弾性表面波素子
【課題】ＡＴカット水晶振動子と同等かそれ以上の優れた周波数温度特性を有する弾性表面波素子を提供する。
【解決手段】弾性表面波素子１は、カット角がオイラー角（φ°，θ°，ψ°）による表示で（０±０．２５°，１１３〜１３５°，±（４０〜４９°））となる水晶基板２と、水晶基板２上に設けられ、複数の電極指３１ａ、３１ｂを備えるＩＤＴ３（櫛歯電極）と、ＩＤＴ３を水晶基板２とは反対側から覆うように設けられ、ＳｉＯ２を主成分として構成されたＳｉＯ２膜６とを有し、ＳｉＯ２膜６の規格化膜厚ｈｓ／λ（ただし、ｈｓは、ＳｉＯ２膜６の平均厚さ［ｎｍ］であり、λは、弾性表面波の波長［ｎｍ］である）が、０．００４６〜０．０２３３である。
【解決手段】弾性表面波素子１は、カット角がオイラー角（φ°，θ°，ψ°）による表示で（０±０．２５°，１１３〜１３５°，±（４０〜４９°））となる水晶基板２と、水晶基板２上に設けられ、複数の電極指３１ａ、３１ｂを備えるＩＤＴ３（櫛歯電極）と、ＩＤＴ３を水晶基板２とは反対側から覆うように設けられ、ＳｉＯ２を主成分として構成されたＳｉＯ２膜６とを有し、ＳｉＯ２膜６の規格化膜厚ｈｓ／λ（ただし、ｈｓは、ＳｉＯ２膜６の平均厚さ［ｎｍ］であり、λは、弾性表面波の波長［ｎｍ］である）が、０．００４６〜０．０２３３である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
弾性表面波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）を利用した弾性表面波素子は、圧電体で構成された圧電体基板と、この圧電体基板上に設けられた櫛歯電極（Interdigital Transducer：ＩＤＴ）とを備えている。
このような弾性表面波素子は、高周波領域における特性が優れていることから、例えば高周波フィルタとして広く利用され、その場合、一般に、圧電体基板としてＳＴカット水晶板が用いられる。
【０００３】
このようなＳＴカット水晶板を用いた弾性表面波素子は、一次温度係数がほぼ０であるものの、２次温度係数の絶対値が比較的大きいため、使用温度範囲（−４０〜８５℃）における温度変化に対する周波数変動が比較的大きい。
そこで、ＳＴカット水晶板をその主面に垂直な軸線まわりに回転（面内回転）した面内回転ＳＴ水晶板を用いた弾性表面素子が開発されている（例えば、特許文献１参照）。このような面内回転ＳＴカット水晶板を用いた弾性表面波素子は、２次温度係数の絶対値を小さくすることができる。
【０００４】
しかし、特許文献１に開示されているような従来の面内ＳＴカット水晶板を用いた弾性表面波素子は、２次温度係数の絶対値を十分に小さくすることができなかった。その結果、使用温度範囲（−４０〜８５℃）における温度変化に対する周波数変動を十分に小さくすることができなかった。そのため、このような弾性表面波素子は、高精度な高周波発振器として用いることが難しい。
【０００５】
ところで、ＡＴカット水晶振動子は、高周波領域における特性は劣るが、温度変化に対する周波数変動を極めて小さく抑えることができることが知られている。面内回転ＳＴカット水晶板を用いた弾性表面波素子においても、ＡＴカット水晶振動子と同等かそれ以上の周波数温度特性を満足することが望まれている。
図１８は、ＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性と、２次温度係数が−０．０１ｐｐｍ／℃２の場合の弾性表面波素子の周波数温度特性を比較したものである。このように、ＡＴカット水晶振動子と同等の周波数温度特性を得るには、２次温度係数の絶対値が０．０１ｐｐｍ／℃２以下の弾性表面波素子を実現しなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２０４２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、ＡＴカット水晶振動子と同等かそれ以上の優れた周波数温度特性を有する弾性表面波素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の弾性表面波素子は、カット角がオイラー角（φ°，θ°，ψ°）による表示で（０±０．２５°，１１３〜１３５°，±（４０〜４９°））となる水晶基板と、
前記水晶基板上に設けられ、複数の電極指を備える櫛歯電極と、
前記櫛歯電極を前記水晶基板とは反対側から覆うように設けられ、ＳｉＯ２を主成分として構成されたＳｉＯ２膜とを有し、
前記ＳｉＯ２膜の規格化膜厚ｈｓ／λ（ただし、ｈｓは、前記ＳｉＯ２膜の平均厚さ［ｎｍ］であり、λは、弾性表面波の波長［ｎｍ］である）が、０．００４６〜０．０２３３であることを特徴とする。
これにより、周波数温度特性の２次温度係数の絶対値を極めて小さく抑えることができる。その結果、ＡＴカット水晶振動子と同等かそれ以上の優れた周波数温度特性を発揮することができる。
【０００９】
本発明の弾性表面波素子では、θおよびψは、
ψ＝０．３２９５θ＋３．３３１８＋ｙ±１．１２５・・・（１）
（ただし、ｙは、補正値であり、規格化膜厚ｈｓ／λをＨとしたとき、
ｙ＝−３８０１１４．８１×Ｈ３＋１５５５０．１４×Ｈ２−１４１．４７×Ｈ＋０．０５
である）
なる関係を満たすことが好ましい。
これにより、周波数温度特性の頂点温度を使用温度範囲（−４０〜８５℃）内に設定することができる。そのため、使用温度範囲（−４０〜８５℃）における温度変化に対する周波数変動量の幅を極めて小さくすることができる。
【００１０】
本発明の弾性表面波素子では、前記ＳｉＯ２膜は、酸素および不活性ガスからなる雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことにより形成されたものであることが好ましい。
これにより、ＳｉＯ２膜を化学量論的な組成比に近づけることができ、均質で優れた膜質を有するものとすることができる。その結果、より効果的に、周波数温度特性を向上させることができる。
本発明の弾性表面波素子では、前記ＳｉＯ２膜は、前記スパッタリングにおける酸素流量比を５〜６０％として形成されたものであることが好ましい。
これにより、ＳｉＯ２膜の化学的安定性を優れたものとすることができる。その結果、さらに効果的に、周波数温度特性を向上させることができる。
【００１１】
本発明の弾性表面波素子では、前記櫛歯電極は、Ａｌを主材料として構成されていることが好ましい。
Ａｌは、導電性に優れている（電気抵抗が小さい）ため、櫛歯電極をＡｌを主材料として構成することにより、エネルギー損失が小さくなる。その結果、弾性表面波素子の弾性表面波の共振をより鋭くすることができる。そのため、弾性表面波素子を高周波発振器として用いるのに好適である。
【００１２】
本発明の弾性表面波素子では、前記櫛歯電極の規格化膜厚ｈａ／λ（ただし、ｈａは、前記櫛歯電極の平均厚さ［ｎｍ］であり、λは、弾性表面波の波長［ｎｍ］である）は、０．０１〜０．１であることが好ましい。
これにより、櫛歯電極の導電性を優れたものとしつつ、櫛歯電極の通電によるストレスマイグレーション等に起因する周波数変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態にかかる弾性表面波素子を模式的に示す平面図である。
【図２】図１に示す弾性表面波素子に備えられた圧電体基板のカット角を説明するための図である。
【図３】図１に示す弾性表面波素子の部分拡大断面図である。
【図４】面内回転ＳＴカット水晶板を用いた弾性表面波素子のＳｉＯ２膜の膜厚（規格化膜厚）と２次温度係数との関係を示すグラフである。
【図５】面内回転ＳＴカット水晶板を用いた弾性表面波素子（ＳｉＯ２膜省略）において、周波数温度特性を表わす３次関数の極値が使用温度範囲内にあるためのθおよびψの条件を示すグラフである。
【図６】図１および図３に示すような層構造を有する弾性表面波素子において、ＳｉＯ２膜の膜厚を変化させたとき、上記の式（３）に対して必要な補正値とＳｉＯ２膜の膜厚との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例１の弾性表面波素子における温度変化に対する周波数変動を示すグラフである。
【図８】本発明の実施例２の弾性表面波素子における温度変化に対する周波数変動を示すグラフである。
【図９】本発明の実施例３の弾性表面波素子における温度変化に対する周波数変動を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例４の弾性表面波素子における温度変化に対する周波数変動を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例５の弾性表面波素子における温度変化に対する周波数変動を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施例６の弾性表面波素子における温度変化に対する周波数変動を示すグラフである。
【図１３】比較例１の弾性表面波素子における温度変化に対する周波数変動を示すグラフである。
【図１４】比較例２の弾性表面波素子における温度変化に対する周波数変動を示すグラフである。
【図１５】比較例３の弾性表面波素子における温度変化に対する周波数変動を示すグラフである。
【図１６】比較例４の弾性表面波素子における温度変化に対する周波数変動を示すグラフである。
【図１７】比較例５の弾性表面波素子における温度変化に対する周波数変動を示すグラフである。
【図１８】ＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性と、２次温度係数が−０．０１ｐｐｍ／℃２の場合の弾性表面波素子の周波数温度特性とを比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の弾性表面波素子の製造方法を好適な実施形態を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる弾性表面波素子を模式的に示す平面図、図２は、図１に示す弾性表面波素子に備えられた圧電体基板のカット角および弾性表面波の伝播方向を説明するための図、図３は、図１に示す弾性表面波素子の部分拡大断面図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図３中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００１５】
図１および図２に示す弾性表面波素子１は、いわゆる１ポート型と呼ばれるタイプの素子であり、水晶基板２と、水晶基板２上に設けられたＩＤＴ（櫛歯電極）３と、ＩＤＴ３の両側に設けられた１対の反射器４、５と、ＩＤＴ３および１対の反射器４、５を覆うように設けられたＳｉＯ２膜６とを有している。
この弾性表面波素子１は、ＩＤＴ３（後述する各電極３ａ、３ｂ間）に周期的に変化する電圧が入力されると、水晶基板２の圧電効果により水晶基板２の表面付近において弾性表面波が励振される。励振された弾性表面波は、１対の反射器４、５間で反射を繰り返して、これらの間に封じ込められる。
【００１６】
以下、このような弾性表面波素子１を構成する各部を順次詳細に説明する。
水晶基板２は、圧電体材料である水晶で構成され、弾性表面波の伝搬媒体として機能するものである。
水晶の結晶軸は、図２に示すように、互いに直交するＸ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）およびＺ軸（光学軸）によって表現される。そして、水晶のカット角は、オイラー角（φ，θ，ψ）で表現されるが、Ｚ軸に直角な主面を有するＺカット基板のカット角は、オイラー角（０°，０°，０°）で表わされる。
【００１７】
ここで、オイラー角のφは、Ｚカット基板の第１の回転に関するものであり、Ｚ軸を回転軸とし、＋Ｘ軸側から＋Ｙ軸側へ回転する方向を正の回転角度とした第１の回転角度である。また、オイラー角のθは、Ｚカット基板の第１の回転後に行う第２の回転に関するものであり、第１の回転後のＸ軸（座標軸Ｘ’軸）を回転軸とし、第１の回転後の＋Ｙ軸（座標軸＋Ｙ’軸）側から＋Ｚ軸側へ回転する方向を正の回転角度とした第２の回転角度である。また、オイラー角のψは、Ｚカット基板の第２の回転後に行う第３の回転に関するものであり、第２の回転後のＺ軸（座標軸Ｚ’軸）を回転軸とし、第２の回転後の＋Ｘ軸（座標軸＋Ｘ’軸）側から第２の回転後の＋Ｙ軸（座標軸＋Ｙ”軸）側へ回転する方向を正の回転角度とした第３の回転角度である。
【００１８】
水晶基板２のカット面は、前述した第１の回転角度φおよび第２の回転角度θで決定される。また、水晶基板２における弾性表面波の伝播方向は、前述した第２の回転後のＸ軸（座標軸Ｘ’軸）に対する第３の回転角度ψで表わされる。
特に、水晶基板２は、図２に示すように、ＳＴカット水晶板１０をＺ’軸まわりにψ°回転させたカット角となる面内回転ＳＴカット水晶板２０を用いて形成されている。このような水晶基板２のカット角は、オイラー角（φ°，θ°，ψ°）による表示で（０°，１１３°〜１３５°，±（４０°〜４９°））となる。水晶基板２のカット角および弾性表面波の伝播方向をこの範囲にすると、周波数温度特性に優れた弾性表面波素子１を得ることができる。特に、弾性表面波素子１の周波数温度特性と水晶基板２のオイラー角との間には相関関係があり、後述するようにオイラー角を上記の範囲内において調整することで、弾性表面波素子１の周波数温度特性を向上させることができる。
【００１９】
より具体的には、θおよびψは、
ψ＝０．３２９５θ＋３．３３１８＋ｙ±１．１２５・・・（１）
なる関係を満たすのが好ましい。
（ただし、後述する規格化膜厚ｈｓ／λをＨとしたとき、
ｙ＝−３８０１１４．８１×Ｈ３＋１５５５０．１４×Ｈ２−１４１．４７×Ｈ＋０．０５
である）
【００２０】
これにより、周波数温度特性の頂点温度を使用温度範囲（−４０〜８５℃）内に設定することができる。そのため、使用温度範囲（−４０〜８５℃）における温度変化に対する周波数変動量の幅を極めて小さくすることができる。なお、弾性表面波素子１の周波数温度特性と水晶基板２のオイラー角との関係については、後に詳述する。
また、このような面内回転ＳＴカット水晶板を用いた水晶基板２においては、結晶の異方性のため、ＩＤＴ３への通電により弾性表面波を発生させた場合、弾性表面波の位相の伝播方向である位相速度の方向Ｂと、波群の伝播方向である群速度の方向Ａが異なる。より具体的には、水晶基板２は、図１に示すように、弾性表面波の位相速度の方向ＢがＸ”軸に沿っている。そして、群速度の方向Ａは、弾性表面波のエネルギーが進む方向となっていて、位相速度の方向Ｂと角度ＰＦＡをもって交差する。位相速度の方向Ｂと群速度の方向Ａとのなす角度ＰＦＡは、パワーフロー角と言う。
【００２１】
したがって、本実施形態では、群速度の方向Ａに伝播する波群（波束）を効率的に反射し、高いＱ値が得られるように、後述するＩＤＴ３と反射器４、５とを群速度の方向Ａに沿って配列している。また、ＩＤＴ３の電極指３１ａ、３１ｂおよび反射器４、５の反射体４１、５１は、それぞれ、長手方向が位相速度の方向Ｂ（Ｘ”軸）に直交した方向、すなわちＹ'''軸に沿って形成されている。また、水晶基板２は、平面視にて、長方形をなし、対向する一対の辺（長辺）２１、２２がＩＤＴ３および反射器４、５の配列方向に沿っており、他の一対の辺（短辺）２３、２４は、弾性表面波の群速度の方向Ａと直交している。これにより、水晶基板２は、小型化を図るとともに、水晶ウエハに対する収率を向上することができる。また、水晶基板２は、二辺（短辺）２３、２４が弾性表面波の位相速度の方向Ｂと直交していないため、反射器４、５から漏れた波群が各辺２３、２４で反射された場合でも、反射波の位相をずらして反射器４、５ひいてはＩＤＴ３に戻すことができる。これにより水晶基板２の端面からの反射波に起因するスプリアスの影響を抑圧することができる。
このような水晶基板２の一方の面（上面）には、ＩＤＴ（櫛歯電極）３および１対の反射器４、５が接合されている。
【００２２】
ＩＤＴ３は、電気信号を受け（電圧が印加され）、これにより、水晶基板２に弾性表面波を励振させる機能を有するものである。
ＩＤＴ３は、１対の電極３ａ、３ｂで構成されている。そして、電極３ａは、複数の電極指３１ａを備え、電極３ｂは、複数の電極指３１ｂを備えている。このようなＩＤＴ３は、電極３ａの複数の電極指３１ａと、電極３ｂの複数の電極指３１ｂとが互いに噛み合うように構成されている。このようなＩＤＴ３の電極指３１ａ、３１ｂの幅、間隔、厚さ等を調整することにより、弾性表面波の発振周波数の特性を所望のものに設定することができる。
このような電極３ａ、３ｂ間に周期的に変化する電圧を印加すると、水晶基板２の上面付近に、電極指３１ａ、３１ｂの配列方向に伝播する弾性表面波が励振される。
【００２３】
ＩＤＴ３の構成材料としては、導電性を有する材料であれば、特に限定されないが、金属材料が好適に用いられる。特に、ＩＤＴ３の構成材料としては、ＡｌまたはＡｌを主材料とした合金（Ａｌ系合金）を用いるのが好ましい。Ａｌは、導電性に優れている（電気抵抗が小さい）ため、ＩＤＴ３をＡｌまたはＡｌ系合金を主材料として構成することにより、エネルギー損失が小さくなる。その結果、弾性表面波素子１の弾性表面波の共振をより鋭くすることができる。そのため、弾性表面波素子１を高周波発振器として用いるのに好適である。
【００２４】
また、Ａｌは比重が小さいので、ＩＤＴ３の膜厚に依存した音速変化が小さく抑えられる。したがって、弾性表面波素子１の中心周波数のばらつきを抑えることができる。
また、ＩＤＴ３の膜厚の制御が容易となるので、精度の高い弾性表面波素子１を得ることができる。
また、ＩＤＴ３をＡｌ系合金を主材料として構成する場合、Ａｌに、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｓｃ等の金属を添加することにより、ＩＤＴ３のマイグレーション耐性を改善することもできる。Ａｌに添加する金属の含有割合は、重量比で１０％以下であればよい。
【００２５】
また、ＩＤＴ３の平均膜厚をｈａ［ｎｍ］、弾性表面波の波長をλ［ｎｍ］としたとき、ＩＤＴ３の規格化膜厚ｈａ／λは、０．０１〜０．１であるのが好ましい。規格化膜厚ｈａ／λが０．０１未満になるとＩＤＴの電気的抵抗値が増大する虞がある。また、規格化膜厚ｈａ／λを０．１より大きくすると、バルク波への変換損失増大の虞が生じる。
このようなＩＤＴ３を介して対向するように、１対の反射器４、５が配置されている。
【００２６】
１対の反射器４、５は、それぞれ、水晶基板２を伝搬する弾性表面波を反射して、反射器４と反射器５との間に封じ込める機能を有する。
また、反射器４は、所定間隔で並設された複数の反射体４１を有し、全体としてグレーティング状をなしている。これと同様に、反射器５は、所定間隔で並設された複数の反射体５１を有し、全体としてグレーティング状をなしている。これにより、各反射器４、５は、それぞれ、弾性表面波を効率よく反射することができる。
反射器４、５の構成材料としては、特に限定されないが、前述したＩＤＴ３の構成材料と同様の金属材料が好適に用いられる。
【００２７】
このような反射体４１、５１の幅、間隔、ピッチ、厚さ等を調整することにより、弾性表面波素子１において励振される弾性表面波の発振周波数等の特性を所望のものに設定することができる。
このような水晶基板２、ＩＤＴ３および１対の反射器４、５には、ＳｉＯ２膜６が接合されている。また、ＳｉＯ２膜６は、ＩＤＴ３を水晶基板２とは反対側から覆うように設けられている。
【００２８】
ＳｉＯ２膜６は、弾性表面波素子１の周波数温度特性を向上させる機能を有するものである。
特に、ＳｉＯ２膜６の平均厚さをｈｓ［ｎｍ］とし、弾性表面波の波長をλ［ｎｍ］としたときに、ＳｉＯ２膜６の規格化膜厚ｈｓ／λが０．４６〜２．３３％である。
これにより、後に詳述するように周波数温度特性の２次温度係数の絶対値を極めて小さく抑えることができる。その結果、弾性表面波素子１は、ＡＴカット水晶振動子と同等かそれ以上の優れた周波数温度特性を発揮することができる。なお、ＳｉＯ２膜６の厚さと弾性表面波素子１の周波数温度特性との間には相関関係を有しているが、これらの関係については後に詳述する。
【００２９】
また、ＳｉＯ２膜６は、ＩＤＴ３および反射器４、５の表面に異物が付着するのを防止して、異物を介した電極指３１ａ、３１ｂ間のショートを防ぐ機能をも有する。なお、本実施形態では、ＳｉＯ２膜６は、図３に示すようにＩＤＴ３および反射器４、５の露出面全体を覆うように設けられているが、ＩＤＴ３および反射器４、５の上面に選択的に設け、ＩＤＴ３および反射器４、５の側面が露出していてもよい。
【００３０】
このようなＳｉＯ２膜６の形成方法としては、特に限定されないが、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の乾式メッキ法等を用いることができるが、中でも、スパッタリングを用いるのが好ましい。
ＳｉＯ２膜６をスパッタリングにより形成する場合、酸素および不活性ガス（例えばアルゴン）からなる雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いて行うのが好ましい。これにより、ＳｉＯ２膜６を化学量論的な組成比に近づけることができ、均質で優れた膜質を有するものとすることができる。その結果、より効果的に、弾性表面波素子１の周波数温度特性を向上させることができる。
また、この場合、かかるスパッタリングにおける酸素流量比は、５〜６０％であるのが好ましく、１０〜５０％であるのがより好ましい。これにより、ＳｉＯ２膜６の化学的安定性を優れたものとすることができる。その結果、さらに効果的に、弾性表面波素子１の周波数温度特性を向上させることができる。
【００３１】
ここで、弾性表面波素子１の周波数温度特性について詳述する。
以下、弾性表面波素子１の周波数温度特性とＳｉＯ２膜の膜厚および水晶基板２のオイラー角との関係について、詳述する。
弾性表面波素子の温度変化に対する周波数変動量（すなわち周波数温度特性）は、２次関数または３次関数で表わされる。したがって、使用温度範囲（−４０〜８５℃）において、温度変化に対する周波数変動量の幅を小さくするには、すなわち、周波数温度特性を向上させるには、［Ａ］上記の関数における各係数（以下、「温度係数」と言う）が小さいことが必要であり、より好ましくは、［Ｂ］上記の関数における頂点（以下、「頂点温度」と言う）が使用温度範囲内にあることが必要となる。
【００３２】
［Ａ］
温度係数を小さくするには、面内回転ＳＴカット水晶板を用いた弾性表面波素子の上記関数における１次係数（１次温度係数）がほぼ０であることから、上記の関数における２次係数（２次温度係数）を小さくすることが有効である。
図４は、面内回転ＳＴカット水晶板を用いた弾性表面波素子のＳｉＯ２膜の膜厚（規格化膜厚）と２次温度係数との関係を示すグラフである。
【００３３】
本発明者は、ＳｉＯ２膜の膜厚（規格化膜厚）と２次温度係数との関係について、鋭意検討した結果、図１および図３に示すような層構造を有する弾性表面波素子において、図４に示すように、周波数温度特性の２次温度係数を効果的に抑えることが可能なＳｉＯ２膜の膜厚の範囲を見出した。
図４に示すように、ＳｉＯ２の規格化膜厚を０．０４６〜０．０２３３とすることで、２次温度係数の大きさ（絶対値）を０．０１ｐｐｍ／℃２以下と極めて小さくすることができる。
【００３４】
［Ｂ］
頂点温度が使用温度範囲内にあるためには、前述したように、θおよびψは、
ψ＝０．３２９５θ＋３．３３１８＋ｙ±１．１２５・・・（１）
なる関係を満たす必要がある。
ただし、上記式（１）において、ｙは補正値であり、規格化膜厚ｈｓ／λをＨとしたとき、
ｙ＝
−３８０１１４．８１×Ｈ３＋１５５５０．１４×Ｈ２−１４１．４７×Ｈ＋０．０５
である）
【００３５】
ここで、上記式（１）について、より具体的に説明する。
面内回転ＳＴカット水晶板を用いた弾性表面波素子の周波数温度特性は、３次関数で表わすことができる。この場合、かかる３次関数の極値（極大値または極小値）が頂点温度に相当する。
図５は、オイラー角が（０°，１１３〜１３５°，±（４０〜４９°））にある面内回転ＳＴカット水晶板を用いた弾性表面波素子（ＳｉＯ２膜省略）において、周波数温度特性を表わす３次関数の極値が使用温度範囲内にあるためのθおよびψの条件を示すグラフである。
【００３６】
本発明者は、種々の検討を繰り返し、図５に示すように、オイラー角が（０°，１１３〜１３５°，±（４０〜４９°））にある面内回転ＳＴカット水晶板を用いたトランスバーサル型および共振型のそれぞれの弾性表面波素子（ＳｉＯ２膜省略）において、周波数温度特性を表わす３次関数の極値が使用温度範囲内にあるためのθおよびψの条件を見いだした（詳細は、特許第３２１６１３７号参照）。
【００３７】
図５に示すハッチング部８は、上記のトランスバーサル型の弾性表面波素子に関し、上述したようなθおよびψの条件を満たす範囲である。また、図５に示すハッチング部７は、上記の共振型の弾性表面波素子に関し、上述したようなθおよびψの条件を満たし、かつ、ハッチング部８の範囲外にある範囲である。
このようなハッチング部７およびハッチング部８を合わせた領域は、下記の式（３）で表わされる。
ψ＝０．３２９５θ＋３．３３１８±１．１２５・・・（３）
【００３８】
さらに、本発明者は、ＳｉＯ２膜の膜厚と極値（頂点温度）との関係について、鋭意検討した結果、図１および図３に示すような層構造を有する弾性表面波素子において、ＳｉＯ２膜の膜厚によって、極値（頂点温度）が変化し、上記の式（３）に対して補正値が必要となり、この補正値とＳｉＯ２膜の膜厚との間に、図６に示すような関係があることを見出した。
【００３９】
図６は、図１および図３に示すような層構造を有する弾性表面波素子において、ＳｉＯ２膜の膜厚を変化させたとき、上記の式（３）に対して必要な補正値とＳｉＯ２膜の膜厚との関係を示すグラフである。
より具体的には、上記の式（３）に対する補正値をｙとし、ＳｉＯ２膜の規格化膜厚をＨとしたときに、ｙおよびＨは、下記数２で表わされる関係を有することを見出した。
ｙ＝
−３８０１１４．８１×Ｈ３＋１５５５０．１４×Ｈ２−１４１．４７×Ｈ＋０．０５
・・・（２）
このようにして、かかる補正値ｙを上記の式（３）に組み入れることによって、上記の式（１）を導き出した。
【００４０】
以上説明したように、本発明の弾性表面波素子１によれば、水晶基板２として面内回転ＳＴカット水晶板を用いた上で、規格化膜厚ｈｓ／λが０．００４６〜０．０２３３であるＳｉＯ２膜６を設けることにより、周波数温度特性の２次温度係数の絶対値を極めて小さく抑えることができる。その結果、ＡＴカット水晶振動子と同等かそれ以上の優れた周波数温度特性を発揮することができる。
特に、水晶基板２のカット角を前述したような式（１）を満たすようにした場合、周波数温度特性の頂点温度を使用温度範囲（−４０〜８５℃）内に設定することができる。そのため、使用温度範囲（−４０〜８５℃）における温度変化に対する周波数変動量の幅を極めて小さくすることができる。
以上説明したような弾性表面波素子１は、各種の電子機器に適用することができ、得られる電子機器は、信頼性の高いものとなる。
【００４１】
本発明の弾性表面波素子を備える電子機器としては、特に限定されないが、例えば、パーソナルコンピュータ（モバイル型パーソナルコンピュータ）、携帯電話機、ディジタルスチルカメラ、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンタ）、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニタ、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシュミレータ等が挙げられる。
【００４２】
以上、本発明の弾性表面波素子の製造方法について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、本発明を適用する弾性表面波素子は、用途に応じて反射器、櫛歯電極の数を変更してもよく、また反射器を省略することもできる。
また、本発明を適用する弾性表面波素子には、各種機能を有する半導体素子が複合化されていてもよい。
【実施例】
【００４３】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．弾性表面波素子の作製
（実施例１）
まず、圧電体基板として、平均厚さ：０．４ｍｍの水晶基板（面内回転ＳＴカット水晶基板）を用意した。
【００４４】
次に、水晶基板上に、真空蒸着法によりアルミニウムを被着させ、アルミニウム膜（導体層）を形成した。
次に、フォトリソグラフィー法により、ＩＤＴ（櫛歯電極）および反射器に対応する形状のマスクを形成した。
次に、このマスクとして用いてドライエッチングを行うことにより、アルミニウム膜の不要部分を除去することにより、ＩＤＴおよび反射器を形成し、その後、マスクを除去した。
【００４５】
その後、酸素およびアルゴンからなる雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いて、ＳｉＯ２膜をスパッタリングにより形成した。このとき、酸素流量１ｓｃｃｍ、アルゴン流量１０ｓｃｃｍの条件でスパッタリングを行った。
これにより、図１に示すような弾性表面波素子を得た。
ここで、得られた弾性表面波素子の設計値を下記に示す。
【００４６】
水晶基板のオイラー角 ：（０°，１２７°，４５°）
弾性表面波の周波数 ：３００ＭＨｚ
ＩＤＴ対数 ：１８０
反射器本数（片側あたり） ：２７２
チルト角（ＰＦＡ） ：２．７５０°
ＩＤＴη（線幅／（線幅＋スペース幅）） ：０．４３４
反射器η（線幅／（線幅＋スペース幅）） ：０．４３４
交差幅（×λ） ：４０
ＩＤＴ膜厚（×λ） ：０．０４５
ＩＤＴ波長（電極寸法）［μｍ］：１０．７１８
反射器波長（電極寸法）［μｍ］：１０．７４３
【００４７】
（実施例２〜６、比較例１〜５）
ＳｉＯ２膜の膜厚を変更した以外は、前述した実施例１と同様にして弾性表面波素子を作成した。
ここで、実施例２は、ＳｉＯ２膜の膜厚ｈｓを７５０Å（＝７５ｎｍ）とし、ＳｉＯ２膜の規格化膜厚Ｈ（＝ｈｓ／λ）を０．００７００とした。
また、実施例３は、ＳｉＯ２膜の膜厚ｈｓを１０００Å（＝１００ｎｍ）とし、ＳｉＯ２膜の規格化膜厚Ｈ（＝ｈｓ／λ）を０．００９３３とした。
【００４８】
また、実施例４は、ＳｉＯ２膜の膜厚ｈｓを１５００Å（＝１５０ｎｍ）とし、ＳｉＯ２膜の規格化膜厚Ｈ（＝ｈｓ／λ）を０．０１４００とした。
また、実施例５は、ＳｉＯ２膜の膜厚ｈｓを２０００Å（＝２００ｎｍ）とし、ＳｉＯ２膜の規格化膜厚Ｈ（＝ｈｓ／λ）を０．０１８６６とした。
また、実施例６は、ＳｉＯ２膜の膜厚ｈｓを２５００Å（＝２５０ｎｍ）とし、ＳｉＯ２膜の規格化膜厚Ｈ（＝ｈｓ／λ）を０．０２３３３とした。
【００４９】
また、比較例１は、ＳｉＯ２膜の膜厚ｈｓを０Å（＝０ｎｍ）とし、ＳｉＯ２膜の規格化膜厚Ｈ（＝ｈｓ／λ）を０．０００００とした。
また、比較例２は、ＳｉＯ２膜の膜厚ｈｓを１００Å（＝１０ｎｍ）とし、ＳｉＯ２膜の規格化膜厚Ｈ（＝ｈｓ／λ）を０．０００９３とした。
また、比較例３は、ＳｉＯ２膜の膜厚ｈｓを２００Å（＝２０ｎｍ）とし、ＳｉＯ２膜の規格化膜厚Ｈ（＝ｈｓ／λ）を０．００１８７とした。
また、比較例４は、ＳｉＯ２膜の膜厚ｈｓを３００Å（＝３０ｎｍ）とし、ＳｉＯ２膜の規格化膜厚Ｈ（＝ｈｓ／λ）を０．００２８０とした。
また、比較例５は、ＳｉＯ２膜の膜厚ｈｓを３５００Å（＝３５０ｎｍ）とし、ＳｉＯ２膜の規格化膜厚Ｈ（＝ｈｓ／λ）を０．０３２６６とした。
【００５０】
２．評価
上記の各実施例および各比較例の弾性表面波素子について、温度変化に対する周波数変動量を調べた。その結果を図７〜１７に示す。なお、図７〜１７では、周波数温度特性の関数を２次関数で示した（３次の項を省略して示した）。
各実施例１〜６では、図７〜１２に示すように、使用温度範囲における温度変化に対する周波数変動量の幅を極めて小さく、周波数温度特性が優れていた。これに対し、各比較例１〜５では、図１３〜１７に示すように、各実施例に比し、使用温度範囲における温度変化に対する周波数変動量の幅が大きく、周波数温度特性に劣るものとなった。
【符号の説明】
【００５１】
１‥‥弾性表面波素子 １０、２０‥‥ＳＴカット水晶板 ２‥‥水晶基板 ２１、２２、２３、２４‥‥辺 ３‥‥ＩＤＴ（櫛歯電極） ３ａ、３ｂ‥‥電極 ３１‥‥電極指 ４、５‥‥反射器 ４１、５１‥‥反射体 ６‥‥ＳｉＯ２膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
弾性表面波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）を利用した弾性表面波素子は、圧電体で構成された圧電体基板と、この圧電体基板上に設けられた櫛歯電極（Interdigital Transducer：ＩＤＴ）とを備えている。
このような弾性表面波素子は、高周波領域における特性が優れていることから、例えば高周波フィルタとして広く利用され、その場合、一般に、圧電体基板としてＳＴカット水晶板が用いられる。
【０００３】
このようなＳＴカット水晶板を用いた弾性表面波素子は、一次温度係数がほぼ０であるものの、２次温度係数の絶対値が比較的大きいため、使用温度範囲（−４０〜８５℃）における温度変化に対する周波数変動が比較的大きい。
そこで、ＳＴカット水晶板をその主面に垂直な軸線まわりに回転（面内回転）した面内回転ＳＴ水晶板を用いた弾性表面素子が開発されている（例えば、特許文献１参照）。このような面内回転ＳＴカット水晶板を用いた弾性表面波素子は、２次温度係数の絶対値を小さくすることができる。
【０００４】
しかし、特許文献１に開示されているような従来の面内ＳＴカット水晶板を用いた弾性表面波素子は、２次温度係数の絶対値を十分に小さくすることができなかった。その結果、使用温度範囲（−４０〜８５℃）における温度変化に対する周波数変動を十分に小さくすることができなかった。そのため、このような弾性表面波素子は、高精度な高周波発振器として用いることが難しい。
【０００５】
ところで、ＡＴカット水晶振動子は、高周波領域における特性は劣るが、温度変化に対する周波数変動を極めて小さく抑えることができることが知られている。面内回転ＳＴカット水晶板を用いた弾性表面波素子においても、ＡＴカット水晶振動子と同等かそれ以上の周波数温度特性を満足することが望まれている。
図１８は、ＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性と、２次温度係数が−０．０１ｐｐｍ／℃２の場合の弾性表面波素子の周波数温度特性を比較したものである。このように、ＡＴカット水晶振動子と同等の周波数温度特性を得るには、２次温度係数の絶対値が０．０１ｐｐｍ／℃２以下の弾性表面波素子を実現しなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２０４２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、ＡＴカット水晶振動子と同等かそれ以上の優れた周波数温度特性を有する弾性表面波素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の弾性表面波素子は、カット角がオイラー角（φ°，θ°，ψ°）による表示で（０±０．２５°，１１３〜１３５°，±（４０〜４９°））となる水晶基板と、
前記水晶基板上に設けられ、複数の電極指を備える櫛歯電極と、
前記櫛歯電極を前記水晶基板とは反対側から覆うように設けられ、ＳｉＯ２を主成分として構成されたＳｉＯ２膜とを有し、
前記ＳｉＯ２膜の規格化膜厚ｈｓ／λ（ただし、ｈｓは、前記ＳｉＯ２膜の平均厚さ［ｎｍ］であり、λは、弾性表面波の波長［ｎｍ］である）が、０．００４６〜０．０２３３であることを特徴とする。
これにより、周波数温度特性の２次温度係数の絶対値を極めて小さく抑えることができる。その結果、ＡＴカット水晶振動子と同等かそれ以上の優れた周波数温度特性を発揮することができる。
【０００９】
本発明の弾性表面波素子では、θおよびψは、
ψ＝０．３２９５θ＋３．３３１８＋ｙ±１．１２５・・・（１）
（ただし、ｙは、補正値であり、規格化膜厚ｈｓ／λをＨとしたとき、
ｙ＝−３８０１１４．８１×Ｈ３＋１５５５０．１４×Ｈ２−１４１．４７×Ｈ＋０．０５
である）
なる関係を満たすことが好ましい。
これにより、周波数温度特性の頂点温度を使用温度範囲（−４０〜８５℃）内に設定することができる。そのため、使用温度範囲（−４０〜８５℃）における温度変化に対する周波数変動量の幅を極めて小さくすることができる。
【００１０】
本発明の弾性表面波素子では、前記ＳｉＯ２膜は、酸素および不活性ガスからなる雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことにより形成されたものであることが好ましい。
これにより、ＳｉＯ２膜を化学量論的な組成比に近づけることができ、均質で優れた膜質を有するものとすることができる。その結果、より効果的に、周波数温度特性を向上させることができる。
本発明の弾性表面波素子では、前記ＳｉＯ２膜は、前記スパッタリングにおける酸素流量比を５〜６０％として形成されたものであることが好ましい。
これにより、ＳｉＯ２膜の化学的安定性を優れたものとすることができる。その結果、さらに効果的に、周波数温度特性を向上させることができる。
【００１１】
本発明の弾性表面波素子では、前記櫛歯電極は、Ａｌを主材料として構成されていることが好ましい。
Ａｌは、導電性に優れている（電気抵抗が小さい）ため、櫛歯電極をＡｌを主材料として構成することにより、エネルギー損失が小さくなる。その結果、弾性表面波素子の弾性表面波の共振をより鋭くすることができる。そのため、弾性表面波素子を高周波発振器として用いるのに好適である。
【００１２】
本発明の弾性表面波素子では、前記櫛歯電極の規格化膜厚ｈａ／λ（ただし、ｈａは、前記櫛歯電極の平均厚さ［ｎｍ］であり、λは、弾性表面波の波長［ｎｍ］である）は、０．０１〜０．１であることが好ましい。
これにより、櫛歯電極の導電性を優れたものとしつつ、櫛歯電極の通電によるストレスマイグレーション等に起因する周波数変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態にかかる弾性表面波素子を模式的に示す平面図である。
【図２】図１に示す弾性表面波素子に備えられた圧電体基板のカット角を説明するための図である。
【図３】図１に示す弾性表面波素子の部分拡大断面図である。
【図４】面内回転ＳＴカット水晶板を用いた弾性表面波素子のＳｉＯ２膜の膜厚（規格化膜厚）と２次温度係数との関係を示すグラフである。
【図５】面内回転ＳＴカット水晶板を用いた弾性表面波素子（ＳｉＯ２膜省略）において、周波数温度特性を表わす３次関数の極値が使用温度範囲内にあるためのθおよびψの条件を示すグラフである。
【図６】図１および図３に示すような層構造を有する弾性表面波素子において、ＳｉＯ２膜の膜厚を変化させたとき、上記の式（３）に対して必要な補正値とＳｉＯ２膜の膜厚との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例１の弾性表面波素子における温度変化に対する周波数変動を示すグラフである。
【図８】本発明の実施例２の弾性表面波素子における温度変化に対する周波数変動を示すグラフである。
【図９】本発明の実施例３の弾性表面波素子における温度変化に対する周波数変動を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例４の弾性表面波素子における温度変化に対する周波数変動を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例５の弾性表面波素子における温度変化に対する周波数変動を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施例６の弾性表面波素子における温度変化に対する周波数変動を示すグラフである。
【図１３】比較例１の弾性表面波素子における温度変化に対する周波数変動を示すグラフである。
【図１４】比較例２の弾性表面波素子における温度変化に対する周波数変動を示すグラフである。
【図１５】比較例３の弾性表面波素子における温度変化に対する周波数変動を示すグラフである。
【図１６】比較例４の弾性表面波素子における温度変化に対する周波数変動を示すグラフである。
【図１７】比較例５の弾性表面波素子における温度変化に対する周波数変動を示すグラフである。
【図１８】ＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性と、２次温度係数が−０．０１ｐｐｍ／℃２の場合の弾性表面波素子の周波数温度特性とを比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の弾性表面波素子の製造方法を好適な実施形態を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる弾性表面波素子を模式的に示す平面図、図２は、図１に示す弾性表面波素子に備えられた圧電体基板のカット角および弾性表面波の伝播方向を説明するための図、図３は、図１に示す弾性表面波素子の部分拡大断面図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図３中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００１５】
図１および図２に示す弾性表面波素子１は、いわゆる１ポート型と呼ばれるタイプの素子であり、水晶基板２と、水晶基板２上に設けられたＩＤＴ（櫛歯電極）３と、ＩＤＴ３の両側に設けられた１対の反射器４、５と、ＩＤＴ３および１対の反射器４、５を覆うように設けられたＳｉＯ２膜６とを有している。
この弾性表面波素子１は、ＩＤＴ３（後述する各電極３ａ、３ｂ間）に周期的に変化する電圧が入力されると、水晶基板２の圧電効果により水晶基板２の表面付近において弾性表面波が励振される。励振された弾性表面波は、１対の反射器４、５間で反射を繰り返して、これらの間に封じ込められる。
【００１６】
以下、このような弾性表面波素子１を構成する各部を順次詳細に説明する。
水晶基板２は、圧電体材料である水晶で構成され、弾性表面波の伝搬媒体として機能するものである。
水晶の結晶軸は、図２に示すように、互いに直交するＸ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）およびＺ軸（光学軸）によって表現される。そして、水晶のカット角は、オイラー角（φ，θ，ψ）で表現されるが、Ｚ軸に直角な主面を有するＺカット基板のカット角は、オイラー角（０°，０°，０°）で表わされる。
【００１７】
ここで、オイラー角のφは、Ｚカット基板の第１の回転に関するものであり、Ｚ軸を回転軸とし、＋Ｘ軸側から＋Ｙ軸側へ回転する方向を正の回転角度とした第１の回転角度である。また、オイラー角のθは、Ｚカット基板の第１の回転後に行う第２の回転に関するものであり、第１の回転後のＸ軸（座標軸Ｘ’軸）を回転軸とし、第１の回転後の＋Ｙ軸（座標軸＋Ｙ’軸）側から＋Ｚ軸側へ回転する方向を正の回転角度とした第２の回転角度である。また、オイラー角のψは、Ｚカット基板の第２の回転後に行う第３の回転に関するものであり、第２の回転後のＺ軸（座標軸Ｚ’軸）を回転軸とし、第２の回転後の＋Ｘ軸（座標軸＋Ｘ’軸）側から第２の回転後の＋Ｙ軸（座標軸＋Ｙ”軸）側へ回転する方向を正の回転角度とした第３の回転角度である。
【００１８】
水晶基板２のカット面は、前述した第１の回転角度φおよび第２の回転角度θで決定される。また、水晶基板２における弾性表面波の伝播方向は、前述した第２の回転後のＸ軸（座標軸Ｘ’軸）に対する第３の回転角度ψで表わされる。
特に、水晶基板２は、図２に示すように、ＳＴカット水晶板１０をＺ’軸まわりにψ°回転させたカット角となる面内回転ＳＴカット水晶板２０を用いて形成されている。このような水晶基板２のカット角は、オイラー角（φ°，θ°，ψ°）による表示で（０°，１１３°〜１３５°，±（４０°〜４９°））となる。水晶基板２のカット角および弾性表面波の伝播方向をこの範囲にすると、周波数温度特性に優れた弾性表面波素子１を得ることができる。特に、弾性表面波素子１の周波数温度特性と水晶基板２のオイラー角との間には相関関係があり、後述するようにオイラー角を上記の範囲内において調整することで、弾性表面波素子１の周波数温度特性を向上させることができる。
【００１９】
より具体的には、θおよびψは、
ψ＝０．３２９５θ＋３．３３１８＋ｙ±１．１２５・・・（１）
なる関係を満たすのが好ましい。
（ただし、後述する規格化膜厚ｈｓ／λをＨとしたとき、
ｙ＝−３８０１１４．８１×Ｈ３＋１５５５０．１４×Ｈ２−１４１．４７×Ｈ＋０．０５
である）
【００２０】
これにより、周波数温度特性の頂点温度を使用温度範囲（−４０〜８５℃）内に設定することができる。そのため、使用温度範囲（−４０〜８５℃）における温度変化に対する周波数変動量の幅を極めて小さくすることができる。なお、弾性表面波素子１の周波数温度特性と水晶基板２のオイラー角との関係については、後に詳述する。
また、このような面内回転ＳＴカット水晶板を用いた水晶基板２においては、結晶の異方性のため、ＩＤＴ３への通電により弾性表面波を発生させた場合、弾性表面波の位相の伝播方向である位相速度の方向Ｂと、波群の伝播方向である群速度の方向Ａが異なる。より具体的には、水晶基板２は、図１に示すように、弾性表面波の位相速度の方向ＢがＸ”軸に沿っている。そして、群速度の方向Ａは、弾性表面波のエネルギーが進む方向となっていて、位相速度の方向Ｂと角度ＰＦＡをもって交差する。位相速度の方向Ｂと群速度の方向Ａとのなす角度ＰＦＡは、パワーフロー角と言う。
【００２１】
したがって、本実施形態では、群速度の方向Ａに伝播する波群（波束）を効率的に反射し、高いＱ値が得られるように、後述するＩＤＴ３と反射器４、５とを群速度の方向Ａに沿って配列している。また、ＩＤＴ３の電極指３１ａ、３１ｂおよび反射器４、５の反射体４１、５１は、それぞれ、長手方向が位相速度の方向Ｂ（Ｘ”軸）に直交した方向、すなわちＹ'''軸に沿って形成されている。また、水晶基板２は、平面視にて、長方形をなし、対向する一対の辺（長辺）２１、２２がＩＤＴ３および反射器４、５の配列方向に沿っており、他の一対の辺（短辺）２３、２４は、弾性表面波の群速度の方向Ａと直交している。これにより、水晶基板２は、小型化を図るとともに、水晶ウエハに対する収率を向上することができる。また、水晶基板２は、二辺（短辺）２３、２４が弾性表面波の位相速度の方向Ｂと直交していないため、反射器４、５から漏れた波群が各辺２３、２４で反射された場合でも、反射波の位相をずらして反射器４、５ひいてはＩＤＴ３に戻すことができる。これにより水晶基板２の端面からの反射波に起因するスプリアスの影響を抑圧することができる。
このような水晶基板２の一方の面（上面）には、ＩＤＴ（櫛歯電極）３および１対の反射器４、５が接合されている。
【００２２】
ＩＤＴ３は、電気信号を受け（電圧が印加され）、これにより、水晶基板２に弾性表面波を励振させる機能を有するものである。
ＩＤＴ３は、１対の電極３ａ、３ｂで構成されている。そして、電極３ａは、複数の電極指３１ａを備え、電極３ｂは、複数の電極指３１ｂを備えている。このようなＩＤＴ３は、電極３ａの複数の電極指３１ａと、電極３ｂの複数の電極指３１ｂとが互いに噛み合うように構成されている。このようなＩＤＴ３の電極指３１ａ、３１ｂの幅、間隔、厚さ等を調整することにより、弾性表面波の発振周波数の特性を所望のものに設定することができる。
このような電極３ａ、３ｂ間に周期的に変化する電圧を印加すると、水晶基板２の上面付近に、電極指３１ａ、３１ｂの配列方向に伝播する弾性表面波が励振される。
【００２３】
ＩＤＴ３の構成材料としては、導電性を有する材料であれば、特に限定されないが、金属材料が好適に用いられる。特に、ＩＤＴ３の構成材料としては、ＡｌまたはＡｌを主材料とした合金（Ａｌ系合金）を用いるのが好ましい。Ａｌは、導電性に優れている（電気抵抗が小さい）ため、ＩＤＴ３をＡｌまたはＡｌ系合金を主材料として構成することにより、エネルギー損失が小さくなる。その結果、弾性表面波素子１の弾性表面波の共振をより鋭くすることができる。そのため、弾性表面波素子１を高周波発振器として用いるのに好適である。
【００２４】
また、Ａｌは比重が小さいので、ＩＤＴ３の膜厚に依存した音速変化が小さく抑えられる。したがって、弾性表面波素子１の中心周波数のばらつきを抑えることができる。
また、ＩＤＴ３の膜厚の制御が容易となるので、精度の高い弾性表面波素子１を得ることができる。
また、ＩＤＴ３をＡｌ系合金を主材料として構成する場合、Ａｌに、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｓｃ等の金属を添加することにより、ＩＤＴ３のマイグレーション耐性を改善することもできる。Ａｌに添加する金属の含有割合は、重量比で１０％以下であればよい。
【００２５】
また、ＩＤＴ３の平均膜厚をｈａ［ｎｍ］、弾性表面波の波長をλ［ｎｍ］としたとき、ＩＤＴ３の規格化膜厚ｈａ／λは、０．０１〜０．１であるのが好ましい。規格化膜厚ｈａ／λが０．０１未満になるとＩＤＴの電気的抵抗値が増大する虞がある。また、規格化膜厚ｈａ／λを０．１より大きくすると、バルク波への変換損失増大の虞が生じる。
このようなＩＤＴ３を介して対向するように、１対の反射器４、５が配置されている。
【００２６】
１対の反射器４、５は、それぞれ、水晶基板２を伝搬する弾性表面波を反射して、反射器４と反射器５との間に封じ込める機能を有する。
また、反射器４は、所定間隔で並設された複数の反射体４１を有し、全体としてグレーティング状をなしている。これと同様に、反射器５は、所定間隔で並設された複数の反射体５１を有し、全体としてグレーティング状をなしている。これにより、各反射器４、５は、それぞれ、弾性表面波を効率よく反射することができる。
反射器４、５の構成材料としては、特に限定されないが、前述したＩＤＴ３の構成材料と同様の金属材料が好適に用いられる。
【００２７】
このような反射体４１、５１の幅、間隔、ピッチ、厚さ等を調整することにより、弾性表面波素子１において励振される弾性表面波の発振周波数等の特性を所望のものに設定することができる。
このような水晶基板２、ＩＤＴ３および１対の反射器４、５には、ＳｉＯ２膜６が接合されている。また、ＳｉＯ２膜６は、ＩＤＴ３を水晶基板２とは反対側から覆うように設けられている。
【００２８】
ＳｉＯ２膜６は、弾性表面波素子１の周波数温度特性を向上させる機能を有するものである。
特に、ＳｉＯ２膜６の平均厚さをｈｓ［ｎｍ］とし、弾性表面波の波長をλ［ｎｍ］としたときに、ＳｉＯ２膜６の規格化膜厚ｈｓ／λが０．４６〜２．３３％である。
これにより、後に詳述するように周波数温度特性の２次温度係数の絶対値を極めて小さく抑えることができる。その結果、弾性表面波素子１は、ＡＴカット水晶振動子と同等かそれ以上の優れた周波数温度特性を発揮することができる。なお、ＳｉＯ２膜６の厚さと弾性表面波素子１の周波数温度特性との間には相関関係を有しているが、これらの関係については後に詳述する。
【００２９】
また、ＳｉＯ２膜６は、ＩＤＴ３および反射器４、５の表面に異物が付着するのを防止して、異物を介した電極指３１ａ、３１ｂ間のショートを防ぐ機能をも有する。なお、本実施形態では、ＳｉＯ２膜６は、図３に示すようにＩＤＴ３および反射器４、５の露出面全体を覆うように設けられているが、ＩＤＴ３および反射器４、５の上面に選択的に設け、ＩＤＴ３および反射器４、５の側面が露出していてもよい。
【００３０】
このようなＳｉＯ２膜６の形成方法としては、特に限定されないが、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の乾式メッキ法等を用いることができるが、中でも、スパッタリングを用いるのが好ましい。
ＳｉＯ２膜６をスパッタリングにより形成する場合、酸素および不活性ガス（例えばアルゴン）からなる雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いて行うのが好ましい。これにより、ＳｉＯ２膜６を化学量論的な組成比に近づけることができ、均質で優れた膜質を有するものとすることができる。その結果、より効果的に、弾性表面波素子１の周波数温度特性を向上させることができる。
また、この場合、かかるスパッタリングにおける酸素流量比は、５〜６０％であるのが好ましく、１０〜５０％であるのがより好ましい。これにより、ＳｉＯ２膜６の化学的安定性を優れたものとすることができる。その結果、さらに効果的に、弾性表面波素子１の周波数温度特性を向上させることができる。
【００３１】
ここで、弾性表面波素子１の周波数温度特性について詳述する。
以下、弾性表面波素子１の周波数温度特性とＳｉＯ２膜の膜厚および水晶基板２のオイラー角との関係について、詳述する。
弾性表面波素子の温度変化に対する周波数変動量（すなわち周波数温度特性）は、２次関数または３次関数で表わされる。したがって、使用温度範囲（−４０〜８５℃）において、温度変化に対する周波数変動量の幅を小さくするには、すなわち、周波数温度特性を向上させるには、［Ａ］上記の関数における各係数（以下、「温度係数」と言う）が小さいことが必要であり、より好ましくは、［Ｂ］上記の関数における頂点（以下、「頂点温度」と言う）が使用温度範囲内にあることが必要となる。
【００３２】
［Ａ］
温度係数を小さくするには、面内回転ＳＴカット水晶板を用いた弾性表面波素子の上記関数における１次係数（１次温度係数）がほぼ０であることから、上記の関数における２次係数（２次温度係数）を小さくすることが有効である。
図４は、面内回転ＳＴカット水晶板を用いた弾性表面波素子のＳｉＯ２膜の膜厚（規格化膜厚）と２次温度係数との関係を示すグラフである。
【００３３】
本発明者は、ＳｉＯ２膜の膜厚（規格化膜厚）と２次温度係数との関係について、鋭意検討した結果、図１および図３に示すような層構造を有する弾性表面波素子において、図４に示すように、周波数温度特性の２次温度係数を効果的に抑えることが可能なＳｉＯ２膜の膜厚の範囲を見出した。
図４に示すように、ＳｉＯ２の規格化膜厚を０．０４６〜０．０２３３とすることで、２次温度係数の大きさ（絶対値）を０．０１ｐｐｍ／℃２以下と極めて小さくすることができる。
【００３４】
［Ｂ］
頂点温度が使用温度範囲内にあるためには、前述したように、θおよびψは、
ψ＝０．３２９５θ＋３．３３１８＋ｙ±１．１２５・・・（１）
なる関係を満たす必要がある。
ただし、上記式（１）において、ｙは補正値であり、規格化膜厚ｈｓ／λをＨとしたとき、
ｙ＝
−３８０１１４．８１×Ｈ３＋１５５５０．１４×Ｈ２−１４１．４７×Ｈ＋０．０５
である）
【００３５】
ここで、上記式（１）について、より具体的に説明する。
面内回転ＳＴカット水晶板を用いた弾性表面波素子の周波数温度特性は、３次関数で表わすことができる。この場合、かかる３次関数の極値（極大値または極小値）が頂点温度に相当する。
図５は、オイラー角が（０°，１１３〜１３５°，±（４０〜４９°））にある面内回転ＳＴカット水晶板を用いた弾性表面波素子（ＳｉＯ２膜省略）において、周波数温度特性を表わす３次関数の極値が使用温度範囲内にあるためのθおよびψの条件を示すグラフである。
【００３６】
本発明者は、種々の検討を繰り返し、図５に示すように、オイラー角が（０°，１１３〜１３５°，±（４０〜４９°））にある面内回転ＳＴカット水晶板を用いたトランスバーサル型および共振型のそれぞれの弾性表面波素子（ＳｉＯ２膜省略）において、周波数温度特性を表わす３次関数の極値が使用温度範囲内にあるためのθおよびψの条件を見いだした（詳細は、特許第３２１６１３７号参照）。
【００３７】
図５に示すハッチング部８は、上記のトランスバーサル型の弾性表面波素子に関し、上述したようなθおよびψの条件を満たす範囲である。また、図５に示すハッチング部７は、上記の共振型の弾性表面波素子に関し、上述したようなθおよびψの条件を満たし、かつ、ハッチング部８の範囲外にある範囲である。
このようなハッチング部７およびハッチング部８を合わせた領域は、下記の式（３）で表わされる。
ψ＝０．３２９５θ＋３．３３１８±１．１２５・・・（３）
【００３８】
さらに、本発明者は、ＳｉＯ２膜の膜厚と極値（頂点温度）との関係について、鋭意検討した結果、図１および図３に示すような層構造を有する弾性表面波素子において、ＳｉＯ２膜の膜厚によって、極値（頂点温度）が変化し、上記の式（３）に対して補正値が必要となり、この補正値とＳｉＯ２膜の膜厚との間に、図６に示すような関係があることを見出した。
【００３９】
図６は、図１および図３に示すような層構造を有する弾性表面波素子において、ＳｉＯ２膜の膜厚を変化させたとき、上記の式（３）に対して必要な補正値とＳｉＯ２膜の膜厚との関係を示すグラフである。
より具体的には、上記の式（３）に対する補正値をｙとし、ＳｉＯ２膜の規格化膜厚をＨとしたときに、ｙおよびＨは、下記数２で表わされる関係を有することを見出した。
ｙ＝
−３８０１１４．８１×Ｈ３＋１５５５０．１４×Ｈ２−１４１．４７×Ｈ＋０．０５
・・・（２）
このようにして、かかる補正値ｙを上記の式（３）に組み入れることによって、上記の式（１）を導き出した。
【００４０】
以上説明したように、本発明の弾性表面波素子１によれば、水晶基板２として面内回転ＳＴカット水晶板を用いた上で、規格化膜厚ｈｓ／λが０．００４６〜０．０２３３であるＳｉＯ２膜６を設けることにより、周波数温度特性の２次温度係数の絶対値を極めて小さく抑えることができる。その結果、ＡＴカット水晶振動子と同等かそれ以上の優れた周波数温度特性を発揮することができる。
特に、水晶基板２のカット角を前述したような式（１）を満たすようにした場合、周波数温度特性の頂点温度を使用温度範囲（−４０〜８５℃）内に設定することができる。そのため、使用温度範囲（−４０〜８５℃）における温度変化に対する周波数変動量の幅を極めて小さくすることができる。
以上説明したような弾性表面波素子１は、各種の電子機器に適用することができ、得られる電子機器は、信頼性の高いものとなる。
【００４１】
本発明の弾性表面波素子を備える電子機器としては、特に限定されないが、例えば、パーソナルコンピュータ（モバイル型パーソナルコンピュータ）、携帯電話機、ディジタルスチルカメラ、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンタ）、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニタ、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシュミレータ等が挙げられる。
【００４２】
以上、本発明の弾性表面波素子の製造方法について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、本発明を適用する弾性表面波素子は、用途に応じて反射器、櫛歯電極の数を変更してもよく、また反射器を省略することもできる。
また、本発明を適用する弾性表面波素子には、各種機能を有する半導体素子が複合化されていてもよい。
【実施例】
【００４３】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．弾性表面波素子の作製
（実施例１）
まず、圧電体基板として、平均厚さ：０．４ｍｍの水晶基板（面内回転ＳＴカット水晶基板）を用意した。
【００４４】
次に、水晶基板上に、真空蒸着法によりアルミニウムを被着させ、アルミニウム膜（導体層）を形成した。
次に、フォトリソグラフィー法により、ＩＤＴ（櫛歯電極）および反射器に対応する形状のマスクを形成した。
次に、このマスクとして用いてドライエッチングを行うことにより、アルミニウム膜の不要部分を除去することにより、ＩＤＴおよび反射器を形成し、その後、マスクを除去した。
【００４５】
その後、酸素およびアルゴンからなる雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いて、ＳｉＯ２膜をスパッタリングにより形成した。このとき、酸素流量１ｓｃｃｍ、アルゴン流量１０ｓｃｃｍの条件でスパッタリングを行った。
これにより、図１に示すような弾性表面波素子を得た。
ここで、得られた弾性表面波素子の設計値を下記に示す。
【００４６】
水晶基板のオイラー角 ：（０°，１２７°，４５°）
弾性表面波の周波数 ：３００ＭＨｚ
ＩＤＴ対数 ：１８０
反射器本数（片側あたり） ：２７２
チルト角（ＰＦＡ） ：２．７５０°
ＩＤＴη（線幅／（線幅＋スペース幅）） ：０．４３４
反射器η（線幅／（線幅＋スペース幅）） ：０．４３４
交差幅（×λ） ：４０
ＩＤＴ膜厚（×λ） ：０．０４５
ＩＤＴ波長（電極寸法）［μｍ］：１０．７１８
反射器波長（電極寸法）［μｍ］：１０．７４３
【００４７】
（実施例２〜６、比較例１〜５）
ＳｉＯ２膜の膜厚を変更した以外は、前述した実施例１と同様にして弾性表面波素子を作成した。
ここで、実施例２は、ＳｉＯ２膜の膜厚ｈｓを７５０Å（＝７５ｎｍ）とし、ＳｉＯ２膜の規格化膜厚Ｈ（＝ｈｓ／λ）を０．００７００とした。
また、実施例３は、ＳｉＯ２膜の膜厚ｈｓを１０００Å（＝１００ｎｍ）とし、ＳｉＯ２膜の規格化膜厚Ｈ（＝ｈｓ／λ）を０．００９３３とした。
【００４８】
また、実施例４は、ＳｉＯ２膜の膜厚ｈｓを１５００Å（＝１５０ｎｍ）とし、ＳｉＯ２膜の規格化膜厚Ｈ（＝ｈｓ／λ）を０．０１４００とした。
また、実施例５は、ＳｉＯ２膜の膜厚ｈｓを２０００Å（＝２００ｎｍ）とし、ＳｉＯ２膜の規格化膜厚Ｈ（＝ｈｓ／λ）を０．０１８６６とした。
また、実施例６は、ＳｉＯ２膜の膜厚ｈｓを２５００Å（＝２５０ｎｍ）とし、ＳｉＯ２膜の規格化膜厚Ｈ（＝ｈｓ／λ）を０．０２３３３とした。
【００４９】
また、比較例１は、ＳｉＯ２膜の膜厚ｈｓを０Å（＝０ｎｍ）とし、ＳｉＯ２膜の規格化膜厚Ｈ（＝ｈｓ／λ）を０．０００００とした。
また、比較例２は、ＳｉＯ２膜の膜厚ｈｓを１００Å（＝１０ｎｍ）とし、ＳｉＯ２膜の規格化膜厚Ｈ（＝ｈｓ／λ）を０．０００９３とした。
また、比較例３は、ＳｉＯ２膜の膜厚ｈｓを２００Å（＝２０ｎｍ）とし、ＳｉＯ２膜の規格化膜厚Ｈ（＝ｈｓ／λ）を０．００１８７とした。
また、比較例４は、ＳｉＯ２膜の膜厚ｈｓを３００Å（＝３０ｎｍ）とし、ＳｉＯ２膜の規格化膜厚Ｈ（＝ｈｓ／λ）を０．００２８０とした。
また、比較例５は、ＳｉＯ２膜の膜厚ｈｓを３５００Å（＝３５０ｎｍ）とし、ＳｉＯ２膜の規格化膜厚Ｈ（＝ｈｓ／λ）を０．０３２６６とした。
【００５０】
２．評価
上記の各実施例および各比較例の弾性表面波素子について、温度変化に対する周波数変動量を調べた。その結果を図７〜１７に示す。なお、図７〜１７では、周波数温度特性の関数を２次関数で示した（３次の項を省略して示した）。
各実施例１〜６では、図７〜１２に示すように、使用温度範囲における温度変化に対する周波数変動量の幅を極めて小さく、周波数温度特性が優れていた。これに対し、各比較例１〜５では、図１３〜１７に示すように、各実施例に比し、使用温度範囲における温度変化に対する周波数変動量の幅が大きく、周波数温度特性に劣るものとなった。
【符号の説明】
【００５１】
１‥‥弾性表面波素子 １０、２０‥‥ＳＴカット水晶板 ２‥‥水晶基板 ２１、２２、２３、２４‥‥辺 ３‥‥ＩＤＴ（櫛歯電極） ３ａ、３ｂ‥‥電極 ３１‥‥電極指 ４、５‥‥反射器 ４１、５１‥‥反射体 ６‥‥ＳｉＯ２膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カット角がオイラー角（φ°，θ°，ψ°）による表示で（０±０．２５°，１１３〜１３５°，±（４０〜４９°））となる水晶基板と、
前記水晶基板上に設けられ、複数の電極指を備える櫛歯電極と、
前記櫛歯電極を前記水晶基板とは反対側から覆うように設けられ、ＳｉＯ２を主成分として構成されたＳｉＯ２膜とを有し、
前記ＳｉＯ２膜の規格化膜厚ｈｓ／λ（ただし、ｈｓは、前記ＳｉＯ２膜の平均厚さ［ｎｍ］であり、λは、弾性表面波の波長［ｎｍ］である）が、０．００４６〜０．０２３３であることを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項２】
θおよびψは、
ψ＝０．３２９５θ＋３．３３１８＋ｙ±１．１２５・・・（１）
（ただし、ｙは、補正値であり、規格化膜厚ｈｓ／λをＨとしたとき、
ｙ＝−３８０１１４．８１×Ｈ３＋１５５５０．１４×Ｈ２−１４１．４７×Ｈ＋０．０５
である）
なる関係を満たす請求項１に記載の弾性表面波素子。
【請求項３】
前記ＳｉＯ２膜は、酸素および不活性ガスからなる雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことにより形成されたものである請求項１または２に記載の弾性表面波素子。
【請求項４】
前記ＳｉＯ２膜は、前記スパッタリングにおける酸素流量比を５〜６０％として形成されたものである請求項３に記載の弾性表面波素子。
【請求項５】
前記櫛歯電極は、Ａｌを主材料として構成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の弾性表面波素子。
【請求項６】
前記櫛歯電極の規格化膜厚ｈａ／λ（ただし、ｈａは、前記櫛歯電極の平均厚さ［ｎｍ］であり、λは、弾性表面波の波長［ｎｍ］である）は、０．０１〜０．１である請求項１ないし５のいずれかに記載の弾性表面波素子。
【請求項１】
カット角がオイラー角（φ°，θ°，ψ°）による表示で（０±０．２５°，１１３〜１３５°，±（４０〜４９°））となる水晶基板と、
前記水晶基板上に設けられ、複数の電極指を備える櫛歯電極と、
前記櫛歯電極を前記水晶基板とは反対側から覆うように設けられ、ＳｉＯ２を主成分として構成されたＳｉＯ２膜とを有し、
前記ＳｉＯ２膜の規格化膜厚ｈｓ／λ（ただし、ｈｓは、前記ＳｉＯ２膜の平均厚さ［ｎｍ］であり、λは、弾性表面波の波長［ｎｍ］である）が、０．００４６〜０．０２３３であることを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項２】
θおよびψは、
ψ＝０．３２９５θ＋３．３３１８＋ｙ±１．１２５・・・（１）
（ただし、ｙは、補正値であり、規格化膜厚ｈｓ／λをＨとしたとき、
ｙ＝−３８０１１４．８１×Ｈ３＋１５５５０．１４×Ｈ２−１４１．４７×Ｈ＋０．０５
である）
なる関係を満たす請求項１に記載の弾性表面波素子。
【請求項３】
前記ＳｉＯ２膜は、酸素および不活性ガスからなる雰囲気中で二酸化珪素のターゲットを用いてスパッタリングを行うことにより形成されたものである請求項１または２に記載の弾性表面波素子。
【請求項４】
前記ＳｉＯ２膜は、前記スパッタリングにおける酸素流量比を５〜６０％として形成されたものである請求項３に記載の弾性表面波素子。
【請求項５】
前記櫛歯電極は、Ａｌを主材料として構成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の弾性表面波素子。
【請求項６】
前記櫛歯電極の規格化膜厚ｈａ／λ（ただし、ｈａは、前記櫛歯電極の平均厚さ［ｎｍ］であり、λは、弾性表面波の波長［ｎｍ］である）は、０．０１〜０．１である請求項１ないし５のいずれかに記載の弾性表面波素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【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】
【公開番号】特開２０１０−１７７８１９（Ｐ２０１０−１７７８１９Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５９８５（Ｐ２００９−１５９８５）
【出願日】平成２１年１月２７日（２００９．１．２７）
【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２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２７日（２００９．１．２７）
【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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