈ／λ＜−1.02586×10-4×θ3−1.73238×10-2×θ2−0.977607×θ−18.3420となるようにカット角θ及び電極膜厚Ｈ／λを設定すれば良いことが分かる。また、この時の電極膜厚Ｈ／λの範囲は、従来のＳＴカット水晶デバイスより優れた特性が得られる０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とし、カット角θの範囲は図６の点Ａから点Ｂに示す範囲の−６４．０＜θ＜−４９．３とする必要がある。
【００６０】
更に、より最適な条件について検討すると、頂点温度Ｔｐ（℃）はより実用的な使用温度範囲である０≦Ｔｐ≦＋７０に設定するのが望ましい。Ｔｐ（℃）を前述の範囲に設定するには、図６に示すＴｐ＝０℃及びＴｐ＝＋７０℃の曲線に囲まれた領域、即ち、−1.44605×10-4×θ3−2.50690×10-2×θ2−1.45086×θ−27.9464＜Ｈ／λ＜−9.87591×10-5×θ3−1.70304×10-2×θ2−0.981173×θ−18.7946となるようにカット角θ及び電極膜厚Ｈ／λを設定すれば良い。また、電極膜厚Ｈ／λはＱ値が２０，０００以上得られる０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０の範囲にするのが望ましく、電極膜厚を前述の範囲とし、頂点温度Ｔｐ（℃）を０≦Ｔｐ≦＋７０の範囲内に設定するには、カット角θを図６の点Ｃから点Ｄに示す範囲の−６１．４＜θ＜−５１．１に設定する必要がある。
【００６１】
以上、詳細に検討した結果、カット角θが−６４．０°＜θ＜−４９．３°、好ましくは−６１．４°＜θ＜−５１．１°の範囲にある回転Ｙカット水晶基板を用い、表面波の伝搬方向がＸ軸に対してほぼ垂直方向として励振されるＳＨ波を用い、ＩＤＴ電極やグレーティング反射器の電極材料をＡｌまたはＡｌを主とした合金にて構成し、その電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２、好ましくは０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０とすることで、ＳＴカット水晶ＳＡＷデバイスよりＱ値が大きく優れた温度特性が得られると共に、頂点温度Ｔpを実用的な使用温度範囲内に設定できることを見出した。
【００６２】
ところで、これまでＩＤＴのライン占有率ｍｒを０．６０と固定したときの例について説明してきたが、以下ではライン占有率を変数に含めた場合のＴｐ特性について検討した。図７は、電極膜厚とライン占有率の積（Ｈ／λ）×ｍｒと頂点温度Ｔｐの関係を示している。なお、縦軸は頂点温度Ｔｐ（℃）を、横軸は電極膜厚とライン占有率との積（Ｈ／λ）×ｍｒを示しており、このときの水晶基板のカット角θは−５１．５°としている。図７に示すように、電極膜厚とライン占有率の積（Ｈ／λ）×ｍｒの値を大きくする程、頂点温度Ｔｐは下がることが分かる。
【００６３】
次に、図８は頂点温度Ｔｐ（℃）がＴｐ＝−５０，０，＋７０，＋１２５である時の水晶基板のカット角θと電極膜厚とライン占有率の積（Ｈ／λ）×ｍｒの関係を示している。なお、各Ｔｐ特性の近似式は以下の通りである。
Ｔｐ＝−５０（℃）：Ｈ／λ×ｍｒ≒−6.15517×10-5×θ3−1.03943×10-2×θ2−0.586564×θ−11.0052
Ｔｐ＝０（℃）：Ｈ／λ×ｍｒ≒−5.92554×10-5×θ3−1.02183×10-2×θ2−0.588704×θ−11.2768
Ｔｐ＝＋７０（℃）：Ｈ／λ×ｍｒ≒−8.67632×10-5×θ3−1.50414×10-2×θ2−0.870514×θ−16.7678
Ｔｐ＝＋１２５（℃）：Ｈ／λ×ｍｒ≒−8.04489×10-5×θ3−1.40981×10-2×θ2−0.825038×θ−16.0737
【００６４】
図８から、頂点温度Ｔｐ（℃）を実用的な範囲である−５０≦Ｔｐ≦＋１２５に設定するには、Ｔｐ＝−５０℃及びＴｐ＝＋１２５℃の曲線に囲まれた領域、即ち、−8.04489×10-5×θ3−1.40981×10-2×θ2−0.825038×θ−16.0737＜Ｈ／λ×ｍｒ＜−6.15517×10-5×θ3−1.03943×10-2×θ2−0.586564×θ−11.0052となるようにカット角θ及び電極膜厚とライン占有率の積Ｈ／λ×ｍｒを設定すれば良いことが分かる。また、この時の電極膜厚Ｈ／λの範囲は従来のＳＴカット水晶デバイスより優れた特性が得られる０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とし、カット角θの範囲は−６４．０＜θ＜−４９．３とする必要がある。
【００６５】
また、頂点温度Ｔｐ（℃）をより実用的な使用温度範囲である０≦Ｔｐ≦＋７０に設定するには、図８に示すＴｐ＝０℃及びＴｐ＝＋７０℃の曲線に囲まれた領域、即ち、−8.67632×10-5×θ3−1.50414×10-2×θ2−0.870514×θ−16.7678＜Ｈ／λ×ｍｒ＜−5.92554×10-5×θ3−1.02183×10-2×θ2−0.588704×θ−11.2768となるようにカット角θ及び電極膜厚とライン占有率の積（Ｈ／λ）×ｍｒを設定すれば良い。また、この時の電極膜厚Ｈ／λはＱ値が２０，０００以上得られる０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０とするのが望ましく、電極膜厚を前述の範囲とし、且つ、頂点温度Ｔｐ（℃）を０≦Ｔｐ≦＋７０の範囲内に設定するには、カット角θは−６１．４＜θ＜−５１．１とするのが望ましい。
【００６６】
これまで、図１に示すような１ポートのＳＡＷ共振子についてのみ言及してきたが、それ以外のＳＡＷデバイスにおいても本発明を適用できる。以下、種々のＳＡＷデバイスの構造について説明する。
図９は圧電基板１１上にＳＡＷの伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極１２、１３を配置し、その両側にグレーティング反射器１４ａ、１４ｂを配置した２ポートＳＨ波型ＳＡＷ共振子を示しており、１ポートＳＨ波型ＳＡＷ共振子と同じく高いＱ値を実現できる。
【００６７】
図１０は、共振子フィルタの１つの方式としてＳＡＷ共振子の音響結合を利用した２重モードＳＡＷ（ＤＭＳ）フィルタを示しており、図１０（ａ）は圧電基板２１上にＳＡＷ共振子２２を伝搬方向に対して平行に近接配置した横結合型ＤＭＳフィルタ、図１０（ｂ）は圧電基板３１上にＩＤＴ３２からなるＳＨ波型ＳＡＷ共振子を表面波の伝搬方向に沿って配置した２ポートの縦結合型ＤＭＳフィルタである。前記横結合型ＤＭＳフィルタは伝搬方向に対し垂直方向の音響結合を利用し、前記縦結合型ＤＭＳフィルタは伝搬方向に対し水平方向の音響結合を利用している。これらＤＭＳフィルタは平坦な通過帯域と良好な帯域外抑圧度が得られる特徴がある。
【００６８】
なお、前記縦結合型ＤＭＳフィルタは、通過域近傍を高減衰にするためにＳＡＷ共振子を接続する場合がある。また、更に高次のモードを利用した多重モードＳＡＷフィルタや、伝搬方向に対し垂直方向と水平方向の双方で音響結合させた多重モードＳＡＷフィルタにも応用できる。
【００６９】
図１１は、共振子フィルタの別の方式として、圧電基板４１上に複数の１ポートＳＡＷ共振子４２を直列、並列、直列と梯子（ラダー）状に配置してフィルタを構成したラダー型ＳＡＷフィルタを示している。ラダー型ＳＡＷフィルタは前記ＤＭＳフィルタと比較して通過域近傍の減衰傾度が急峻なフィルタ特性が得られる。
【００７０】
図１２は、トランスバーサルＳＡＷフィルタを示しており、同図（ａ）は圧電基板５１上に表面波の伝搬方向に沿って入力用ＩＤＴ電極５２と出力用ＩＤＴ電極５３を所定の間隙をあけて配置したトランスバーサル型ＳＡＷフィルタである。なお、前記ＩＤＴ電極５２、５３は双方向に表面波を伝搬させる。また、入出力端子間の直達波の影響を防ぐためにシールド電極５４を設けたり、基板端面からの不要な反射波を抑圧するために圧電基板５１の両端に吸音材５５を塗布する場合がある。トランスバーサル型ＳＡＷフィルタは、振幅特性と位相特性とを別々に設計可能であり、帯域外抑圧度が高いためＩＦ用フィルタとして多用されている。
【００７１】
前記トランスバーサル型ＳＡＷフィルタにおいて、表面波は伝搬方向に沿って左右に等しく伝搬するためフィルタの挿入損失が大きくなるという問題がある。この問題を解決するものとして、図１２（ｂ）に示すように電極指配列や電極指幅を変化させることによりＳＡＷの励振及び反射に重み付けを施して表面波の励振を一方向性にした所謂単相一方向性電極（Single Phase Uni-Directional Transducer：ＳＰＵＤＴ）６２、６３を配置したトランスバーサル型ＳＡＷフィルタがある。表面波の励振が一方向性となるので低損失なフィルタ特性が得られる。また、他の構造として、ＩＤＴの励振電極間にグレーティング反射器を配置した所謂反射バンク型トランスバーサル型ＳＡＷフィルタ等がある。
【００７２】
以上の種々のＳＡＷデバイスにおいて、圧電基板に回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°、好ましくは−６１．４°＜θ＜−５１．１°の範囲に設定し、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対し９０°±５°とした水晶平板を用い、電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２、好ましくは０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０の範囲に設定すれば、本発明と同様な効果が得られることは明らかである。
【００７３】
また、上述のＳＡＷデバイスにおいて、ＩＤＴ電極やグレーティング反射器上にＳｉＯ2等の保護膜やＡｌを陽極酸化した保護膜等を形成したり、Ａｌ電極の上部あるいは下部に密着層あるいは耐電力向上等の目的で別の金属薄膜を形成した場合においても、本発明と同様の効果を得られることは明らかである。また、センサ装置やモジュール装置、発振回路等に本発明のＳＨ波型ＳＡＷデバイスが適用できることは言うまでもない。また、電圧制御ＳＡＷ発振器（ＶＣＳＯ）等に本発明のＳＡＷデバイスを用いれば、容量比γを小さくできるので周波数可変幅を大きくとれる。
【００７４】
また、本発明のＳＡＷデバイスは、ＳＡＷチップとパッケージをワイヤボンディングした構造以外でも良く、ＳＡＷチップの電極パッドとパッケージの端子とを金属バンプで接続したフリップチップボンディング（ＦＣＢ）構造や、配線基板上にＳＡＷチップをフリップチップボンディングしＳＡＷチップの周囲を樹脂封止したＣＳＰ（Chip Size Package）構造、或いは、ＳＡＷチップ上に金属膜や樹脂層を形成することによりパッケージや配線基板を不要としたＷＬＣＳＰ（Wafer Level Chip Size Package）構造等にしても良い。更には、水晶デバイスを水晶又はガラス基板で挟んで積層封止したＡＱＰ（All Quartz Package）構造としても良い。前記ＡＱＰ構造は、水晶又はガラス基板で挟んだだけの構造であるのでパッケージが不要で薄型化が可能であり、低融点ガラス封止や直接接合とすれば接着剤によるアウトガスが少なくなりエージング特性に優れた効果を奏する。
【００７５】
以下、本発明を図示した実施の形態例に基づいて詳細に説明する。図１３は本発明に係るＳＨ波型ＳＡＷ共振子の構成を示す平面図であって、水晶基板７１は、図１（ａ）に示したようにＹカット水晶基板の回転角θを結晶軸Ｚより反時計方向に約−５０°とし、結晶軸Ｘに対し９０°±５°方向（Ｚ’軸方向）に伝搬するＳＨ波型表面波を励起する基板を用いる。そして、水晶基板７１のＺ’軸方向に沿ってアルミニウム、又はアルミニウムを主成分とする合金のＩＤＴ電極７２と、その両側にグレーティング反射器７３ａ、７３ｂとを配置して、ＳＨ波型ＳＡＷ共振子を構成する。ＩＤＴ電極７２は、互いに間挿し合う複数の電極指を有する一対の櫛形電極より形成され、それぞれの櫛形電極よりリード電極を伸ばして二端子とする。
【００７６】
なお、水晶基板７１のカット角θ、電極材料、ＩＤＴ電極の基準化電極膜厚Ｈ／λ（λはＳＨ波型表面波の波長）、ライン占有率ｍｒ（電極指幅Ｌとスペース幅Ｓとの和に対する電極指幅Ｌの比）等は、前述した特願２００４−３１０４５２号に基づくものとする。
【００７７】
本発明の特徴はＳＨ波用水晶基板７１のエッチング量にある。ＳＴカット水晶基板のエッチングについては、前述したように（特許文献３）、ＳＴカット水晶基板を弗酸あるいは弗化アンモニウムの混合液等のエッチング液に浸し、水晶基板の表面を０．１μｍ（１，０００Å）から２μｍ程度エッチングすると、基板表面は微小な半球状の島がほぼ均一に存在している島状構造となり、この表面にアルミニウム膜を形成すると、単結晶膜が得られると記述されている。
【００７８】
しかし、ＳＨ波用水晶基板については何ら記述されていない。そこで、本願発明者はＳＨ波用水晶基板の表面を種々の厚さでエッチングし、該水晶基板表面上にアルミニウム膜を真空蒸着法、スパッタ法を用いて成膜し、フォトリソ技術とエッチング手法を用いて、図１３に示すようなＳＨ波型ＳＡＷ共振子を試作し、そのエージング特性を測定した。特許文献３にはＳＴカット水晶基板表面のエッチング量の例として、０．１μｍから２μｍの例が記述されているが、ＳＨ波型ＳＡＷ共振子の試作の結果によると、エッチング量が大幅に異なることを見出した。即ち、エッチングレートを０．２５ｎｍ／秒とし、３分間エッチングしたＳＨ波用水晶基板（ライトエッチング基板）を用いて、試作したＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージングが極めて良好な特性を示した。なお、このときの水晶基板のエッチング量は０．０４５μｍであり、ウエットエッチングによって水晶基板表面の加工変質層等をより効果的に取り除いている。また基板７１のカット角を−５２．０°、ＩＤＴ電極７２の対数を１２０対、グレーティング反射器７３ａ、７３ｂの本数をそれぞれ１００本、電極膜厚Ｈ／λは０．０６、ライン占有率ｍｒは０．６とした。ＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージング条件は高温動作エージングで、印加する電力を＋１０ｄＢｍ、雰囲気を１２５℃とし、横軸を経過時間（ｈ）、縦軸を周波数変動量（ｐｐｍ）としてプロットした図が、図１４の●実線である。×実線はエッチングを施さない（エッチング量０μｍ）ＳＨ波水晶基板を用い、上記の定数で試作したＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージング特性を比較のために重ね書きしたものである。
【００７９】
エッチングを施さないＳＨ波用水晶基板を用いて構成したＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージングが、３５０時間後で−１３０ｐｐｍから−１７０ｐｐｍであるのに対し、ライトエッチングを施したＳＨ波用水晶基板を用いて構成したＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージングが、３５０時間後で−０．８ｐｐｍから−１．３ｐｐｍであった。
【００８０】
また図１４には、水晶基板を０．００２５μｍエッチングして作製したＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージング特性と、水晶基板を０．０１５μｍエッチングして作製したＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージング特性も重ね書きしてある。この図１４において、△実線は水晶基板を０．００２５μｍエッチングしたときのエージング特性を示し、□実線は０．０１５μｍエッチングしたときのエージング特性を示している。なお、これらの場合においても、エッチングレートを０．２５ｎｍ／秒としてあり、また基板７１のカット角を−５２．０°、ＩＤＴ電極７２の対数を１２０対、グレーティング反射器７３ａ、７３ｂの本数をそれぞれ１００本、電極膜厚Ｈ／λは０．０６、ライン占有率ｍｒは０．６としてある。さらにエージング条件は高温動作エージングで、印加する電力を＋１０ｄＢｍ、雰囲気を１２５℃としてある。
【００８１】
そしてエッチング量が０．００２５μｍの水晶基板を用いたＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージングは、３５０時間後で−１．０ｐｐｍから−８．５ｐｐｍであった。またエッチング量が０．０１５μｍの水晶基板を用いたＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージングは、３５０時間後で−１．０ｐｐｍから−７．３ｐｐｍであった。これによりウエットエッチングによって水晶基板を０．００２５μｍエッチングしても、水晶基板の加工変質層等をより効果的に取り除くことができ、エージング特性が極めて良好であることがわかる。また図１４に示した測定の結果から、特に水晶基板のエッチング量を０．００２５μｍとしたときであっても、３５０時間後のエージングが−１．０ｐｐｍから−８．５ｐｐｍであることから、水晶基板のエッチング量を０．００２μｍとしたときであっても３５０時間後のエージングが数ｐｐｍであると考えられる。
【００８２】
図１５（ａ）はＳＨ波型ＳＡＷ共振子のＩＤＴ電極の斜視図であり、図１５（ｂ）は領域Ｅを拡大した斜視図である。図１５（ｂ）はＳＨ波水晶基板をエッチングレート０．２５ｎｍ／秒で３分間エッチングしたエッチング量０．０４５μｍのＳＨ波水晶基板にアルミニウム膜を成膜し、アルミニウム膜の一部をエッチング加工した基板のＦＥＭ（電界放射顕微鏡）像である。エッチングされた凹部はＳＨ波水晶基板の表面である。ＩＤＴ電極及び水晶基板の両表面上には、図中の左右方向にはしるエッチング痕（実線で強調している）がみられる。
【００８３】
一方、図１６（ａ）はＳＨ波型ＳＡＷ共振子のＩＤＴ電極の斜視図であり、図１６（ｂ）は領域Ｅを拡大した斜視図である。図１６（ｂ）は、ＳＴカット水晶基板をエッチングレート１．６７ｎｍ／秒で６分間エッチングしたエッチング量０．６μｍ（特許文献３に記載されたエッチング量と同じ）のＳＴカット水晶基板にアルミニウム膜を成膜し、アルミニウム膜の一部をエッチング加工した基板のＦＥＭ像である。エッチングされた凹部はＳＴカット水晶基板の表面である。ＩＤＴ電極及び水晶基板の両表面上は、共にほぼ滑らかな状態である。
【００８４】
エッチングしたＳＨ波水晶基板上にアルミニウム膜を成膜した場合と、エッチングを施さないＳＨ波水晶基板上にアルミニウム膜を成膜した場合とで、Ｘ線回折のロッキングカーブ半値全幅（ＦＷＨＭ）がどのように異なるのか、Ｘ線回折装置を用いて測定した。測定結果を纏めたものが図１７である。測定した試料の測定位置として、上部（Ｔｏｐ）、右部（Ｒｉｇｈｔ）、左部（Ｌｅｆｔ）と表記している。ロッキングカーブ半値全幅（ＦＷＨＭ）の平均は、エッチングを施さない場合が１．０２２であるのに対し、エッチングを施した場合は０．８９９と結晶性が改善されている。
【００８５】
また、図１７中のＣＰＳは回折強度を表し、ピーク強度ではなく、ロッキングカーブの積分強度である。エッチングを施さないＳＨ波水晶基板上にアルミニウム膜を成膜した場合のＣＰＳの平均が９，６４２であるのに対し、エッチングを施したＳＨ波水晶基板上にアルミニウム膜を成膜した場合のＣＰＳの平均は、９６，６６２とほぼ１０倍の強度となることが判明した。
【００８６】
図１８は、エッチングを施さないＳＨ波水晶基板上と、エッチングを施したＳＨ波水晶基板上とに、それぞれアルミニウムＩＤＴ電極を形成した場合のＳＨ波型ＳＡＷ共振子の実効抵抗Ｒ１（Ω）とそれらの平均（Ａｖｅ．）を示した図である。エッチングを施さないＳＨ波型ＳＡＷ共振子の平均の実効抵抗が１３．６Ωであるのに対し、エッチングを施したＳＨ波型ＳＡＷ共振子の平均の実効抵抗が１２．３Ωと約１０％改善していた。
【００８７】
図１９は、エッチングをそれぞれ３分（０．０４５μｍ、ライトエッチング）、１０分（０．１５μｍ、ハードエッチング）施したＳＨ波水晶基を用いてＳＨ波型ＳＡＷ共振子を構成した場合のエージング特性である。エージング条件は図１４と同じ条件で行った。●印はエッチング時間が３分、×印はエッチング時間が１０分の場合である。エッチング時間を１０分と長くしたハードエッチングでもエージング特性はほぼ同等であることが判明した。また、エッチング時間をそれぞれ３分、１０分としたＳＨ波型ＳＡＷ共振子の実効抵抗Ｒ１はほぼ同じであった。
【００８８】
以上説明したように、本発明の特徴はＳＨ波型水晶基板に従来のエッチング量（例、０．６μｍ）に比べて少ない量のエッチング（例０．００２μｍから０．１５μｍ）、即ちライトエッチングを施したことである。ライトエッチングにも関わらず、高温動作エージングの条件で良好なエージング特性（例３５０ｈ後において、良好なもので−１ｐｐｍ程度）が得られ、ＩＤＴ電極の材質であるアルミニウムあるいはアルミニウムを主とした合金の結晶性が大幅に改善されていることが、Ｘ線回折等で証明された。
【００８９】
ＳＨ波型水晶基板のエッチング時間を短縮させる、つまりエッチング量を少なくすることにより、エッチング液の劣化を緩やかすることができ、ＳＨ波型水晶基板の品質を維持する上で大きな利点となる。
【００９０】
好ましくは、ＳＨ波型水晶基板のエッチング量を０．００２μｍ以上、０．１μｍ未満とする。これにより、高信頼性のＳＡＷデバイスを実現できる。また、従来のＳＴカット水晶基板を用いたＳＡＷデバイスと比較して、本実施形態では水晶基板のエッチング量を少なくできる。そして、エッチング液の劣化を特に緩やかにすることができ、エッチング液の長寿命化、エッチング液交換頻度の減少などの効果が得られる。またプロセスにおける環境負荷・コストの低減という効果が得られる。
【００９１】
以上では、回転Ｙカット水晶基板の回転角θを結晶軸Ｚより反時計方向に約−５０°とし、結晶軸Ｘに対し９０°±５°方向に伝搬するＳＨ波型表面波を用いたＳＨ波型ＳＡＷ共振子について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、水晶基板上にＳＨ波型表面波の伝搬方向に沿って２つのＩＤＴ電極を近接して配置すると共に、該２つのＩＤＴ電極の両側にグレーティング反射器を配設して構成した１次−２次縦結合二重モードＳＡＷフィルタ、３つのＩＤＴ電極を近接させ、その両側にグレーティング反射器を配置して構成した１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタに適用できる。
【００９２】
また、水晶基板上にＳＨ波型表面波の伝搬方向と直交して２つのＩＤＴ電極を近接して配置すると共に、該２つのＩＤＴ電極の両側にグレーティング反射器を配設して構成した１次−２次横結合二重モードＳＡＷフィルタにも本発明は適用できる。さらに、水晶基板上にＳＨ波型表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極とその両側にグレーティング反射器を配して構成するＳＨ波型ＳＡＷ共振子を複数個形成し、これらを梯子型に接続して構成したラダー型ＳＡＷフィルタにも適用できる。
【００９３】
また、本発明は、水晶基板上にＳＨ波型表面波の伝搬方向に沿って２つのＩＤＴ電極を所定の間隔を隔して配したトランスバーサル型ＳＡＷフィルタにも適用できる。
【００９４】
また、以上に記述したＳＨ波型弾性表面波デバイスを製造するに当たって、ＡｌまたはＡｌを主成分とする合金を成膜する前に、水晶基板の主表面をエッチングする製造方法を示したので、エージング特性の良好なＳＨ波型表面波デバイスを製造することが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】（ａ）はＳＨ波型ＳＡＷ共振子の基板のカット角θと、電極の配置を示す図で、（ｂ）はＳＨ波型ＳＡＷ共振子の構成を示す平面図である。
【図２】ＳＨ波型ＳＡＷ共振子の周波数温度特性と、ＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子の周波数温度特性とを重ね書きした図である。
【図３】ＳＨ波型ＳＡＷ共振子の電極膜厚Ｈ／λとＱ値との関係を示す図である。
【図４】ＳＨ波型ＳＡＷ共振子の電極膜厚Ｈ／λと２次温度係数との関係を示す。
【図５】ＳＨ波型ＳＡＷ共振子の電極膜厚Ｈ／λと頂点温度Ｔｐの関係を（ａ）に、カット角θと頂点温度Ｔｐの関係を（ｂ）に示す。
【図６】ＳＨ波型ＳＡＷ共振子の頂点温度Ｔｐ（℃）がＴｐ＝−５０，０，＋７０，＋１２５であるときのカット角θと電極膜厚Ｈ／λの関係を示す。
【図７】ＳＨ波型ＳＡＷ共振子の電極膜厚とライン占有率の積（Ｈ／λ）×ｍｒと頂点温度Ｔｐの関係を示す。
【図８】ＳＨ波型ＳＡＷ共振子の頂点温度Ｔｐ（℃）がＴｐ＝−５０，０，＋７０，＋１２５であるときのカット角θと電極膜厚とライン占有率の積Ｈ／λ×ｍｒの関係を示す。
【図９】２ポートＳＨ波型ＳＡＷ共振子を説明する図である。
【図１０】ＤＭＳフィルタを説明する図であり、（ａ）に横結合型ＤＭＳフィルタ、（ｂ）に縦結合型ＤＭＳフィルタを示す。
【図１１】ラダー型ＳＡＷフィルタを説明する図である。
【図１２】トランスバーサルＳＡＷフィルタを説明する図であり、（ａ）に双方向にＳＡＷを励振させるＩＤＴを配置したトランスバーサルＳＡＷフィルタ、（ｂ）に一方向にＳＡＷを励振させるＩＤＴを配置したトランスバーサルＳＡＷフィルタを示す。
【図１３】本発明に係る水晶基板をライトエッチングしたＳＨ波型ＳＡＷ共振子の構造を示した概略平面図である。
【図１４】水晶基板をライトエッチングしたＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージング特性と、従来のエッチングの無いＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージング特性を重ね書きした図である。
【図１５】エッチング量０．０４５μｍのライトエッチングしたＳＨ波用水晶基板表面の電子顕微鏡写真である。
【図１６】エッチング量０．６μｍのＳＴカット水晶基板表面の電子顕微鏡写真である。
【図１７】水晶基板のエッチング有無よるＦＷＨＭとＣＰＳを比較した図である。
【図１８】水晶基板のエッチング有無よるＳＨ波型ＳＡＷ共振子の実効抵抗を比較した図である。
【図１９】水晶基板のエッチング量を０．０４５μｍ、０．１５μｍとした場合のＳＨ波型ＳＡＷ共振子にエージング特性を示した図である。
【図２０】（ａ）はＳＨ波型ＳＡＷ共振子の基板のカット角θと、電極の配置を示す図で、（ｂ）はＳＨ波型ＳＡＷ共振子の構成を示す平面図である。
【図２１】多対ＩＤＴ電極型ＳＡＷ共振子の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【００９６】
１，１１，２１，３１，４１，７１…圧電基板、２，１２，１３，２２，３２，４２，５２，５３，６２，６３，７２…ＩＤＴ電極３ａ、３ｂ，１４ａ，１４ｂ，７３ａ，７３ｂ…グレーティング反射器、５４…シールド電極、５５…吸音材、λ…ＳＨ波型弾性表面波の波長。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波デバイス（ＳＡＷデバイス）に関し、特にエージング特性を改善したＳＨ波型表面波デバイスとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＳＡＷデバイスは通信分野で広く利用され、高性能、小型、量産性等の優れた特徴を有することから特に携帯電話、ＬＡＮ等に多く用いられている。ＳＴカット水晶基板（結晶軸Ｘを回転軸としてＸＺ面（Ｙ面）を結晶軸Ｚより反時計方向に４２．７５°回転した水晶基板）上をＸ軸方向に伝搬するレイリー波（（Ｐ＋ＳＶ）波）を用いて構成するＳＡＷデバイスが広く用いられてきた。ＳＴカット水晶ＳＡＷデバイスの１次温度係数は零であるものの、２次温度係数は約−０．０３４（ｐｐｍ／℃2）と比較的大きく、広温度範囲の使用では周波数変動量が大きくなるという問題があった。
【０００３】
この問題を解決するものとして、Meirion Lewis,"Surface Skimming Bulk Wave,SSBW", IEEE Ultrasonics Symp. Proc.,pp.744〜752 (1977)や、特公昭６２−０１６０５０号公報等に開示されたＳＡＷデバイスがある。このＳＡＷデバイスは、図２０（ａ）に示すように回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶軸Ｚより反時計方向に−５０°回転（回転後の基板の軸をそれぞれＸ、Ｙ’、Ｚ’軸とする）し、Ｘ軸に対して垂直な方向（Ｚ’軸方向）に伝搬するＳＨ波を利用して構成したＳＨ波型ＳＡＷデバイスである。なお、このカット角をオイラー角で表示すると（０°，θ＋９０°，９０°）＝（０°，４０°，９０°）と表示できる。図２０（ｂ）は、回転Ｙカット水晶基板８１の主表面上にＺ’軸に沿ってＩＤＴ電極８２と、その両側にグレーティング反射器８３ａ、８３ｂとを配置して構成したＳＨ波型ＳＡＷ共振子である。このＳＨ波型ＳＡＷ共振子は、圧電基板８１の表面直下を伝搬するＳＨ波型表面波をＩＤＴ電極８２によって励起し、その振動エネルギーを電極（８２、８３ａ、８３ｂ）直下に閉じ込めて、共振子を構成するものである。一般に、ＳＨ波型ＳＡＷ共振子の周波数温度特性は、広温度範囲でみると３次曲線を呈し、良好な周波数温度特性が得られる。
【０００４】
しかし、このＳＨ波型表面波は本質的に基板内部を潜って進んでいく波（ＳＳＢＷ）であるため、ＳＴカット水晶板に励起されるレイリー波のように圧電基板表面に沿って伝搬するＳＡＷデバイスと比較して、グレーティング反射器による弾性表面波の反射効率が悪く、小型で、且つ高いＱ値を有するＳＨ波型ＳＡＷデバイスを実現することが難しいという問題があった。
この問題を解決すべく、特公平０１−０３４４１１号公報（特許文献２）では、図２１に示すようにカット角θが−５０°である回転Ｙカット水晶基板８１上を、Ｚ’軸方向に伝搬するＳＨ波型表面波を用いたＳＡＷ共振子が開示されている。ＩＤＴ電極８４を８００対±２００対とし、グレーティング反射器を用いることなく、ＩＤＴ電極８４の電極指からの反射だけでＳＨ波型表面波の振動エネルギーを閉じ込め、高Ｑ化を図った所謂多対ＩＤＴ電極型ＳＡＷ共振子である。
【０００５】
しかし、この多対ＩＤＴ電極型ＳＡＷ共振子は、グレーティング反射器を用いたＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子（レイリー波型）と比較してエネルギー閉じ込め効果が小さく、高いＱ値を得るにはＩＤＴ電極対数が８００対±２００対と非常に多くの対数を必要とする。そのため、ＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子よりも基板が大きくなり、ひいてはデバイスサイズが大きくなって、最近の小型化の要求に応えることができないという問題があった。
【０００６】
また、特許文献２に開示されているＳＡＷ共振子では、ＩＤＴ電極によって励振されるＳＨ波型表面波の電極周期（波長）をλとしたとき、電極膜厚を２％λ以上、好ましくは４％λ以下とすることによりＱ値を高めることができると記されている。例えば周波数を２００ＭＨｚとした場合、基準化電極膜厚Ｈ／λ（伝搬するＳＡＷの波長をλとし、電極膜厚Ｈを波長λで基準化した値、単に電極膜厚ともいう）が４％λ付近でＱ値が飽和し、ＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子と比較してもほぼ同等のＱ値しか得られてない。この原因として、基準化電極膜厚が２％λ以上、４％λ以下の膜厚では、ＳＨ波型表面波が圧電基板表面に閉じ込められず、十分な反射効率が得られないため、Ｑ値が大きくならないものと考えられる。
【０００７】
ＳＡＷデバイスの高周波化と共に良好な周波数エージング特性が強く求められ、エージング特性、耐電力特性の改善に関する多くの提案がなされた。特開平５−１９９０６２号公報（特許文献３）もその１つであり、該公報によると、周波数エージング特性を改善するには、水晶基板上に形成したアルミニウム電極の単結晶化が必要であるという。アルミニウム電極を単結晶化する条件は、水晶基板の表面状態と、アルミニウム成膜前の基板表面の汚染防止にあると記されている。
【０００８】
水晶基板は、水晶ブロックから回転Ｙ板のＳＴカット水晶基板（３３度ＳＴカット水晶基板）を切断し、両面を所定の厚さまでラッピング研磨し、続いて表面をポリッシュする。最後にポリッシュで発生した水晶基板表面の加工変質層の除去および応力解放のためエッチングを行う。水晶基板のエッチング加工は弗酸あるいは弗化アンモニウムの混合液等のエッチング液に浸すことにより、水晶基板の表面を０．１μｍから２μｍ程度エッチングする。すると、基板表面は微小な半球状の島がほぼ均一に存在している島状構造となり、この島の直径は１０ｎｍ（ナノメートル）から１００ｎｍで、高さは約１ｎｍから２０ｎｍの半球状をしている。また、隣接する島と島の間隔は約１０ｎｍから数十ｎｍ程度である。エッチングの時間、エッチング液の濃度により表面状態が変化するので、条件管理が必要であるという。
【０００９】
もう一方の水晶基板の清浄化技術は、エッチングから成膜装置に取り付ける時間をできるだけ短縮すること、時間をおいて成膜装置に取り付ける場合は、イソプロピルアルコールの蒸気乾燥、あるいはイソプロピルアルコールに浸漬した後、遠心分離による液切り法などにより表面を疎水性にしておく。それに、真空装置のチャンバ内の壁面から放出されたガスに基板表面が汚染されないように、排気系はクライオ冷却式にする。また、チャンバは成膜用チャンバと、基板の出し入れ用のチャンバの複数に分け、成膜チャンバが大気にさらされなくなり、基板表面の汚染が少なくなる。
【００１０】
従来技術により製作されたアルミニウム膜と、新たな技術により製作されたアルミニウム膜の評価に関し、Ｘ線回折装置による回折特性図と、電子顕微鏡による膜の粒子観察、さらにアルミニウム膜を４００℃に加熱処理し、その表面の状態を顕微鏡で観察することにより、行ったと記されている。新しい技術を用いて成膜したアルミニウム膜のロッキングカーブ法による半値幅が、バルクのアルミニウム単結晶の半値幅とほぼ同等であり、アルミニウム膜が良質の単結晶膜であることを示していると記されている。
【００１１】
従来技術で成膜したＳＡＷ共振子と、新しい技術を用いて成膜したＳＡＷ共振子にそれぞれ約２０ミリワットの電力を印加し、経時変化による周波数変化を測定したところ、新しい技術を用いたＳＡＷ共振子は１０００時間後の変化が−数ｐｐｍなのに対し、従来技術のものは−数十ｐｐｍから−１００ｐｐｍ以上と極めて大きかったという。
【００１２】
ＷＯ００／２４１２３号公報には、Ｙ板をＸ軸の周りに１０〜６０°回転して得られる回転Ｙ板のＳＴカット水晶基板上に形成したアルミニウム電極に関して記述されている。測定解析技術の進歩により、従来、単結晶と理解されていたアルミニウム膜の解釈が少し変化しているものと思われる。この公報の開示によると、アルミニウムの層は多結晶であり、結晶粒界が双晶粒界（隣り合う結晶粒同士が双晶の関係にある結晶粒界）となっている。これによりＳＡＷ共振子は長期間使用しても周波数が変化しにくいという。その理由として、アルミニウムの層が多結晶であると、粒界エネルギーが生じる。従来のアルミニウム膜のように、多結晶で構成されており、且つこの多結晶を構成する各結晶の配向がランダムであると、粒界エネルギーが大きくなる。粒界エネルギーが大きくなると電極膜に振動が加えられた場合に、結晶が少しずつ移動することになる。このため、このような電極膜に長時間振動が加わると、電極膜が経時劣化し、周波数が変動すると考えられるという。
【００１３】
一方、本発明のように、アルミニウム膜を構成する結晶の結晶粒界が双晶粒界であると、即ち隣り合う結晶粒同士が双晶の関係にあると、粒界エネルギーが小さくなり、電極膜に長期間の振動が加えられてもアルミニウム膜を構成する粒子の移動はしにくい。それ故、長期間使用した場合でも経時変化しにくいと考えられるという。
ＳＡＷ共振子の断面の観察としては、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いてアルミニウム膜の粒界の界面が双晶粒界であることを確認したと記している。また、電子線回折で写した写真により双晶を確認したという。
【００１４】
【特許文献１】特公昭６２−０１６０５０号公報
【特許文献２】特公平０１−０３４４１１号公報
【特許文献３】特開平５−１９９０６２号公報
【特許文献４】ＷＯ００／２４１２３号公報
【非特許文献１】Meirion Lewis,"Surface Skimming Bulk Wave,SSBW", IEEE Ultrasonics Symp. Proc.,pp.744〜752 (1977)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献３、４には、Ｙ板をＸ軸の周りに−５０°回転して得られるＳＨ波用水晶基板上に形成するＳＨ波型ＳＡＷデバイスについて、何ら記述されてなく、ＳＨ波用水晶基板をどの程度エッチングし、どのようにアルミニウム電極を形成すれば、＋１２５℃の雰囲気中で＋１０ｄＢｍの電力を印加して行う高温動作エージングに要求されるエージング規格（１例として１０００時間で１０ｐｐｍ以下）に適合できるかについては何ら記述がなく、ＳＨ波型ＳＡＷデバイスの諸パラメータをどうのように設定すべきか、手がかりが無いという問題があった。
【００１６】
本発明は、エージング特性の良好なＳＨ波型ＳＡＷデバイスを提供することを目的とする。
また本発明は、このＳＨ波型ＳＡＷデバイスの製造方法を提供するとともに、このＳＨ波型ＳＡＷデバイスを用いたモジュール装置および発振回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために本発明に係る弾性表面波デバイスは、圧電基板と、該圧電基板上に形成されＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴ電極とを備え、励振波をＳＨ波とした弾性表面波デバイスであって、前記圧電基板は、回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°の範囲に設定し、且つ、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対し９０°±５°とした水晶平板であり、且つ、前記圧電基板の表面にエッチングにより形成された一方から他方にはしるエッチング痕を有しており、励振する弾性表面波の波長をλとした時、前記ＩＤＴの波長で基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とし、前記ＩＤＴ電極が前記圧電基板の前記エッチング痕を有する表面に形成されているＳＨ波型弾性表面波デバイスであることを特徴とする。なお、このエッチングは、ウエットエッチングが好ましい。
【００１８】
また本発明に係る弾性表面波デバイスは、圧電基板と、該圧電基板上に形成されＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴ電極とを備え、励振波をＳＨ波とした弾性表面波デバイスであって、前記圧電基板は、回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°の範囲に設定し、且つ、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対し９０°±５°とした水晶平板であり、励振する弾性表面波の波長をλとした時、前記ＩＤＴ電極の波長で基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とし、前記圧電基板の主表面を０．００２μｍ以上の厚さでエッチングしたＳＨ波型弾性表面波デバイスであることを特徴とする。
【００１９】
また前記弾性表面波デバイスは、カット角θ及び電極膜厚Ｈ／λの関係が、−1.34082×10-4×θ3−2.34969×10-2×θ2−1.37506×θ−26.7895＜Ｈ／λ＜−1.02586×10-4×θ3−1.73238×10-2×θ2−0.977607×θ−18.3420を満足していることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。
【００２０】
また前記弾性表面波デバイスは、前記ＩＤＴ電極を構成する電極指の電極指幅／（電極指幅＋電極指間のスペース）をライン占有率ｍｒとした時に、カット角θ及び電極膜厚とライン占有率の積（Ｈ／λ）×ｍｒの関係が、−8.04489×10-5×θ3−1.40981×10-2×θ2−0.825038×θ−16.0737＜（Ｈ／λ）×ｍｒ＜−6.15517×10-5×θ3−1.03943×10-2×θ2−0.586564×θ−11.0052を満足していることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。
【００２１】
また本発明に係る弾性表面波デバイスは、圧電基板と、該圧電基板上に形成されＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴ電極とを備え、励振波をＳＨ波とした弾性表面波デバイスであって、前記圧電基板は、回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６１．４°＜θ＜−５１．１°の範囲に設定し、且つ、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対し９０°±５°とした水晶平板であり、且つ、前記圧電基板の表面にウエットエッチングにより形成された一方から他方にはしるエッチング痕を有しており、励振する弾性表面波の波長をλとした時、前記ＩＤＴ電極の波長で基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０とし、前記ＩＤＴ電極が前記圧電基板の前記エッチング痕を有する表面に形成されているＳＨ波型弾性表面波デバイスであることを特徴とする。
【００２２】
また前記弾性表面波デバイスは、カット角θ及び電極膜厚Ｈ／λの関係が、−1.44605×10-4×θ3−2.50690×10-2×θ2−1.45086×θ−27.9464＜Ｈ／λ＜−9.87591×10-5×θ3−1.70304×10-2×θ2−0.981173×θ−18.7946を満足していることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。
【００２３】
また前記弾性表面波デバイスは、前記ＩＤＴ電極を構成する電極指の電極指幅／（電極指幅＋電極指間のスペース）をライン占有率ｍｒとした時に、カット角θ及び電極膜厚とライン占有率の積（Ｈ／λ）×ｍｒの関係が、−8.67632×10-5×θ3−1.50414×10-2×θ2−0.870514×θ−16.7678＜（Ｈ／λ）×ｍｒ＜−5.92554×10-5×θ3−1.02183×10-2×θ2−0.588704×θ−11.2768を満足していることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。
【００２４】
また前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板上にＩＤＴ電極を少なくとも１個配置した１ポートの弾性表面波共振子であることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。
【００２５】
また前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板の弾性表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極を少なくとも２個配置した２ポートの弾性表面波共振子であることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。
【００２６】
また前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板の弾性表面波の伝搬方向に対して複数個の弾性表面波共振子を平行に近接配置した横結合型多重モードフィルタであることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。
【００２７】
また前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板の弾性表面波の伝搬方向に沿って複数個のＩＤＴ電極からなる２ポートの弾性表面波共振子を配置した縦結合型多重モードフィルタであることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。
【００２８】
また前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板上に複数個のＳＨ波型弾性表面波共振子を梯子状に接続したラダー型弾性表面波フィルタあることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。
【００２９】
また前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板上に弾性表面波を双方向に伝搬させるＩＤＴ電極を所定の間隔を空けて複数個配置したトランスバーサルＳＡＷフィルタであることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。
【００３０】
また前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板上に弾性表面波を一方向に伝搬させるＩＤＴ電極を少なくとも１つ配置したトランスバーサルＳＡＷフィルタであることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。
【００３１】
また前記弾性表面波デバイスは、弾性表面波センサであることを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。
【００３２】
また前記弾性表面波デバイスは、ＩＤＴ電極の両側にグレーティング反射器を有することを特徴としたＳＨ波型弾性表面波デバイスである。
【００３３】
また本発明に係るモジュール装置や本発明に係る発振回路は、前述したＳＨ波型弾性表面波デバイスを用いたことを特徴としている。
【００３４】
また本発明に係る表面波デバイスの製造方法は、前述したＳＨ波型弾性表面波デバイスを製造する方法であり、ＡｌまたはＡｌを主成分とする合金を成膜する前に、水晶基板の主表面をウエットエッチングして該主表面に一方から他方にはしるエッチング痕を形成することを特徴としたＳＨ波型表面波デバイスの製造方法である。すなわち本発明に係る表面波デバイスの製造方法は、前記圧電基板の主表面をウエットエッチングして該主表面に一方から他方にはしるエッチング痕を形成する工程と、エッチングした前記圧電基板の主表面に前記ＩＤＴ電極を形成する工程とを有することを特徴としている。
また本発明に係る表面波デバイスの製造方法は、前記圧電基板の主表面を０．００２μｍ以上０．１μｍ未満の厚さでエッチングする工程と、エッチングした前記圧電基板の主表面に前記ＩＤＴ電極を形成する工程とを有することを特徴としている。
【００３５】
本発明のＳＡＷデバイスは、カット角θが−６４．０°＜θ＜−４９．３°、好ましくは−６１．４°＜θ＜−５１．１°の範囲にある回転Ｙカット水晶基板を用い、ＳＡＷの伝搬方向が結晶Ｘ軸に対して９０°±５°として励振されるＳＨ波を用い、ＩＤＴ電極やグレーティング反射器の電極材料をＡｌまたはＡｌを主とした合金にて構成し、波長で基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２、好ましくは０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０とすることで、本来基板内部に潜って進んでいく波を基板表面に集中させてグレーティング反射器等により表面波の反射を効率良く利用できるようにし、更に前記水晶基板を０．００２μｍ以上エッチングしたので、小型でＱ値が高く、且つ周波数エージング特性が優れたＳＨ波型ＳＡＷデバイスを提供することができる。なおカット角θが−６４．０°＜θ＜−４９．３°、好ましくは−６１．４°＜θ＜−５１．１°の範囲にある回転Ｙカット水晶基板を用いているので、この水晶基板のエッチング量を０．１μｍ未満にすることができ、エッチングが短時間で終わる。
【００３６】
そして電極膜厚Ｈ／λとカット角θの条件を満足することにより、頂点温度Ｔｐ（℃）を実用的な温度範囲内に設定し、周波数エージング特性が優れたＳＨ波型ＳＡＷデバイスとすることができる。
【００３７】
また電極膜厚とライン占有率の積（Ｈ／λ）×ｍｒとカット角θの条件を満足することにより、頂点温度Ｔｐ（℃）を実用的な温度範囲内に設定し、周波数エージング特性が優れたＳＨ波型ＳＡＷデバイスとすることができる。
【００３８】
また種々の方式のＳＡＷデバイスを用いれば、小型でＱ値が高く、且つ周波数エージング特性が優れたＳＨ波型ＳＡＷデバイスを提供することができる。
【００３９】
またＳＡＷデバイスは、ＩＤＴ電極の両側にグレーティング反射器を配置してＳＡＷのエネルギーを前記ＩＤＴ電極内に十分閉じ込めることができるので、小型でＱ値が高く、周波数エージング特性が優れたＳＨ波型ＳＡＷデバイスを提供することができる。
【００４０】
そして本発明のモジュール装置、又は発振回路は、本発明のＳＨ波型ＳＡＷデバイスを用いているので小型で高性能で、周波数エージング特性が優れたモジュール装置、又は発振回路を提供することができる。
【００４１】
また本発明の製造方法は、ＳＨ波型弾性表面波デバイスを製造する方法において、ＡｌまたはＡｌを主成分とする合金を成膜する前に、水晶基板の主表面をエッチングする製造方法を示したもので、エージング特性の良好なＳＨ波型表面波デバイスを製造することが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
本発明を説明する前に、本発明の元になった特願２００４−３１０４５２号について説明する。ＳＨ波型表面波は、図１（ａ）に示すようにＹカット水晶基板の回転角θを結晶軸Ｚより反時計方向に約−５０°とし、結晶軸Ｘに対し９０°±５°方向に伝搬するＳＨ波型の表面波である。図１（ｂ）はＳＨ波型ＳＡＷ共振子であって、水晶基板１の主面上にＺ’軸方向に沿ってＩＤＴ電極２を配置すると共に、該ＩＤＴ電極２の両側にグレーティング反射器３ａ、３ｂを配設してＳＨ波型ＳＡＷ共振子を構成する。ＩＤＴ電極２は互いに間挿し合う複数の電極指を有する一対の櫛形電極より構成され、それぞれの櫛形電極よりリード電極を伸ばす。
【００４３】
ＩＤＴ電極２、グレーティング反射器３ａ、３ｂの電極材料はアルミニウム（Ａｌ）又はＡｌを主成分とする合金とし、ＩＤＴ電極２、グレーティング反射器３ａ、３ｂの電極膜厚ＨをＳＨ波型表面波の波長λで基準化したＨ／λを基準化電極膜厚、ＩＤＴ電極２を構成する電極指幅をＬ、電極指幅Ｌと電極指間のスペースＳとの和を（Ｌ＋Ｓ）としたとき、Ｌ／（Ｌ＋Ｓ）をライン占有率ｍｒとし、特に記述しないときは、ｍｒ＝０．６０を用いる。
【００４４】
本発明においては、従来の欠点を鑑みて電極膜厚Ｈ／λを、従来の値より大きく設定することで、ＳＨ波型表面波を圧電基板表面に集中させて、グレーティング反射器によりＳＨ波型表面波の反射を効率良く利用できるようにし、少ないＩＤＴ電極対数やグレーティング反射器本数でもＳＨ波型表面波エネルギーをＩＤＴ電極内に閉じ込めるようにしてデバイスサイズの小型化を図った。
【００４５】
図２は、図１（ｂ）に示したＳＨ波型ＳＡＷ共振子において、圧電基板１に−５１°回転Ｙカット９０°Ｘ伝搬水晶基板（オイラー角表示では（０°，３９°，９０°））を用い、共振周波数を３１５ＭＨｚ、電極膜厚Ｈ／λを０．０６、ＩＤＴ電極２の対数を１００対、グレーティング反射器３ａ、３ｂの本数を各々１００本として構成したＳＨ波型ＳＡＷ共振子の周波数温度特性（実線）を示した図である。また、比較の為に、圧電基板の大きさを同一にしたＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子の周波数温度特性を破線で示し、重ね書きした。
【００４６】
図３は本発明のＳＨ波型ＳＡＷ共振子における電極膜厚Ｈ／λとＱ値の関係を示したものであり、共振子設計条件は前述と同等である。同図より、０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２の範囲においてＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子のＱ値（１５，０００）を上回る値が得られることが分かる。更に、０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０の範囲に設定することにより２０，０００以上もの高いＱ値が得られる。
【００４７】
また、特公平０１−０３４４１１号にある多対ＩＤＴ型ＳＡＷ共振子と本発明のＳＨ波型ＳＡＷ共振子のＱ値を比較すると、特公平０１−０３４４１１号で得られているＱ値は共振周波数が２０７．５６１（ＭＨｚ）における値であり、これを本実施例で適用している共振周波数３１５（ＭＨｚ）に変換するとＱ値は１５，０００程度となり、ＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子とほぼ同等である。また、共振子のサイズを比較すると、特公平０１−０３４４１１号の多対ＩＤＴ型ＳＡＷ共振子は８００±２００対もの対数が必要なのに対し、本発明ではＩＤＴとグレーティング反射器の両方で２００対分の大きさで十分であるので格段に小型化できる。従って、電極膜厚を０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２の範囲に設定し、グレーティング反射器を設けて効率良くＳＨ波型表面波を反射することで、特公平０１−０３４４１１号に開示されている多対ＩＤＴ型ＳＡＷ共振子よりも小型で且つＱ値が高いＳＡＷデバイスを実現できる。
【００４８】
次に、図４は本発明のＳＨ波型ＳＡＷ共振子における電極膜厚Ｈ／λと２次温度係数の関係を示したものであり、共振子設計条件は前述と同等である。図４より高いＱ値が得られる０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２の範囲において、ＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子の２次温度係数−０．０３４（ｐｐｍ／℃2）よりも良好な値が得られた。以上より電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２の範囲に設定することで、ＳＴカット水晶ＳＡＷデバイス及び特公平０１−０３４４１１号に開示されているＳＡＷデバイスよりも小型でＱ値が高く、且つ周波数安定性に優れたＳＡＷデバイスを提供できることが分かった。
【００４９】
なお、これまでカット角θを−５１°とした場合についてのみ示してきたが、本発明のＳＡＷ共振子においてはカット角θを変えても膜厚依存性は大きく変化せず、−５１°から数度ずれたカット角においても電極膜厚を０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２の範囲に設定することで、良好なＱ値と２次温度係数が得られる。
【００５０】
ところで、本発明のＳＨ波型ＳＡＷ共振子は、非常に広い温度範囲では３次的な温度特性となるが、特定の狭い温度範囲では２次特性と見なすことができ、その頂点温度Ｔｐは電極膜厚やカット角によって変化する。従って、いくら周波数温度特性が優れていても頂点温度Ｔｐが使用温度範囲外となってしまうと周波数安定性は著しく劣化してしまうので、実用的な使用温度範囲（−５０℃〜＋１２５℃）において優れた周波数安定性を実現するには、２次温度係数だけでなく頂点温度Ｔｐについても詳細に検討する必要がある。
【００５１】
図５（ａ）は、本発明のＳＨ波型ＳＡＷ共振子においてカット角θを−５０．５°としたときの電極膜厚Ｈ／λと頂点温度Ｔｐの関係を示している。図５（ａ）から明らかなように、電極膜厚Ｈ／λを大きくすると頂点温度Ｔｐは下がり、電極膜厚Ｈ／λと頂点温度Ｔｐの関係は次の近似式で表わされる。
Tp(H/λ)=−41825×(H/λ)2＋2855.4×(H/λ)−26.42 ・・・（１）
また、−５０°近傍のカット角においても切片を除けばおおよそ（１）式が適用できる。
【００５２】
また、図５（ｂ）は、本発明のＳＡＷ共振子において電極膜厚Ｈ／λを０．０６とした時のカット角θと頂点温度Ｔｐの関係を示している。図５（ｂ）から明らかなように、カット角θの絶対値を小さくすると頂点温度Ｔｐは下がり、カット角θと頂点温度Ｔｐの関係は次の近似式で表わされる。
Tp(θ)=−43.5372×θ−2197.14 ・・・（２）
【００５３】
式（１）及び式（２）から電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とした時に頂点温度Ｔｐを実用的な使用温度範囲（−５０〜＋１２５℃）に設定するには、カット角θを−５９．９°≦θ≦−４８．９°の範囲に設定すれば良いことが分かる。
【００５４】
また、電極膜厚Ｈ／λとカット角θの双方を考慮する場合、頂点温度Ｔｐは式（１）及び式（２）から次の近似式で表わされる。
Tp(H/λ,θ)=Tp(H/λ)＋Tp(θ)=−41825×(H/λ)2＋2855.4×(H/λ)−43.5372×θ−2223.56 ・・・（３）
式（３）より、頂点温度Ｔｐを使用温度範囲（−５０〜＋１２５℃）に設定するには、次式で表される範囲に電極膜厚Ｈ／λ及びカット角θを設定すれば良い。
0.9613≦−18.498×(H/λ)2+1.2629×(H/λ)−0.019255×θ≦1.0387 ・・・（４）
【００５５】
このように、本発明ではカット角θが−５９．９°≦θ≦−４８．９°の範囲にある回転Ｙカット水晶基板を用い、ＳＡＷの伝搬方向がＸ軸に対してほぼ垂直方向として励振されるＳＨ波を用い、ＩＤＴ電極やグレーティング反射器の電極材料をＡｌまたはＡｌを主とした合金にて構成し、その電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とすることで、ＳＴカット水晶ＳＡＷデバイスより小型で、且つＱ値が大きく、且つ周波数安定性の優れているＳＡＷデバイスを実現できる。
【００５６】
ここで、より最適な条件について検討すると、電極膜厚Ｈ／λは図３よりＱ値として２０，０００以上が得られる０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０の範囲に設定するのが好ましい。また、頂点温度Ｔｐをより実用的な使用温度範囲（０°〜＋７０℃）に設定するためには、カット角θは−５５．７°≦θ≦−５０．２°の範囲に設定するのが好ましく、更には、式（３）より得られる次式の範囲にカット角θ及び電極膜厚Ｈ／λを設定するのが好ましい。
0.9845≦−18.518×(H/λ)2＋1.2643×(H/λ)−0.019277×θ≦1.0155 ・・・（５）
【００５７】
以上では、図５（ａ）のカット角θを−５０．５°とした時の電極膜厚Ｈ／λと頂点温度Ｔｐの関係、及び図５（ｂ）の電極膜厚Ｈ／λを０．０６とした時のカット角θと頂点温度Ｔｐの関係から、頂点温度Ｔｐが実用的な使用温度範囲に入るような電極膜厚Ｈ／λとカット角θの関係式を導き出したが、更にカット角θの範囲を広げて実験を行ったところ、より詳細な条件を見出すことができたので以下説明する。
【００５８】
図６は、前記ＳＨ波型ＳＡＷ共振子において頂点温度Ｔｐ（℃）がＴｐ＝−５０，０，＋７０，＋１２５である時の水晶基板のカット角θと電極膜厚Ｈ／λの関係を示しており、各Ｔｐ特性の近似式は以下の通りである。
Ｔｐ＝−５０（℃）：Ｈ／λ≒−1.02586×10-4×θ3−1.73238×10-2×θ2−0.977607×θ−18.3420
Ｔｐ＝０（℃）：Ｈ／λ≒−9.87591×10-5×θ3−1.70304×10-2×θ2−0.981173×θ−18.7946Ｔｐ＝＋７０（℃）：Ｈ／λ≒−1.44605×10-4×θ3−2.50690×10-2×θ2−1.45086×θ−27.9464
Ｔｐ＝＋１２５（℃）：Ｈ／λ≒−1.34082×10-4×θ3−2.34969×10-2×θ2−1.37506×θ−26.7895
【００５９】
図６から、頂点温度Ｔｐ（℃）を実用的な範囲である−５０≦Ｔｐ≦＋１２５に設定するには、Ｔｐ＝−５０℃及びＴｐ＝＋１２５℃の曲線に囲まれた領域、即ち、−1.34082×10-4×θ3−2.34969×10-2×θ2−1.37506×θ−26.7895＜Ｈ／λ＜−1.02586×10-4×θ3−1.73238×10-2×θ2−0.977607×θ−18.3420となるようにカット角θ及び電極膜厚Ｈ／λを設定すれば良いことが分かる。また、この時の電極膜厚Ｈ／λの範囲は、従来のＳＴカット水晶デバイスより優れた特性が得られる０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とし、カット角θの範囲は図６の点Ａから点Ｂに示す範囲の−６４．０＜θ＜−４９．３とする必要がある。
【００６０】
更に、より最適な条件について検討すると、頂点温度Ｔｐ（℃）はより実用的な使用温度範囲である０≦Ｔｐ≦＋７０に設定するのが望ましい。Ｔｐ（℃）を前述の範囲に設定するには、図６に示すＴｐ＝０℃及びＴｐ＝＋７０℃の曲線に囲まれた領域、即ち、−1.44605×10-4×θ3−2.50690×10-2×θ2−1.45086×θ−27.9464＜Ｈ／λ＜−9.87591×10-5×θ3−1.70304×10-2×θ2−0.981173×θ−18.7946となるようにカット角θ及び電極膜厚Ｈ／λを設定すれば良い。また、電極膜厚Ｈ／λはＱ値が２０，０００以上得られる０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０の範囲にするのが望ましく、電極膜厚を前述の範囲とし、頂点温度Ｔｐ（℃）を０≦Ｔｐ≦＋７０の範囲内に設定するには、カット角θを図６の点Ｃから点Ｄに示す範囲の−６１．４＜θ＜−５１．１に設定する必要がある。
【００６１】
以上、詳細に検討した結果、カット角θが−６４．０°＜θ＜−４９．３°、好ましくは−６１．４°＜θ＜−５１．１°の範囲にある回転Ｙカット水晶基板を用い、表面波の伝搬方向がＸ軸に対してほぼ垂直方向として励振されるＳＨ波を用い、ＩＤＴ電極やグレーティング反射器の電極材料をＡｌまたはＡｌを主とした合金にて構成し、その電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２、好ましくは０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０とすることで、ＳＴカット水晶ＳＡＷデバイスよりＱ値が大きく優れた温度特性が得られると共に、頂点温度Ｔpを実用的な使用温度範囲内に設定できることを見出した。
【００６２】
ところで、これまでＩＤＴのライン占有率ｍｒを０．６０と固定したときの例について説明してきたが、以下ではライン占有率を変数に含めた場合のＴｐ特性について検討した。図７は、電極膜厚とライン占有率の積（Ｈ／λ）×ｍｒと頂点温度Ｔｐの関係を示している。なお、縦軸は頂点温度Ｔｐ（℃）を、横軸は電極膜厚とライン占有率との積（Ｈ／λ）×ｍｒを示しており、このときの水晶基板のカット角θは−５１．５°としている。図７に示すように、電極膜厚とライン占有率の積（Ｈ／λ）×ｍｒの値を大きくする程、頂点温度Ｔｐは下がることが分かる。
【００６３】
次に、図８は頂点温度Ｔｐ（℃）がＴｐ＝−５０，０，＋７０，＋１２５である時の水晶基板のカット角θと電極膜厚とライン占有率の積（Ｈ／λ）×ｍｒの関係を示している。なお、各Ｔｐ特性の近似式は以下の通りである。
Ｔｐ＝−５０（℃）：Ｈ／λ×ｍｒ≒−6.15517×10-5×θ3−1.03943×10-2×θ2−0.586564×θ−11.0052
Ｔｐ＝０（℃）：Ｈ／λ×ｍｒ≒−5.92554×10-5×θ3−1.02183×10-2×θ2−0.588704×θ−11.2768
Ｔｐ＝＋７０（℃）：Ｈ／λ×ｍｒ≒−8.67632×10-5×θ3−1.50414×10-2×θ2−0.870514×θ−16.7678
Ｔｐ＝＋１２５（℃）：Ｈ／λ×ｍｒ≒−8.04489×10-5×θ3−1.40981×10-2×θ2−0.825038×θ−16.0737
【００６４】
図８から、頂点温度Ｔｐ（℃）を実用的な範囲である−５０≦Ｔｐ≦＋１２５に設定するには、Ｔｐ＝−５０℃及びＴｐ＝＋１２５℃の曲線に囲まれた領域、即ち、−8.04489×10-5×θ3−1.40981×10-2×θ2−0.825038×θ−16.0737＜Ｈ／λ×ｍｒ＜−6.15517×10-5×θ3−1.03943×10-2×θ2−0.586564×θ−11.0052となるようにカット角θ及び電極膜厚とライン占有率の積Ｈ／λ×ｍｒを設定すれば良いことが分かる。また、この時の電極膜厚Ｈ／λの範囲は従来のＳＴカット水晶デバイスより優れた特性が得られる０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とし、カット角θの範囲は−６４．０＜θ＜−４９．３とする必要がある。
【００６５】
また、頂点温度Ｔｐ（℃）をより実用的な使用温度範囲である０≦Ｔｐ≦＋７０に設定するには、図８に示すＴｐ＝０℃及びＴｐ＝＋７０℃の曲線に囲まれた領域、即ち、−8.67632×10-5×θ3−1.50414×10-2×θ2−0.870514×θ−16.7678＜Ｈ／λ×ｍｒ＜−5.92554×10-5×θ3−1.02183×10-2×θ2−0.588704×θ−11.2768となるようにカット角θ及び電極膜厚とライン占有率の積（Ｈ／λ）×ｍｒを設定すれば良い。また、この時の電極膜厚Ｈ／λはＱ値が２０，０００以上得られる０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０とするのが望ましく、電極膜厚を前述の範囲とし、且つ、頂点温度Ｔｐ（℃）を０≦Ｔｐ≦＋７０の範囲内に設定するには、カット角θは−６１．４＜θ＜−５１．１とするのが望ましい。
【００６６】
これまで、図１に示すような１ポートのＳＡＷ共振子についてのみ言及してきたが、それ以外のＳＡＷデバイスにおいても本発明を適用できる。以下、種々のＳＡＷデバイスの構造について説明する。
図９は圧電基板１１上にＳＡＷの伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極１２、１３を配置し、その両側にグレーティング反射器１４ａ、１４ｂを配置した２ポートＳＨ波型ＳＡＷ共振子を示しており、１ポートＳＨ波型ＳＡＷ共振子と同じく高いＱ値を実現できる。
【００６７】
図１０は、共振子フィルタの１つの方式としてＳＡＷ共振子の音響結合を利用した２重モードＳＡＷ（ＤＭＳ）フィルタを示しており、図１０（ａ）は圧電基板２１上にＳＡＷ共振子２２を伝搬方向に対して平行に近接配置した横結合型ＤＭＳフィルタ、図１０（ｂ）は圧電基板３１上にＩＤＴ３２からなるＳＨ波型ＳＡＷ共振子を表面波の伝搬方向に沿って配置した２ポートの縦結合型ＤＭＳフィルタである。前記横結合型ＤＭＳフィルタは伝搬方向に対し垂直方向の音響結合を利用し、前記縦結合型ＤＭＳフィルタは伝搬方向に対し水平方向の音響結合を利用している。これらＤＭＳフィルタは平坦な通過帯域と良好な帯域外抑圧度が得られる特徴がある。
【００６８】
なお、前記縦結合型ＤＭＳフィルタは、通過域近傍を高減衰にするためにＳＡＷ共振子を接続する場合がある。また、更に高次のモードを利用した多重モードＳＡＷフィルタや、伝搬方向に対し垂直方向と水平方向の双方で音響結合させた多重モードＳＡＷフィルタにも応用できる。
【００６９】
図１１は、共振子フィルタの別の方式として、圧電基板４１上に複数の１ポートＳＡＷ共振子４２を直列、並列、直列と梯子（ラダー）状に配置してフィルタを構成したラダー型ＳＡＷフィルタを示している。ラダー型ＳＡＷフィルタは前記ＤＭＳフィルタと比較して通過域近傍の減衰傾度が急峻なフィルタ特性が得られる。
【００７０】
図１２は、トランスバーサルＳＡＷフィルタを示しており、同図（ａ）は圧電基板５１上に表面波の伝搬方向に沿って入力用ＩＤＴ電極５２と出力用ＩＤＴ電極５３を所定の間隙をあけて配置したトランスバーサル型ＳＡＷフィルタである。なお、前記ＩＤＴ電極５２、５３は双方向に表面波を伝搬させる。また、入出力端子間の直達波の影響を防ぐためにシールド電極５４を設けたり、基板端面からの不要な反射波を抑圧するために圧電基板５１の両端に吸音材５５を塗布する場合がある。トランスバーサル型ＳＡＷフィルタは、振幅特性と位相特性とを別々に設計可能であり、帯域外抑圧度が高いためＩＦ用フィルタとして多用されている。
【００７１】
前記トランスバーサル型ＳＡＷフィルタにおいて、表面波は伝搬方向に沿って左右に等しく伝搬するためフィルタの挿入損失が大きくなるという問題がある。この問題を解決するものとして、図１２（ｂ）に示すように電極指配列や電極指幅を変化させることによりＳＡＷの励振及び反射に重み付けを施して表面波の励振を一方向性にした所謂単相一方向性電極（Single Phase Uni-Directional Transducer：ＳＰＵＤＴ）６２、６３を配置したトランスバーサル型ＳＡＷフィルタがある。表面波の励振が一方向性となるので低損失なフィルタ特性が得られる。また、他の構造として、ＩＤＴの励振電極間にグレーティング反射器を配置した所謂反射バンク型トランスバーサル型ＳＡＷフィルタ等がある。
【００７２】
以上の種々のＳＡＷデバイスにおいて、圧電基板に回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°、好ましくは−６１．４°＜θ＜−５１．１°の範囲に設定し、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対し９０°±５°とした水晶平板を用い、電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２、好ましくは０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０の範囲に設定すれば、本発明と同様な効果が得られることは明らかである。
【００７３】
また、上述のＳＡＷデバイスにおいて、ＩＤＴ電極やグレーティング反射器上にＳｉＯ2等の保護膜やＡｌを陽極酸化した保護膜等を形成したり、Ａｌ電極の上部あるいは下部に密着層あるいは耐電力向上等の目的で別の金属薄膜を形成した場合においても、本発明と同様の効果を得られることは明らかである。また、センサ装置やモジュール装置、発振回路等に本発明のＳＨ波型ＳＡＷデバイスが適用できることは言うまでもない。また、電圧制御ＳＡＷ発振器（ＶＣＳＯ）等に本発明のＳＡＷデバイスを用いれば、容量比γを小さくできるので周波数可変幅を大きくとれる。
【００７４】
また、本発明のＳＡＷデバイスは、ＳＡＷチップとパッケージをワイヤボンディングした構造以外でも良く、ＳＡＷチップの電極パッドとパッケージの端子とを金属バンプで接続したフリップチップボンディング（ＦＣＢ）構造や、配線基板上にＳＡＷチップをフリップチップボンディングしＳＡＷチップの周囲を樹脂封止したＣＳＰ（Chip Size Package）構造、或いは、ＳＡＷチップ上に金属膜や樹脂層を形成することによりパッケージや配線基板を不要としたＷＬＣＳＰ（Wafer Level Chip Size Package）構造等にしても良い。更には、水晶デバイスを水晶又はガラス基板で挟んで積層封止したＡＱＰ（All Quartz Package）構造としても良い。前記ＡＱＰ構造は、水晶又はガラス基板で挟んだだけの構造であるのでパッケージが不要で薄型化が可能であり、低融点ガラス封止や直接接合とすれば接着剤によるアウトガスが少なくなりエージング特性に優れた効果を奏する。
【００７５】
以下、本発明を図示した実施の形態例に基づいて詳細に説明する。図１３は本発明に係るＳＨ波型ＳＡＷ共振子の構成を示す平面図であって、水晶基板７１は、図１（ａ）に示したようにＹカット水晶基板の回転角θを結晶軸Ｚより反時計方向に約−５０°とし、結晶軸Ｘに対し９０°±５°方向（Ｚ’軸方向）に伝搬するＳＨ波型表面波を励起する基板を用いる。そして、水晶基板７１のＺ’軸方向に沿ってアルミニウム、又はアルミニウムを主成分とする合金のＩＤＴ電極７２と、その両側にグレーティング反射器７３ａ、７３ｂとを配置して、ＳＨ波型ＳＡＷ共振子を構成する。ＩＤＴ電極７２は、互いに間挿し合う複数の電極指を有する一対の櫛形電極より形成され、それぞれの櫛形電極よりリード電極を伸ばして二端子とする。
【００７６】
なお、水晶基板７１のカット角θ、電極材料、ＩＤＴ電極の基準化電極膜厚Ｈ／λ（λはＳＨ波型表面波の波長）、ライン占有率ｍｒ（電極指幅Ｌとスペース幅Ｓとの和に対する電極指幅Ｌの比）等は、前述した特願２００４−３１０４５２号に基づくものとする。
【００７７】
本発明の特徴はＳＨ波用水晶基板７１のエッチング量にある。ＳＴカット水晶基板のエッチングについては、前述したように（特許文献３）、ＳＴカット水晶基板を弗酸あるいは弗化アンモニウムの混合液等のエッチング液に浸し、水晶基板の表面を０．１μｍ（１，０００Å）から２μｍ程度エッチングすると、基板表面は微小な半球状の島がほぼ均一に存在している島状構造となり、この表面にアルミニウム膜を形成すると、単結晶膜が得られると記述されている。
【００７８】
しかし、ＳＨ波用水晶基板については何ら記述されていない。そこで、本願発明者はＳＨ波用水晶基板の表面を種々の厚さでエッチングし、該水晶基板表面上にアルミニウム膜を真空蒸着法、スパッタ法を用いて成膜し、フォトリソ技術とエッチング手法を用いて、図１３に示すようなＳＨ波型ＳＡＷ共振子を試作し、そのエージング特性を測定した。特許文献３にはＳＴカット水晶基板表面のエッチング量の例として、０．１μｍから２μｍの例が記述されているが、ＳＨ波型ＳＡＷ共振子の試作の結果によると、エッチング量が大幅に異なることを見出した。即ち、エッチングレートを０．２５ｎｍ／秒とし、３分間エッチングしたＳＨ波用水晶基板（ライトエッチング基板）を用いて、試作したＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージングが極めて良好な特性を示した。なお、このときの水晶基板のエッチング量は０．０４５μｍであり、ウエットエッチングによって水晶基板表面の加工変質層等をより効果的に取り除いている。また基板７１のカット角を−５２．０°、ＩＤＴ電極７２の対数を１２０対、グレーティング反射器７３ａ、７３ｂの本数をそれぞれ１００本、電極膜厚Ｈ／λは０．０６、ライン占有率ｍｒは０．６とした。ＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージング条件は高温動作エージングで、印加する電力を＋１０ｄＢｍ、雰囲気を１２５℃とし、横軸を経過時間（ｈ）、縦軸を周波数変動量（ｐｐｍ）としてプロットした図が、図１４の●実線である。×実線はエッチングを施さない（エッチング量０μｍ）ＳＨ波水晶基板を用い、上記の定数で試作したＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージング特性を比較のために重ね書きしたものである。
【００７９】
エッチングを施さないＳＨ波用水晶基板を用いて構成したＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージングが、３５０時間後で−１３０ｐｐｍから−１７０ｐｐｍであるのに対し、ライトエッチングを施したＳＨ波用水晶基板を用いて構成したＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージングが、３５０時間後で−０．８ｐｐｍから−１．３ｐｐｍであった。
【００８０】
また図１４には、水晶基板を０．００２５μｍエッチングして作製したＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージング特性と、水晶基板を０．０１５μｍエッチングして作製したＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージング特性も重ね書きしてある。この図１４において、△実線は水晶基板を０．００２５μｍエッチングしたときのエージング特性を示し、□実線は０．０１５μｍエッチングしたときのエージング特性を示している。なお、これらの場合においても、エッチングレートを０．２５ｎｍ／秒としてあり、また基板７１のカット角を−５２．０°、ＩＤＴ電極７２の対数を１２０対、グレーティング反射器７３ａ、７３ｂの本数をそれぞれ１００本、電極膜厚Ｈ／λは０．０６、ライン占有率ｍｒは０．６としてある。さらにエージング条件は高温動作エージングで、印加する電力を＋１０ｄＢｍ、雰囲気を１２５℃としてある。
【００８１】
そしてエッチング量が０．００２５μｍの水晶基板を用いたＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージングは、３５０時間後で−１．０ｐｐｍから−８．５ｐｐｍであった。またエッチング量が０．０１５μｍの水晶基板を用いたＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージングは、３５０時間後で−１．０ｐｐｍから−７．３ｐｐｍであった。これによりウエットエッチングによって水晶基板を０．００２５μｍエッチングしても、水晶基板の加工変質層等をより効果的に取り除くことができ、エージング特性が極めて良好であることがわかる。また図１４に示した測定の結果から、特に水晶基板のエッチング量を０．００２５μｍとしたときであっても、３５０時間後のエージングが−１．０ｐｐｍから−８．５ｐｐｍであることから、水晶基板のエッチング量を０．００２μｍとしたときであっても３５０時間後のエージングが数ｐｐｍであると考えられる。
【００８２】
図１５（ａ）はＳＨ波型ＳＡＷ共振子のＩＤＴ電極の斜視図であり、図１５（ｂ）は領域Ｅを拡大した斜視図である。図１５（ｂ）はＳＨ波水晶基板をエッチングレート０．２５ｎｍ／秒で３分間エッチングしたエッチング量０．０４５μｍのＳＨ波水晶基板にアルミニウム膜を成膜し、アルミニウム膜の一部をエッチング加工した基板のＦＥＭ（電界放射顕微鏡）像である。エッチングされた凹部はＳＨ波水晶基板の表面である。ＩＤＴ電極及び水晶基板の両表面上には、図中の左右方向にはしるエッチング痕（実線で強調している）がみられる。
【００８３】
一方、図１６（ａ）はＳＨ波型ＳＡＷ共振子のＩＤＴ電極の斜視図であり、図１６（ｂ）は領域Ｅを拡大した斜視図である。図１６（ｂ）は、ＳＴカット水晶基板をエッチングレート１．６７ｎｍ／秒で６分間エッチングしたエッチング量０．６μｍ（特許文献３に記載されたエッチング量と同じ）のＳＴカット水晶基板にアルミニウム膜を成膜し、アルミニウム膜の一部をエッチング加工した基板のＦＥＭ像である。エッチングされた凹部はＳＴカット水晶基板の表面である。ＩＤＴ電極及び水晶基板の両表面上は、共にほぼ滑らかな状態である。
【００８４】
エッチングしたＳＨ波水晶基板上にアルミニウム膜を成膜した場合と、エッチングを施さないＳＨ波水晶基板上にアルミニウム膜を成膜した場合とで、Ｘ線回折のロッキングカーブ半値全幅（ＦＷＨＭ）がどのように異なるのか、Ｘ線回折装置を用いて測定した。測定結果を纏めたものが図１７である。測定した試料の測定位置として、上部（Ｔｏｐ）、右部（Ｒｉｇｈｔ）、左部（Ｌｅｆｔ）と表記している。ロッキングカーブ半値全幅（ＦＷＨＭ）の平均は、エッチングを施さない場合が１．０２２であるのに対し、エッチングを施した場合は０．８９９と結晶性が改善されている。
【００８５】
また、図１７中のＣＰＳは回折強度を表し、ピーク強度ではなく、ロッキングカーブの積分強度である。エッチングを施さないＳＨ波水晶基板上にアルミニウム膜を成膜した場合のＣＰＳの平均が９，６４２であるのに対し、エッチングを施したＳＨ波水晶基板上にアルミニウム膜を成膜した場合のＣＰＳの平均は、９６，６６２とほぼ１０倍の強度となることが判明した。
【００８６】
図１８は、エッチングを施さないＳＨ波水晶基板上と、エッチングを施したＳＨ波水晶基板上とに、それぞれアルミニウムＩＤＴ電極を形成した場合のＳＨ波型ＳＡＷ共振子の実効抵抗Ｒ１（Ω）とそれらの平均（Ａｖｅ．）を示した図である。エッチングを施さないＳＨ波型ＳＡＷ共振子の平均の実効抵抗が１３．６Ωであるのに対し、エッチングを施したＳＨ波型ＳＡＷ共振子の平均の実効抵抗が１２．３Ωと約１０％改善していた。
【００８７】
図１９は、エッチングをそれぞれ３分（０．０４５μｍ、ライトエッチング）、１０分（０．１５μｍ、ハードエッチング）施したＳＨ波水晶基を用いてＳＨ波型ＳＡＷ共振子を構成した場合のエージング特性である。エージング条件は図１４と同じ条件で行った。●印はエッチング時間が３分、×印はエッチング時間が１０分の場合である。エッチング時間を１０分と長くしたハードエッチングでもエージング特性はほぼ同等であることが判明した。また、エッチング時間をそれぞれ３分、１０分としたＳＨ波型ＳＡＷ共振子の実効抵抗Ｒ１はほぼ同じであった。
【００８８】
以上説明したように、本発明の特徴はＳＨ波型水晶基板に従来のエッチング量（例、０．６μｍ）に比べて少ない量のエッチング（例０．００２μｍから０．１５μｍ）、即ちライトエッチングを施したことである。ライトエッチングにも関わらず、高温動作エージングの条件で良好なエージング特性（例３５０ｈ後において、良好なもので−１ｐｐｍ程度）が得られ、ＩＤＴ電極の材質であるアルミニウムあるいはアルミニウムを主とした合金の結晶性が大幅に改善されていることが、Ｘ線回折等で証明された。
【００８９】
ＳＨ波型水晶基板のエッチング時間を短縮させる、つまりエッチング量を少なくすることにより、エッチング液の劣化を緩やかすることができ、ＳＨ波型水晶基板の品質を維持する上で大きな利点となる。
【００９０】
好ましくは、ＳＨ波型水晶基板のエッチング量を０．００２μｍ以上、０．１μｍ未満とする。これにより、高信頼性のＳＡＷデバイスを実現できる。また、従来のＳＴカット水晶基板を用いたＳＡＷデバイスと比較して、本実施形態では水晶基板のエッチング量を少なくできる。そして、エッチング液の劣化を特に緩やかにすることができ、エッチング液の長寿命化、エッチング液交換頻度の減少などの効果が得られる。またプロセスにおける環境負荷・コストの低減という効果が得られる。
【００９１】
以上では、回転Ｙカット水晶基板の回転角θを結晶軸Ｚより反時計方向に約−５０°とし、結晶軸Ｘに対し９０°±５°方向に伝搬するＳＨ波型表面波を用いたＳＨ波型ＳＡＷ共振子について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、水晶基板上にＳＨ波型表面波の伝搬方向に沿って２つのＩＤＴ電極を近接して配置すると共に、該２つのＩＤＴ電極の両側にグレーティング反射器を配設して構成した１次−２次縦結合二重モードＳＡＷフィルタ、３つのＩＤＴ電極を近接させ、その両側にグレーティング反射器を配置して構成した１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタに適用できる。
【００９２】
また、水晶基板上にＳＨ波型表面波の伝搬方向と直交して２つのＩＤＴ電極を近接して配置すると共に、該２つのＩＤＴ電極の両側にグレーティング反射器を配設して構成した１次−２次横結合二重モードＳＡＷフィルタにも本発明は適用できる。さらに、水晶基板上にＳＨ波型表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極とその両側にグレーティング反射器を配して構成するＳＨ波型ＳＡＷ共振子を複数個形成し、これらを梯子型に接続して構成したラダー型ＳＡＷフィルタにも適用できる。
【００９３】
また、本発明は、水晶基板上にＳＨ波型表面波の伝搬方向に沿って２つのＩＤＴ電極を所定の間隔を隔して配したトランスバーサル型ＳＡＷフィルタにも適用できる。
【００９４】
また、以上に記述したＳＨ波型弾性表面波デバイスを製造するに当たって、ＡｌまたはＡｌを主成分とする合金を成膜する前に、水晶基板の主表面をエッチングする製造方法を示したので、エージング特性の良好なＳＨ波型表面波デバイスを製造することが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】（ａ）はＳＨ波型ＳＡＷ共振子の基板のカット角θと、電極の配置を示す図で、（ｂ）はＳＨ波型ＳＡＷ共振子の構成を示す平面図である。
【図２】ＳＨ波型ＳＡＷ共振子の周波数温度特性と、ＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子の周波数温度特性とを重ね書きした図である。
【図３】ＳＨ波型ＳＡＷ共振子の電極膜厚Ｈ／λとＱ値との関係を示す図である。
【図４】ＳＨ波型ＳＡＷ共振子の電極膜厚Ｈ／λと２次温度係数との関係を示す。
【図５】ＳＨ波型ＳＡＷ共振子の電極膜厚Ｈ／λと頂点温度Ｔｐの関係を（ａ）に、カット角θと頂点温度Ｔｐの関係を（ｂ）に示す。
【図６】ＳＨ波型ＳＡＷ共振子の頂点温度Ｔｐ（℃）がＴｐ＝−５０，０，＋７０，＋１２５であるときのカット角θと電極膜厚Ｈ／λの関係を示す。
【図７】ＳＨ波型ＳＡＷ共振子の電極膜厚とライン占有率の積（Ｈ／λ）×ｍｒと頂点温度Ｔｐの関係を示す。
【図８】ＳＨ波型ＳＡＷ共振子の頂点温度Ｔｐ（℃）がＴｐ＝−５０，０，＋７０，＋１２５であるときのカット角θと電極膜厚とライン占有率の積Ｈ／λ×ｍｒの関係を示す。
【図９】２ポートＳＨ波型ＳＡＷ共振子を説明する図である。
【図１０】ＤＭＳフィルタを説明する図であり、（ａ）に横結合型ＤＭＳフィルタ、（ｂ）に縦結合型ＤＭＳフィルタを示す。
【図１１】ラダー型ＳＡＷフィルタを説明する図である。
【図１２】トランスバーサルＳＡＷフィルタを説明する図であり、（ａ）に双方向にＳＡＷを励振させるＩＤＴを配置したトランスバーサルＳＡＷフィルタ、（ｂ）に一方向にＳＡＷを励振させるＩＤＴを配置したトランスバーサルＳＡＷフィルタを示す。
【図１３】本発明に係る水晶基板をライトエッチングしたＳＨ波型ＳＡＷ共振子の構造を示した概略平面図である。
【図１４】水晶基板をライトエッチングしたＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージング特性と、従来のエッチングの無いＳＨ波型ＳＡＷ共振子のエージング特性を重ね書きした図である。
【図１５】エッチング量０．０４５μｍのライトエッチングしたＳＨ波用水晶基板表面の電子顕微鏡写真である。
【図１６】エッチング量０．６μｍのＳＴカット水晶基板表面の電子顕微鏡写真である。
【図１７】水晶基板のエッチング有無よるＦＷＨＭとＣＰＳを比較した図である。
【図１８】水晶基板のエッチング有無よるＳＨ波型ＳＡＷ共振子の実効抵抗を比較した図である。
【図１９】水晶基板のエッチング量を０．０４５μｍ、０．１５μｍとした場合のＳＨ波型ＳＡＷ共振子にエージング特性を示した図である。
【図２０】（ａ）はＳＨ波型ＳＡＷ共振子の基板のカット角θと、電極の配置を示す図で、（ｂ）はＳＨ波型ＳＡＷ共振子の構成を示す平面図である。
【図２１】多対ＩＤＴ電極型ＳＡＷ共振子の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【００９６】
１，１１，２１，３１，４１，７１…圧電基板、２，１２，１３，２２，３２，４２，５２，５３，６２，６３，７２…ＩＤＴ電極３ａ、３ｂ，１４ａ，１４ｂ，７３ａ，７３ｂ…グレーティング反射器、５４…シールド電極、５５…吸音材、λ…ＳＨ波型弾性表面波の波長。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板と、該圧電基板上に形成されＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴ電極とを備え、励振波をＳＨ波とした弾性表面波デバイスであって、
前記圧電基板は、回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°の範囲に設定し、且つ、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対し９０°±５°とした水晶平板であり、且つ、前記圧電基板の表面にウエットエッチングにより形成された一方から他方にはしるエッチング痕を有しており、
励振する弾性表面波の波長をλとした時、前記ＩＤＴ電極の波長で基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とし、
前記ＩＤＴ電極が前記圧電基板の前記エッチング痕を有する表面に形成されていることを特徴とするＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項２】
前記弾性表面波デバイスは、カット角θ及び電極膜厚Ｈ／λの関係が、−1.34082×10-4×θ3−2.34969×10-2×θ2−1.37506×θ−26.7895＜Ｈ／λ＜−1.02586×10-4×θ3−1.73238×10-2×θ2−0.977607×θ−18.3420を満足していることを特徴とした請求項１に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項３】
前記ＩＤＴ電極を構成する電極指の電極指幅／（電極指幅＋電極指間のスペース）をライン占有率ｍｒとした時に、カット角θ及び電極膜厚とライン占有率の積Ｈ／λ×ｍｒの関係が、−8.04489×10-5×θ3−1.40981×10-2×θ2−0.825038×θ−16.0737＜（Ｈ／λ）×ｍｒ＜−6.15517×10-5×θ3−1.03943×10-2×θ2−0.586564×θ−11.0052を満足していることを特徴とした請求項１に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項４】
圧電基板と、該圧電基板上に形成されＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴ電極とを備え、励振波をＳＨ波とした弾性表面波デバイスであって、
前記圧電基板は、回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６１．４°＜θ＜−５１．１°の範囲に設定し、且つ、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対し９０°±５°とした水晶平板であり、且つ、前記圧電基板の表面にウエットエッチングにより形成された一方から他方にはしるエッチング痕を有しており、
励振する弾性表面波の波長をλとした時、前記ＩＤＴ電極の波長で基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０とし、
前記ＩＤＴ電極が前記圧電基板の前記エッチング痕を有する表面に形成されていることを特徴とするＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項５】
前記弾性表面波デバイスは、カット角θ及び電極膜厚Ｈ／λの関係が、−1.44605×10-4×θ3−2.50690×10-2×θ2−1.45086×θ−27.9464＜Ｈ／λ＜−9.87591×10-5×θ3−1.70304×10-2×θ2−0.981173×θ−18.7946を満足していることを特徴とした請求項４に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項６】
前記ＩＤＴ電極を構成する電極指の電極指幅／（電極指幅＋電極指間のスペース）をライン占有率ｍｒとした時に、カット角θ及び電極膜厚とライン占有率の積（Ｈ／λ）×ｍｒの関係が、−8.67632×10-5×θ3−1.50414×10-2×θ2−0.870514×θ−16.7678＜（Ｈ／λ）×ｍｒ＜−5.92554×10-5×θ3−1.02183×10-2×θ2−0.588704×θ−11.2768を満足していることを特徴とした請求項４に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項７】
前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板上にＩＤＴ電極を少なくとも１個配置した１ポートの弾性表面波共振子であることを特徴とした請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項８】
前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板の弾性表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極を少なくとも２個配置した２ポートの弾性表面波共振子であることを特徴とした請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項９】
前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板の弾性表面波の伝搬方向に対して複数個の弾性表面波共振子を平行に近接配置した横結合型多重モードフィルタであることを特徴とした請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項１０】
前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板の弾性表面波の伝搬方向に沿って複数個のＩＤＴ電極からなる２ポートの弾性表面波共振子を配置した縦結合型多重モードフィルタであることを特徴とした請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項１１】
前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板上に複数個のＳＨ波型弾性表面波共振子を梯子状に接続したラダー型弾性表面波フィルタあることを特徴とした請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項１２】
前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板上に弾性表面波を双方向に伝搬させるＩＤＴ電極を所定の間隔を空けて複数個配置したトランスバーサルＳＡＷフィルタであることを特徴とした請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項１３】
前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板上に弾性表面波を一方向に伝搬させるＩＤＴ電極を少なくとも１つ配置したトランスバーサルＳＡＷフィルタであることを特徴とした請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項１４】
前記弾性表面波デバイスは、弾性表面波センサであることを特徴とした請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項１５】
前記弾性表面波デバイスは、ＩＤＴ電極の両側にグレーティング反射器を有することを特徴とした請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイスを用いたことを特徴とするモジュール装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイスを用いたことを特徴とする発振回路。
【請求項１８】
前記圧電基板の主表面をウエットエッチングして該主表面に一方から他方にはしるエッチング痕を形成する工程と、
エッチングした前記圧電基板の主表面に前記ＩＤＴ電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイスの製造方法。
【請求項１】
圧電基板と、該圧電基板上に形成されＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴ電極とを備え、励振波をＳＨ波とした弾性表面波デバイスであって、
前記圧電基板は、回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°の範囲に設定し、且つ、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対し９０°±５°とした水晶平板であり、且つ、前記圧電基板の表面にウエットエッチングにより形成された一方から他方にはしるエッチング痕を有しており、
励振する弾性表面波の波長をλとした時、前記ＩＤＴ電極の波長で基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とし、
前記ＩＤＴ電極が前記圧電基板の前記エッチング痕を有する表面に形成されていることを特徴とするＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項２】
前記弾性表面波デバイスは、カット角θ及び電極膜厚Ｈ／λの関係が、−1.34082×10-4×θ3−2.34969×10-2×θ2−1.37506×θ−26.7895＜Ｈ／λ＜−1.02586×10-4×θ3−1.73238×10-2×θ2−0.977607×θ−18.3420を満足していることを特徴とした請求項１に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項３】
前記ＩＤＴ電極を構成する電極指の電極指幅／（電極指幅＋電極指間のスペース）をライン占有率ｍｒとした時に、カット角θ及び電極膜厚とライン占有率の積Ｈ／λ×ｍｒの関係が、−8.04489×10-5×θ3−1.40981×10-2×θ2−0.825038×θ−16.0737＜（Ｈ／λ）×ｍｒ＜−6.15517×10-5×θ3−1.03943×10-2×θ2−0.586564×θ−11.0052を満足していることを特徴とした請求項１に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項４】
圧電基板と、該圧電基板上に形成されＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴ電極とを備え、励振波をＳＨ波とした弾性表面波デバイスであって、
前記圧電基板は、回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６１．４°＜θ＜−５１．１°の範囲に設定し、且つ、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対し９０°±５°とした水晶平板であり、且つ、前記圧電基板の表面にウエットエッチングにより形成された一方から他方にはしるエッチング痕を有しており、
励振する弾性表面波の波長をλとした時、前記ＩＤＴ電極の波長で基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０とし、
前記ＩＤＴ電極が前記圧電基板の前記エッチング痕を有する表面に形成されていることを特徴とするＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項５】
前記弾性表面波デバイスは、カット角θ及び電極膜厚Ｈ／λの関係が、−1.44605×10-4×θ3−2.50690×10-2×θ2−1.45086×θ−27.9464＜Ｈ／λ＜−9.87591×10-5×θ3−1.70304×10-2×θ2−0.981173×θ−18.7946を満足していることを特徴とした請求項４に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項６】
前記ＩＤＴ電極を構成する電極指の電極指幅／（電極指幅＋電極指間のスペース）をライン占有率ｍｒとした時に、カット角θ及び電極膜厚とライン占有率の積（Ｈ／λ）×ｍｒの関係が、−8.67632×10-5×θ3−1.50414×10-2×θ2−0.870514×θ−16.7678＜（Ｈ／λ）×ｍｒ＜−5.92554×10-5×θ3−1.02183×10-2×θ2−0.588704×θ−11.2768を満足していることを特徴とした請求項４に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項７】
前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板上にＩＤＴ電極を少なくとも１個配置した１ポートの弾性表面波共振子であることを特徴とした請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項８】
前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板の弾性表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極を少なくとも２個配置した２ポートの弾性表面波共振子であることを特徴とした請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項９】
前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板の弾性表面波の伝搬方向に対して複数個の弾性表面波共振子を平行に近接配置した横結合型多重モードフィルタであることを特徴とした請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項１０】
前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板の弾性表面波の伝搬方向に沿って複数個のＩＤＴ電極からなる２ポートの弾性表面波共振子を配置した縦結合型多重モードフィルタであることを特徴とした請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項１１】
前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板上に複数個のＳＨ波型弾性表面波共振子を梯子状に接続したラダー型弾性表面波フィルタあることを特徴とした請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項１２】
前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板上に弾性表面波を双方向に伝搬させるＩＤＴ電極を所定の間隔を空けて複数個配置したトランスバーサルＳＡＷフィルタであることを特徴とした請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項１３】
前記弾性表面波デバイスは、前記圧電基板上に弾性表面波を一方向に伝搬させるＩＤＴ電極を少なくとも１つ配置したトランスバーサルＳＡＷフィルタであることを特徴とした請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項１４】
前記弾性表面波デバイスは、弾性表面波センサであることを特徴とした請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項１５】
前記弾性表面波デバイスは、ＩＤＴ電極の両側にグレーティング反射器を有することを特徴とした請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイス。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイスを用いたことを特徴とするモジュール装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のＳＨ波型弾性表面波デバイスを用いたことを特徴とする発振回路。
【請求項１８】
前記圧電基板の主表面をウエットエッチングして該主表面に一方から他方にはしるエッチング痕を形成する工程と、
エッチングした前記圧電基板の主表面に前記ＩＤＴ電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のＳＨ波型弾性表面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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００７−２８８８１２（Ｐ２００７−２８８８１２Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８７８９６（Ｐ２００７−１８７８９６）
【出願日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【分割の表示】特願２００６−２２８７６８（Ｐ２００６−２２８７６８）の分割
【原出願日】平成１８年８月２５日（２００６．８．２５）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【分割の表示】特願２００６−２２８７６８（Ｐ２００６−２２８７６８）の分割
【原出願日】平成１８年８月２５日（２００６．８．２５）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
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