弾性表面波デバイスおよびそれを用いた移動体通信機器並びにセンサー
【課題】弾性表面波共振子あるいはフィルタなどの弾性表面波デバイスにおいて、損失を最小化し、急峻性を向上させることを目的とするものである。
【解決手段】漏洩表面弾性波を励起することが可能なカット角で切り出された圧電基板１上に櫛型電極や反射器を設け、従来ＬＳＡＷとして利用されていたＳＡＷの音速を低減させ、前記圧電基板を伝播する遅い横波の速度よりも遅くしたＳＡＷを利用することにより、従来ＬＳＡＷとして利用されていたＳＡＷを伝播損失の発生しないＲＳＡＷとして利用し、従来のＬＳＡＷを利用したＳＡＷフィルタやＳＡＷ共振子と比較し、挿入損失が少なく、かつ急峻特性が向上したＳＡＷフィルタやＳＡＷ共振子を得る。
【解決手段】漏洩表面弾性波を励起することが可能なカット角で切り出された圧電基板１上に櫛型電極や反射器を設け、従来ＬＳＡＷとして利用されていたＳＡＷの音速を低減させ、前記圧電基板を伝播する遅い横波の速度よりも遅くしたＳＡＷを利用することにより、従来ＬＳＡＷとして利用されていたＳＡＷを伝播損失の発生しないＲＳＡＷとして利用し、従来のＬＳＡＷを利用したＳＡＷフィルタやＳＡＷ共振子と比較し、挿入損失が少なく、かつ急峻特性が向上したＳＡＷフィルタやＳＡＷ共振子を得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に高周波帯域において優れた通過帯域特性を有する弾性表面波デバイスおよびそれを用いた移動体通信機器とセンサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性表面波デバイス（以下、ＳＡＷデバイスとよぶ）は小型、軽量であることから、移動体通信端末の無線機器において、フィルタあるいは共振器として多く用いられている。このような移動体通信端末の無線機器に用いられるフィルタに対しては、携帯電話システムの高周波化に伴い高周波領域、特に８００ＭＨｚ帯〜数ＧＨｚ帯で使用できることが要求される。特に、通過帯域においては低損失で、かつ阻止域においては高抑圧が可能で、しかも急峻なフィルタ特性を有することが要求される。
【０００３】
一般に、圧電基板上に形成された電極指が相互にかみ合わさったインターディジタルトランスデューサ（以下、ＩＤＴとよぶ）電極に電圧を印加すると、圧電基板の表面を伝播する弾性表面波（以下、ＳＡＷとよぶ）が生じる。ＳＡＷデバイスは、このＳＡＷを励振し、受信することで必要なフィルタ特性を実現している。このＳＡＷデバイスの電気的特性は、ＩＤＴ電極の形状や構成および圧電基板を伝播するＳＡＷの伝播特性により主として決定される。例えば、ＳＡＷデバイスの１種であるＳＡＷ共振子においては、ＩＤＴ電極の電極指間ピッチｐとＳＡＷの音速、すなわち伝播速度ｖ、共振周波数ｆの間には、（式１）の関係がある。
【０００４】
ｖ＝２・ｐ・ｆ （式１）
したがって、ＳＡＷデバイスを高周波領域で使用すると共振周波数ｆが大きくなり、ＳＡＷの伝播速度ｖが一定であれば、ＩＤＴ電極指間ピッチｐを小さくしなければならない。これは、ＩＤＴ電極のパターン幅を非常に小さくすることになるため、ＳＡＷデバイスの製造歩留まりが低下する。製造歩留まりを低下させないようにするためには、ＳＡＷの伝播速度ｖの大きな圧電基板が求められる。また、低損失な特性を得るには、ＳＡＷの伝播に伴う損失やＩＤＴ電極の抵抗をできるだけ小さくする必要がある。
【０００５】
このような点から、高周波帯で低損失なＳＡＷフィルタやＳＡＷ共振子などのＳＡＷデバイスを実現するにあたっては、リチウム酸タンタル（ＬｉＴａＯ3）単結晶（以下、ＬＴ単結晶とよぶ）の３６°回転Ｙカット板においてＸ方向をＳＡＷの伝播方向とした３６°Ｙ−ＸＬｉＴａＯ3基板（以下、ＬＴ３６°板とよぶ）や、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）単結晶（以下、ＬＮ単結晶とよぶ）の６４°回転ＹカットにおいてＸ方向をＳＡＷの伝播方向とした６４°Ｙ−ＸＬｉＮｂＯ3基板（以下、ＬＮ６４°板とよぶ）が広く使われてきた。これらのカット角で切り出されたＬＴ３６°板およびＬＮ６４°板を用いると、漏洩弾性表面波（Ｌｅａｋｙ ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ：以下、ＬＳＡＷとよぶ）とよばれ、一部が基板内部にバルク波を放射しながら伝播するＳＡＷを利用するＳＡＷデバイス構成が可能である。
【０００６】
これらの基板で励振されるＬＳＡＷは、音速、すなわち伝播速度が速い特徴を有する。さらに、ＩＤＴ電極の質量負荷効果が無視できる場合、すなわち伝播するＬＳＡＷの波長に比べＩＤＴ電極の膜厚が充分に薄い場合、ほとんどバルク波が放射されなくなるので、バルク波の放射に伴う伝播損失が充分小さくできる。そのため、ＬＴ３６°板やＬＮ６４°板は、低損失の高周波ＳＡＷフィルタやＳＡＷ共振子を構成するのに適している。この理由により、従来多く利用されてきた。
【０００７】
しかし、これらの基板を８００ＭＨｚ帯〜数ＧＨｚ帯のＳＡＷフィルタやＳＡＷ共振子に用いると、ＳＡＷの波長が短くなり、ＩＤＴ電極の膜厚がＳＡＷの波長の数％〜十数％となってしまうので、ＩＤＴ電極の質量負荷効果が無視できなくなる。この結果、ＬＳＡＷの伝播に伴う伝播損失が無視できなくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この問題を解決する手段として、カット角を高角度側にずらして切り出した基板を用いることが有効であり、伝播損失を十分小さくできることが、特開平９−１６７９３６号公報に示されている。これによると、ＩＤＴ電極の規格化膜厚ｈ／λ（ｈ：電極の膜厚、λ：ＳＡＷの波長）によって、ＬＴ単結晶やＬＮ単結晶上を伝播するＬＳＡＷの伝播損失が最小になる基板のカット角は異なる。ＬＴ単結晶の場合には、ＩＤＴ電極の膜厚がＬＳＡＷの波長の０．０３〜０．１５（規格化膜厚ｈ／λが３％〜１５％）となる場合は、カット角を３６°ではなく、３９〜４６°へと高角度側にシフトさせると、伝播損失をほぼ０にできることが示されている。同様に、ＬＮ単結晶の場合には、ＩＤＴ電極の膜厚がＬＳＡＷの波長の０．０３〜０．１５（規格化膜厚ｈ／λが３％〜１５％）となる場合は、カット角を６４°ではなく、６６〜７４°と高角度側にシフトさせると、伝播損失をほぼ０とできることが示されている。
【０００９】
しかし、一般に、周波数特性が異なるＳＡＷフィルタやＳＡＷ共振子はＩＤＴ電極間のピッチが異なる。したがって、仮に同一の膜厚で異なる周波数特性を有するＳＡＷフィルタやＳＡＷ共振子を作製する場合、それぞれのＳＡＷフィルタやＳＡＷ共振子で最適な規格化膜厚ｈ／λは異なることになる。この結果、例えば１つのチップ上に周波数の異なるＳＡＷフィルタを形成するような構成、いわゆる２フィルタｉｎ１チップタイプ構成からなるＳＡＷデバイスの場合については、以下に述べるような課題が生じる。すなわち、ＩＤＴ電極の膜厚は一般に１チップ内では同一であるので、これら２つのＳＡＷフィルタの伝播損失を両方ともほぼ０とすることができなくなる。一方、これら２種類のＳＡＷフィルタともに伝播損失をほぼ０にするためには、１チップ内において、それぞれのＳＡＷフィルタに応じて最適な膜厚とすることが必要となる。しかし、これを実現するための製造工程は非常に複雑となり、実際の量産工程に導入することは困難である。
【００１０】
さらに、特開平５−１８３３８０号公報には、帯域外の抑圧を大きくする方法として、ＳＡＷ共振子をラダー型に接続してなるラダー型ＳＡＷフィルタの並列腕の共振子にリアクタンス素子を接続する方法が開示されている。しかし、この方法では抑圧する帯域を広げることで、ある帯域範囲において充分な抑圧を得ることはできるが、フィルタ特性として要求される急峻性を大きく向上させることはできない。したがって、比クロスバンド（＝（クロスバンド上端周波数−クロスバンド下端周波数）／クロスバンドの中心周波数）が、例えばアメリカの携帯電話の規格であるＰＣＳでは０．０１であり、通過帯域と阻止域とが非常に近接しているような場合、上記の方法では通過帯域の近傍にある阻止域を充分に抑圧することはできない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、特にＳＡＷフィルタやＳＡＷ共振子の挿入損失を低減し、かつ急峻特性を向上させたＳＡＷデバイスと、それを用いた移動体通信機器およびセンサーを提供することを目的とする。具体的には、ＬＳＡＷを励起することが可能なカット角で切り出された圧電基板を用い、従来ＬＳＡＷとして利用されていたＳＡＷの音速を低減させ、圧電基板を伝播する遅い横波の速度よりも遅くすることにより、理論上伝播損失の発生しないＲＳＡＷを利用することで、従来のＬＳＡＷを利用したＳＡＷデバイスに比べて、挿入損失が少なく、かつ急峻特性を向上させることを基本とする。
【００１２】
上記課題を解決するために本発明のＳＡＷデバイスは、ＬＳＡＷを励起することが可能なカット角で切り出された圧電基板と、この圧電基板上に少なくとも一対の互いにかみ合わされた電極指を有するＩＤＴ電極を含む電極パターンとからなるＳＡＷデバイスであって、このＳＡＷデバイスの共振周波数をｆ（Ｈｚ）、圧電基板を伝播する遅い横波の音速をｖｂ（ｍ／ｓ）、圧電基板上に形成された電極パターンの電極指のピッチをｐ（ｍ）としたとき、電極指のピッチｐが２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たすことを特徴とする。
【００１３】
この構成により、ＬＳＡＷのバルク波の放射を抑制し、ＬＳＡＷをＲＳＡＷとして伝播させることで伝播損失をほぼ０とすることが可能となり、従来のＬＳＡＷを利用した場合よりも挿入損失が低く、かつ急峻特性の優れたＳＡＷデバイスが得られる。
【００１４】
また、本発明のＳＡＷデバイスは上記の構成に加えて、さらに電極パターンの電極指が、この電極指のピッチｐとほぼ同じピッチを有して圧電基板表面に設けられた段部の頂部に形成されている構成からなる。これにより、従来のＬＳＡＷを利用した場合よりも低損失でかつ、急峻特性の優れたＳＡＷデバイスを得ると同時に、ＬＳＡＷをＲＳＡＷとして利用した時に生じる電極１本あたりの反射係数の低下を改善できる。その結果、電気的特性の、特に通過特性において発生するリップルを抑制したＳＡＷデバイスを得ることができる。
【００１５】
また、本発明のＳＡＷデバイスは上記の構成に加えて、電極パターン上に少なくともその電極パターンを覆う誘電体膜がさらに形成されている構成からなる。これにより、誘電体膜を形成することによる音速の低下を利用し、従来のＬＳＡＷを利用した場合よりも挿入損失が低く、急峻特性の優れたＳＡＷ共振子を得ることができる。
【００１６】
また、本発明のＳＡＷデバイスは上記の構成において、さらに電極指がアルミニウム（Ａｌ）もしくはＡｌを主体とする金属からなり、かつこの圧電基板を用いてＬＳＡＷを利用して作製されたＬＳＡＷ型弾性表面波デバイスのＩＤＴ電極の膜厚をｈＬとし、このＬＳＡＷ型弾性表面波デバイスと同一の共振周波数としたときの弾性表面波デバイスのＩＤＴ電極の膜厚をｈｒとした場合、弾性表面波デバイスのＩＤＴ電極の膜厚ｈｒがｈＬ≦ｈｒを満たす構成としたことを特徴とする。
【００１７】
この構成により、ＩＤＴ電極の質量負荷によりＬＳＡＷの伝播速度を低下させると同時にＩＤＴ電極の膜厚に起因する電極膜の抵抗の上昇を抑えることができる。その結果、低損失で急峻特性の優れたＳＡＷデバイスを得ることが可能となる。
【００１８】
また、本発明のＳＡＷデバイスは上記構成において、さらに弾性表面波デバイスの少なくとも電極指がＡｌよりも密度の大きい金属を用いたことを特徴とする。この構成により、少なくともＩＤＴ電極の電極指をＡｌよりも密度の高い金属によって形成することで電極１本あたりの反射係数の低下を改善でき、その結果通過特性において発生するリップルを抑制し、かつ、急峻特性の優れたＳＡＷデバイスを得ることができる。
【００１９】
また、本発明のＳＡＷデバイスは上記構成において、さらに弾性表面波デバイスの少なくとも電極指がＡｌよりも密度の大きい金属からなる第１の層と、ＡｌもしくはＡｌを主体とする金属からなる第２の層とを有する少なくとも２層以上の多層構造の電極であることを特徴とする。この構成により、ＩＤＴ電極１本あたりの反射係数の低下を改善できる。その結果、通過特性において発生するリップルを抑制すると同時に、電極の抵抗の上昇も抑制できるので、損失が少なく急峻特性の優れたＳＡＷデバイスを得ることができる。
【００２０】
また、本発明のＳＡＷデバイスは上記構成において、圧電基板がＬｉＴａＯ3単結晶（
ＬＴ）であることを特徴とする。これにより、１チップ上に従来のＬＳＡＷを利用したＳＡＷデバイスと本発明のＳＡＷデバイスとを同時に形成することもできる。
【００２１】
また、本発明のＳＡＷデバイスは上記構成において、ＬｉＴａＯ3単結晶からなる圧電
基板は、ＬｉＴａＯ3単結晶のＸ軸を中心に、Ｙ軸からＺ軸方向に２６度以上、５０度以
下の範囲の角度で回転させた方位で切り出されたカット面を有し、漏洩表面弾性波を励起することが可能な特性を有することを特徴とする。この構成により、従来のＬＳＡＷを利用したＳＡＷデバイスと本発明のＳＡＷデバイスとを同時に１チップ上に形成する２デバイスｉｎ１チップタイプのＳＡＷデバイスを作成しても、両方のＳＡＷデバイスともに損失が小さく、かつ優れた急峻特性を得ることができる。
【００２２】
また、本発明のＳＡＷデバイスは上記構成において、圧電基板がＬｉＮｂＯ3単結晶で
あることを特徴とする。これにより、従来のＬＳＡＷを利用したＳＡＷデバイスと本発明のＳＡＷデバイスとを１チップ上に形成する２デバイスｉｎ１チップタイプのＳＡＷデバイスとしても良好な特性を得ることができる。
【００２３】
また、本発明のＳＡＷデバイスは上記構成において、ＬｉＮｂＯ3単結晶からなる圧電
基板は、ＬｉＮｂＯ3単結晶のＸ軸を中心に、Ｙ軸からＺ軸方向に５０度以上、８０度以
下の範囲の角度で回転させた方位で切り出されたカット面を有し、漏洩表面弾性波を励起することが可能な特性を有することを特徴とする。この構成により、従来のＬＳＡＷを利用したＳＡＷデバイスと本発明のＳＡＷデバイスとを１チップ上に形成した２デバイスｉｎ１チップタイプのＳＡＷデバイスを作成しても、両方のＳＡＷデバイスともに損失の少なく、かつ優れた急峻特性を得ることができる。
【００２４】
また、本発明のＳＡＷデバイスは、上記構成のＳＡＷデバイスを２つ以上組み合わせて１つのチップ上に形成したことを特徴とする。この構成により、低損失でかつ急峻な周波数選択性を有するＳＡＷデバイスを得ることができる。
【００２５】
また、本発明の移動体通信機器は、上記構成のＳＡＷデバイスを用いたことを特徴とする。この構成により、低損失で急峻な特性のＳＡＷデバイスを移動体通信機器に用いることが可能となり、小型で、かつ軽量、薄型化された移動体通信機器、例えば携帯電話を実現できる。
【００２６】
また、本発明のセンサーは、本発明に開示された手法により実現された低損失で急峻な特性のＳＡＷデバイスをセンサー部として用いることで、小型で、軽量で、かつ感度の良好なセンサーを得ることができる。なお、センサーとしては、温度を感知するセンサーとして用いることが好適であるが、においを感知するセンサー、水分量を感知するセンサー等にも用いることができる。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように本発明は、ＬＳＡＷの音速を圧電基板の遅い横波以下の音速に低下させることにより、バルク波の放射を抑制してＳＡＷ共振子あるいはＳＡＷフィルタなどのＳＡＷデバイスの損失を低減するとともに、急峻性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の実施例のＳＡＷデバイスについて詳細に説明する。
【００２９】
（実施例１）
図１Ａは、本発明の実施例１におけるＳＡＷデバイスの一例として作製した１ｐｏｒｔのＳＡＷ共振子を示す斜視図である。圧電基板１上にＳＡＷ共振子２が形成されている。ＳＡＷ共振子２は、ＩＤＴ電極３および反射器４で構成されている。図１Ｂは図１Ａに示すｔ−ｔ線に沿った断面図である。図１ＣはＩＤＴ電極の１周期分の拡大図であり、電極指３０１が圧電基板１上に一定のピッチｐで形成された状態を示す。
【００３０】
本実施例では、圧電基板１として３９°ＹカットＸ伝播のＬＴ基板（以下、３９°Ｙ−ＸＬＴ基板とよぶ）を用いた。この圧電基板１を伝播する遅い横波の音速ｖｂは、ｖｂ＝３３５０．８ｍ／ｓである。この圧電基板１上に作製されたＳＡＷ共振子２の電極の材料としては、ＡｌにＣｕを添加したＡｌ−Ｃｕ合金を用いた。なお、ＳＡＷ共振子の電極とは、少なくともＩＤＴ電極と共振器の電極とが含まれる。
【００３１】
実施例試料１のＳＡＷ共振子２として、電極指３０１間ピッチｐが０．８μｍ、規格化膜厚ｈ／λが１９．４％の構成からなるＳＡＷ共振子２を作製した。この実施例試料１のＳＡＷ共振子２の共振周波数ｆは１８９１．４ＭＨｚであり、（式１）から算出されるＳＡＷの音速は３０２６．２ｍ／ｓとなる。したがって、本実施例で用いた圧電基板１である３９°Ｙ−ＸＬＴ基板における遅い横波の音速ｖｂよりも遅くなっている。さらに、上記数値をもとに計算すると、２×ｐ＝１．６×１０-6、ｖｂ／ｆ＝３３５０．８／（１８９１．４×１０6）＝１．７７２×１０-6であるので、２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たしている。
【００３２】
また、比較試料１として、電極指３０１間ピッチｐが１．０６μｍ、規格化膜厚ｈ／λが６．０％のＳＡＷ共振子を作製した。さらに、比較試料２として、電極指３０１間ピッチｐが１．０μｍ、規格化膜厚ｈ／λが１１％のＳＡＷ共振子も作製した。それぞれのＳＡＷ共振子の共振周波数ｆは、比較試料１が１８８６．０ＭＨｚであり、比較試料２が１８８４．９ＭＨｚである。また、それぞれのＳＡＷ共振子におけるＳＡＷの音速は、（式１）とそれぞれの共振周波数ｆから求めることができる。その値は、比較試料１が３９９８．３ｍ／ｓであり、比較試料２が３７６９．８ｍ／ｓである。したがって、比較試料１および比較試料２ともに、本実施例で用いた圧電基板１である３９°Ｙ−ＸＬＴ基板における遅い横波の音速ｖｂよりも速い。さらに、比較試料１および比較試料２ともに、２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たしていない。
【００３３】
図２は、本実施例の圧電基板１である３９°Ｙ−ＸＬＴ基板におけるＬＳＡＷの伝播損失とＩＤＴ電極の規格化膜厚ｈ／λとの関係を示す。図２からわかるように、この圧電基板１を伝播するＬＳＡＷの伝播損失は、規格化膜厚ｈ／λが約６％の時に最小になる。
【００３４】
図３Ａは、実施例試料１のＳＡＷ共振子２の通過特性を示す。また、図３Ｂは比較試料１のＳＡＷ共振子、図３Ｃは比較試料２のＳＡＷ共振子の通過特性をそれぞれ示す。
【００３５】
なお、本実施例においては、ＳＡＷ共振子の作製と特性の評価については、以下のように行った。ＳＡＷ共振子の作製は、ＩＤＴ電極と共振器を作製するための電極膜をマグネトロンスパッタ法により圧電基板１上に形成した後、フォトリソグラフィ工法および塩素系エッチングガスを用いたドライエッチング工法により所定のＳＡＷ共振子の電極パターンを形成した。
【００３６】
また、電気的特性は高周波プローブを用いて測定した。通過特性のうち急峻性を比較する指標は、図４に示すような方法により評価した。すなわち、図４に示すように、通過特性における反共振点Ｂ２と、反共振点Ｂ２での反共振周波数ｆ２よりも２０ＭＨｚ低周波数側の点Ｂ１を規定し、Ｂ１とＢ２とを直線（図４中の破線で示す）で結んだときの傾きをもって急峻性指標とした。ただし、Ｂ１とＢ２間の中点の周波数で規格化した。なお、ｆ２−ｆ１＝２０ＭＨｚである。したがって、この急峻性指標の値が大きいほど、共振器としての急峻性は高く、同時に挿入損失が小さく、かつ減衰極における減衰量が大きいことになる。急峻性指標を求めるための計算式を以下に示す。
【００３７】
急峻性指標＝｛（ＡＴＴ２−ＡＴＴ１）／２０｝／（ｆ１＋１０）
また、挿入損失を比較する指標としては、図５に示すような方法により評価した。すなわち、図５に示すように、反共振点Ｂ２での反共振周波数ｆ２よりも低域側で抑圧が１０ｄＢとなる点Ｂ３での周波数ｆ３を求め、この周波数ｆ３からさらに低周波数側に２０ＭＨｚ低い点Ｂ４での周波数ｆ４における挿入損失を挿入損失指標とした。これにより、これらのＳＡＷ共振子を用いてラダー型のフィルタを作製した場合、必要な抑圧を確保した状態で、かつ挿入損失の指標を得ることができる。
【００３８】
また一方、帯域外の抑圧度の指標としては、図６に示すような方法により評価した。すなわち、図６に示すように、反共振点Ｂ２での反共振周波数ｆ２よりも３０ＭＨｚ高周波数側の点Ｂ５での周波数ｆ５における抑圧度を用いて比較した。
【００３９】
以上の３つの評価指標を用いて、本実施例である実施例試料１のＳＡＷ共振子、比較試料１のＳＡＷ共振子および比較試料２のＳＡＷ共振子の特性をそれぞれ比較した。この結果を、表１に示す。なお、上述したように、圧電基板１としては３９°Ｙ−ＸＬＴ基板であり、電極材料としてはＡｌ−Ｃｕ合金である。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１からわかるように、実施例試料１は、比較試料１および比較試料２よりも急峻性指標が高く、また挿入損失指標も小さく、良好な特性を有することがわかる。従来と同様に、実施例試料１におけるＳＡＷ共振子がＬＳＡＷを利用したものであれば、規格化膜厚ｈ／λが１９．４％であるので図２からわかるように、伝播損失が比較試料１と比較試料２に比べ格段に大きくなり、その結果損失が大きくなると予測される。しかしながら、実施例試料１では、挿入損失指標はむしろ比較試料１および比較試料２に比べて良好な結果が得られている。この結果は、以下のように説明できる。すなわち、実施例試料１のＳＡＷ共振子では、その音速が圧電基板１である３９°Ｙ−ＸＬＴ基板を伝播する遅い横波の音速ｖｂ以下に低下している。この結果、本来ＬＳＡＷのモードで伝播するはずの波がＬＳＡＷのモードで伝播せず、レーリーＳＡＷ（以下、ＲＳＡＷとよぶ）モードで伝播する。したがって、伝播損失がほぼ０となり、損失、急峻性ともに向上したものと推定される。これは、上記の圧電基板１を用いて、２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たすように電極ピッチｐを設定したことによる。
【００４２】
ただし、急峻性に関しては損失の低下とともに、電気機械結合係数の変化による影響も伴っていると考えられる。特に、ＳＡＷ共振子の電極の膜厚を厚くした場合、一般的に実効結合係数ｋeffが増加し、その結果、容量比γが低下して急峻性が悪くなる。しかし、実施例試料１は、比較試料１および比較試料２よりも電極膜厚が厚いにかかわらず、急峻性はむしろ高く、良好な特性を示している。したがって、本来ＬＳＡＷのモードで伝播するはずの波がＲＳＡＷモードで伝播するに伴い、結合係数も同時に低下していると推定される。
【００４３】
一方、比較試料１と比較試料２とを比べると、比較試料１の方が挿入損失、急峻性ともに優れている。これは、以下に述べる理由によると推定される。すなわち、比較試料１と比較試料２のＳＡＷは、従来のＬＳＡＷモードで伝播しているが、さらに比較試料１の場合には図２で示されるようにＩＤＴ電極の規格化膜厚ｈ／λを、ＬＳＡＷの伝播損失がほぼ０となる約６％としたことによる。この結果は、特開平９−１６７９３６号公報に開示されている内容とも一致する。なお、比較試料１と比較試料２については、その音速が実施例試料１で用いた３９°Ｙ−ＸＬＴ基板を伝播する遅い横波よりも速いため、従来のＬＳＡＷモードで伝播していることがわかる。
【００４４】
以上のように低損失で急峻なＳＡＷデバイスを得る方法として、ＬＳＡＷを励起することが可能なカット角で切り出された圧電基板１上に、２×ｐ≦ｖｂ／ｆとなるようにＳＡＷデバイス２を形成することが有効であることが確認された。
【００４５】
特に、電極としてＡｌもしくはＡｌを主体とする金属を用い、圧電基板１として、Ｘ軸を中心にＹ軸からＺ軸方向に２６度以上、５０度以下の範囲の角度で回転させた方位で切り出されたカット面を有するＬＴ単結晶を用いる場合、種々のＳＡＷ共振子を試作して確認した結果、２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たすようにＩＤＴ電極パターンを設定すれば同様の効果が得られることが見出された。さらに、ＩＤＴ電極の電極指のメタライゼーションレシオηを約０．５とし、規格化膜厚ｈ／λを１５％以上とすれば、上記の効果を有するＳＡＷデバイスをより確実に得ることができるので製造歩留まりも大きく改善される。
【００４６】
また電極としてＡｌもしくはＡｌを主体とする金属を用い、Ｘ軸を中心にＹ軸からＺ軸方向に５０度以上、８０度以下の範囲の角度で回転させた方位で切り出されたカット面を有するＬＮ単結晶を用いる場合、ＬＴ単結晶の場合と同様に種々のＳＡＷ共振子を試作して確認した結果、２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たすようにＩＤＴ電極パターンを設定すれば同様の効果が得られることが見出された。さらに、メタライゼーションレシオηを約０．５とし、規格化膜厚ｈ／λを１２％以上とすれば、同様の効果を有するＳＡＷデバイスをより確実に得ることができるので製造歩留まりも大きく改善される。
【００４７】
ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、電極としてＡｌもしくはＡｌを主体とする金属以外の材料を用いてもよい。さらに、圧電基板として、他のカット角で切り出されたＬＴ単結晶やＬＮ単結晶、もしくはＬｉＢ2Ｏ3（ＬＢＯ）基板や他の圧電基板の材料、あるいは圧電薄膜を用いた場合でも、本来ＬＳＡＷで伝播するＳＡＷの音速を種々の手段で遅い横波の速度以下に低下させＲＳＡＷとし、かつ上記関係式を満たすようにＩＤＴ電極の膜厚、形状を設定すれば同様の効果が得られる。
【００４８】
（実施例２）
本発明の実施例２におけるＳＡＷデバイスの一例として、ラダー型ＳＡＷフィルタを作製した。このＳＡＷフィルタの構成の斜視図を図７Ａに示す。図７Ｂは、その回路構成図を示す。図７Ｂに示す回路構成図からわかるように、本実施例のＳＡＷフィルタは、５個の直列腕のＳＡＷ共振子５と、２個の並列腕のＳＡＷ共振子６とで構成されている。直列腕ＳＡＷ共振子５は、ＩＤＴ電極７と、このＩＤＴ電極７の両側に設けられた反射器９とで構成されている。一方、並列腕ＳＡＷ共振子６は、同様にＩＤＴ電極８と、この両側に設けられた反射器１０とで構成されている。また、本実施例では、中心周波数が８３６ＭＨｚ、帯域幅が２５ＭＨｚとなるようにそれぞれの電極の膜厚とパターン形状を設定している。
【００４９】
圧電基板１１は、本実施例では４２°ＹカットＸ伝播のＬＴ基板（以下、ＬＴ４２°板とよぶ）を用いた。この圧電基板１１を伝播する遅い横波の音速ｖｂは３３５０．８ｍ／ｓである。図８に、この圧電基板１１を用いてＬＳＡＷを利用したＳＡＷ共振子を作製したときの規格化膜厚ｈ／λと伝播損失の関係を示す。ＳＡＷ共振子の電極には、ＡｌにＣｕを添加したＡｌ−Ｃｕ合金膜を用いた。このＳＡＷフィルタの作製方法および電気的特性の測定方法は、本発明の実施例１と同様に行った。
【００５０】
表２に、本実施例における実施例試料２と比較試料３について、直列腕ＳＡＷ共振子５と並列腕ＳＡＷ共振子６のＩＤＴ電極指間ピッチｐ、規格化膜厚ｈ／λ、共振周波数ｆおよびＳＡＷ音速をそれぞれ示す。表２から、実施例試料２は２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たしているが、比較試料３は２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たしていないことがわかる。また、図９Ａに、実施例試料２のＳＡＷフィルタの通過特性を示す。また、図９Ｂに比較試料３のＳＡＷフィルタの通過特性を示す。
【００５１】
なお、それぞれの通過特性を評価する指標としては最小挿入損失およびフィルタの角型比を用いた。この角型比の定義としては、特開平９−１６７９３６号公報に記載されている方法と同様とした。図１０に、この角型比の定義を説明するための図を示す。角型比は、通過帯域の最小挿入損失Ｃ１に対して、さらに１．５ｄＢ減衰した点Ｃ２における帯域幅ＢＷｂと、２０ｄＢ減衰した点Ｃ３における帯域幅ＢＷａとを求め、これらの比、すなわちＢＷａ／ＢＷｂとして定義した。角型比が大きい程フィルタはブロードになり、選択比が劣化し、かつ通過帯域幅が減少する。従って、角型比が１に近づくほど帯域通過型フィルタは高性能であるといえる。
【００５２】
【表２】
【００５３】
実施例試料２のＳＡＷフィルタおよび比較試料３のＳＡＷフィルタについて、最小挿入損失および角型比の測定結果を表２に示す。
【００５４】
表２からわかるように、実施例試料２は比較試料３に比べて、最小挿入損失および角型比ともに良好な結果が得られた。比較試料３のＳＡＷフィルタを構成するそれぞれのＳＡＷ共振子の規格化膜厚ｈ／λは、図８からＬＴ４２°板においてＬＳＡＷの伝播損失がほぼ０となる値である。一方、実施例試料２の規格化膜厚ｈ／λは１８．４％と１９．３％である。したがって、このＳＡＷフィルタを構成するそれぞれのＳＡＷ共振子がＬＳＡＷを利用して動作するならば、図８からわかるように伝播損失は大きくなる。このため、比較試料３と比べて、最小挿入損失および角型比ともに悪化するはずである。しかし、実施例試料２では、そのＩＤＴ電極構成として、各ＳＡＷ共振子が２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たすように設計しているので、比較試料３の場合よりも高性能なＳＡＷフィルタを実現している。
【００５５】
なお、本実施例においてはラダー型のＳＡＷフィルタを用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ラティス型ＳＡＷフィルタ、多重モード型ＳＡＷフィルタまたはＩＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）型ＳＡＷフィルタ等の他の方式の共振器ＳＡＷフィルタでも、２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たせば同様の効果が得られる。
【００５６】
また、本発明によれば、従来得られなかったフィルタ特性が実現できるため、小型、軽量で、かつ高性能なフィルタが実現できる。さらに、これを移動体通信機器に用いることで、移動体通信機器の小型、軽量化が可能となる。
【００５７】
（実施例３）
本発明の実施例３のＳＡＷデバイスとしては、本発明の実施例１で用いた１ｐｏｒｔのＳＡＷ共振子と同様の１−ｐｏｒｔタイプのＳＡＷ共振子を用いた。
【００５８】
本実施例では、実施例試料３、実施例試料４、実施例試料５および実施例試料６については、圧電基板１としてＬＴ３６°板を用いた。この圧電基板１を伝播する遅い横波の音速ｖｂは３３５０．８ｍ／ｓである。また比較試料４については、圧電基板１としてＬＴ４２°板を用いた。これらの圧電基板１上に図１Ａから図１Ｃに示した構成のＳＡＷ共振子を作製した。
【００５９】
本実施例では、実施例試料３、実施例試料４および実施例試料５のＳＡＷ共振子はすべて、電極指間ピッチｐは０．８μｍ、メタライゼーションレシオηは約０．５、および共振周波数ｆは１８９０．６ＭＨｚとなるようにした。また、実施例試料６については、電極指間ピッチｐが０．６μｍ、メタライゼーションレシオηが約０．５として、共振周波数ｆが１８９０．６ＭＨｚとなるようにした。
【００６０】
実施例試料３と実施例試料４では、ＳＡＷ共振子の電極にはＡｌを用いた。さらに、実施例試料３のＳＡＷ共振子の規格化膜厚ｈ／λは１９．８％とした。また、実施例試料４のＳＡＷ共振子の規格化膜厚ｈ／λは１５．０％として、実施例試料３と比べ薄くした。しかし、共振周波数が実施例試料３と一致するようにＬＴ基板に段部を設け、その上に電極を形成した。この形成方法については、後述する。
【００６１】
実施例試料５では、ＳＡＷ共振子の電極としてＡｌよりも密度の大きいタングステン（Ｗ）を用いた。実施例試料５のＳＡＷ共振子の規格化膜厚ｈ／λは、ＡｌとＷとの密度の違いを考慮し２．７％とした。このように設定することで、共振周波数が実施例試料３と一致するようにした。
【００６２】
実施例試料６では、ＳＡＷ共振子の電極として、Ｗ層とＡｌ層の２層からなる多層膜電極を用いた。実施例試料６のＳＡＷ共振子の規格化膜厚ｈ／λは８．７％であるが、Ａｌ層とＷ層の層厚の割合およびＡｌとＷとの密度の違いを考慮して、共振周波数が実施例試料３と一致するようにした。
【００６３】
このようにすることにより、実施例試料４、実施例試料５および実施例試料６ともに、その規格化膜厚ｈ／λはＡｌに換算した場合に実施例試料３と一致する。
【００６４】
また、比較試料４のＳＡＷ共振子も作製した。この比較試料４は、電極間ピッチｐは１．１μｍ、メタライゼーションレシオηは約０．５、および規格化膜厚ｈ／λは約１０％とし、ＬＴ４２°板を用いた場合のＬＳＡＷの伝播損失が最小となるように設計した。
【００６５】
なお、共振周波数ｆについては、実施例試料３、実施例試料４、実施例試料５および実施例試料６ともに、すべて等しく１８９０．６ＭＨｚである。
【００６６】
さらに、ＳＡＷ共振子の作製および評価は、基本的には本発明の実施例１と同様の方法で行った。ただし、実施例試料４については、圧電基板に段部を作製する必要があるため、ＩＤＴ電極と共振器の電極パターンをエッチングする工程中において、塩素系エッチングガスにＡｒを添加したスパッタエッチングを行った。これにより、露出した圧電基板の領域部、すなわち電極指間部分の圧電基板を一部エッチングして、所定の段部を形成した。これにより、ＩＤＴ電極の電極指は、この電極指と同じピッチで形成された圧電基板の段部の頂部に所定の厚さで形成できる。
【００６７】
また、実施例試料５と実施例試料６については、ＷをエッチングするのにＦ系ガスを用いた。特に、実施例試料６については、Ａｌ層を塩素系ガスによりエッチングを行い、Ｗ層についてはＡｌ層をエッチングマスクとしてＦ系ガスを用いてエッチングを行った。
【００６８】
実施例試料３、実施例試料４、実施例試料５、実施例試料６および比較試料４のＳＡＷ共振子の通過特性を、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ、図１１Ｄおよび図１１Ｅにそれぞれ示す。また、それぞれのＳＡＷ共振子の特性の測定結果を表３に示す。
【００６９】
図１１Ａから図１１Ｄの実施例試料３、実施例試料４、実施例試料５および実施例試料６と、比較試料４である図１１Ｅとを比較すると、比較試料４よりもすべて急峻性が良好であることが分かる。また、挿入損失については、実施例試料３、実施例試料４および実施例試料６が、最小挿入損失と挿入損失指標ともに比較試料４に比べ良好であった。これに対して、実施例試料５は、挿入損失が比較試料４に比べてやや悪い結果となった。これは、ＩＤＴ電極にＷを用いたため膜厚を薄くせざるを得なくなったこと、およびＷ自体がＡｌに比べて比抵抗が大きいことの理由により、ＩＤＴ電極の抵抗値が大きくなったためと思われる。
【００７０】
【表３】
【００７１】
ただし、比較試料４は、従来、比較的良好なＳＡＷ共振子特性を得ることができるとされている条件（ＬＴ基板のカット角：４２°、電極の規格化膜厚ｈ／λを約１０％）を満たす試料である。これに対して、実施例試料３、実施例試料４、実施例試料５および実施例試料６のように、ＬＳＡＷを励起することが可能なカット角で切り出された圧電基板上に、２×ｐ≦ｖｂ／ｆとなるようにＳＡＷ共振子を形成することで、基板のカット角に大きな制限を設けることなしに、比較試料４とほぼ同等もしくはそれ以上の急峻性および低損失なＳＡＷ共振子が得られた。
【００７２】
さらに、比較試料４は電極指がＡｌからなり、ＬＳＡＷを利用して作製されたＳＡＷデバイスであるが、このＩＤＴ電極の膜厚ｈＬは０．１１μｍである。一方、実施例試料３と実施例試料４とは同じようにＩＤＴ電極の電極指がＡｌからなり、比較試料４とほぼ同
一の共振周波数であるが、圧電基板を伝播する遅い横波を利用したＳＡＷデバイスであり、これらのＩＤＴ電極の膜厚ｈｒは、それぞれ０．３２μｍ、０．２４μｍである。これらの結果と、さらに種々の試料を作製して測定した結果とから、ｈＬ≦ｈｒを満たす構成とすることで、特にカット角を選ぶことなく、急峻性かつ低損失なＳＡＷ共振子が得られることが見出された。これは、質量負荷効果によりＳＡＷの音速が圧電基板を伝播する遅い横波の音速を下回るようにできることによる。
【００７３】
また、図１１Ａから図１１Ｄに示す実施例試料３、実施例試料４、実施例試料５および実施例試料６の通過特性を比較すると、実施例試料３においては、その通過特性が若干波打ったようになっているのに対し、実施例試料４、実施例試料５および実施例試料６においては、そのような波うち状態は観察されない。これは、実施例試料３については、本来ＬＳＡＷとして伝播する波の音速を遅い横波よりも遅くしてＲＳＡＷとして利用するのに伴い、ＩＤＴ電極および反射器の電極のそれぞれ１本あたりの反射係数が低下したことが原因である。この問題を解決する方法として設計を工夫することも考えられるが、ＩＤＴ電極および反射器の電極の１本あたりの反射率の改善が必要である。
【００７４】
一方、実施例試料４、実施例試料５および実施例試料６においては、以下のことがわかる。すなわち、実施例試料４については基板に段部を設けることにより、その通過特性が滑らかになっている。また、実施例試料５と実施例試料６においては、電極の全部もしくは一部にＡｌよりも密度の高いＷを用いることにより、その通過特性が滑らかになっている。このことから、本来ＬＳＡＷとして伝播する波の音速を遅い横波よりも遅くしＲＳＡＷとして利用するのに伴い発生するＩＤＴ電極と反射器の電極の１本あたりの反射係数の低下を改善する方法として、基板に段部を設けることや電極の全部もしくは一部にＡｌよりも密度の高い材料を用いることが有効であることが見出された。
【００７５】
本実施例においては、圧電基板に段部を設けることやＡｌよりも密度の高い材料を用いることでＩＤＴ電極および反射器の電極の反射率の改善を行ったが、反射率の低下の改善を行う方法としては、例えばＩＤＴ電極と圧電基板との間に電気的特性の劣化を生じない程度の絶縁物を形成する方法等、他の方法も用いてもよい。
【００７６】
また本実施例においては、Ａｌよりも密度の高い電極材料としてＷを用いたが、電極材料としてはこれに限定されるものではなく、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）またはその他の金属材料、あるいはこれらの合金や多層膜構成などとしてもよい。多層膜構成では、本実施例の積層構造や積層材料には限定されず、本発明の条件を満足する種々の積層構成が可能である。さらに、ＩＤＴ電極と反射器の電極とは、同一の材料もしくは同一の構造でなくてもよい。
【００７７】
また、同時にＳＡＷ導波路領域の両端を形成するバスバー部分に関しても反射係数をあげることでＳＡＷの導波路領域からの漏れが低減され、さらに共振器の特性を向上させることができる。ただし、ＩＤＴ電極に関しては抵抗値がＡｌ電極を用いた場合より大幅に増大しない方が好ましく、Ａｌを用いた場合の１０倍以下の抵抗値であることが好ましい。また、比較的ＩＤＴ電極の抵抗が高い場合は、ＩＤＴ電極以外のバスバーや引き回しの線路の材料や構造を変えることで、その部分の抵抗値を下げることは本実施例の共振子を用いたＳＡＷフィルタ等を形成する場合特に有効である。
【００７８】
またＷやＭｏなど基板材料よりも線熱膨張係数の小さい電極材料、もしくはこれら電極材料を用いた積層電極の場合、反射係数だけでなく同時に温度特性を改善することができる。しかも、本発明においては従来のＳＡＷに比べ電極膜厚を厚くすることが可能であるため、その効果も大きい。
【００７９】
（実施例４）
本発明の実施例４では、ＳＡＷデバイスとして本発明の実施例１で用いた１ｐｏｒｔのＳＡＷ共振子と同様の１ｐｏｒｔのＳＡＷ共振子を用いた。本実施例で作製した実施例試料７と実施例試料８は、ＳＡＷ共振子の圧電基板１上のＩＤＴ電極３および反射器４の電極にはＡｌを用い、また圧電基板１としてはＬＴ３６°板を用いた。この圧電基板１を伝播する遅い横波の音速ｖｂは３３５０．８ｍ／ｓである。
【００８０】
実施例試料７と実施例試料８においては図１２Ａと図１２Ｂに示すように、ＳＡＷ共振子のＩＤＴ電極および反射器を覆うように誘電体膜を形成する構成とした。
【００８１】
実施例試料７では、この誘電体膜としてチッ化珪素膜１２を形成した。この構成の断面図を図１２Ａに示す。図１２Ａでは、圧電基板１上にＩＤＴ電極の電極指３０１が形成され、この電極指３０１と圧電基板１上に誘電体膜としてチッ化珪素膜１２が形成されている状態を示す。
【００８２】
また、実施例試料８では酸化珪素膜１３を形成した。この構成の断面図を図１２Ｂに示すが、図１２Ａと同様に圧電基板１上にＩＤＴ電極の電極指３０１が形成され、この電極指３０１と圧電基板１上に酸化珪素膜１３が形成されている状態を示す。また、それぞれのＳＡＷ共振子の特性を表４に示す。
【００８３】
実施例試料７の電極指間ピッチｐは０．８０μｍ、メタライゼーションレシオηは約０．５であり、チッ化珪素膜１２を形成する前の共振周波数ｆbeforeは１８８５．４５ＭＨｚである。また、チッ化珪素膜１２を形成した後の共振周波数ｆafterは１８７６．３０ＭＨｚであった。したがって、実施例試料７では、チッ化珪素膜１２形成前のＳＡＷの音速は３０１６．７ｍ／ｓであり、遅い横波の音速３３５０．８ｍ／ｓよりも遅い。これにより、２×ｐ≦ｖｂ／ｆbeforeの関係を満たしている。さらに、チッ化珪素膜１２形成後のＳＡＷの音速は３００２．１ｍ／ｓであるので、遅い横波の音速３３５０．８ｍ／ｓよりも遅い。この場合にも、２×ｐ≦ｖｂ／ｆafterの関係を満たしている。すなわち、実施例試料７は、チッ化珪素膜１２を形成する前後において、２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たしている。
【００８４】
一方、実施例試料８のＳＡＷ共振子の電極間ピッチｐは０．８０μｍ、メタライゼーションレシオηは約０．５であり、酸化珪素膜１３を形成する前の共振周波数ｆbeforeは１８４８．３７ＭＨｚである。また、酸化珪素膜１３を形成した後の共振周波数ｆafterは
２４８４．２０ＭＨｚであった。したがって、酸化珪素膜１３の形成前のＳＡＷの音速は２９５７．４ｍ／ｓであり、遅い横波の音速よりも遅い。すなわち、このときには２×ｐ≦ｖｂ／ｆbeforeの関係を満たしている。酸化珪素膜１３を形成すると、ＳＡＷの音速は３９７４．７ｍ／ｓとなり、遅い横波の音速３３５０．８ｍ／ｓよりも速くなった。この結果、２×ｐ≧ｖｂ／ｆafterの関係を満たした。すなわち、実施例試料８では、誘電体
膜である酸化珪素膜１３の形成前後で２×ｐ×ｆbefore≦ｖｂ≦２×ｐ×ｆafterの関係
を満たしている。
【００８５】
また、比較試料５と比較試料６として、実施例試料７と実施例試料８の誘電体膜の形成後のそれぞれの共振周波数と等しい共振周波数を有する通常のＬＳＡＷを利用したＳＡＷ共振子を作製した。比較試料５と比較試料６において、ＳＡＷ共振子の電極にはＡｌを用いた。また、圧電基板としては３６°ＹカットＸ伝播のＬＴ基板を用いた。また、比較試料５の電極指間ピッチｐは１．０６μｍ、比較試料６の電極指間ピッチｐは０．８１μｍであり、比較試料５と比較試料６ともにメタライゼーションレシオηは約０．５である。したがって、比較試料５と比較試料６のＬＳＡＷの音速は（式１）から４００１．３ｍ／ｓおよび４００４．３ｍ／ｓで、遅い横波の音速より速い。
【００８６】
図１３Ａと図１３Ｂに、実施例試料７の誘電体膜１２の形成前後の通過特性を示す。また、図１４Ａと図１４Ｂに、実施例試料８の誘電体膜１３の形成前後の通過特性を示す。さらに、図１５に比較試料５の通過特性、図１６に比較試料６の通過特性をそれぞれ示す。
【００８７】
なお、ＳＡＷ共振子の作製および評価は、基本的には本発明の実施例１と同様の方法で行った。ただし、実施例試料７と実施例試料８における誘電体膜の形成は、ＩＤＴ電極等のパターン形成後にスパッタリングにてウエハー全面に誘電体膜を形成し、電気的特性を測定するのにプローバーとの接触が必要なパッド領域についてのみ誘電体膜をフォトリソグラフィおよびエッチングで誘電体膜を取り除いた。それぞれのＳＡＷ共振子の特性を表４に示す。
【００８８】
【表４】
【００８９】
図１３Ａと図１３Ｂとからわかるように、実施例試料７については、チッ化珪素膜１２の形成後、挿入損失、急峻性ともに良化する結果が得られた。また、図１５に示す比較試料５と比べると、チッ化珪素膜１２の形成前においては挿入損失、急峻性ともに比較試料５よりも若干悪い特性を有するが、チッ化珪素膜１２の形成後には比較試料５よりも良好な特性となることが認められた。このことから、チッ化珪素膜１２のような誘電体膜を形成しても、本発明の効果を得ることができることが確認された。
【００９０】
また、実施例試料８については、酸化珪素膜１３の形成前後で共振周波数が大きくなっているが、図１４Ａと図１４Ｂとの比較からわかるように挿入損失および急峻性に大きな変化は見られなかった。図１６に示す比較試料６と比べると、誘電体膜の形成前後ともに通常のＬＳＡＷを利用したＳＡＷ共振子よりも特性が優れていることが認められた。
【００９１】
したがって、酸化珪素膜１３のような誘電体膜を形成することでＳＡＷの音速が増加する場合には、２×ｐ×ｆbefore≦ｖｂ≦２×ｐ×ｆafterの関係を満たすように電極間ピ
ッチｐおよび共振周波数ｆbeforeを設定すれば、挿入損失、急峻性の優れたＳＡＷ共振子を得ることができる。通常、ＳＡＷ共振子の場合、周波数が低いほど電極間ピッチは広くなるため、この場合においても、誘電体膜の形成によるＳＡＷの音速の上昇を利用することでＳＡＷ共振子の電極間ピッチを広くすることができるので、ＳＡＷデバイス作製面で有利となる。
【００９２】
なお、誘電体膜としてチッ化珪素膜を用いると膜形成後に共振周波数は小さくなるが、この減少度合いは膜厚により設定可能である。比較試料６のように誘電体膜形成前では４００４．３ｍ／ｓで、遅い横波の音速より速いＳＡＷ共振子表面にチッ化珪素膜を実施例試料７よりも厚く形成すれば、膜形成後の共振周波数を小さくすることができる。膜厚を適当に設定することにより、２×ｐ×ｆafter≦ｖｂを満たすようにすることができ、同
様に本発明の効果を得ることができる。
【００９３】
なお、本実施例においては、誘電体膜としてチッ化珪素膜および酸化珪素膜の単層膜を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ポリイミド系樹脂やチッ化珪素膜と酸化珪素膜の積層膜等を用いても良い。さらに、本実施例においては、ＩＤＴ電極の上面に誘電体膜を設けたが、圧電基板の上面に直接誘電体膜を設け、その上面にＩＤＴ電極を形成することや、それらを組み合わせた構成においても同様の効果を得ることができる。
【００９４】
また、誘電体膜の形成によるＳＡＷの音速の変化は誘電体膜の材料および膜厚や構成によって変化することから、本実施例で示した例に限らず、それぞれの場合において本実施例を実現する電極膜厚や構成、誘電体膜の材料や構成等に最適条件が存在する。
【００９５】
（実施例５）
本発明の実施例５ではＳＡＷデバイスとして、同一チップ上に８００ＭＨｚ帯のラダー型ＳＡＷフィルタと、１．９ＧＨｚ帯のラダー型ＳＡＷフィルタが存在する、いわゆる２フィルタｉｎ１チップタイプのフィルタの場合について説明する。本実施例においては、実施例試料９、実施例試料１０、比較試料７および比較試料８の４種類の試料を作製した。８００ＭＨｚ帯のフィルタに関してはアメリカのＡＭＰＳ／ＣＤＭＡ用の送信側フィルタ、１．９ＧＨｚ帯のフィルタに関しては同じくアメリカのＰＣＳ帯のＣＤＭＡ用送信側フィルタを作製した。
【００９６】
８００ＭＨｚ帯ＡＭＰＳ／ＣＤＭＡ用送信フィルタに必要な特性、すなわち要求仕様は、通過帯域が８２４ＭＨｚ〜８４９ＭＨｚ、挿入損失が２．５ｄＢ以下、受信帯域での阻止域が８６９ＭＨｚ〜８９４ＭＨｚで抑圧度が４０ｄＢ以上であることが要求される。１．９ＧＨｚＰＣＳ帯ＣＤＭＡ用送信フィルタに必要な特性、すなわち要求仕様は、通過帯域が１８５０ＭＨｚ〜１９１０ＭＨｚ、挿入損失が２．５ｄＢ以下、受信帯域での阻止域が１９３０ＭＨｚ〜１９９０ＭＨｚで抑圧度が４０ｄＢ以上であることが要求される。
【００９７】
実施例試料９では、ＬＴ３９°板上にＡｌ膜を形成し、フォトリソグラフィおよびドライエッチングにより８００ＭＨｚのラダー型ＳＡＷフィルタおよび１．９ＧＨｚ帯のＳＡＷフィルタを形成した。実施例試料９の８００ＭＨｚのフィルタにおけるＳＡＷ共振子のＩＤＴ電極の規格化膜厚ｈ／λは約６．０％となるように設計して、ＬＴ３９°板を用いてＬＳＡＷを利用したＳＡＷ共振子の伝播損失がほぼ０となる条件に一致するようにした。この８００ＭＨｚ帯のＳＡＷフィルタを形成しているＳＡＷ共振子はＬＳＡＷを利用したものであり、共振周波数および電極間ピッチｐの関係は、２×ｐ≦ｖｂ／ｆを満たしていない。
【００９８】
また、１．９ＧＨｚのラダー型ＳＡＷフィルタについては、この１．９ＧＨｚ帯のＳＡＷフィルタを形成しているＳＡＷ共振子の共振周波数ｆおよび電極間ピッチｐが２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たすように設計されており、ＬＳＡＷの音速を低下させＲＳＡＷとして利用している。
【００９９】
実施例試料１０においては、ＬＴ３９°板上にＷとＡｌをこの順に積層し、フォトリソグラフィおよびドライエッチングにより８００ＭＨｚのラダー型ＳＡＷフィルタおよび１．９ＧＨｚ帯のＳＡＷフィルタのパターンを形成した。この際、ドライエッチングのガスとしては、まずＣｌ系ガスでＡｌ層をエッチングし、次に大気にさらすことなく、Ｆ系ガスを用いてＷ層をエッチングした。その後レジストを一度剥離した後、８００ＭＨｚ帯のフィルタパターンの部分をさらにレジストにより保護した上で、再度Ｃｌ系ガスを用いて１．９ＧＨｚ帯のフィルタパターン部分のＡｌ層をエッチングした。したがって、８００ＭＨｚ帯のフィルタのＩＤＴ電極はＷ／Ａｌの２層膜、１．９ＧＨｚ帯のＩＤＴ電極はＷ単層膜となっている。
【０１００】
この実施例１０における８００ＭＨｚ帯のＳＡＷフィルタを構成しているＳＡＷ共振子はＬＳＡＷを利用したものであり、共振周波数および電極間ピッチｐの関係は２×ｐ≦ｖｂ／ｆを満たしていない。また、１．９ＧＨｚのラダー型ＳＡＷフィルタについては、この１．９ＧＨｚ帯のＳＡＷフィルタを形成しているＳＡＷ共振子の共振周波数ｆおよび電極間ピッチｐが、２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たすように設計しており、ＬＳＡＷの音速を低下させＲＳＡＷとして利用している。
【０１０１】
比較試料７においては、まず１．９ＧＨｚのフィルタの設計膜厚分のＡｌ膜を３９°ＬＴ板上に作製し、つぎに１．９ＧＨｚ帯フィルタ部分をレジストで保護してから、Ｔｉ、Ａｌの順で成膜し８００ＭＨｚ帯のフィルタ形成部分の膜厚が８００ＭＨｚ帯のフィルタの設計膜厚になるように成膜した。ここでＴｉは密着層として用いた。さらに、１．９ＧＨｚ帯フィルタ部分を保護していたレジストをその部分に膜付けされたＴｉ／Ａｌ膜とともに剥離した。さらに、１．９ＧＨｚ帯フィルタ部分の保護と８００ＭＨｚ帯フィルタのパターン形成のために、レジストを塗布した。このレジストに対して露光を行い、その後ドライエッチングを行うことで、８００ＭＨｚ帯フィルタと１．９ＧＨｚ帯フィルタを１チップ上に作製した。
【０１０２】
この比較試料７における８００ＭＨｚ帯のＳＡＷフィルタおよび１．９ＧＨｚを構成しているＳＡＷ共振子はＬＳＡＷを利用したものであり、それぞれにおいて、共振周波数および電極間ピッチｐの関係は、２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たしていない。
【０１０３】
比較試料８においては、３９°ＬＴ板上にＡｌ、Ｗの順に２層膜を形成し、フォトリソグラフィおよびドライエッチングにより８００ＭＨｚのラダー型ＳＡＷフィルタおよび１．９ＧＨｚ帯のＳＡＷフィルタのパターンを形成した。この際、ドライエッチングのガスとしては、まずＦ系ガスでＷ層をエッチングし、つぎに大気状態にさらすことなく、Ｃｌ系ガスを用いてＡｌ層をエッチングした。その後レジストを一度剥離した後、８００ＭＨｚ帯のフィルタパターン部分をレジストにより再度保護した上で、Ｆ系ガスを用いて１．９ＧＨｚ帯のフィルタパターン部分のＷ膜をエッチングした。したがって、この時点で１．９ＧＨｚ帯のＩＤＴ電極はＡｌ単層膜であり、８００ＭＨｚ帯のＩＤＴ電極はＡｌとＷとの２層膜構成となっている。
【０１０４】
この比較試料８における８００ＭＨｚ帯のＳＡＷフィルタおよび１．９ＧＨｚを構成しているＳＡＷ共振子はＬＳＡＷを利用したものであり、それぞれにおいて、共振周波数および電極間ピッチｐは、２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たしていない。
【０１０５】
実施例試料９、実施例試料１０、比較試料７および比較試料８のすべてにおいて、ＩＤＴ電極パターン形成後、さらに引き回し線路およびバスバー、およびパッド部分にＡｌ膜を蒸着し補強を行った。その後、これらのウエハーをダイシングし、個片のチップに分割したうえで、３ｍｍ角のセラミックパッケージにダイボンドを行い、そしてワイヤーボンディングによって電気的接続をとったうえで、窒素雰囲気中にて気密封止を行った。
【０１０６】
図１７Ａ、図１７Ｂに実施例試料９、図１８Ａ、図１８Ｂに実施例試料１０、図１９Ａ、図１９Ｂに比較試料７、および図２０Ａ、図２０Ｂに比較試料８の通過特性を示す。また、それぞれの図には、通過帯域（送信側帯域）および阻止帯域（受信側帯域）もあわせて示している。
【０１０７】
これらの結果を詳細に観察すると、８００ＭＨｚ帯のＳＡＷフィルタに関しては、実施例試料９、実施例試料１０、比較試料７および比較試料８ともに、ほぼ同等の特性が得られていることが分かる。また、１．９ＧＨｚのＳＡＷフィルタに関しては、本来ＬＳＡＷとして伝播する波の音速を遅くして、ＲＳＡＷとして利用した実施例試料９と実施例試料１０とは要求仕様を満たしている。一方、比較試料７と比較試料８とは、通過帯域の挿入損失、阻止域の抑圧度ともに要求仕様を満たしていない。また。実施例試料９と実施例試料１０とを比較すると、実施例試料９に見られるリップルが実施例試料１０ではほとんど見られない。これはＩＤＴ電極材料がＷであることに起因するものと思われる。
【０１０８】
また、実施例試料１０においては、電極材料がＷのみであるにもかかわらず、挿入損失はあまり他の例と変わっていない。これは、ＳＡＷ共振器においてＩＤＴ電極の抵抗値は損失に影響しにくいことや、引き回しの線路等にＡｌの補強を行ったことによるものと思われる。また、比較試料７については、作製プロセスの煩雑性が原因と思われるが、最終的に特性が得られるものが少なく歩留まりが悪かった。
【０１０９】
（実施例６）
以下、本発明の実施例６における弾性表面波デバイスを用いたセンサーについて図面を参照しながら説明する。
【０１１０】
本実施例では、弾性表面波デバイスを用いたセンサーの一例として、温度センサについて説明する。図２１は、本センサーの基本構成の概略図である。図２１において、絶縁基材２１の先端にパッケージングされたＳＡＷ共振子２２が実装されており、その出力部が絶縁基材２１上に設けられた線路２３を介して、ネットワークアナライザ２４に電気的に接続された構成からなる。本温度センサーは、このＳＡＷ共振子２２がセンサー部であり、その通過特性がネットワークアナライザ２４により測定される。
【０１１１】
この温度センサーは、周囲の温度変化に応じてＳＡＷ共振子２２の周波数特性が変動するので、その変動量により温度測定を行うことができる。本実施例においては、温度変化による反共振周波数の移動量をモニタした。
【０１１２】
ＳＡＷ共振子２２としては、実施例１の実施例試料１で説明したＳＡＷ共振子を用いた。以下では、これにより作製した温度センサーを実施例センサー１とよぶ。また、同様に実施例１の比較試料１で説明したＳＡＷ共振子を用いた比較例センサーも作製した。
【０１１３】
これら２種類の温度センサーの特性については、以下のようにして評価した。すなわち、センサー部であるＳＡＷ共振子２２をオーブンにいれ、環境温度を変化させながら環境温度の変化値と反共振周波数の変化値との関係を求めた。この結果を図２２に示す。図２２において、縦軸は反共振周波数の変化値であり、横軸は常温（２５℃）からの温度差で表示している。この結果からわかるように、実施例センサー１は、温度特性が約１３０ｐｐｍ／Ｋであるのに対し、比較例センサーはその温度特性が３５ｐｐｍ／Ｋであった。また、実施例１の図３Ａと図３Ｂの比較からもわかるように、その反共振周波数付近の特性も実施例センサー１のほうが比較例センサーと比べて鋭く、結果として実施例センサー１のほうが感度よく温度の測定が可能なことが認められた。
【０１１４】
このような温度特性は、ＩＤＴ電極の膜厚を厚くすることで、基板の持つ温度特性が変化することを利用したものである。この場合、ＩＤＴ電極の膜厚はＡｌ電極を用いたときには、規格化膜厚ｈ／λが１０％以上とすることが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
以上のように本発明は、ＬＳＡＷの音速を圧電基板の遅い横波以下の音速に低下させることにより、バルク波の放射を抑制してＳＡＷ共振子あるいはＳＡＷフィルタなどのＳＡＷデバイスの損失を低減するとともに、急峻性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】Ａは、本発明の実施例１におけるＳＡＷデバイスの一例として作製した１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子を示す斜視図、Ｂは、Ａに示すｔ−ｔ線に沿った断面図、Ｃは、同実施例のＩＤＴ電極１周期分の断面拡大図
【図２】３９°Ｙ−ＸＬＴ基板におけるＬＳＡＷの伝播損失とＩＤＴ電極の規格化膜厚との関係を示す図
【図３】Ａは、同実施例において、実施例試料１の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の通過特性を示す図、Ｂは、同実施例において、比較試料１の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の通過特性を示す図、Ｃは、同実施例において、比較試料２の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の通過特性を示す図
【図４】同実施例において、急峻度指標を求めるための図
【図５】同実施例において、挿入損失指標を求めるための図
【図６】同実施例において、帯域外抑圧度指標を求めるための図
【図７】Ａは、本発明の実施例２におけるＳＡＷデバイスの一例としてのラダー型ＳＡＷフィルタの構成を示す斜視図、Ｂは、同実施例におけるラダー型ＳＡＷフィルタの回路構成図
【図８】同実施例において用いたＬＴ４２°板におけるＬＳＡＷの伝播損失と規格化膜厚との関係を示す図
【図９】Ａは、同実施例において、実施例試料２のラダー型ＳＡＷフィルタの通過特性を示す図、Ｂは、同実施例において、比較試料３のラダー型ＳＡＷフィルタの通過特性を示す図
【図１０】同実施例において、角型比の定義を説明するための図
【図１１】Ａは、本発明の実施例３において、実施例試料３の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の通過特性を示す図、Ｂは、同実施例において、実施例試料４の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の通過特性を示す図、Ｃは、同実施例において、実施例試料５の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の通過特性を示す図、Ｄは、同実施例において、実施例試料６の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の通過特性を示す図、Ｅは、同実施例において、比較試料４の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の通過特性を示す図
【図１２】Ａは、本発明の実施例４において、実施例試料７の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の構成の一部を示す断面図、Ｂは、同実施例において、実施例試料８の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の構成の一部を示す断面図
【図１３】Ａは、同実施例において、実施例試料７の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の誘電体膜形成前の通過特性を示す図、Ｂは、同実施例において、実施例試料７の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の誘電体膜形成後の通過特性を示す図
【図１４】Ａは、同実施例において、実施例試料８の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の誘電体膜形成前の通過特性を示す図、Ｂは、同実施例において、実施例試料８の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の誘電体膜形成後の通過特性を示す図
【図１５】同実施例において、比較試料５の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の通過特性を示す図
【図１６】同実施例において、比較試料６の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の通過特性を示す図
【図１７】Ａは、本発明の実施例５において、実施例試料９の２フィルタｉｎ１チップｔｙｐｅのＳＡＷフィルタの内、８００ＭＨｚ帯ラダー型ＳＡＷフィルタの通過特性を示す図、Ｂは、同実施例において、実施例試料９の２フィルタｉｎ１チップｔｙｐｅのＳＡＷフィルタの内、１．９ＧＨｚ帯ラダー型ＳＡＷフィルタの通過特性を示す図
【図１８】Ａは、同実施例において、実施例試料１０の２フィルタｉｎ１チップｔｙｐｅのＳＡＷフィルタの内、８００ＭＨｚ帯ラダー型ＳＡＷフィルタの通過特性を示す図、Ｂは、同実施例において、実施例試料１０の２フィルタｉｎ１チップｔｙｐｅのＳＡＷフィルタの内、１．９ＧＨｚ帯ラダー型ＳＡＷフィルタの通過特性を示す図
【図１９】Ａは、同実施例において、比較試料７の２フィルタｉｎ１チップｔｙｐｅのＳＡＷフィルタの内、８００ＭＨｚ帯ラダー型ＳＡＷフィルタの通過特性を示す図、Ｂは、同実施例において、比較試料７の２フィルタｉｎ１チップｔｙｐｅのＳＡＷフィルタの内、１．９ＧＨｚ帯ラダー型ＳＡＷフィルタの通過特性を示す図
【図２０】Ａは、同実施例において、比較試料８の２フィルタｉｎ１チップｔｙｐｅのＳＡＷフィルタの内、８００ＭＨｚ帯ラダー型ＳＡＷフィルタの通過特性を示す図、Ｂは、同実施例において、比較試料８の２フィルタｉｎ１チップｔｙｐｅのＳＡＷフィルタの内、１．９ＧＨｚ帯ラダー型ＳＡＷフィルタの通過特性を示す図
【図２１】本発明の実施例６において、弾性表面波デバイスを温度センサーとした基本構成の概略図
【図２２】同実施例において、環境温度と反共振周波数との関係を求めた図
【符号の説明】
【０１１７】
１ 圧電基板
２ ＳＡＷ共振子
３，７，８ ＩＤＴ電極
４，９，１０ 反射器
５ 直列腕ＳＡＷ共振子
６ 並列腕ＳＡＷ共振子
１１ 圧電基板
１２ チッ化珪素膜
１３ 酸化珪素膜
２１ 絶縁基材
２２ ＳＡＷ共振子
２３ 線路
２４ ネットワークアナライザ
３０１ 電極指
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に高周波帯域において優れた通過帯域特性を有する弾性表面波デバイスおよびそれを用いた移動体通信機器とセンサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性表面波デバイス（以下、ＳＡＷデバイスとよぶ）は小型、軽量であることから、移動体通信端末の無線機器において、フィルタあるいは共振器として多く用いられている。このような移動体通信端末の無線機器に用いられるフィルタに対しては、携帯電話システムの高周波化に伴い高周波領域、特に８００ＭＨｚ帯〜数ＧＨｚ帯で使用できることが要求される。特に、通過帯域においては低損失で、かつ阻止域においては高抑圧が可能で、しかも急峻なフィルタ特性を有することが要求される。
【０００３】
一般に、圧電基板上に形成された電極指が相互にかみ合わさったインターディジタルトランスデューサ（以下、ＩＤＴとよぶ）電極に電圧を印加すると、圧電基板の表面を伝播する弾性表面波（以下、ＳＡＷとよぶ）が生じる。ＳＡＷデバイスは、このＳＡＷを励振し、受信することで必要なフィルタ特性を実現している。このＳＡＷデバイスの電気的特性は、ＩＤＴ電極の形状や構成および圧電基板を伝播するＳＡＷの伝播特性により主として決定される。例えば、ＳＡＷデバイスの１種であるＳＡＷ共振子においては、ＩＤＴ電極の電極指間ピッチｐとＳＡＷの音速、すなわち伝播速度ｖ、共振周波数ｆの間には、（式１）の関係がある。
【０００４】
ｖ＝２・ｐ・ｆ （式１）
したがって、ＳＡＷデバイスを高周波領域で使用すると共振周波数ｆが大きくなり、ＳＡＷの伝播速度ｖが一定であれば、ＩＤＴ電極指間ピッチｐを小さくしなければならない。これは、ＩＤＴ電極のパターン幅を非常に小さくすることになるため、ＳＡＷデバイスの製造歩留まりが低下する。製造歩留まりを低下させないようにするためには、ＳＡＷの伝播速度ｖの大きな圧電基板が求められる。また、低損失な特性を得るには、ＳＡＷの伝播に伴う損失やＩＤＴ電極の抵抗をできるだけ小さくする必要がある。
【０００５】
このような点から、高周波帯で低損失なＳＡＷフィルタやＳＡＷ共振子などのＳＡＷデバイスを実現するにあたっては、リチウム酸タンタル（ＬｉＴａＯ3）単結晶（以下、ＬＴ単結晶とよぶ）の３６°回転Ｙカット板においてＸ方向をＳＡＷの伝播方向とした３６°Ｙ−ＸＬｉＴａＯ3基板（以下、ＬＴ３６°板とよぶ）や、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）単結晶（以下、ＬＮ単結晶とよぶ）の６４°回転ＹカットにおいてＸ方向をＳＡＷの伝播方向とした６４°Ｙ−ＸＬｉＮｂＯ3基板（以下、ＬＮ６４°板とよぶ）が広く使われてきた。これらのカット角で切り出されたＬＴ３６°板およびＬＮ６４°板を用いると、漏洩弾性表面波（Ｌｅａｋｙ ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ：以下、ＬＳＡＷとよぶ）とよばれ、一部が基板内部にバルク波を放射しながら伝播するＳＡＷを利用するＳＡＷデバイス構成が可能である。
【０００６】
これらの基板で励振されるＬＳＡＷは、音速、すなわち伝播速度が速い特徴を有する。さらに、ＩＤＴ電極の質量負荷効果が無視できる場合、すなわち伝播するＬＳＡＷの波長に比べＩＤＴ電極の膜厚が充分に薄い場合、ほとんどバルク波が放射されなくなるので、バルク波の放射に伴う伝播損失が充分小さくできる。そのため、ＬＴ３６°板やＬＮ６４°板は、低損失の高周波ＳＡＷフィルタやＳＡＷ共振子を構成するのに適している。この理由により、従来多く利用されてきた。
【０００７】
しかし、これらの基板を８００ＭＨｚ帯〜数ＧＨｚ帯のＳＡＷフィルタやＳＡＷ共振子に用いると、ＳＡＷの波長が短くなり、ＩＤＴ電極の膜厚がＳＡＷの波長の数％〜十数％となってしまうので、ＩＤＴ電極の質量負荷効果が無視できなくなる。この結果、ＬＳＡＷの伝播に伴う伝播損失が無視できなくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この問題を解決する手段として、カット角を高角度側にずらして切り出した基板を用いることが有効であり、伝播損失を十分小さくできることが、特開平９−１６７９３６号公報に示されている。これによると、ＩＤＴ電極の規格化膜厚ｈ／λ（ｈ：電極の膜厚、λ：ＳＡＷの波長）によって、ＬＴ単結晶やＬＮ単結晶上を伝播するＬＳＡＷの伝播損失が最小になる基板のカット角は異なる。ＬＴ単結晶の場合には、ＩＤＴ電極の膜厚がＬＳＡＷの波長の０．０３〜０．１５（規格化膜厚ｈ／λが３％〜１５％）となる場合は、カット角を３６°ではなく、３９〜４６°へと高角度側にシフトさせると、伝播損失をほぼ０にできることが示されている。同様に、ＬＮ単結晶の場合には、ＩＤＴ電極の膜厚がＬＳＡＷの波長の０．０３〜０．１５（規格化膜厚ｈ／λが３％〜１５％）となる場合は、カット角を６４°ではなく、６６〜７４°と高角度側にシフトさせると、伝播損失をほぼ０とできることが示されている。
【０００９】
しかし、一般に、周波数特性が異なるＳＡＷフィルタやＳＡＷ共振子はＩＤＴ電極間のピッチが異なる。したがって、仮に同一の膜厚で異なる周波数特性を有するＳＡＷフィルタやＳＡＷ共振子を作製する場合、それぞれのＳＡＷフィルタやＳＡＷ共振子で最適な規格化膜厚ｈ／λは異なることになる。この結果、例えば１つのチップ上に周波数の異なるＳＡＷフィルタを形成するような構成、いわゆる２フィルタｉｎ１チップタイプ構成からなるＳＡＷデバイスの場合については、以下に述べるような課題が生じる。すなわち、ＩＤＴ電極の膜厚は一般に１チップ内では同一であるので、これら２つのＳＡＷフィルタの伝播損失を両方ともほぼ０とすることができなくなる。一方、これら２種類のＳＡＷフィルタともに伝播損失をほぼ０にするためには、１チップ内において、それぞれのＳＡＷフィルタに応じて最適な膜厚とすることが必要となる。しかし、これを実現するための製造工程は非常に複雑となり、実際の量産工程に導入することは困難である。
【００１０】
さらに、特開平５−１８３３８０号公報には、帯域外の抑圧を大きくする方法として、ＳＡＷ共振子をラダー型に接続してなるラダー型ＳＡＷフィルタの並列腕の共振子にリアクタンス素子を接続する方法が開示されている。しかし、この方法では抑圧する帯域を広げることで、ある帯域範囲において充分な抑圧を得ることはできるが、フィルタ特性として要求される急峻性を大きく向上させることはできない。したがって、比クロスバンド（＝（クロスバンド上端周波数−クロスバンド下端周波数）／クロスバンドの中心周波数）が、例えばアメリカの携帯電話の規格であるＰＣＳでは０．０１であり、通過帯域と阻止域とが非常に近接しているような場合、上記の方法では通過帯域の近傍にある阻止域を充分に抑圧することはできない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、特にＳＡＷフィルタやＳＡＷ共振子の挿入損失を低減し、かつ急峻特性を向上させたＳＡＷデバイスと、それを用いた移動体通信機器およびセンサーを提供することを目的とする。具体的には、ＬＳＡＷを励起することが可能なカット角で切り出された圧電基板を用い、従来ＬＳＡＷとして利用されていたＳＡＷの音速を低減させ、圧電基板を伝播する遅い横波の速度よりも遅くすることにより、理論上伝播損失の発生しないＲＳＡＷを利用することで、従来のＬＳＡＷを利用したＳＡＷデバイスに比べて、挿入損失が少なく、かつ急峻特性を向上させることを基本とする。
【００１２】
上記課題を解決するために本発明のＳＡＷデバイスは、ＬＳＡＷを励起することが可能なカット角で切り出された圧電基板と、この圧電基板上に少なくとも一対の互いにかみ合わされた電極指を有するＩＤＴ電極を含む電極パターンとからなるＳＡＷデバイスであって、このＳＡＷデバイスの共振周波数をｆ（Ｈｚ）、圧電基板を伝播する遅い横波の音速をｖｂ（ｍ／ｓ）、圧電基板上に形成された電極パターンの電極指のピッチをｐ（ｍ）としたとき、電極指のピッチｐが２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たすことを特徴とする。
【００１３】
この構成により、ＬＳＡＷのバルク波の放射を抑制し、ＬＳＡＷをＲＳＡＷとして伝播させることで伝播損失をほぼ０とすることが可能となり、従来のＬＳＡＷを利用した場合よりも挿入損失が低く、かつ急峻特性の優れたＳＡＷデバイスが得られる。
【００１４】
また、本発明のＳＡＷデバイスは上記の構成に加えて、さらに電極パターンの電極指が、この電極指のピッチｐとほぼ同じピッチを有して圧電基板表面に設けられた段部の頂部に形成されている構成からなる。これにより、従来のＬＳＡＷを利用した場合よりも低損失でかつ、急峻特性の優れたＳＡＷデバイスを得ると同時に、ＬＳＡＷをＲＳＡＷとして利用した時に生じる電極１本あたりの反射係数の低下を改善できる。その結果、電気的特性の、特に通過特性において発生するリップルを抑制したＳＡＷデバイスを得ることができる。
【００１５】
また、本発明のＳＡＷデバイスは上記の構成に加えて、電極パターン上に少なくともその電極パターンを覆う誘電体膜がさらに形成されている構成からなる。これにより、誘電体膜を形成することによる音速の低下を利用し、従来のＬＳＡＷを利用した場合よりも挿入損失が低く、急峻特性の優れたＳＡＷ共振子を得ることができる。
【００１６】
また、本発明のＳＡＷデバイスは上記の構成において、さらに電極指がアルミニウム（Ａｌ）もしくはＡｌを主体とする金属からなり、かつこの圧電基板を用いてＬＳＡＷを利用して作製されたＬＳＡＷ型弾性表面波デバイスのＩＤＴ電極の膜厚をｈＬとし、このＬＳＡＷ型弾性表面波デバイスと同一の共振周波数としたときの弾性表面波デバイスのＩＤＴ電極の膜厚をｈｒとした場合、弾性表面波デバイスのＩＤＴ電極の膜厚ｈｒがｈＬ≦ｈｒを満たす構成としたことを特徴とする。
【００１７】
この構成により、ＩＤＴ電極の質量負荷によりＬＳＡＷの伝播速度を低下させると同時にＩＤＴ電極の膜厚に起因する電極膜の抵抗の上昇を抑えることができる。その結果、低損失で急峻特性の優れたＳＡＷデバイスを得ることが可能となる。
【００１８】
また、本発明のＳＡＷデバイスは上記構成において、さらに弾性表面波デバイスの少なくとも電極指がＡｌよりも密度の大きい金属を用いたことを特徴とする。この構成により、少なくともＩＤＴ電極の電極指をＡｌよりも密度の高い金属によって形成することで電極１本あたりの反射係数の低下を改善でき、その結果通過特性において発生するリップルを抑制し、かつ、急峻特性の優れたＳＡＷデバイスを得ることができる。
【００１９】
また、本発明のＳＡＷデバイスは上記構成において、さらに弾性表面波デバイスの少なくとも電極指がＡｌよりも密度の大きい金属からなる第１の層と、ＡｌもしくはＡｌを主体とする金属からなる第２の層とを有する少なくとも２層以上の多層構造の電極であることを特徴とする。この構成により、ＩＤＴ電極１本あたりの反射係数の低下を改善できる。その結果、通過特性において発生するリップルを抑制すると同時に、電極の抵抗の上昇も抑制できるので、損失が少なく急峻特性の優れたＳＡＷデバイスを得ることができる。
【００２０】
また、本発明のＳＡＷデバイスは上記構成において、圧電基板がＬｉＴａＯ3単結晶（
ＬＴ）であることを特徴とする。これにより、１チップ上に従来のＬＳＡＷを利用したＳＡＷデバイスと本発明のＳＡＷデバイスとを同時に形成することもできる。
【００２１】
また、本発明のＳＡＷデバイスは上記構成において、ＬｉＴａＯ3単結晶からなる圧電
基板は、ＬｉＴａＯ3単結晶のＸ軸を中心に、Ｙ軸からＺ軸方向に２６度以上、５０度以
下の範囲の角度で回転させた方位で切り出されたカット面を有し、漏洩表面弾性波を励起することが可能な特性を有することを特徴とする。この構成により、従来のＬＳＡＷを利用したＳＡＷデバイスと本発明のＳＡＷデバイスとを同時に１チップ上に形成する２デバイスｉｎ１チップタイプのＳＡＷデバイスを作成しても、両方のＳＡＷデバイスともに損失が小さく、かつ優れた急峻特性を得ることができる。
【００２２】
また、本発明のＳＡＷデバイスは上記構成において、圧電基板がＬｉＮｂＯ3単結晶で
あることを特徴とする。これにより、従来のＬＳＡＷを利用したＳＡＷデバイスと本発明のＳＡＷデバイスとを１チップ上に形成する２デバイスｉｎ１チップタイプのＳＡＷデバイスとしても良好な特性を得ることができる。
【００２３】
また、本発明のＳＡＷデバイスは上記構成において、ＬｉＮｂＯ3単結晶からなる圧電
基板は、ＬｉＮｂＯ3単結晶のＸ軸を中心に、Ｙ軸からＺ軸方向に５０度以上、８０度以
下の範囲の角度で回転させた方位で切り出されたカット面を有し、漏洩表面弾性波を励起することが可能な特性を有することを特徴とする。この構成により、従来のＬＳＡＷを利用したＳＡＷデバイスと本発明のＳＡＷデバイスとを１チップ上に形成した２デバイスｉｎ１チップタイプのＳＡＷデバイスを作成しても、両方のＳＡＷデバイスともに損失の少なく、かつ優れた急峻特性を得ることができる。
【００２４】
また、本発明のＳＡＷデバイスは、上記構成のＳＡＷデバイスを２つ以上組み合わせて１つのチップ上に形成したことを特徴とする。この構成により、低損失でかつ急峻な周波数選択性を有するＳＡＷデバイスを得ることができる。
【００２５】
また、本発明の移動体通信機器は、上記構成のＳＡＷデバイスを用いたことを特徴とする。この構成により、低損失で急峻な特性のＳＡＷデバイスを移動体通信機器に用いることが可能となり、小型で、かつ軽量、薄型化された移動体通信機器、例えば携帯電話を実現できる。
【００２６】
また、本発明のセンサーは、本発明に開示された手法により実現された低損失で急峻な特性のＳＡＷデバイスをセンサー部として用いることで、小型で、軽量で、かつ感度の良好なセンサーを得ることができる。なお、センサーとしては、温度を感知するセンサーとして用いることが好適であるが、においを感知するセンサー、水分量を感知するセンサー等にも用いることができる。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように本発明は、ＬＳＡＷの音速を圧電基板の遅い横波以下の音速に低下させることにより、バルク波の放射を抑制してＳＡＷ共振子あるいはＳＡＷフィルタなどのＳＡＷデバイスの損失を低減するとともに、急峻性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の実施例のＳＡＷデバイスについて詳細に説明する。
【００２９】
（実施例１）
図１Ａは、本発明の実施例１におけるＳＡＷデバイスの一例として作製した１ｐｏｒｔのＳＡＷ共振子を示す斜視図である。圧電基板１上にＳＡＷ共振子２が形成されている。ＳＡＷ共振子２は、ＩＤＴ電極３および反射器４で構成されている。図１Ｂは図１Ａに示すｔ−ｔ線に沿った断面図である。図１ＣはＩＤＴ電極の１周期分の拡大図であり、電極指３０１が圧電基板１上に一定のピッチｐで形成された状態を示す。
【００３０】
本実施例では、圧電基板１として３９°ＹカットＸ伝播のＬＴ基板（以下、３９°Ｙ−ＸＬＴ基板とよぶ）を用いた。この圧電基板１を伝播する遅い横波の音速ｖｂは、ｖｂ＝３３５０．８ｍ／ｓである。この圧電基板１上に作製されたＳＡＷ共振子２の電極の材料としては、ＡｌにＣｕを添加したＡｌ−Ｃｕ合金を用いた。なお、ＳＡＷ共振子の電極とは、少なくともＩＤＴ電極と共振器の電極とが含まれる。
【００３１】
実施例試料１のＳＡＷ共振子２として、電極指３０１間ピッチｐが０．８μｍ、規格化膜厚ｈ／λが１９．４％の構成からなるＳＡＷ共振子２を作製した。この実施例試料１のＳＡＷ共振子２の共振周波数ｆは１８９１．４ＭＨｚであり、（式１）から算出されるＳＡＷの音速は３０２６．２ｍ／ｓとなる。したがって、本実施例で用いた圧電基板１である３９°Ｙ−ＸＬＴ基板における遅い横波の音速ｖｂよりも遅くなっている。さらに、上記数値をもとに計算すると、２×ｐ＝１．６×１０-6、ｖｂ／ｆ＝３３５０．８／（１８９１．４×１０6）＝１．７７２×１０-6であるので、２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たしている。
【００３２】
また、比較試料１として、電極指３０１間ピッチｐが１．０６μｍ、規格化膜厚ｈ／λが６．０％のＳＡＷ共振子を作製した。さらに、比較試料２として、電極指３０１間ピッチｐが１．０μｍ、規格化膜厚ｈ／λが１１％のＳＡＷ共振子も作製した。それぞれのＳＡＷ共振子の共振周波数ｆは、比較試料１が１８８６．０ＭＨｚであり、比較試料２が１８８４．９ＭＨｚである。また、それぞれのＳＡＷ共振子におけるＳＡＷの音速は、（式１）とそれぞれの共振周波数ｆから求めることができる。その値は、比較試料１が３９９８．３ｍ／ｓであり、比較試料２が３７６９．８ｍ／ｓである。したがって、比較試料１および比較試料２ともに、本実施例で用いた圧電基板１である３９°Ｙ−ＸＬＴ基板における遅い横波の音速ｖｂよりも速い。さらに、比較試料１および比較試料２ともに、２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たしていない。
【００３３】
図２は、本実施例の圧電基板１である３９°Ｙ−ＸＬＴ基板におけるＬＳＡＷの伝播損失とＩＤＴ電極の規格化膜厚ｈ／λとの関係を示す。図２からわかるように、この圧電基板１を伝播するＬＳＡＷの伝播損失は、規格化膜厚ｈ／λが約６％の時に最小になる。
【００３４】
図３Ａは、実施例試料１のＳＡＷ共振子２の通過特性を示す。また、図３Ｂは比較試料１のＳＡＷ共振子、図３Ｃは比較試料２のＳＡＷ共振子の通過特性をそれぞれ示す。
【００３５】
なお、本実施例においては、ＳＡＷ共振子の作製と特性の評価については、以下のように行った。ＳＡＷ共振子の作製は、ＩＤＴ電極と共振器を作製するための電極膜をマグネトロンスパッタ法により圧電基板１上に形成した後、フォトリソグラフィ工法および塩素系エッチングガスを用いたドライエッチング工法により所定のＳＡＷ共振子の電極パターンを形成した。
【００３６】
また、電気的特性は高周波プローブを用いて測定した。通過特性のうち急峻性を比較する指標は、図４に示すような方法により評価した。すなわち、図４に示すように、通過特性における反共振点Ｂ２と、反共振点Ｂ２での反共振周波数ｆ２よりも２０ＭＨｚ低周波数側の点Ｂ１を規定し、Ｂ１とＢ２とを直線（図４中の破線で示す）で結んだときの傾きをもって急峻性指標とした。ただし、Ｂ１とＢ２間の中点の周波数で規格化した。なお、ｆ２−ｆ１＝２０ＭＨｚである。したがって、この急峻性指標の値が大きいほど、共振器としての急峻性は高く、同時に挿入損失が小さく、かつ減衰極における減衰量が大きいことになる。急峻性指標を求めるための計算式を以下に示す。
【００３７】
急峻性指標＝｛（ＡＴＴ２−ＡＴＴ１）／２０｝／（ｆ１＋１０）
また、挿入損失を比較する指標としては、図５に示すような方法により評価した。すなわち、図５に示すように、反共振点Ｂ２での反共振周波数ｆ２よりも低域側で抑圧が１０ｄＢとなる点Ｂ３での周波数ｆ３を求め、この周波数ｆ３からさらに低周波数側に２０ＭＨｚ低い点Ｂ４での周波数ｆ４における挿入損失を挿入損失指標とした。これにより、これらのＳＡＷ共振子を用いてラダー型のフィルタを作製した場合、必要な抑圧を確保した状態で、かつ挿入損失の指標を得ることができる。
【００３８】
また一方、帯域外の抑圧度の指標としては、図６に示すような方法により評価した。すなわち、図６に示すように、反共振点Ｂ２での反共振周波数ｆ２よりも３０ＭＨｚ高周波数側の点Ｂ５での周波数ｆ５における抑圧度を用いて比較した。
【００３９】
以上の３つの評価指標を用いて、本実施例である実施例試料１のＳＡＷ共振子、比較試料１のＳＡＷ共振子および比較試料２のＳＡＷ共振子の特性をそれぞれ比較した。この結果を、表１に示す。なお、上述したように、圧電基板１としては３９°Ｙ−ＸＬＴ基板であり、電極材料としてはＡｌ−Ｃｕ合金である。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１からわかるように、実施例試料１は、比較試料１および比較試料２よりも急峻性指標が高く、また挿入損失指標も小さく、良好な特性を有することがわかる。従来と同様に、実施例試料１におけるＳＡＷ共振子がＬＳＡＷを利用したものであれば、規格化膜厚ｈ／λが１９．４％であるので図２からわかるように、伝播損失が比較試料１と比較試料２に比べ格段に大きくなり、その結果損失が大きくなると予測される。しかしながら、実施例試料１では、挿入損失指標はむしろ比較試料１および比較試料２に比べて良好な結果が得られている。この結果は、以下のように説明できる。すなわち、実施例試料１のＳＡＷ共振子では、その音速が圧電基板１である３９°Ｙ−ＸＬＴ基板を伝播する遅い横波の音速ｖｂ以下に低下している。この結果、本来ＬＳＡＷのモードで伝播するはずの波がＬＳＡＷのモードで伝播せず、レーリーＳＡＷ（以下、ＲＳＡＷとよぶ）モードで伝播する。したがって、伝播損失がほぼ０となり、損失、急峻性ともに向上したものと推定される。これは、上記の圧電基板１を用いて、２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たすように電極ピッチｐを設定したことによる。
【００４２】
ただし、急峻性に関しては損失の低下とともに、電気機械結合係数の変化による影響も伴っていると考えられる。特に、ＳＡＷ共振子の電極の膜厚を厚くした場合、一般的に実効結合係数ｋeffが増加し、その結果、容量比γが低下して急峻性が悪くなる。しかし、実施例試料１は、比較試料１および比較試料２よりも電極膜厚が厚いにかかわらず、急峻性はむしろ高く、良好な特性を示している。したがって、本来ＬＳＡＷのモードで伝播するはずの波がＲＳＡＷモードで伝播するに伴い、結合係数も同時に低下していると推定される。
【００４３】
一方、比較試料１と比較試料２とを比べると、比較試料１の方が挿入損失、急峻性ともに優れている。これは、以下に述べる理由によると推定される。すなわち、比較試料１と比較試料２のＳＡＷは、従来のＬＳＡＷモードで伝播しているが、さらに比較試料１の場合には図２で示されるようにＩＤＴ電極の規格化膜厚ｈ／λを、ＬＳＡＷの伝播損失がほぼ０となる約６％としたことによる。この結果は、特開平９−１６７９３６号公報に開示されている内容とも一致する。なお、比較試料１と比較試料２については、その音速が実施例試料１で用いた３９°Ｙ−ＸＬＴ基板を伝播する遅い横波よりも速いため、従来のＬＳＡＷモードで伝播していることがわかる。
【００４４】
以上のように低損失で急峻なＳＡＷデバイスを得る方法として、ＬＳＡＷを励起することが可能なカット角で切り出された圧電基板１上に、２×ｐ≦ｖｂ／ｆとなるようにＳＡＷデバイス２を形成することが有効であることが確認された。
【００４５】
特に、電極としてＡｌもしくはＡｌを主体とする金属を用い、圧電基板１として、Ｘ軸を中心にＹ軸からＺ軸方向に２６度以上、５０度以下の範囲の角度で回転させた方位で切り出されたカット面を有するＬＴ単結晶を用いる場合、種々のＳＡＷ共振子を試作して確認した結果、２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たすようにＩＤＴ電極パターンを設定すれば同様の効果が得られることが見出された。さらに、ＩＤＴ電極の電極指のメタライゼーションレシオηを約０．５とし、規格化膜厚ｈ／λを１５％以上とすれば、上記の効果を有するＳＡＷデバイスをより確実に得ることができるので製造歩留まりも大きく改善される。
【００４６】
また電極としてＡｌもしくはＡｌを主体とする金属を用い、Ｘ軸を中心にＹ軸からＺ軸方向に５０度以上、８０度以下の範囲の角度で回転させた方位で切り出されたカット面を有するＬＮ単結晶を用いる場合、ＬＴ単結晶の場合と同様に種々のＳＡＷ共振子を試作して確認した結果、２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たすようにＩＤＴ電極パターンを設定すれば同様の効果が得られることが見出された。さらに、メタライゼーションレシオηを約０．５とし、規格化膜厚ｈ／λを１２％以上とすれば、同様の効果を有するＳＡＷデバイスをより確実に得ることができるので製造歩留まりも大きく改善される。
【００４７】
ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、電極としてＡｌもしくはＡｌを主体とする金属以外の材料を用いてもよい。さらに、圧電基板として、他のカット角で切り出されたＬＴ単結晶やＬＮ単結晶、もしくはＬｉＢ2Ｏ3（ＬＢＯ）基板や他の圧電基板の材料、あるいは圧電薄膜を用いた場合でも、本来ＬＳＡＷで伝播するＳＡＷの音速を種々の手段で遅い横波の速度以下に低下させＲＳＡＷとし、かつ上記関係式を満たすようにＩＤＴ電極の膜厚、形状を設定すれば同様の効果が得られる。
【００４８】
（実施例２）
本発明の実施例２におけるＳＡＷデバイスの一例として、ラダー型ＳＡＷフィルタを作製した。このＳＡＷフィルタの構成の斜視図を図７Ａに示す。図７Ｂは、その回路構成図を示す。図７Ｂに示す回路構成図からわかるように、本実施例のＳＡＷフィルタは、５個の直列腕のＳＡＷ共振子５と、２個の並列腕のＳＡＷ共振子６とで構成されている。直列腕ＳＡＷ共振子５は、ＩＤＴ電極７と、このＩＤＴ電極７の両側に設けられた反射器９とで構成されている。一方、並列腕ＳＡＷ共振子６は、同様にＩＤＴ電極８と、この両側に設けられた反射器１０とで構成されている。また、本実施例では、中心周波数が８３６ＭＨｚ、帯域幅が２５ＭＨｚとなるようにそれぞれの電極の膜厚とパターン形状を設定している。
【００４９】
圧電基板１１は、本実施例では４２°ＹカットＸ伝播のＬＴ基板（以下、ＬＴ４２°板とよぶ）を用いた。この圧電基板１１を伝播する遅い横波の音速ｖｂは３３５０．８ｍ／ｓである。図８に、この圧電基板１１を用いてＬＳＡＷを利用したＳＡＷ共振子を作製したときの規格化膜厚ｈ／λと伝播損失の関係を示す。ＳＡＷ共振子の電極には、ＡｌにＣｕを添加したＡｌ−Ｃｕ合金膜を用いた。このＳＡＷフィルタの作製方法および電気的特性の測定方法は、本発明の実施例１と同様に行った。
【００５０】
表２に、本実施例における実施例試料２と比較試料３について、直列腕ＳＡＷ共振子５と並列腕ＳＡＷ共振子６のＩＤＴ電極指間ピッチｐ、規格化膜厚ｈ／λ、共振周波数ｆおよびＳＡＷ音速をそれぞれ示す。表２から、実施例試料２は２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たしているが、比較試料３は２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たしていないことがわかる。また、図９Ａに、実施例試料２のＳＡＷフィルタの通過特性を示す。また、図９Ｂに比較試料３のＳＡＷフィルタの通過特性を示す。
【００５１】
なお、それぞれの通過特性を評価する指標としては最小挿入損失およびフィルタの角型比を用いた。この角型比の定義としては、特開平９−１６７９３６号公報に記載されている方法と同様とした。図１０に、この角型比の定義を説明するための図を示す。角型比は、通過帯域の最小挿入損失Ｃ１に対して、さらに１．５ｄＢ減衰した点Ｃ２における帯域幅ＢＷｂと、２０ｄＢ減衰した点Ｃ３における帯域幅ＢＷａとを求め、これらの比、すなわちＢＷａ／ＢＷｂとして定義した。角型比が大きい程フィルタはブロードになり、選択比が劣化し、かつ通過帯域幅が減少する。従って、角型比が１に近づくほど帯域通過型フィルタは高性能であるといえる。
【００５２】
【表２】
【００５３】
実施例試料２のＳＡＷフィルタおよび比較試料３のＳＡＷフィルタについて、最小挿入損失および角型比の測定結果を表２に示す。
【００５４】
表２からわかるように、実施例試料２は比較試料３に比べて、最小挿入損失および角型比ともに良好な結果が得られた。比較試料３のＳＡＷフィルタを構成するそれぞれのＳＡＷ共振子の規格化膜厚ｈ／λは、図８からＬＴ４２°板においてＬＳＡＷの伝播損失がほぼ０となる値である。一方、実施例試料２の規格化膜厚ｈ／λは１８．４％と１９．３％である。したがって、このＳＡＷフィルタを構成するそれぞれのＳＡＷ共振子がＬＳＡＷを利用して動作するならば、図８からわかるように伝播損失は大きくなる。このため、比較試料３と比べて、最小挿入損失および角型比ともに悪化するはずである。しかし、実施例試料２では、そのＩＤＴ電極構成として、各ＳＡＷ共振子が２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たすように設計しているので、比較試料３の場合よりも高性能なＳＡＷフィルタを実現している。
【００５５】
なお、本実施例においてはラダー型のＳＡＷフィルタを用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ラティス型ＳＡＷフィルタ、多重モード型ＳＡＷフィルタまたはＩＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）型ＳＡＷフィルタ等の他の方式の共振器ＳＡＷフィルタでも、２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たせば同様の効果が得られる。
【００５６】
また、本発明によれば、従来得られなかったフィルタ特性が実現できるため、小型、軽量で、かつ高性能なフィルタが実現できる。さらに、これを移動体通信機器に用いることで、移動体通信機器の小型、軽量化が可能となる。
【００５７】
（実施例３）
本発明の実施例３のＳＡＷデバイスとしては、本発明の実施例１で用いた１ｐｏｒｔのＳＡＷ共振子と同様の１−ｐｏｒｔタイプのＳＡＷ共振子を用いた。
【００５８】
本実施例では、実施例試料３、実施例試料４、実施例試料５および実施例試料６については、圧電基板１としてＬＴ３６°板を用いた。この圧電基板１を伝播する遅い横波の音速ｖｂは３３５０．８ｍ／ｓである。また比較試料４については、圧電基板１としてＬＴ４２°板を用いた。これらの圧電基板１上に図１Ａから図１Ｃに示した構成のＳＡＷ共振子を作製した。
【００５９】
本実施例では、実施例試料３、実施例試料４および実施例試料５のＳＡＷ共振子はすべて、電極指間ピッチｐは０．８μｍ、メタライゼーションレシオηは約０．５、および共振周波数ｆは１８９０．６ＭＨｚとなるようにした。また、実施例試料６については、電極指間ピッチｐが０．６μｍ、メタライゼーションレシオηが約０．５として、共振周波数ｆが１８９０．６ＭＨｚとなるようにした。
【００６０】
実施例試料３と実施例試料４では、ＳＡＷ共振子の電極にはＡｌを用いた。さらに、実施例試料３のＳＡＷ共振子の規格化膜厚ｈ／λは１９．８％とした。また、実施例試料４のＳＡＷ共振子の規格化膜厚ｈ／λは１５．０％として、実施例試料３と比べ薄くした。しかし、共振周波数が実施例試料３と一致するようにＬＴ基板に段部を設け、その上に電極を形成した。この形成方法については、後述する。
【００６１】
実施例試料５では、ＳＡＷ共振子の電極としてＡｌよりも密度の大きいタングステン（Ｗ）を用いた。実施例試料５のＳＡＷ共振子の規格化膜厚ｈ／λは、ＡｌとＷとの密度の違いを考慮し２．７％とした。このように設定することで、共振周波数が実施例試料３と一致するようにした。
【００６２】
実施例試料６では、ＳＡＷ共振子の電極として、Ｗ層とＡｌ層の２層からなる多層膜電極を用いた。実施例試料６のＳＡＷ共振子の規格化膜厚ｈ／λは８．７％であるが、Ａｌ層とＷ層の層厚の割合およびＡｌとＷとの密度の違いを考慮して、共振周波数が実施例試料３と一致するようにした。
【００６３】
このようにすることにより、実施例試料４、実施例試料５および実施例試料６ともに、その規格化膜厚ｈ／λはＡｌに換算した場合に実施例試料３と一致する。
【００６４】
また、比較試料４のＳＡＷ共振子も作製した。この比較試料４は、電極間ピッチｐは１．１μｍ、メタライゼーションレシオηは約０．５、および規格化膜厚ｈ／λは約１０％とし、ＬＴ４２°板を用いた場合のＬＳＡＷの伝播損失が最小となるように設計した。
【００６５】
なお、共振周波数ｆについては、実施例試料３、実施例試料４、実施例試料５および実施例試料６ともに、すべて等しく１８９０．６ＭＨｚである。
【００６６】
さらに、ＳＡＷ共振子の作製および評価は、基本的には本発明の実施例１と同様の方法で行った。ただし、実施例試料４については、圧電基板に段部を作製する必要があるため、ＩＤＴ電極と共振器の電極パターンをエッチングする工程中において、塩素系エッチングガスにＡｒを添加したスパッタエッチングを行った。これにより、露出した圧電基板の領域部、すなわち電極指間部分の圧電基板を一部エッチングして、所定の段部を形成した。これにより、ＩＤＴ電極の電極指は、この電極指と同じピッチで形成された圧電基板の段部の頂部に所定の厚さで形成できる。
【００６７】
また、実施例試料５と実施例試料６については、ＷをエッチングするのにＦ系ガスを用いた。特に、実施例試料６については、Ａｌ層を塩素系ガスによりエッチングを行い、Ｗ層についてはＡｌ層をエッチングマスクとしてＦ系ガスを用いてエッチングを行った。
【００６８】
実施例試料３、実施例試料４、実施例試料５、実施例試料６および比較試料４のＳＡＷ共振子の通過特性を、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ、図１１Ｄおよび図１１Ｅにそれぞれ示す。また、それぞれのＳＡＷ共振子の特性の測定結果を表３に示す。
【００６９】
図１１Ａから図１１Ｄの実施例試料３、実施例試料４、実施例試料５および実施例試料６と、比較試料４である図１１Ｅとを比較すると、比較試料４よりもすべて急峻性が良好であることが分かる。また、挿入損失については、実施例試料３、実施例試料４および実施例試料６が、最小挿入損失と挿入損失指標ともに比較試料４に比べ良好であった。これに対して、実施例試料５は、挿入損失が比較試料４に比べてやや悪い結果となった。これは、ＩＤＴ電極にＷを用いたため膜厚を薄くせざるを得なくなったこと、およびＷ自体がＡｌに比べて比抵抗が大きいことの理由により、ＩＤＴ電極の抵抗値が大きくなったためと思われる。
【００７０】
【表３】
【００７１】
ただし、比較試料４は、従来、比較的良好なＳＡＷ共振子特性を得ることができるとされている条件（ＬＴ基板のカット角：４２°、電極の規格化膜厚ｈ／λを約１０％）を満たす試料である。これに対して、実施例試料３、実施例試料４、実施例試料５および実施例試料６のように、ＬＳＡＷを励起することが可能なカット角で切り出された圧電基板上に、２×ｐ≦ｖｂ／ｆとなるようにＳＡＷ共振子を形成することで、基板のカット角に大きな制限を設けることなしに、比較試料４とほぼ同等もしくはそれ以上の急峻性および低損失なＳＡＷ共振子が得られた。
【００７２】
さらに、比較試料４は電極指がＡｌからなり、ＬＳＡＷを利用して作製されたＳＡＷデバイスであるが、このＩＤＴ電極の膜厚ｈＬは０．１１μｍである。一方、実施例試料３と実施例試料４とは同じようにＩＤＴ電極の電極指がＡｌからなり、比較試料４とほぼ同
一の共振周波数であるが、圧電基板を伝播する遅い横波を利用したＳＡＷデバイスであり、これらのＩＤＴ電極の膜厚ｈｒは、それぞれ０．３２μｍ、０．２４μｍである。これらの結果と、さらに種々の試料を作製して測定した結果とから、ｈＬ≦ｈｒを満たす構成とすることで、特にカット角を選ぶことなく、急峻性かつ低損失なＳＡＷ共振子が得られることが見出された。これは、質量負荷効果によりＳＡＷの音速が圧電基板を伝播する遅い横波の音速を下回るようにできることによる。
【００７３】
また、図１１Ａから図１１Ｄに示す実施例試料３、実施例試料４、実施例試料５および実施例試料６の通過特性を比較すると、実施例試料３においては、その通過特性が若干波打ったようになっているのに対し、実施例試料４、実施例試料５および実施例試料６においては、そのような波うち状態は観察されない。これは、実施例試料３については、本来ＬＳＡＷとして伝播する波の音速を遅い横波よりも遅くしてＲＳＡＷとして利用するのに伴い、ＩＤＴ電極および反射器の電極のそれぞれ１本あたりの反射係数が低下したことが原因である。この問題を解決する方法として設計を工夫することも考えられるが、ＩＤＴ電極および反射器の電極の１本あたりの反射率の改善が必要である。
【００７４】
一方、実施例試料４、実施例試料５および実施例試料６においては、以下のことがわかる。すなわち、実施例試料４については基板に段部を設けることにより、その通過特性が滑らかになっている。また、実施例試料５と実施例試料６においては、電極の全部もしくは一部にＡｌよりも密度の高いＷを用いることにより、その通過特性が滑らかになっている。このことから、本来ＬＳＡＷとして伝播する波の音速を遅い横波よりも遅くしＲＳＡＷとして利用するのに伴い発生するＩＤＴ電極と反射器の電極の１本あたりの反射係数の低下を改善する方法として、基板に段部を設けることや電極の全部もしくは一部にＡｌよりも密度の高い材料を用いることが有効であることが見出された。
【００７５】
本実施例においては、圧電基板に段部を設けることやＡｌよりも密度の高い材料を用いることでＩＤＴ電極および反射器の電極の反射率の改善を行ったが、反射率の低下の改善を行う方法としては、例えばＩＤＴ電極と圧電基板との間に電気的特性の劣化を生じない程度の絶縁物を形成する方法等、他の方法も用いてもよい。
【００７６】
また本実施例においては、Ａｌよりも密度の高い電極材料としてＷを用いたが、電極材料としてはこれに限定されるものではなく、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）またはその他の金属材料、あるいはこれらの合金や多層膜構成などとしてもよい。多層膜構成では、本実施例の積層構造や積層材料には限定されず、本発明の条件を満足する種々の積層構成が可能である。さらに、ＩＤＴ電極と反射器の電極とは、同一の材料もしくは同一の構造でなくてもよい。
【００７７】
また、同時にＳＡＷ導波路領域の両端を形成するバスバー部分に関しても反射係数をあげることでＳＡＷの導波路領域からの漏れが低減され、さらに共振器の特性を向上させることができる。ただし、ＩＤＴ電極に関しては抵抗値がＡｌ電極を用いた場合より大幅に増大しない方が好ましく、Ａｌを用いた場合の１０倍以下の抵抗値であることが好ましい。また、比較的ＩＤＴ電極の抵抗が高い場合は、ＩＤＴ電極以外のバスバーや引き回しの線路の材料や構造を変えることで、その部分の抵抗値を下げることは本実施例の共振子を用いたＳＡＷフィルタ等を形成する場合特に有効である。
【００７８】
またＷやＭｏなど基板材料よりも線熱膨張係数の小さい電極材料、もしくはこれら電極材料を用いた積層電極の場合、反射係数だけでなく同時に温度特性を改善することができる。しかも、本発明においては従来のＳＡＷに比べ電極膜厚を厚くすることが可能であるため、その効果も大きい。
【００７９】
（実施例４）
本発明の実施例４では、ＳＡＷデバイスとして本発明の実施例１で用いた１ｐｏｒｔのＳＡＷ共振子と同様の１ｐｏｒｔのＳＡＷ共振子を用いた。本実施例で作製した実施例試料７と実施例試料８は、ＳＡＷ共振子の圧電基板１上のＩＤＴ電極３および反射器４の電極にはＡｌを用い、また圧電基板１としてはＬＴ３６°板を用いた。この圧電基板１を伝播する遅い横波の音速ｖｂは３３５０．８ｍ／ｓである。
【００８０】
実施例試料７と実施例試料８においては図１２Ａと図１２Ｂに示すように、ＳＡＷ共振子のＩＤＴ電極および反射器を覆うように誘電体膜を形成する構成とした。
【００８１】
実施例試料７では、この誘電体膜としてチッ化珪素膜１２を形成した。この構成の断面図を図１２Ａに示す。図１２Ａでは、圧電基板１上にＩＤＴ電極の電極指３０１が形成され、この電極指３０１と圧電基板１上に誘電体膜としてチッ化珪素膜１２が形成されている状態を示す。
【００８２】
また、実施例試料８では酸化珪素膜１３を形成した。この構成の断面図を図１２Ｂに示すが、図１２Ａと同様に圧電基板１上にＩＤＴ電極の電極指３０１が形成され、この電極指３０１と圧電基板１上に酸化珪素膜１３が形成されている状態を示す。また、それぞれのＳＡＷ共振子の特性を表４に示す。
【００８３】
実施例試料７の電極指間ピッチｐは０．８０μｍ、メタライゼーションレシオηは約０．５であり、チッ化珪素膜１２を形成する前の共振周波数ｆbeforeは１８８５．４５ＭＨｚである。また、チッ化珪素膜１２を形成した後の共振周波数ｆafterは１８７６．３０ＭＨｚであった。したがって、実施例試料７では、チッ化珪素膜１２形成前のＳＡＷの音速は３０１６．７ｍ／ｓであり、遅い横波の音速３３５０．８ｍ／ｓよりも遅い。これにより、２×ｐ≦ｖｂ／ｆbeforeの関係を満たしている。さらに、チッ化珪素膜１２形成後のＳＡＷの音速は３００２．１ｍ／ｓであるので、遅い横波の音速３３５０．８ｍ／ｓよりも遅い。この場合にも、２×ｐ≦ｖｂ／ｆafterの関係を満たしている。すなわち、実施例試料７は、チッ化珪素膜１２を形成する前後において、２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たしている。
【００８４】
一方、実施例試料８のＳＡＷ共振子の電極間ピッチｐは０．８０μｍ、メタライゼーションレシオηは約０．５であり、酸化珪素膜１３を形成する前の共振周波数ｆbeforeは１８４８．３７ＭＨｚである。また、酸化珪素膜１３を形成した後の共振周波数ｆafterは
２４８４．２０ＭＨｚであった。したがって、酸化珪素膜１３の形成前のＳＡＷの音速は２９５７．４ｍ／ｓであり、遅い横波の音速よりも遅い。すなわち、このときには２×ｐ≦ｖｂ／ｆbeforeの関係を満たしている。酸化珪素膜１３を形成すると、ＳＡＷの音速は３９７４．７ｍ／ｓとなり、遅い横波の音速３３５０．８ｍ／ｓよりも速くなった。この結果、２×ｐ≧ｖｂ／ｆafterの関係を満たした。すなわち、実施例試料８では、誘電体
膜である酸化珪素膜１３の形成前後で２×ｐ×ｆbefore≦ｖｂ≦２×ｐ×ｆafterの関係
を満たしている。
【００８５】
また、比較試料５と比較試料６として、実施例試料７と実施例試料８の誘電体膜の形成後のそれぞれの共振周波数と等しい共振周波数を有する通常のＬＳＡＷを利用したＳＡＷ共振子を作製した。比較試料５と比較試料６において、ＳＡＷ共振子の電極にはＡｌを用いた。また、圧電基板としては３６°ＹカットＸ伝播のＬＴ基板を用いた。また、比較試料５の電極指間ピッチｐは１．０６μｍ、比較試料６の電極指間ピッチｐは０．８１μｍであり、比較試料５と比較試料６ともにメタライゼーションレシオηは約０．５である。したがって、比較試料５と比較試料６のＬＳＡＷの音速は（式１）から４００１．３ｍ／ｓおよび４００４．３ｍ／ｓで、遅い横波の音速より速い。
【００８６】
図１３Ａと図１３Ｂに、実施例試料７の誘電体膜１２の形成前後の通過特性を示す。また、図１４Ａと図１４Ｂに、実施例試料８の誘電体膜１３の形成前後の通過特性を示す。さらに、図１５に比較試料５の通過特性、図１６に比較試料６の通過特性をそれぞれ示す。
【００８７】
なお、ＳＡＷ共振子の作製および評価は、基本的には本発明の実施例１と同様の方法で行った。ただし、実施例試料７と実施例試料８における誘電体膜の形成は、ＩＤＴ電極等のパターン形成後にスパッタリングにてウエハー全面に誘電体膜を形成し、電気的特性を測定するのにプローバーとの接触が必要なパッド領域についてのみ誘電体膜をフォトリソグラフィおよびエッチングで誘電体膜を取り除いた。それぞれのＳＡＷ共振子の特性を表４に示す。
【００８８】
【表４】
【００８９】
図１３Ａと図１３Ｂとからわかるように、実施例試料７については、チッ化珪素膜１２の形成後、挿入損失、急峻性ともに良化する結果が得られた。また、図１５に示す比較試料５と比べると、チッ化珪素膜１２の形成前においては挿入損失、急峻性ともに比較試料５よりも若干悪い特性を有するが、チッ化珪素膜１２の形成後には比較試料５よりも良好な特性となることが認められた。このことから、チッ化珪素膜１２のような誘電体膜を形成しても、本発明の効果を得ることができることが確認された。
【００９０】
また、実施例試料８については、酸化珪素膜１３の形成前後で共振周波数が大きくなっているが、図１４Ａと図１４Ｂとの比較からわかるように挿入損失および急峻性に大きな変化は見られなかった。図１６に示す比較試料６と比べると、誘電体膜の形成前後ともに通常のＬＳＡＷを利用したＳＡＷ共振子よりも特性が優れていることが認められた。
【００９１】
したがって、酸化珪素膜１３のような誘電体膜を形成することでＳＡＷの音速が増加する場合には、２×ｐ×ｆbefore≦ｖｂ≦２×ｐ×ｆafterの関係を満たすように電極間ピ
ッチｐおよび共振周波数ｆbeforeを設定すれば、挿入損失、急峻性の優れたＳＡＷ共振子を得ることができる。通常、ＳＡＷ共振子の場合、周波数が低いほど電極間ピッチは広くなるため、この場合においても、誘電体膜の形成によるＳＡＷの音速の上昇を利用することでＳＡＷ共振子の電極間ピッチを広くすることができるので、ＳＡＷデバイス作製面で有利となる。
【００９２】
なお、誘電体膜としてチッ化珪素膜を用いると膜形成後に共振周波数は小さくなるが、この減少度合いは膜厚により設定可能である。比較試料６のように誘電体膜形成前では４００４．３ｍ／ｓで、遅い横波の音速より速いＳＡＷ共振子表面にチッ化珪素膜を実施例試料７よりも厚く形成すれば、膜形成後の共振周波数を小さくすることができる。膜厚を適当に設定することにより、２×ｐ×ｆafter≦ｖｂを満たすようにすることができ、同
様に本発明の効果を得ることができる。
【００９３】
なお、本実施例においては、誘電体膜としてチッ化珪素膜および酸化珪素膜の単層膜を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ポリイミド系樹脂やチッ化珪素膜と酸化珪素膜の積層膜等を用いても良い。さらに、本実施例においては、ＩＤＴ電極の上面に誘電体膜を設けたが、圧電基板の上面に直接誘電体膜を設け、その上面にＩＤＴ電極を形成することや、それらを組み合わせた構成においても同様の効果を得ることができる。
【００９４】
また、誘電体膜の形成によるＳＡＷの音速の変化は誘電体膜の材料および膜厚や構成によって変化することから、本実施例で示した例に限らず、それぞれの場合において本実施例を実現する電極膜厚や構成、誘電体膜の材料や構成等に最適条件が存在する。
【００９５】
（実施例５）
本発明の実施例５ではＳＡＷデバイスとして、同一チップ上に８００ＭＨｚ帯のラダー型ＳＡＷフィルタと、１．９ＧＨｚ帯のラダー型ＳＡＷフィルタが存在する、いわゆる２フィルタｉｎ１チップタイプのフィルタの場合について説明する。本実施例においては、実施例試料９、実施例試料１０、比較試料７および比較試料８の４種類の試料を作製した。８００ＭＨｚ帯のフィルタに関してはアメリカのＡＭＰＳ／ＣＤＭＡ用の送信側フィルタ、１．９ＧＨｚ帯のフィルタに関しては同じくアメリカのＰＣＳ帯のＣＤＭＡ用送信側フィルタを作製した。
【００９６】
８００ＭＨｚ帯ＡＭＰＳ／ＣＤＭＡ用送信フィルタに必要な特性、すなわち要求仕様は、通過帯域が８２４ＭＨｚ〜８４９ＭＨｚ、挿入損失が２．５ｄＢ以下、受信帯域での阻止域が８６９ＭＨｚ〜８９４ＭＨｚで抑圧度が４０ｄＢ以上であることが要求される。１．９ＧＨｚＰＣＳ帯ＣＤＭＡ用送信フィルタに必要な特性、すなわち要求仕様は、通過帯域が１８５０ＭＨｚ〜１９１０ＭＨｚ、挿入損失が２．５ｄＢ以下、受信帯域での阻止域が１９３０ＭＨｚ〜１９９０ＭＨｚで抑圧度が４０ｄＢ以上であることが要求される。
【００９７】
実施例試料９では、ＬＴ３９°板上にＡｌ膜を形成し、フォトリソグラフィおよびドライエッチングにより８００ＭＨｚのラダー型ＳＡＷフィルタおよび１．９ＧＨｚ帯のＳＡＷフィルタを形成した。実施例試料９の８００ＭＨｚのフィルタにおけるＳＡＷ共振子のＩＤＴ電極の規格化膜厚ｈ／λは約６．０％となるように設計して、ＬＴ３９°板を用いてＬＳＡＷを利用したＳＡＷ共振子の伝播損失がほぼ０となる条件に一致するようにした。この８００ＭＨｚ帯のＳＡＷフィルタを形成しているＳＡＷ共振子はＬＳＡＷを利用したものであり、共振周波数および電極間ピッチｐの関係は、２×ｐ≦ｖｂ／ｆを満たしていない。
【００９８】
また、１．９ＧＨｚのラダー型ＳＡＷフィルタについては、この１．９ＧＨｚ帯のＳＡＷフィルタを形成しているＳＡＷ共振子の共振周波数ｆおよび電極間ピッチｐが２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たすように設計されており、ＬＳＡＷの音速を低下させＲＳＡＷとして利用している。
【００９９】
実施例試料１０においては、ＬＴ３９°板上にＷとＡｌをこの順に積層し、フォトリソグラフィおよびドライエッチングにより８００ＭＨｚのラダー型ＳＡＷフィルタおよび１．９ＧＨｚ帯のＳＡＷフィルタのパターンを形成した。この際、ドライエッチングのガスとしては、まずＣｌ系ガスでＡｌ層をエッチングし、次に大気にさらすことなく、Ｆ系ガスを用いてＷ層をエッチングした。その後レジストを一度剥離した後、８００ＭＨｚ帯のフィルタパターンの部分をさらにレジストにより保護した上で、再度Ｃｌ系ガスを用いて１．９ＧＨｚ帯のフィルタパターン部分のＡｌ層をエッチングした。したがって、８００ＭＨｚ帯のフィルタのＩＤＴ電極はＷ／Ａｌの２層膜、１．９ＧＨｚ帯のＩＤＴ電極はＷ単層膜となっている。
【０１００】
この実施例１０における８００ＭＨｚ帯のＳＡＷフィルタを構成しているＳＡＷ共振子はＬＳＡＷを利用したものであり、共振周波数および電極間ピッチｐの関係は２×ｐ≦ｖｂ／ｆを満たしていない。また、１．９ＧＨｚのラダー型ＳＡＷフィルタについては、この１．９ＧＨｚ帯のＳＡＷフィルタを形成しているＳＡＷ共振子の共振周波数ｆおよび電極間ピッチｐが、２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たすように設計しており、ＬＳＡＷの音速を低下させＲＳＡＷとして利用している。
【０１０１】
比較試料７においては、まず１．９ＧＨｚのフィルタの設計膜厚分のＡｌ膜を３９°ＬＴ板上に作製し、つぎに１．９ＧＨｚ帯フィルタ部分をレジストで保護してから、Ｔｉ、Ａｌの順で成膜し８００ＭＨｚ帯のフィルタ形成部分の膜厚が８００ＭＨｚ帯のフィルタの設計膜厚になるように成膜した。ここでＴｉは密着層として用いた。さらに、１．９ＧＨｚ帯フィルタ部分を保護していたレジストをその部分に膜付けされたＴｉ／Ａｌ膜とともに剥離した。さらに、１．９ＧＨｚ帯フィルタ部分の保護と８００ＭＨｚ帯フィルタのパターン形成のために、レジストを塗布した。このレジストに対して露光を行い、その後ドライエッチングを行うことで、８００ＭＨｚ帯フィルタと１．９ＧＨｚ帯フィルタを１チップ上に作製した。
【０１０２】
この比較試料７における８００ＭＨｚ帯のＳＡＷフィルタおよび１．９ＧＨｚを構成しているＳＡＷ共振子はＬＳＡＷを利用したものであり、それぞれにおいて、共振周波数および電極間ピッチｐの関係は、２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たしていない。
【０１０３】
比較試料８においては、３９°ＬＴ板上にＡｌ、Ｗの順に２層膜を形成し、フォトリソグラフィおよびドライエッチングにより８００ＭＨｚのラダー型ＳＡＷフィルタおよび１．９ＧＨｚ帯のＳＡＷフィルタのパターンを形成した。この際、ドライエッチングのガスとしては、まずＦ系ガスでＷ層をエッチングし、つぎに大気状態にさらすことなく、Ｃｌ系ガスを用いてＡｌ層をエッチングした。その後レジストを一度剥離した後、８００ＭＨｚ帯のフィルタパターン部分をレジストにより再度保護した上で、Ｆ系ガスを用いて１．９ＧＨｚ帯のフィルタパターン部分のＷ膜をエッチングした。したがって、この時点で１．９ＧＨｚ帯のＩＤＴ電極はＡｌ単層膜であり、８００ＭＨｚ帯のＩＤＴ電極はＡｌとＷとの２層膜構成となっている。
【０１０４】
この比較試料８における８００ＭＨｚ帯のＳＡＷフィルタおよび１．９ＧＨｚを構成しているＳＡＷ共振子はＬＳＡＷを利用したものであり、それぞれにおいて、共振周波数および電極間ピッチｐは、２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たしていない。
【０１０５】
実施例試料９、実施例試料１０、比較試料７および比較試料８のすべてにおいて、ＩＤＴ電極パターン形成後、さらに引き回し線路およびバスバー、およびパッド部分にＡｌ膜を蒸着し補強を行った。その後、これらのウエハーをダイシングし、個片のチップに分割したうえで、３ｍｍ角のセラミックパッケージにダイボンドを行い、そしてワイヤーボンディングによって電気的接続をとったうえで、窒素雰囲気中にて気密封止を行った。
【０１０６】
図１７Ａ、図１７Ｂに実施例試料９、図１８Ａ、図１８Ｂに実施例試料１０、図１９Ａ、図１９Ｂに比較試料７、および図２０Ａ、図２０Ｂに比較試料８の通過特性を示す。また、それぞれの図には、通過帯域（送信側帯域）および阻止帯域（受信側帯域）もあわせて示している。
【０１０７】
これらの結果を詳細に観察すると、８００ＭＨｚ帯のＳＡＷフィルタに関しては、実施例試料９、実施例試料１０、比較試料７および比較試料８ともに、ほぼ同等の特性が得られていることが分かる。また、１．９ＧＨｚのＳＡＷフィルタに関しては、本来ＬＳＡＷとして伝播する波の音速を遅くして、ＲＳＡＷとして利用した実施例試料９と実施例試料１０とは要求仕様を満たしている。一方、比較試料７と比較試料８とは、通過帯域の挿入損失、阻止域の抑圧度ともに要求仕様を満たしていない。また。実施例試料９と実施例試料１０とを比較すると、実施例試料９に見られるリップルが実施例試料１０ではほとんど見られない。これはＩＤＴ電極材料がＷであることに起因するものと思われる。
【０１０８】
また、実施例試料１０においては、電極材料がＷのみであるにもかかわらず、挿入損失はあまり他の例と変わっていない。これは、ＳＡＷ共振器においてＩＤＴ電極の抵抗値は損失に影響しにくいことや、引き回しの線路等にＡｌの補強を行ったことによるものと思われる。また、比較試料７については、作製プロセスの煩雑性が原因と思われるが、最終的に特性が得られるものが少なく歩留まりが悪かった。
【０１０９】
（実施例６）
以下、本発明の実施例６における弾性表面波デバイスを用いたセンサーについて図面を参照しながら説明する。
【０１１０】
本実施例では、弾性表面波デバイスを用いたセンサーの一例として、温度センサについて説明する。図２１は、本センサーの基本構成の概略図である。図２１において、絶縁基材２１の先端にパッケージングされたＳＡＷ共振子２２が実装されており、その出力部が絶縁基材２１上に設けられた線路２３を介して、ネットワークアナライザ２４に電気的に接続された構成からなる。本温度センサーは、このＳＡＷ共振子２２がセンサー部であり、その通過特性がネットワークアナライザ２４により測定される。
【０１１１】
この温度センサーは、周囲の温度変化に応じてＳＡＷ共振子２２の周波数特性が変動するので、その変動量により温度測定を行うことができる。本実施例においては、温度変化による反共振周波数の移動量をモニタした。
【０１１２】
ＳＡＷ共振子２２としては、実施例１の実施例試料１で説明したＳＡＷ共振子を用いた。以下では、これにより作製した温度センサーを実施例センサー１とよぶ。また、同様に実施例１の比較試料１で説明したＳＡＷ共振子を用いた比較例センサーも作製した。
【０１１３】
これら２種類の温度センサーの特性については、以下のようにして評価した。すなわち、センサー部であるＳＡＷ共振子２２をオーブンにいれ、環境温度を変化させながら環境温度の変化値と反共振周波数の変化値との関係を求めた。この結果を図２２に示す。図２２において、縦軸は反共振周波数の変化値であり、横軸は常温（２５℃）からの温度差で表示している。この結果からわかるように、実施例センサー１は、温度特性が約１３０ｐｐｍ／Ｋであるのに対し、比較例センサーはその温度特性が３５ｐｐｍ／Ｋであった。また、実施例１の図３Ａと図３Ｂの比較からもわかるように、その反共振周波数付近の特性も実施例センサー１のほうが比較例センサーと比べて鋭く、結果として実施例センサー１のほうが感度よく温度の測定が可能なことが認められた。
【０１１４】
このような温度特性は、ＩＤＴ電極の膜厚を厚くすることで、基板の持つ温度特性が変化することを利用したものである。この場合、ＩＤＴ電極の膜厚はＡｌ電極を用いたときには、規格化膜厚ｈ／λが１０％以上とすることが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
以上のように本発明は、ＬＳＡＷの音速を圧電基板の遅い横波以下の音速に低下させることにより、バルク波の放射を抑制してＳＡＷ共振子あるいはＳＡＷフィルタなどのＳＡＷデバイスの損失を低減するとともに、急峻性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】Ａは、本発明の実施例１におけるＳＡＷデバイスの一例として作製した１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子を示す斜視図、Ｂは、Ａに示すｔ−ｔ線に沿った断面図、Ｃは、同実施例のＩＤＴ電極１周期分の断面拡大図
【図２】３９°Ｙ−ＸＬＴ基板におけるＬＳＡＷの伝播損失とＩＤＴ電極の規格化膜厚との関係を示す図
【図３】Ａは、同実施例において、実施例試料１の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の通過特性を示す図、Ｂは、同実施例において、比較試料１の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の通過特性を示す図、Ｃは、同実施例において、比較試料２の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の通過特性を示す図
【図４】同実施例において、急峻度指標を求めるための図
【図５】同実施例において、挿入損失指標を求めるための図
【図６】同実施例において、帯域外抑圧度指標を求めるための図
【図７】Ａは、本発明の実施例２におけるＳＡＷデバイスの一例としてのラダー型ＳＡＷフィルタの構成を示す斜視図、Ｂは、同実施例におけるラダー型ＳＡＷフィルタの回路構成図
【図８】同実施例において用いたＬＴ４２°板におけるＬＳＡＷの伝播損失と規格化膜厚との関係を示す図
【図９】Ａは、同実施例において、実施例試料２のラダー型ＳＡＷフィルタの通過特性を示す図、Ｂは、同実施例において、比較試料３のラダー型ＳＡＷフィルタの通過特性を示す図
【図１０】同実施例において、角型比の定義を説明するための図
【図１１】Ａは、本発明の実施例３において、実施例試料３の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の通過特性を示す図、Ｂは、同実施例において、実施例試料４の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の通過特性を示す図、Ｃは、同実施例において、実施例試料５の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の通過特性を示す図、Ｄは、同実施例において、実施例試料６の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の通過特性を示す図、Ｅは、同実施例において、比較試料４の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の通過特性を示す図
【図１２】Ａは、本発明の実施例４において、実施例試料７の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の構成の一部を示す断面図、Ｂは、同実施例において、実施例試料８の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の構成の一部を示す断面図
【図１３】Ａは、同実施例において、実施例試料７の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の誘電体膜形成前の通過特性を示す図、Ｂは、同実施例において、実施例試料７の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の誘電体膜形成後の通過特性を示す図
【図１４】Ａは、同実施例において、実施例試料８の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の誘電体膜形成前の通過特性を示す図、Ｂは、同実施例において、実施例試料８の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の誘電体膜形成後の通過特性を示す図
【図１５】同実施例において、比較試料５の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の通過特性を示す図
【図１６】同実施例において、比較試料６の１−ｐｏｒｔＳＡＷ共振子の通過特性を示す図
【図１７】Ａは、本発明の実施例５において、実施例試料９の２フィルタｉｎ１チップｔｙｐｅのＳＡＷフィルタの内、８００ＭＨｚ帯ラダー型ＳＡＷフィルタの通過特性を示す図、Ｂは、同実施例において、実施例試料９の２フィルタｉｎ１チップｔｙｐｅのＳＡＷフィルタの内、１．９ＧＨｚ帯ラダー型ＳＡＷフィルタの通過特性を示す図
【図１８】Ａは、同実施例において、実施例試料１０の２フィルタｉｎ１チップｔｙｐｅのＳＡＷフィルタの内、８００ＭＨｚ帯ラダー型ＳＡＷフィルタの通過特性を示す図、Ｂは、同実施例において、実施例試料１０の２フィルタｉｎ１チップｔｙｐｅのＳＡＷフィルタの内、１．９ＧＨｚ帯ラダー型ＳＡＷフィルタの通過特性を示す図
【図１９】Ａは、同実施例において、比較試料７の２フィルタｉｎ１チップｔｙｐｅのＳＡＷフィルタの内、８００ＭＨｚ帯ラダー型ＳＡＷフィルタの通過特性を示す図、Ｂは、同実施例において、比較試料７の２フィルタｉｎ１チップｔｙｐｅのＳＡＷフィルタの内、１．９ＧＨｚ帯ラダー型ＳＡＷフィルタの通過特性を示す図
【図２０】Ａは、同実施例において、比較試料８の２フィルタｉｎ１チップｔｙｐｅのＳＡＷフィルタの内、８００ＭＨｚ帯ラダー型ＳＡＷフィルタの通過特性を示す図、Ｂは、同実施例において、比較試料８の２フィルタｉｎ１チップｔｙｐｅのＳＡＷフィルタの内、１．９ＧＨｚ帯ラダー型ＳＡＷフィルタの通過特性を示す図
【図２１】本発明の実施例６において、弾性表面波デバイスを温度センサーとした基本構成の概略図
【図２２】同実施例において、環境温度と反共振周波数との関係を求めた図
【符号の説明】
【０１１７】
１ 圧電基板
２ ＳＡＷ共振子
３，７，８ ＩＤＴ電極
４，９，１０ 反射器
５ 直列腕ＳＡＷ共振子
６ 並列腕ＳＡＷ共振子
１１ 圧電基板
１２ チッ化珪素膜
１３ 酸化珪素膜
２１ 絶縁基材
２２ ＳＡＷ共振子
２３ 線路
２４ ネットワークアナライザ
３０１ 電極指
【特許請求の範囲】
【請求項１】
漏洩表面弾性波を励起することが可能なカット角で切り出された圧電基板と、前記圧電基板上に少なくとも１対の互いにかみ合わされた電極指を有するインターディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）電極からなる電極パターンとを含む弾性表面波デバイスであって、前記弾性表面波デバイスの共振周波数をｆ（Ｈｚ）、前記圧電基板を伝播する遅い横波の音速をｖｂ（ｍ／ｓ）、前記圧電基板上に形成された前記電極パターンの前記電極指のピッチをｐ（ｍ）としたとき、前記電極指のピッチｐが２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たすことを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項２】
前記電極パターンの前記電極指が、前記電極指のピッチｐとほぼ同じピッチを有して前記圧電基板表面に設けられた段部の頂部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項３】
前記弾性表面波デバイスは、前記電極パターン上に少なくともその電極パターンを覆う誘電体膜がさらに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項４】
前記電極指がアルミニウム（Ａｌ）もしくはアルミニウム（Ａｌ）を主体とする金属からなり、かつ前記圧電基板を用いて前記漏洩表面弾性波を利用して作製されたＬＳＡＷ型弾性表面波デバイスのＩＤＴ電極の膜厚をｈＬとし、前記ＬＳＡＷ型弾性表面波デバイスと同一の共振周波数としたときの前記弾性表面波デバイスの前記ＩＤＴ電極の膜厚をｈｒとした場合、前記弾性表面波デバイスの前記ＩＤＴ電極の膜厚ｈｒがｈＬ≦ｈｒを満たす構成としたことを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項５】
前記弾性表面波デバイスの少なくとも前記電極指がアルミニウム（Ａｌ）よりも密度の大きい金属を用いたことを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項６】
前記弾性表面波デバイスの少なくとも前記電極指がアルミニウム（Ａｌ）よりも密度の大きい金属からなる第１の層と、アルミニウム（Ａｌ）もしくはアルミニウム（Ａｌ）を主体とする金属からなる第２の層とを有する少なくとも２層以上の多層構造の電極であることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項７】
前記圧電基板がリチウム酸タンタル（ＬｉＴａＯ3）単結晶であることを特徴とする請求
項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項８】
前記リチウム酸タンタル（ＬｉＴａＯ3）単結晶からなる前記圧電基板は、前記リチウム
酸タンタル（ＬｉＴａＯ3）単結晶のＸ軸を中心に、Ｙ軸からＺ軸方向に２６度以上、５０度以下の範囲の角度で回転させた方位で切り出されたカット面を有し、漏洩表面弾性波を励起することが可能な特性を有することを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項９】
前記圧電基板がニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）単結晶であることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項１０】
前記ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）単結晶からなる前記圧電基板は、前記ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）単結晶のＸ軸を中心に、Ｙ軸からＺ軸方向に５０度以上、８０度以下の範囲の角度で回転させた方位で切り出されたカット面を有し、漏洩表面弾性波を励起することが可能な特性を有することを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項１１】
請求項１に記載の前記弾性表面波デバイスを２つ以上組み合わせて１つのチップ上に形成したことを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項１２】
請求項１に記載の前記弾性表面波デバイスを用いた移動体通信機器。
【請求項１３】
請求項１に記載の前記弾性表面波デバイスを用いた移動体通信機器。
【請求項１４】
請求項１に記載の前記弾性表面波デバイスを用いたセンサー。
【請求項１】
漏洩表面弾性波を励起することが可能なカット角で切り出された圧電基板と、前記圧電基板上に少なくとも１対の互いにかみ合わされた電極指を有するインターディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）電極からなる電極パターンとを含む弾性表面波デバイスであって、前記弾性表面波デバイスの共振周波数をｆ（Ｈｚ）、前記圧電基板を伝播する遅い横波の音速をｖｂ（ｍ／ｓ）、前記圧電基板上に形成された前記電極パターンの前記電極指のピッチをｐ（ｍ）としたとき、前記電極指のピッチｐが２×ｐ≦ｖｂ／ｆの関係を満たすことを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項２】
前記電極パターンの前記電極指が、前記電極指のピッチｐとほぼ同じピッチを有して前記圧電基板表面に設けられた段部の頂部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項３】
前記弾性表面波デバイスは、前記電極パターン上に少なくともその電極パターンを覆う誘電体膜がさらに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項４】
前記電極指がアルミニウム（Ａｌ）もしくはアルミニウム（Ａｌ）を主体とする金属からなり、かつ前記圧電基板を用いて前記漏洩表面弾性波を利用して作製されたＬＳＡＷ型弾性表面波デバイスのＩＤＴ電極の膜厚をｈＬとし、前記ＬＳＡＷ型弾性表面波デバイスと同一の共振周波数としたときの前記弾性表面波デバイスの前記ＩＤＴ電極の膜厚をｈｒとした場合、前記弾性表面波デバイスの前記ＩＤＴ電極の膜厚ｈｒがｈＬ≦ｈｒを満たす構成としたことを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項５】
前記弾性表面波デバイスの少なくとも前記電極指がアルミニウム（Ａｌ）よりも密度の大きい金属を用いたことを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項６】
前記弾性表面波デバイスの少なくとも前記電極指がアルミニウム（Ａｌ）よりも密度の大きい金属からなる第１の層と、アルミニウム（Ａｌ）もしくはアルミニウム（Ａｌ）を主体とする金属からなる第２の層とを有する少なくとも２層以上の多層構造の電極であることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項７】
前記圧電基板がリチウム酸タンタル（ＬｉＴａＯ3）単結晶であることを特徴とする請求
項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項８】
前記リチウム酸タンタル（ＬｉＴａＯ3）単結晶からなる前記圧電基板は、前記リチウム
酸タンタル（ＬｉＴａＯ3）単結晶のＸ軸を中心に、Ｙ軸からＺ軸方向に２６度以上、５０度以下の範囲の角度で回転させた方位で切り出されたカット面を有し、漏洩表面弾性波を励起することが可能な特性を有することを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項９】
前記圧電基板がニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）単結晶であることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項１０】
前記ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）単結晶からなる前記圧電基板は、前記ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）単結晶のＸ軸を中心に、Ｙ軸からＺ軸方向に５０度以上、８０度以下の範囲の角度で回転させた方位で切り出されたカット面を有し、漏洩表面弾性波を励起することが可能な特性を有することを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項１１】
請求項１に記載の前記弾性表面波デバイスを２つ以上組み合わせて１つのチップ上に形成したことを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項１２】
請求項１に記載の前記弾性表面波デバイスを用いた移動体通信機器。
【請求項１３】
請求項１に記載の前記弾性表面波デバイスを用いた移動体通信機器。
【請求項１４】
請求項１に記載の前記弾性表面波デバイスを用いたセンサー。
【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２２】
【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２２】
【公開番号】特開２００７−７４７５４（Ｐ２００７−７４７５４Ａ）
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２６７６０（Ｐ２００６−３２６７６０）
【出願日】平成１８年１２月４日（２００６．１２．４）
【分割の表示】特願２００３−５８５２８３（Ｐ２００３−５８５２８３）の分割
【原出願日】平成１５年４月１４日（２００３．４．１４）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月４日（２００６．１２．４）
【分割の表示】特願２００３−５８５２８３（Ｐ２００３−５８５２８３）の分割
【原出願日】平成１５年４月１４日（２００３．４．１４）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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