弾性表面波素子
【課題】 例えば、樹脂モールドの状態で、温度特性の補償を行うとともに、吸湿による特性劣化を防止する。
【解決手段】 圧電性基板１上に形成された電極２と、電極２を覆うように圧電性基板１上に形成された第１ＳｉＯ２層３と、第１ＳｉＯ２層３上に形成されたＳｉＮ層４と、ＳｉＮ層４上に形成された第２ＳｉＯ２層５とから成る積層体７を含んでいる。圧電性基板１の材料としては、例えば、ＬｉＴａＯ３が用いられる。電極２は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を用いた櫛形電極である。
【解決手段】 圧電性基板１上に形成された電極２と、電極２を覆うように圧電性基板１上に形成された第１ＳｉＯ２層３と、第１ＳｉＯ２層３上に形成されたＳｉＮ層４と、ＳｉＮ層４上に形成された第２ＳｉＯ２層５とから成る積層体７を含んでいる。圧電性基板１の材料としては、例えば、ＬｉＴａＯ３が用いられる。電極２は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を用いた櫛形電極である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）等の弾性波を励振可能な弾性表面波素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、弾性表面波素子は、例えば、共振子や、帯域フィルタ等に用いられている。弾性表面波素子の温度特性を補償するために、ＬｉＴａＯ３等から成る圧電性基板上に、櫛形の電極を形成した後に、電極を覆うように、ＳｉＯ２（酸化シリコン）層を形成する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。ＳｉＯ２は、ＬｉＴａＯ３等と温度係数が逆である（ＬｉＴａＯ３が負の温度係数を持つのに対して、ＳｉＯ２は、正の温度係数を持つ。）ため、温度特性の補償効果が期待される。
【０００３】
しかしながら、ＳｉＯ２層を積層した後、樹脂封止して、基板から弾性表面波素子（ＳＡＷデバイス）を切り出し、ベアチップとして供給する場合に、この樹脂モールドの状態では、完全気密封止とはならず、水分がパッケージ内に入り込むことは避けられない。ＳｉＯ２は、吸湿性を示す材料であり、ＳｉＯ２層を含む弾性表面波素子は、高温高湿試験によって、特性が変動してしまうことが発明者らの試験によってわかった。
【０００４】
なお、耐候性を向上させるためにＳｉＮ膜を設ける技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）が、高価な製造装置の使用が前提である上に、成膜速度も遅いために実用的ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】再表２００５／０８３８８１号公報
【特許文献２】特許第３９２５３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術（特許文献１等）では、完全気密封止のハーメチック構造を持つパッケージとすることを前提としているため、吸湿による特性変動の問題は考慮されていない。一方、小型化等のために、弾性表面波素子をベアチップの状態で扱いたいという要請がある。
【０００７】
この発明は、前記の課題を解決し、例えば、樹脂モールドの状態で、温度特性の補償を行うとともに、吸湿による特性劣化を防止することができる弾性表面波素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の課題を解決するために、請求項１の発明は、圧電性基板上に電極層が形成された弾性表面波素子であって、前記電極層を覆うように前記圧電性基板上に形成され、前記弾性表面波素子の周波数温度特性を向上させるための第１のＳｉＯ２層と、前記第１のＳｉＯ２層上に形成され、前記第１のＳｉＯ２層における吸湿を抑制するためのＳｉＮ層と、前記ＳｉＮ層上に形成され、前記ＳｉＮ層を保護するための第２のＳｉＯ２層とから成る積層体を含むことを特徴としている。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の弾性表面波素子であって、前記ＳｉＮ層、及び前記第２のＳｉＯ２層は、それぞれ、吸湿を抑制する機能、及び前記ＳｉＮ層を保護する機能を果たすために適合した厚さに設定されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の弾性表面波素子であって、前記ＳｉＮ層、及び前記第２のＳｉＯ２層の厚さは、ともに、略１００ｎｍ以下に設定されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、周波数温度特性を向上させるための第１のＳｉＯ２層と、第１のＳｉＯ２層における吸湿を抑制するためのＳｉＮ層と、ＳｉＮ層を保護するための第２のＳｉＯ２層とを有しているので、例えば、樹脂モールドの状態で、温度特性の補償を行うとともに、吸湿による特性劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の一実施の形態による弾性表面波素子の主要部の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】同弾性表面波素子の製造方法を説明するための工程図である。
【図３】同弾性表面波素子を得るための測定に用いた試料の積層体の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】同試料を用いて高温高湿下で測定したフィルタ特性の時間変化を示す特性図である。
【図５】図４のＡ部を拡大して示す特性図である。
【図６】ＳｉＯ２層の膜厚を変えた同試料を用いて高温高湿下で測定したフィルタ特性の時間変化を示す特性図である。
【図７】図６のＢ部を拡大して示す特性図である。
【図８】ＳｉＯ２層の膜厚を変えた同試料を用いて高温高湿下で測定したフィルタ特性の時間変化を示す特性図である。
【図９】図８のＣ部を拡大して示す特性図である。
【図１０】同試料を用いて恒温槽内で測定したフィルタ特性の時間変化を示す特性図である。
【図１１】図１０のＤ部を拡大して示す特性図である。
【図１２】同弾性表面波素子を得るための別の試料を用いて高温高湿下で測定したフィルタ特性の時間変化を示す特性図である。
【図１３】図１２のＥ部を拡大して示す特性図である。
【図１４】ＳｉＯ２層及びＳｉＮ層の膜厚を変えた同別の試料を用いて高温高湿下で測定したフィルタ特性の時間変化を示す特性図である。
【図１５】図１４のＦ部を拡大して示す特性図である。
【図１６】同弾性表面波素子の積層体を含む試料を用いて高温高湿下で測定したフィルタ特性の時間変化を示す特性図である。
【図１７】図１６のＧ部を拡大して示す特性図である。
【図１８】ＳｉＯ２層及びＳｉＮ層の膜厚を変えた同別の試料を用いて測定したフィルタ温度特性を示す特性図である。
【図１９】同弾性表面波素子の積層体を含む試料を用いて測定したフィルタ温度特性を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、この発明の実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。
【００１４】
図１は、この発明の一実施の形態による弾性表面波素子の主要部の構成を模式的に示す断面図である。
【００１５】
図１に示すように、この実施の形態の弾性表面波素子は、圧電性基板１上に形成された電極２と、電極２を覆うように圧電性基板１上に形成された第１ＳｉＯ２（酸化シリコン）層３と、第１ＳｉＯ２層３上に形成されたＳｉＮ（窒化シリコン）層４と、ＳｉＮ層４上に形成された第２ＳｉＯ２層５とから成る積層体７を含んでいる。圧電性基板１の材料としては、例えば、ＬｉＴａＯ３が用いられる。電極２は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を用いた櫛形電極である。
【００１６】
第１ＳｉＯ２層３は、弾性表面波素子の温度特性（周波数温度特性）を補償するための温度補償層として用いられる。このために、ＬｉＴａＯ３とは逆の温度係数を持つＳｉＯ２が用いられる。また、ＳｉＮ層４は、防湿層として用いられる。また、第２ＳｉＯ２層５は、ＳｉＮ層４の防湿層としての機能劣化防止のために用いられる。
【００１７】
第１ＳｉＯ２層３の厚さは、特に限定されない（この実施の形態では、例えば、略１８００Å（略１８０ｎｍ）としている。）。また、ＳｉＮ層４、及び第２ＳｉＯ２層５の厚さは、ともに、略１０００Å（略１００ｎｍ）以下とするのが好ましい（この実施の形態では、ともに、例えば、略５００Å（略５０ｎｍ）としている。）。
【００１８】
なお、図１では、単一の弾性表面波素子の積層体７について示しているが、実際は、基板（ウェハ）上に複数の弾性表面波素子が形成されてから、ダイシングにより個片化される。
【００１９】
次に、この実施の形態の弾性表面波素子の製造方法について説明する。図２は、同弾性表面波素子の製造方法を説明するための工程図である。まず、図２（ａ）に示すように、圧電性基板１上に電極２を形成し、電極２を圧電性基板１上に覆うように第１ＳｉＯ２層３を積層する。
【００２０】
ここで、例えば、圧電性基板１上に、電極２を、マスク蒸着や、フォトリソグラフィ等によって形成した後、図２（ａ）に示すように、ＳｉＯ２から成る絶縁層を積層して第１ＳｉＯ２層３を形成する。
【００２１】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１ＳｉＯ２層３上に、例えば、スパッタ法により、ＳｉＮ層４を積層する。次に、図２（ｃ）に示すように、例えば、スパッタ法により、ＳｉＮ層４上に、第２ＳｉＯ２層５を積層して、積層体７を得る。
【００２２】
積層体７は、樹脂封止され、櫛形の電極から引き出された電極パッド上にバンプ下地金属及びバンプを形成し、この後に、基板から弾性表面波素子が切り出され、ベアチップとして供給される。なお、弾性表面波素子をＰＣ板に搭載してから樹脂を塗布して切り出しても良いし、他の電子部品とともにＰＣ板に搭載した後に樹脂により全体をモールドしても良い。
【００２３】
次に、図１に示す積層構造及び各層の最適な膜厚を得た根拠及びこれに至る経緯について説明する。図３は、同弾性表面波素子を得るための測定に用いた試料の積層体の構成を模式的に示す断面図、図４は、同試料を用いて高温高湿下で測定したフィルタ特性の時間変化を示す特性図、図５は、図４のＡ部を拡大して示す特性図、図６は、ＳｉＯ２層の膜厚を変えた同試料を用いて高温高湿下で測定したフィルタ特性の時間変化を示す特性図、図７は、図６のＢ部を拡大して示す特性図、図８は、ＳｉＯ２層の膜厚を変えた同試料を用いて高温高湿下で測定したフィルタ特性の時間変化を示す特性図、図９は、図８のＣ部を拡大して示す特性図、図１０は、同試料を用いて恒温槽内で測定したフィルタ特性の時間変化を示す特性図、図１１は、図１０のＤ部を拡大して示す特性図、図１２は、同弾性表面波素子を得るための別の試料を用いて高温高湿下で測定したフィルタ特性の時間変化を示す特性図、図１３は、図１２のＥ部を拡大して示す特性図、図１４は、ＳｉＯ２層及びＳｉＮ層の膜厚を変えた同別の試料を用いて高温高湿下で測定したフィルタ特性の時間変化を示す特性図、図１５は、図１４のＦ部を拡大して示す特性図、図１６は、同弾性表面波素子の積層体を含む試料を用いて高温高湿下で測定したフィルタ特性の時間変化を示す特性図、図１７は、図１６のＧ部を拡大して示す特性図、図１８は、ＳｉＯ２層及びＳｉＮ層の膜厚を変えた同別の試料を用いて測定したフィルタ温度特性を示す特性図、図１９は、同弾性表面波素子の積層体を含む試料を用いて測定したフィルタ温度特性を示す特性図である。
【００２４】
発明者らは、まず、図３に示すような積層体１３を含む試料（樹脂封止パッケージサンプル）を用いて、圧電性基板上に形成されたＳｉＯ２層の厚さと、フィルタの温度特性との関係について測定した。温度（−３０℃〜８０℃）と周波数シフトとの間の関係（周波数温度特性）を、ＳｉＯ２層の厚さを徐々に増加させて調べた。この結果、ＳｉＯ２層の厚さを増加させると、右下がりの特性直線の負の温度係数が減少し（平坦に近くなり）、２０％λ（λ：弾性表面波の波長）程度の厚さで、ほぼ平坦化され、温度補償がほぼ完全になされることがわかった。これより、増加させると、正の温度係数となった。
【００２５】
次に、発明者らは、いくつかの厚さを変えた試料（樹脂封止パッケージサンプル）を、８５℃９５％の高温高湿槽に入れて、フィルタ特性（周波数と挿入損失との間の関係）の時間変化を調べた。図４及び図５は、厚さ１３％λ、図６及び図７は、厚さ２０％λ、図８及び図９は、厚さ２５％λの場合の測定結果を示す。
【００２６】
図４及び図５において、曲線ａ１は、樹脂塗布後、曲線ａ２は、高温高湿槽内投入１００時間後、曲線ａ３は、高温高湿槽内投入５００時間後、曲線ａ４は、高温高湿槽内投入１０００時間後の測定結果を示す。
【００２７】
また、図６及び図７において、曲線ｂ１は、樹脂塗布後、曲線ｂ２は、高温高湿槽内投入１００時間後、曲線ｂ３は、高温高湿槽内投入５００時間後、曲線ｂ４は、高温高湿槽内投入１０００時間後の測定結果を示す。
【００２８】
また、図８及び図９において、曲線ｃ１は、樹脂塗布後、曲線ｃ２は、高温高湿槽内投入１００時間後、曲線ｃ３は、高温高湿槽内投入５００時間後、曲線ｃ４は、高温高湿槽内投入１０００時間後の測定結果を示す。
【００２９】
以上の測定結果より、ＳｉＯ２層での吸湿により特性が変動するとともに、ＳｉＯ２層の厚さが厚いほど、吸湿量が増加して挿入損失の劣化が大きくなることがわかる。
【００３０】
次に、発明者らは、吸湿後の試料を、１３０℃の恒温槽に２０時間入れて、フィルタ特性の変化について調べた。図１０及び図１１において、曲線ｄ１は、恒温槽内投入前、曲線ｄ２は、恒温槽内投入２０時間後の測定結果を示す。
【００３１】
この測定結果より、恒温槽投入前は、挿入損失が１１．５ｄＢであったのが、恒温槽投入後は７．４ｄＢまで回復しており、恒温槽に投入したことで、吸湿した水分が脱離して、略４ｄＢの伝搬損失が回復したと考えられる。
【００３２】
次に、発明者らは、圧電性基板上にＳｉＯ２層（３５００Å）と、ＳｉＮ層（１０００Å）とを積層した積層体を含む試料、圧電性基板上にＳｉＯ２層（１８００Å）と、ＳｉＮ層（５００Å）とを積層した積層体を含む試料、及び圧電性基板上に第１ＳｉＯ２層（１８００Å）と、ＳｉＮ層（５００Å）と、第２ＳｉＯ２層（５００Å）とを積層した積層体（この実施の形態の弾性表面波素子の積層体）を含む試料を、８５℃９５％の高温高湿槽に入れて、フィルタ特性（周波数と挿入損失との間の関係）の時間変化を調べた。図１２及び図１３は、ＳｉＯ２層（３５００Å）と、ＳｉＮ層（１０００Å）とを積層した積層体を含む試料、図１４及び図１５は、ＳｉＯ２層（１８００Å）と、ＳｉＮ層（５００Å）とを積層した積層体を含む試料、図１６及び図１７は、ＳｉＮ層（５００Å）と、第２ＳｉＯ２層（５００Å）とを積層した積層体を含む試料の測定結果を示す。
【００３３】
図１２及び図１３において、曲線ｅ１は、樹脂塗布後、曲線ｅ３は、高温高湿槽内投入５００時間後、曲線ｅ４は、高温高湿槽内投入１０００時間後の測定結果を示す。
【００３４】
図１４及び図１５において、曲線ｆ１は、樹脂塗布後、曲線ｆ２は、高温高湿槽内投入１００時間後、曲線ｆ３は、高温高湿槽内投入５００時間後、曲線ｆ４は、高温高湿槽内投入１０００時間後の測定結果を示す。
【００３５】
図１６及び図１７において、曲線ｇ１は、樹脂塗布後、曲線ｇ２は、高温高湿槽内投入１００時間後、曲線ｇ３は、高温高湿槽内投入５００時間後、曲線ｇ４は、高温高湿槽内投入１０００時間後の測定結果を示す。
【００３６】
以上の測定結果より、圧電性基板上に第１ＳｉＯ２層（１８００Å）と、ＳｉＮ層（５００Å）と、第２ＳｉＯ２層（５００Å）とを積層した積層体を含む試料の方が、圧電性基板上にＳｉＯ２層（３５００Å）と、ＳｉＮ層（１０００Å）とを積層した積層体を含む試料、圧電性基板上にＳｉＯ２層（１８００Å）と、ＳｉＮ層（５００Å）とを積層した積層体を含む試料よりも、高温高湿試験前の最小の挿入損失が小さいことがわかる。
【００３７】
一般に、ＳｉＮはＳｉＯ２よりも内部応力が大きい膜であるために、応力の大きいＳｉＮ膜を第１ＳｉＯ２層（１８００Å）と、第２ＳｉＯ２層（５００Å）とで挟み込むことで、積層膜全体の応力が緩和され、積層膜が一層のＳｉＯ２層であるかのような振る舞いを示し、伝搬損失が改善されたものと考えられる。
【００３８】
また、圧電性基板上に第１ＳｉＯ２層（１８００Å）と、ＳｉＮ層（５００Å）と、第２ＳｉＯ２層（５００Å）とを積層した積層体を含む試料の方が、圧電性基板上にＳｉＯ２層（３５００Å）と、ＳｉＮ層（１０００Å）とを積層した積層体を含む試料、圧電性基板上にＳｉＯ２層（１８００Å）と、ＳｉＮ層（５００Å）とを積層した積層体を含む試料よりも、高温高湿試験による劣化が減少したことがわかる。
【００３９】
ＳｉＮ層を薄くした場合に発生するＳｉＮ層中のピンホールが、第２ＳｉＯ２層（５００Å）により被覆されると、防湿膜としての機能が損なわれないことがわかった。これは、ＳｉＮ層中のピンホールが、第２ＳｉＯ２層によって埋められ、かつ、第２ＳｉＯ２層が、第１ＳｉＯ２層よりも先に吸湿し、さらに、防湿膜としてのＳｉＮ層が、直接高湿に晒されないことによって、ＳｉＮ層中にピンホールが存在しても、第１ＳｉＯ２層に透湿することが防がれていることによる。
【００４０】
次に、発明者らは、圧電性基板上にＳｉＯ２層（１８００Å）と、ＳｉＮ層（５００Å）とを積層した積層体を含む試料、及び圧電性基板上に第１ＳｉＯ２層（１８００Å）と、ＳｉＮ層（５００Å）と、第２ＳｉＯ２層（５００Å）とを積層した積層体（この実施の形態の弾性表面波素子の積層体）を含む試料について、フィルタの温度特性（温度（−３０℃〜８０℃）と周波数シフトとの間の関係）を調べた。図１８は、圧電性基板上にＳｉＯ２層（１８００Å）と、ＳｉＮ層（５００Å）とを積層した積層体を含む試料、図１９は、圧電性基板上に第１ＳｉＯ２層（１８００Å）と、ＳｉＮ層（５００Å）と、第２ＳｉＯ２層（５００Å）とを積層した積層体を含む試料を用いた場合を示す。それぞれ、直線ｈ１、ｈ２に示すように、略同一の温度特性を示していることがわかる。すなわち、第２ＳｉＯ２層（５００Å）は、温度特性の補償に影響していないことがわかる。
【００４１】
こうして、この実施の形態の構成によれば、第１ＳｉＯ２層３により、温度特性の補償を行うことができる。かつ、ＳｉＮ層４により吸湿による特性劣化を防止することができる。さらに、第２ＳｉＯ２層５により、ＳｉＮ層４を薄膜化することができるので、伝搬損失を改善することができる。したがって、樹脂封止によって、ベアチップの状態で搭載でき、小型化及び低コスト化に寄与することができる。しかも、高価な製造装置を用いることなく、比較的高速に成膜を行うことができる。
【００４２】
以上、この発明の実施の形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。上述した実施の形態では、圧電性基板の材料として、ＬｉＴａＯ３を用いる場合について述べたが、ＬｉＴａＯ３のほか、ＬｉＮｂＯ３や、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７、水晶等を用いても良い。また、第１ＳｉＯ２層３や、ＳｉＮ（窒化シリコン）層４、第２ＳｉＯ２層５の成膜は、スパッタ法のほか、ＣＶＤ法等を用いても良い。また、圧電性基板と電極との間に保護膜を形成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
電極の材料として、アルミニウムのほか、例えば、アルミニウムを含む合金や、銅（Ｃｕ）等を用いる場合に適用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１ 圧電性基板
２ 電極(電極層)
３ 第１ＳｉＯ２層（第１のＳｉＯ２層）
４ ＳｉＮ層
５ 第２ＳｉＯ２層（第２のＳｉＯ２層）
７ 積層体
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）等の弾性波を励振可能な弾性表面波素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、弾性表面波素子は、例えば、共振子や、帯域フィルタ等に用いられている。弾性表面波素子の温度特性を補償するために、ＬｉＴａＯ３等から成る圧電性基板上に、櫛形の電極を形成した後に、電極を覆うように、ＳｉＯ２（酸化シリコン）層を形成する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。ＳｉＯ２は、ＬｉＴａＯ３等と温度係数が逆である（ＬｉＴａＯ３が負の温度係数を持つのに対して、ＳｉＯ２は、正の温度係数を持つ。）ため、温度特性の補償効果が期待される。
【０００３】
しかしながら、ＳｉＯ２層を積層した後、樹脂封止して、基板から弾性表面波素子（ＳＡＷデバイス）を切り出し、ベアチップとして供給する場合に、この樹脂モールドの状態では、完全気密封止とはならず、水分がパッケージ内に入り込むことは避けられない。ＳｉＯ２は、吸湿性を示す材料であり、ＳｉＯ２層を含む弾性表面波素子は、高温高湿試験によって、特性が変動してしまうことが発明者らの試験によってわかった。
【０００４】
なお、耐候性を向上させるためにＳｉＮ膜を設ける技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）が、高価な製造装置の使用が前提である上に、成膜速度も遅いために実用的ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】再表２００５／０８３８８１号公報
【特許文献２】特許第３９２５３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術（特許文献１等）では、完全気密封止のハーメチック構造を持つパッケージとすることを前提としているため、吸湿による特性変動の問題は考慮されていない。一方、小型化等のために、弾性表面波素子をベアチップの状態で扱いたいという要請がある。
【０００７】
この発明は、前記の課題を解決し、例えば、樹脂モールドの状態で、温度特性の補償を行うとともに、吸湿による特性劣化を防止することができる弾性表面波素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の課題を解決するために、請求項１の発明は、圧電性基板上に電極層が形成された弾性表面波素子であって、前記電極層を覆うように前記圧電性基板上に形成され、前記弾性表面波素子の周波数温度特性を向上させるための第１のＳｉＯ２層と、前記第１のＳｉＯ２層上に形成され、前記第１のＳｉＯ２層における吸湿を抑制するためのＳｉＮ層と、前記ＳｉＮ層上に形成され、前記ＳｉＮ層を保護するための第２のＳｉＯ２層とから成る積層体を含むことを特徴としている。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の弾性表面波素子であって、前記ＳｉＮ層、及び前記第２のＳｉＯ２層は、それぞれ、吸湿を抑制する機能、及び前記ＳｉＮ層を保護する機能を果たすために適合した厚さに設定されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の弾性表面波素子であって、前記ＳｉＮ層、及び前記第２のＳｉＯ２層の厚さは、ともに、略１００ｎｍ以下に設定されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、周波数温度特性を向上させるための第１のＳｉＯ２層と、第１のＳｉＯ２層における吸湿を抑制するためのＳｉＮ層と、ＳｉＮ層を保護するための第２のＳｉＯ２層とを有しているので、例えば、樹脂モールドの状態で、温度特性の補償を行うとともに、吸湿による特性劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の一実施の形態による弾性表面波素子の主要部の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】同弾性表面波素子の製造方法を説明するための工程図である。
【図３】同弾性表面波素子を得るための測定に用いた試料の積層体の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】同試料を用いて高温高湿下で測定したフィルタ特性の時間変化を示す特性図である。
【図５】図４のＡ部を拡大して示す特性図である。
【図６】ＳｉＯ２層の膜厚を変えた同試料を用いて高温高湿下で測定したフィルタ特性の時間変化を示す特性図である。
【図７】図６のＢ部を拡大して示す特性図である。
【図８】ＳｉＯ２層の膜厚を変えた同試料を用いて高温高湿下で測定したフィルタ特性の時間変化を示す特性図である。
【図９】図８のＣ部を拡大して示す特性図である。
【図１０】同試料を用いて恒温槽内で測定したフィルタ特性の時間変化を示す特性図である。
【図１１】図１０のＤ部を拡大して示す特性図である。
【図１２】同弾性表面波素子を得るための別の試料を用いて高温高湿下で測定したフィルタ特性の時間変化を示す特性図である。
【図１３】図１２のＥ部を拡大して示す特性図である。
【図１４】ＳｉＯ２層及びＳｉＮ層の膜厚を変えた同別の試料を用いて高温高湿下で測定したフィルタ特性の時間変化を示す特性図である。
【図１５】図１４のＦ部を拡大して示す特性図である。
【図１６】同弾性表面波素子の積層体を含む試料を用いて高温高湿下で測定したフィルタ特性の時間変化を示す特性図である。
【図１７】図１６のＧ部を拡大して示す特性図である。
【図１８】ＳｉＯ２層及びＳｉＮ層の膜厚を変えた同別の試料を用いて測定したフィルタ温度特性を示す特性図である。
【図１９】同弾性表面波素子の積層体を含む試料を用いて測定したフィルタ温度特性を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、この発明の実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。
【００１４】
図１は、この発明の一実施の形態による弾性表面波素子の主要部の構成を模式的に示す断面図である。
【００１５】
図１に示すように、この実施の形態の弾性表面波素子は、圧電性基板１上に形成された電極２と、電極２を覆うように圧電性基板１上に形成された第１ＳｉＯ２（酸化シリコン）層３と、第１ＳｉＯ２層３上に形成されたＳｉＮ（窒化シリコン）層４と、ＳｉＮ層４上に形成された第２ＳｉＯ２層５とから成る積層体７を含んでいる。圧電性基板１の材料としては、例えば、ＬｉＴａＯ３が用いられる。電極２は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を用いた櫛形電極である。
【００１６】
第１ＳｉＯ２層３は、弾性表面波素子の温度特性（周波数温度特性）を補償するための温度補償層として用いられる。このために、ＬｉＴａＯ３とは逆の温度係数を持つＳｉＯ２が用いられる。また、ＳｉＮ層４は、防湿層として用いられる。また、第２ＳｉＯ２層５は、ＳｉＮ層４の防湿層としての機能劣化防止のために用いられる。
【００１７】
第１ＳｉＯ２層３の厚さは、特に限定されない（この実施の形態では、例えば、略１８００Å（略１８０ｎｍ）としている。）。また、ＳｉＮ層４、及び第２ＳｉＯ２層５の厚さは、ともに、略１０００Å（略１００ｎｍ）以下とするのが好ましい（この実施の形態では、ともに、例えば、略５００Å（略５０ｎｍ）としている。）。
【００１８】
なお、図１では、単一の弾性表面波素子の積層体７について示しているが、実際は、基板（ウェハ）上に複数の弾性表面波素子が形成されてから、ダイシングにより個片化される。
【００１９】
次に、この実施の形態の弾性表面波素子の製造方法について説明する。図２は、同弾性表面波素子の製造方法を説明するための工程図である。まず、図２（ａ）に示すように、圧電性基板１上に電極２を形成し、電極２を圧電性基板１上に覆うように第１ＳｉＯ２層３を積層する。
【００２０】
ここで、例えば、圧電性基板１上に、電極２を、マスク蒸着や、フォトリソグラフィ等によって形成した後、図２（ａ）に示すように、ＳｉＯ２から成る絶縁層を積層して第１ＳｉＯ２層３を形成する。
【００２１】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１ＳｉＯ２層３上に、例えば、スパッタ法により、ＳｉＮ層４を積層する。次に、図２（ｃ）に示すように、例えば、スパッタ法により、ＳｉＮ層４上に、第２ＳｉＯ２層５を積層して、積層体７を得る。
【００２２】
積層体７は、樹脂封止され、櫛形の電極から引き出された電極パッド上にバンプ下地金属及びバンプを形成し、この後に、基板から弾性表面波素子が切り出され、ベアチップとして供給される。なお、弾性表面波素子をＰＣ板に搭載してから樹脂を塗布して切り出しても良いし、他の電子部品とともにＰＣ板に搭載した後に樹脂により全体をモールドしても良い。
【００２３】
次に、図１に示す積層構造及び各層の最適な膜厚を得た根拠及びこれに至る経緯について説明する。図３は、同弾性表面波素子を得るための測定に用いた試料の積層体の構成を模式的に示す断面図、図４は、同試料を用いて高温高湿下で測定したフィルタ特性の時間変化を示す特性図、図５は、図４のＡ部を拡大して示す特性図、図６は、ＳｉＯ２層の膜厚を変えた同試料を用いて高温高湿下で測定したフィルタ特性の時間変化を示す特性図、図７は、図６のＢ部を拡大して示す特性図、図８は、ＳｉＯ２層の膜厚を変えた同試料を用いて高温高湿下で測定したフィルタ特性の時間変化を示す特性図、図９は、図８のＣ部を拡大して示す特性図、図１０は、同試料を用いて恒温槽内で測定したフィルタ特性の時間変化を示す特性図、図１１は、図１０のＤ部を拡大して示す特性図、図１２は、同弾性表面波素子を得るための別の試料を用いて高温高湿下で測定したフィルタ特性の時間変化を示す特性図、図１３は、図１２のＥ部を拡大して示す特性図、図１４は、ＳｉＯ２層及びＳｉＮ層の膜厚を変えた同別の試料を用いて高温高湿下で測定したフィルタ特性の時間変化を示す特性図、図１５は、図１４のＦ部を拡大して示す特性図、図１６は、同弾性表面波素子の積層体を含む試料を用いて高温高湿下で測定したフィルタ特性の時間変化を示す特性図、図１７は、図１６のＧ部を拡大して示す特性図、図１８は、ＳｉＯ２層及びＳｉＮ層の膜厚を変えた同別の試料を用いて測定したフィルタ温度特性を示す特性図、図１９は、同弾性表面波素子の積層体を含む試料を用いて測定したフィルタ温度特性を示す特性図である。
【００２４】
発明者らは、まず、図３に示すような積層体１３を含む試料（樹脂封止パッケージサンプル）を用いて、圧電性基板上に形成されたＳｉＯ２層の厚さと、フィルタの温度特性との関係について測定した。温度（−３０℃〜８０℃）と周波数シフトとの間の関係（周波数温度特性）を、ＳｉＯ２層の厚さを徐々に増加させて調べた。この結果、ＳｉＯ２層の厚さを増加させると、右下がりの特性直線の負の温度係数が減少し（平坦に近くなり）、２０％λ（λ：弾性表面波の波長）程度の厚さで、ほぼ平坦化され、温度補償がほぼ完全になされることがわかった。これより、増加させると、正の温度係数となった。
【００２５】
次に、発明者らは、いくつかの厚さを変えた試料（樹脂封止パッケージサンプル）を、８５℃９５％の高温高湿槽に入れて、フィルタ特性（周波数と挿入損失との間の関係）の時間変化を調べた。図４及び図５は、厚さ１３％λ、図６及び図７は、厚さ２０％λ、図８及び図９は、厚さ２５％λの場合の測定結果を示す。
【００２６】
図４及び図５において、曲線ａ１は、樹脂塗布後、曲線ａ２は、高温高湿槽内投入１００時間後、曲線ａ３は、高温高湿槽内投入５００時間後、曲線ａ４は、高温高湿槽内投入１０００時間後の測定結果を示す。
【００２７】
また、図６及び図７において、曲線ｂ１は、樹脂塗布後、曲線ｂ２は、高温高湿槽内投入１００時間後、曲線ｂ３は、高温高湿槽内投入５００時間後、曲線ｂ４は、高温高湿槽内投入１０００時間後の測定結果を示す。
【００２８】
また、図８及び図９において、曲線ｃ１は、樹脂塗布後、曲線ｃ２は、高温高湿槽内投入１００時間後、曲線ｃ３は、高温高湿槽内投入５００時間後、曲線ｃ４は、高温高湿槽内投入１０００時間後の測定結果を示す。
【００２９】
以上の測定結果より、ＳｉＯ２層での吸湿により特性が変動するとともに、ＳｉＯ２層の厚さが厚いほど、吸湿量が増加して挿入損失の劣化が大きくなることがわかる。
【００３０】
次に、発明者らは、吸湿後の試料を、１３０℃の恒温槽に２０時間入れて、フィルタ特性の変化について調べた。図１０及び図１１において、曲線ｄ１は、恒温槽内投入前、曲線ｄ２は、恒温槽内投入２０時間後の測定結果を示す。
【００３１】
この測定結果より、恒温槽投入前は、挿入損失が１１．５ｄＢであったのが、恒温槽投入後は７．４ｄＢまで回復しており、恒温槽に投入したことで、吸湿した水分が脱離して、略４ｄＢの伝搬損失が回復したと考えられる。
【００３２】
次に、発明者らは、圧電性基板上にＳｉＯ２層（３５００Å）と、ＳｉＮ層（１０００Å）とを積層した積層体を含む試料、圧電性基板上にＳｉＯ２層（１８００Å）と、ＳｉＮ層（５００Å）とを積層した積層体を含む試料、及び圧電性基板上に第１ＳｉＯ２層（１８００Å）と、ＳｉＮ層（５００Å）と、第２ＳｉＯ２層（５００Å）とを積層した積層体（この実施の形態の弾性表面波素子の積層体）を含む試料を、８５℃９５％の高温高湿槽に入れて、フィルタ特性（周波数と挿入損失との間の関係）の時間変化を調べた。図１２及び図１３は、ＳｉＯ２層（３５００Å）と、ＳｉＮ層（１０００Å）とを積層した積層体を含む試料、図１４及び図１５は、ＳｉＯ２層（１８００Å）と、ＳｉＮ層（５００Å）とを積層した積層体を含む試料、図１６及び図１７は、ＳｉＮ層（５００Å）と、第２ＳｉＯ２層（５００Å）とを積層した積層体を含む試料の測定結果を示す。
【００３３】
図１２及び図１３において、曲線ｅ１は、樹脂塗布後、曲線ｅ３は、高温高湿槽内投入５００時間後、曲線ｅ４は、高温高湿槽内投入１０００時間後の測定結果を示す。
【００３４】
図１４及び図１５において、曲線ｆ１は、樹脂塗布後、曲線ｆ２は、高温高湿槽内投入１００時間後、曲線ｆ３は、高温高湿槽内投入５００時間後、曲線ｆ４は、高温高湿槽内投入１０００時間後の測定結果を示す。
【００３５】
図１６及び図１７において、曲線ｇ１は、樹脂塗布後、曲線ｇ２は、高温高湿槽内投入１００時間後、曲線ｇ３は、高温高湿槽内投入５００時間後、曲線ｇ４は、高温高湿槽内投入１０００時間後の測定結果を示す。
【００３６】
以上の測定結果より、圧電性基板上に第１ＳｉＯ２層（１８００Å）と、ＳｉＮ層（５００Å）と、第２ＳｉＯ２層（５００Å）とを積層した積層体を含む試料の方が、圧電性基板上にＳｉＯ２層（３５００Å）と、ＳｉＮ層（１０００Å）とを積層した積層体を含む試料、圧電性基板上にＳｉＯ２層（１８００Å）と、ＳｉＮ層（５００Å）とを積層した積層体を含む試料よりも、高温高湿試験前の最小の挿入損失が小さいことがわかる。
【００３７】
一般に、ＳｉＮはＳｉＯ２よりも内部応力が大きい膜であるために、応力の大きいＳｉＮ膜を第１ＳｉＯ２層（１８００Å）と、第２ＳｉＯ２層（５００Å）とで挟み込むことで、積層膜全体の応力が緩和され、積層膜が一層のＳｉＯ２層であるかのような振る舞いを示し、伝搬損失が改善されたものと考えられる。
【００３８】
また、圧電性基板上に第１ＳｉＯ２層（１８００Å）と、ＳｉＮ層（５００Å）と、第２ＳｉＯ２層（５００Å）とを積層した積層体を含む試料の方が、圧電性基板上にＳｉＯ２層（３５００Å）と、ＳｉＮ層（１０００Å）とを積層した積層体を含む試料、圧電性基板上にＳｉＯ２層（１８００Å）と、ＳｉＮ層（５００Å）とを積層した積層体を含む試料よりも、高温高湿試験による劣化が減少したことがわかる。
【００３９】
ＳｉＮ層を薄くした場合に発生するＳｉＮ層中のピンホールが、第２ＳｉＯ２層（５００Å）により被覆されると、防湿膜としての機能が損なわれないことがわかった。これは、ＳｉＮ層中のピンホールが、第２ＳｉＯ２層によって埋められ、かつ、第２ＳｉＯ２層が、第１ＳｉＯ２層よりも先に吸湿し、さらに、防湿膜としてのＳｉＮ層が、直接高湿に晒されないことによって、ＳｉＮ層中にピンホールが存在しても、第１ＳｉＯ２層に透湿することが防がれていることによる。
【００４０】
次に、発明者らは、圧電性基板上にＳｉＯ２層（１８００Å）と、ＳｉＮ層（５００Å）とを積層した積層体を含む試料、及び圧電性基板上に第１ＳｉＯ２層（１８００Å）と、ＳｉＮ層（５００Å）と、第２ＳｉＯ２層（５００Å）とを積層した積層体（この実施の形態の弾性表面波素子の積層体）を含む試料について、フィルタの温度特性（温度（−３０℃〜８０℃）と周波数シフトとの間の関係）を調べた。図１８は、圧電性基板上にＳｉＯ２層（１８００Å）と、ＳｉＮ層（５００Å）とを積層した積層体を含む試料、図１９は、圧電性基板上に第１ＳｉＯ２層（１８００Å）と、ＳｉＮ層（５００Å）と、第２ＳｉＯ２層（５００Å）とを積層した積層体を含む試料を用いた場合を示す。それぞれ、直線ｈ１、ｈ２に示すように、略同一の温度特性を示していることがわかる。すなわち、第２ＳｉＯ２層（５００Å）は、温度特性の補償に影響していないことがわかる。
【００４１】
こうして、この実施の形態の構成によれば、第１ＳｉＯ２層３により、温度特性の補償を行うことができる。かつ、ＳｉＮ層４により吸湿による特性劣化を防止することができる。さらに、第２ＳｉＯ２層５により、ＳｉＮ層４を薄膜化することができるので、伝搬損失を改善することができる。したがって、樹脂封止によって、ベアチップの状態で搭載でき、小型化及び低コスト化に寄与することができる。しかも、高価な製造装置を用いることなく、比較的高速に成膜を行うことができる。
【００４２】
以上、この発明の実施の形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。上述した実施の形態では、圧電性基板の材料として、ＬｉＴａＯ３を用いる場合について述べたが、ＬｉＴａＯ３のほか、ＬｉＮｂＯ３や、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７、水晶等を用いても良い。また、第１ＳｉＯ２層３や、ＳｉＮ（窒化シリコン）層４、第２ＳｉＯ２層５の成膜は、スパッタ法のほか、ＣＶＤ法等を用いても良い。また、圧電性基板と電極との間に保護膜を形成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
電極の材料として、アルミニウムのほか、例えば、アルミニウムを含む合金や、銅（Ｃｕ）等を用いる場合に適用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１ 圧電性基板
２ 電極(電極層)
３ 第１ＳｉＯ２層（第１のＳｉＯ２層）
４ ＳｉＮ層
５ 第２ＳｉＯ２層（第２のＳｉＯ２層）
７ 積層体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電性基板上に電極層が形成された弾性表面波素子であって、
前記電極層を覆うように前記圧電性基板上に形成され、前記弾性表面波素子の周波数温度特性を向上させるための第１のＳｉＯ２層と、前記第１のＳｉＯ２層上に形成され、前記第１のＳｉＯ２層における吸湿を抑制するためのＳｉＮ層と、前記ＳｉＮ層上に形成され、前記ＳｉＮ層を保護するための第２のＳｉＯ２層とから成る積層体を含む
ことを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項２】
前記ＳｉＮ層、及び前記第２のＳｉＯ２層は、それぞれ、吸湿を抑制する機能、及び前記ＳｉＮ層を保護する機能を果たすために適合した厚さに設定されていることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波素子。
【請求項３】
前記ＳｉＮ層、及び前記第２のＳｉＯ２層の厚さは、ともに、略１００ｎｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の弾性表面波素子。
【請求項１】
圧電性基板上に電極層が形成された弾性表面波素子であって、
前記電極層を覆うように前記圧電性基板上に形成され、前記弾性表面波素子の周波数温度特性を向上させるための第１のＳｉＯ２層と、前記第１のＳｉＯ２層上に形成され、前記第１のＳｉＯ２層における吸湿を抑制するためのＳｉＮ層と、前記ＳｉＮ層上に形成され、前記ＳｉＮ層を保護するための第２のＳｉＯ２層とから成る積層体を含む
ことを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項２】
前記ＳｉＮ層、及び前記第２のＳｉＯ２層は、それぞれ、吸湿を抑制する機能、及び前記ＳｉＮ層を保護する機能を果たすために適合した厚さに設定されていることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波素子。
【請求項３】
前記ＳｉＮ層、及び前記第２のＳｉＯ２層の厚さは、ともに、略１００ｎｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１又は２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１９】
【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】
【公開番号】特開２０１１−６１７４３（Ｐ２０１１−６１７４３Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１２４６５（Ｐ２００９−２１２４６５）
【出願日】平成２１年９月１４日（２００９．９．１４）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１４日（２００９．９．１４）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
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