JP5521045B2 - 弾性波デバイス - Google Patents

Description

本発明は、弾性波デバイスに関する。

弾性波を利用した弾性波デバイスとして、圧電基板の表面に形成したＩＤＴ（Interdigital Transducer）からなる櫛型電極を備えた弾性表面波デバイスや、基板上に下部電極、圧電膜、上部電極が積層されたＦＢＡＲ（圧電薄膜共振子：Film Bulk Acoustic Resonator）デバイスや、下部電極、圧電膜、上部櫛型電極が積層されたラム（Lamb）波デバイスが知られている。これら弾性波デバイスは、小型軽量で高減衰量を得られることから、例えば携帯電話端末などの無線機器のフィルタとして用いられている。

最近の携帯電話端末などの高性能化に伴い、弾性波デバイスにおいて温度特性の向上が求められ、フィルタの通過帯域や共振器の共振周波数などの周波数の温度係数（ＴＣＦ）の絶対値を小さくすることが求められている。例えば、弾性表面波デバイスにおいて、ＬｉＴａＯ_３（ＬＴ）またはＬｉＮｂＯ_３（ＬＮ）などの圧電基板の温度係数と逆の温度係数を有するシリコン酸化膜を圧電基板上に形成することで、ＴＣＦの絶対値を小さくできることが知られている。また、ＦＢＡＲデバイスにおいても、下部電極と上部電極が対向する領域にシリコン酸化膜を設けることで、ＴＣＦを小さくできることが知られている（例えば、非特許文献１）。また、ラム波デバイスにおいても、下部電極の下にシリコン酸化膜を設けることで、ＴＣＦを小さくできることが知られている（例えば、非特許文献２）。

また、ＦＢＡＲデバイスにおいて、Ｂ（ホウ素）をドープしたシリコン酸化膜を温度補償層として用いることが知られている（例えば、特許文献１）。

Ｋ．Ｍ Ｌａｋｉｎ、外３名、「Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ Ａｇｅｉｎｇ ｏｆ ＢＡＷ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」、ＴＦＲ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ, Ｉｎｃ. Ｃｈｉｎ−Ｍｉｎｇ Ｌｉｎ、外５名、「Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ Ｌａｍｂ ｗａｖｅ ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ ９７, ０８３５０１ （２０１０）

特開２００７−１５９１２３号公報

特許文献１では、Ｂをドープしたシリコン酸化膜を温度補償層として用いているが、Ｂをドープしたシリコン酸化膜を用いても、周波数の温度依存性の改善が十分ではないとの課題がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、周波数の温度依存性を改善することが可能な弾性波デバイスを提供することを目的とする。

本発明は、圧電体と、前記圧電体上または前記圧電体を挟んで設けられた、弾性波を励振する電極と、前記圧電体上に設けられた前記電極を覆ってまたは前記圧電体を挟む前記電極が対向する領域に設けられた、Ｓｉ−Ｏ結合におけるＯと置換する元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜と、を備え、前記元素又は分子は、Ｆ、Ｈ、ＣＨ _３ 、ＣＨ _２ 、Ｃｌ、Ｃ、Ｎ、Ｐ、又はＳであり、前記元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜は、Ｓｉ−Ｏ結合の伸縮振動のピーク波数が、アンドープのシリコン酸化膜に比べて大きいことを特徴とする弾性波デバイスである。本発明によれば、周波数の温度依存性を改善することができる。

上記構成において、前記元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜は、Ｓｉ−Ｏ結合の伸縮振動の横波光学モードの半値幅が、アンドープのシリコン酸化膜に比べて小さい構成とすることができる。

上記構成において、前記元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜は、アンドープのシリコン酸化膜よりも小さいヤング率を有する構成とすることができる。

上記構成において、前記元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜は、アンドープのシリコン酸化膜よりも音速が遅い構成とすることができる。

上記構成において、前記元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜には、２種類以上の元素又は分子がドープされている構成とすることができる。

上記構成において、前記元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜には、Ｆがドープされている構成とすることができる。また、上記構成において、前記元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜のＦの含有量は、２．１アトミック％以上且つ８．８アトミック％以下である構成とすることができる。

上記構成において、前記電極は、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｒのいずれかによって構成されている構成とすることができる。

上記構成において、前記元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜は、ＣＶＤ法により形成される構成とすることができる。

上記構成において、前記電極は、前記圧電体上に設けられた櫛型電極であり、前記元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜は、前記圧電体上に設けられた前記櫛型電極を覆って設けられている構成とすることができる。

本発明によれば、周波数の温度依存性を改善することができる。

図１は、共振器の断面図の例である。 図２は、Ｓｉ−Ｏ結合の伸縮振動のＦＴＩＲ測定結果の例を示す図である。 図３は、ピーク波数（吸収量最大波数）に対する共振器の反共振周波数のＴＣＦを示す図である。 図４は、横波光学（ＴＯ）モードの半値幅に対する共振器の反共振周波数のＴＣＦを示す図である。 図５（ａ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの上面図の例であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ断面図の例である。 図６は、ＸＰＳ測定結果を示す図である。 図７は、Ｆ含有量に対しピーク波数（吸収量最大波数）の増加量およびアンドープのシリコン酸化膜で規格化した横波光学（ＴＯ）モードの半値幅を示す図である。 図８は、実施例１に係る共振器および比較例に係る共振器の周波数特性の測定結果を示す図である。 図９は、Ｆがドープされたシリコン酸化膜の膜厚毎におけるＫ^２の測定結果を示す図である。 図１０は、Ｆがドープされたシリコン酸化膜のＦ含有量に対しＴＣＦの増加量を示す図である。 図１１は、実施例２に係る弾性波デバイスの断面図の例である。 図１２（ａ）から図１２（ｃ）は、実施例２の変形例１から実施例２の変形例３に係る弾性波デバイスの断面図の例である。

まず初めに、発明者が行った実験について説明する。図１は、ＴＣＦを測定するために作製した共振器の断面図の例である。図１を参照して、ＬＮ基板からなる圧電基板１０上に櫛型電極１２および反射器１４が形成されている。反射器１４は櫛型電極１２の両側に設けられている。櫛型電極１２および反射器１４は、Ｃｕを主成分とする。櫛型電極１２および反射器１４を覆うように、圧電基板１０上にアンドープのシリコン酸化膜１６が設けられている。アンドープのシリコン酸化膜１６はＣＶＤ（化学気相成長）法を用いて成膜し、膜厚は０．３λとする。なお、λは弾性波の波長であり、櫛型電極１２の電極指の周期に相当する。

アンドープのシリコン酸化膜１６を、ＣＶＤ法を用い様々な成膜条件で成膜した。成膜条件として、温度、圧力、原料ガス、原料ガスの流量、および高周波出力（プラズマを生成するための高周波電力）を変化させた。様々な成膜条件を用い成膜した共振器について、反共振周波数のＴＣＦを測定した。また、アンドープのシリコン酸化膜１６の成膜条件と同じ成膜条件で成膜したシリコン酸化膜をＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光）法を用い測定した。ＦＴＩＲ法は、物質に赤外光を照射し、分子の振動エネルギーに対応したエネルギーを有する赤外光の吸収量から物質の組成などを調べる測定方法である。ここで、ＳｉＯ_２内のＳｉ−Ｏ結合の伸縮振動の吸収波形に注目した。

図２は、Ｓｉ−Ｏ結合の伸縮振動のＦＴＩＲ測定結果の例を示す図であり、波数に対し任意座標の吸収量を示している。吸収量が最大になるピーク波数を測定し、吸収量が最大になるピーク波数をピーク波数（吸収量最大波数）で表している。また、伸縮振動の吸収には横波光学（ＴＯ）モードと縦波光学（ＬＯ）モードとがある。そこで、図２のように、伸縮振動の吸収をＴＯモードとＬＯモードとに分離し、ＴＯモードの半値幅を測定した。また、ＴＯモードのピーク波数をピーク波数（ＴＯモードピーク）で表している。

図３は、ＦＴＩＲ法により測定したピーク波数（吸収量最大波数）に対する共振器の反共振周波数のＴＣＦを示す図である。図３中の黒三角で、各成膜条件における測定結果を示す。図３のように、ピーク波数が大きくなると反共振周波数のＴＣＦは増加し、０に近づいて、ＴＣＦが改善されることが分かる。

図４は、ＦＴＩＲ法により測定した横波光学（ＴＯ）モードの半値幅に対する共振器の反共振周波数のＴＣＦを示す図である。図４中の黒三角で、各成膜条件における測定結果を示す。図４のように、半値幅が小さくなると反共振周波数のＴＣＦは増加し、０に近づいて、ＴＣＦが改善されることが分かる。

ここで、ピーク波数がＴＣＦに関係していることについて考えられる理由を説明する。Central-force networkモデル（J. Vac. Sci. Technol. Vol. B5, pp530-537 (1987) ）によれば、Ｓｉ−Ｏ結合の伸縮振動のピーク波数は、Ｓｉ−Ｏ結合角度に次式のように依存していることが知られている。
ｋ^２＝（ｆ／ｍｏ）・［ｓｉｎ^２（θ／２）］ （数式１）
ここで、ｋはピーク波数、ｆはＳｉとＯとの間の原子間力、ｍｏは酸素の原子量、θはＳｉ−Ｏ−Ｓｉの結合角度である。
また、Lorentz-Lorenz関係から、誘電率と密度と分子分極率との関係は次式で表される。
（ｅ−１）／（ｅ＋２）＝４π・ρ・Ｃ （数式２）
ここで、ｅはシリコン酸化膜の誘電率、ρはシリコン酸化膜の密度、Ｃは分子分極率である。
シリコン酸化膜の誘電率、密度および分子分極率はＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合角度θと相関性がある。このため、数式１と数式２とから、ピーク波数と誘電率、密度および分子分極とが関係付けられる。

ＴＣＦは、室温（２５℃）における弾性波の速度を用い以下のように表される。
ＴＣＦ＝１／ｖ・（δｖ／δＴ）−α （数式３）
ここで、ｖは弾性波の伝搬速度、（δｖ／δＴ）は伝搬速度ｖの温度Ｔに対する変化率、αは線熱膨張係数である。
文献”Temperature-compensated surface-acoustic-wave devices with SiO2 film overlays” J. Appl. Phys. Vol. 50, No. 3, pp1360-1369 (1979) によれば、（δｖ／δＴ）は、基板（またはシリコン酸化膜）の物質定数（つまり、誘電率、密度およびヤング率等）の温度係数から求められる。このように、数式３からシリコン酸化膜の誘電率、密度およびヤング率等の物質定数とＴＣＦが関係付けられる。

以上のように、数式１から数式３により、Ｓｉ−Ｏ結合の伸縮振動のピーク波数はＴＣＦに関係しているものと考えられる。

なお、図３および図４では、共振器の反共振周波数のＴＣＦについて記載したが、共振器の共振周波数のＴＣＦまたは共振器を用いたフィルタの周波数特性のＴＣＦについても、図３および図４と同様の結果を得ることができる。また、圧電基板上に櫛型電極が設けられた弾性表面波デバイスのみならずＦＢＡＲデバイス、ラム波デバイスの共振器やその共振器を用いた弾性波フィルタの場合でも、図３および図４と同様の結果を得ることができる。

図３および図４のように、温度補償層としてシリコン酸化膜を用いた弾性波デバイスでは、ピーク波数が大きくなると反共振周波数のＴＣＦが増加し、半値幅が小さくなると反共振周波数のＴＣＦが増加する。例えば、特許文献１に開示されているようなＢをドープしたシリコン酸化膜は、文献”Refractive index behavior of boron-doped silica films by plasma-enhanced chemical vapor deposition” Applied Surface Science 92 pp387-390 (1996) によれば、アンドープのシリコン酸化膜に比べてピーク波数が小さくなる傾向がある。このため、温度補償層としてアンドープのシリコン酸化膜の代わりにＢをドープしたシリコン酸化膜を用いたとしても、図３に示す結果から、反共振周波数のＴＣＦが十分に改善されないことが分かる。

また、Ｂをドープしたシリコン酸化膜では、ＢはＳｉＯ_２の結合には入らずに、Ｂ_２Ｏ_３としてＳｉＯ_２内に不純物として存在する。つまり、Ｓｉ−Ｏ結合におけるＯとは置換されずにＳｉと置き換わることになる。文献「石英系ガラスの超音波キャラクタリゼーション」 信学技報ＵＳ９８−５０によれば、Ｂ_２Ｏ_３が添加されたガラスでは、減衰係数が大きくなることが記載されている。このように、Ｂをドープしたシリコン酸化膜は、弾性波の減衰が大きくなる影響を及ぼす。例えば、特許文献１に開示されたＦＢＡＲデバイスでは、弾性波は、Ｂをドープしたシリコン酸化膜の膜厚方向に伝搬する。Ｂをドープしたシリコン酸化膜の膜厚は薄いことから、弾性波がＢをドープしたシリコン酸化膜を伝搬する距離が短くて済み、弾性波の減衰は小さくて済む。一方、図１のような、櫛型電極を覆うようにシリコン酸化膜が設けられた弾性波デバイスでは、弾性波は、Ｂをドープしたシリコン酸化膜の膜厚方向に垂直な方向に伝搬する。このため、弾性波がＢをドープしたシリコン酸化膜を伝搬する距離が長くなり、弾性波の減衰が大きくなることが生じてしまう。

そこで、以下に、周波数の温度依存性を改善することが可能な弾性波デバイスの実施例について説明する。

実施例１に係る弾性波デバイスは、圧電基板上に櫛型電極が設けられた弾性波デバイスの共振器の場合の例であり、例えば弾性表面波デバイス、ラブ波デバイス、弾性境界波デバイスに用いることができる。図５（ａ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの上面図の例であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ断面図の例である。図５（ａ）を参照して、櫛型電極２２の両側に反射器２４が設けられている。櫛型電極２２は、弾性波を励振する電極であり、入力用および出力用の２つの電極が向き合って、それぞれの電極指が互い違いに並ぶように配置されている。櫛型電極２２および反射器２４は、Ｃｕを主成分とする。図５（ｂ）を参照して、０回転ＹカットＬＮ基板からなる圧電基板２０上に櫛型電極２２および反射器２４が形成されている。櫛型電極２２および反射器２４を覆うように、圧電基板２０上にＦ（フッ素）がドープされたシリコン酸化膜（例えばＳｉＯＦ膜）２６が設けられている。Ｆがドープされたシリコン酸化膜２６は、例えば原料ガスにＳｉＨ_４、Ｎ_２Ｏ、Ｃ_２Ｆ_６を用いたＣＶＤ法により成膜することができ、各原料ガスの流量比に応じてＦの含有量を調整することができる。Ｆがドープされたシリコン酸化膜２６の膜厚は、反共振周波数等のＴＣＦを改善するために、櫛型電極２２の膜厚より厚いことが好ましい。例えば、電極指間のＦがドープされたシリコン酸化膜２６の膜厚は、櫛型電極２２の膜厚より厚いことが好ましい。実施例１では、Ｆがドープされたシリコン酸化膜２６の膜厚を、０．３λとする。なお、λは弾性波の波長であり、櫛型電極２２の電極指の周期に相当する。

ここで、シリコン酸化膜にＦをドープすると、Ｆはシリコン酸化膜にどのように取り込まれるのかを確認するため、Ｆがドープされたシリコン酸化膜についてＸＰＳ測定（Ｘ線光電子分光測定）を行った。ＸＰＳ測定は、Ｆ含有量が３．８％、８．８％、１３．５％の３種類のシリコン酸化膜について行った。図６は、ＸＰＳ測定結果を示す図であり、結合エネルギーに対し任意座標の強度を示している。図６のＸＰＳ測定結果から、シリコン酸化膜にＦをドープすると、ＦはＳｉ−Ｏ結合のＯと置換されて、Ｓｉ−Ｆ結合となることが確認でき、Ｆの含有量が増えるほどＳｉ−Ｆ結合が増加することが確認できる。

次に、実施例１に係る共振器において、Ｆがドープされたシリコン酸化膜２６のＦ含有量を２．１％、３．８％、８．８％とした３種類の共振器を作製した。例えば、Ｆ含有量が８．８％であるＦがドープされたシリコン酸化膜２６は、ＳｉＨ_４、Ｎ_２Ｏ、Ｃ_２Ｆ_６の流量比をＳｉＨ_４：Ｎ_２Ｏ：Ｃ_２Ｆ_６＝１：５０：３とし、成膜温度を２７０℃で形成した。また、比較例として、ＦソースであるＣ_２Ｆ_６ガスを用いない点を除き、その他の製造条件を、実施例１に係る共振器と同じにして共振器を作製した。即ち、比較例に係る共振器では、櫛型電極を覆うシリコン酸化膜を、ＣＶＤ法で、原料ガスにＳｉＨ_４とＮ_２Ｏを用い、流量比をＳｉＨ_４：Ｎ_２Ｏ＝１：５０、成膜温度を２７０℃として成膜を行い、膜厚０．３λのアンドープのシリコン酸化膜とした。

まず、Ｆ含有量が２．１％、３．８％、８．８％である３種類のＦがドープされたシリコン酸化膜２６の成膜条件と同じ成膜条件で成膜したシリコン酸化膜とアンドープ（Ｆ含有量が０％）のシリコン酸化膜とを、ＦＴＩＲ法を用いて、Ｓｉ−Ｏ結合の伸縮振動のピーク波数（吸収量最大波数）と横波光学（ＴＯ）モードの半値幅を測定した。図７は、Ｆ含有量に対しピーク波数（吸収量最大波数）の増加量およびアンドープのシリコン酸化膜の横波光学（ＴＯ）モードの半値幅で規格化した横波光学（ＴＯ）モードの半値幅を示す図である。図７中において、ピーク波数の測定結果を黒四角で、半値幅の測定結果を黒三角で示し、また、それぞれについての近似直線を示している。図７のように、Ｆ含有量が多くなるに連れて、ピーク波数は増加し、半値幅は低下することが確認できる。

次に、Ｆ含有量を異にした上記３種類の実施例１に係る共振器のうち、Ｆ含有量８．８％のＦがドープされたシリコン酸化膜２６を用いた共振器と、アンドープのシリコン酸化膜を用いた比較例に係る共振器について周波数特性を測定した。図８は、実施例１に係る共振器および比較例に係る共振器の周波数特性の測定結果を示す図であり、比較例に係る共振器の反共振周波数で規格化した周波数に対しアドミタンスを示している。図８のように、比較例に係る共振器に対して、Ｆ含有量８．８％のＦがドープされたシリコン酸化膜２６を用いた実施例１に係る共振器は、反共振周波数が０．９２倍に、電気機械結合係数Ｋ^２が０．７６倍になる結果となった。この結果は、Ｆがドープされたシリコン酸化膜２６は、アンドープのシリコン酸化膜に比べて、ヤング率が小さく、音速が遅いことを示している。即ち、Ｆがドープされたシリコン酸化膜２６は、音速が遅くなったために、弾性波分布がアンドープのシリコン酸化膜とは大きく異なり、同一の膜厚ではＫ^２が大きく変動したものと考えられる。

そこで、Ｆ含有量８．８％のＦがドープされたシリコン酸化膜２６を用いた実施例１に係る共振器のＫ^２が、比較例に係る共振器のＫ^２と同等の大きさとなるようにすべく、Ｆがドープされたシリコン酸化膜２６の膜厚を変化させることで、Ｋ^２がどのように変化するかを検討した。図９は、Ｆがドープされたシリコン酸化膜２６の膜厚毎におけるＫ^２の測定結果を示す図であり、シリコン酸化膜の膜厚に対し比較例に係る共振器のＫ^２で規格化したＫ^２を示している。図９中において、比較例に係る共振器のＫ^２を黒丸で、Ｆがドープされたシリコン酸化膜２６の膜厚毎のＫ^２を白四角で示している。図９のように、Ｆがドープされたシリコン酸化膜２６の膜厚が薄くなるに連れて、Ｋ^２は増加することが確認できる。このことから、実施例１に係る共振器において、Ｆがドープされたシリコン酸化膜２６の膜厚を薄くすることで、膜厚を薄くする前の厚さの膜厚を有するアンドープのシリコン酸化膜を用いた比較例に係る共振器のＫ^２と同等の大きさのＫ^２を得ることが可能となる。

そこで、Ｆ含有量を２．１％、３．８％、８．８％とした上述の３種類の共振器それぞれに対し、比較例に係る共振器のＫ^２と同等の大きさのＫ^２が得られるように、Ｆがドープされたシリコン酸化膜２６の膜厚調整を行った後に、それぞれの共振器の反共振周波数のＴＣＦを測定した。図１０は、Ｆがドープされたシリコン酸化膜２６のＦ含有量に対しＴＣＦの増加量を示す図である。図１０のように、Ｆの含有量が多くなるほど、ＴＣＦは増加し、Ｆ含有量が２．１％である場合はＴＣＦが１ｐｐｍ／℃増加し、Ｆ含有量が３．８％である場合はＴＣＦが２．９ｐｐｍ／℃増加し、Ｆ含有量が８．８％である場合はＴＣＦが６．５ｐｐｍ／℃増加する結果となった。これは、図７のように、Ｆがドープされ、Ｆ含有量が多くなるほど、ピーク波数が増加し、半値幅が小さくなることが影響しているものと考えられる。

以上説明してきたように、実施例１によれば、圧電基板２０（圧電体）上に弾性波を励振する櫛型電極２２および反射器２４が設けられ、櫛形電極２２および反射器２４を覆うように、圧電基板２０上に、Ｆがドープされたシリコン酸化膜２６が設けられている。シリコン酸化膜にＦをドープすると、図６で説明したように、ＦはＳｉ−Ｏ結合のＯと置換され、Ｓｉ−Ｆ結合となる。つまり、Ｆはシロキサン（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）ネットワークまたはＳｉ−Ｏの共有結合におけるＯと置換され、終端基Ｓｉ−ＦとしてＳｉＯ_２の結合中に取り込まれる。このような、Ｓｉ−Ｏ結合のＯと置換するＦがドープされたシリコン酸化膜２６を、櫛型電極２２を覆うように設けることで、図７で説明したように、Ｓｉ−Ｏ結合の伸縮振動のピーク波数（吸収量最大波数）を、アンドープのシリコン酸化膜を用いる場合に比べて大きくでき、また、Ｓｉ−Ｏ結合の伸縮振動の横波光学（ＴＯ）モードの半値幅を、アンドープのシリコン酸化膜を用いる場合に比べて小さくできる。図３および図４で説明したように、ピーク波数（吸収量最大波数）が大きく、横波光学（ＴＯ）モードの半値幅が小さくなると、ＴＣＦが増加する。したがって、実施例１によれば、図１０で説明したように、Ｆがドープされたシリコン酸化膜２６を用いることで、ＴＣＦを増加させることができ、その結果、ＴＣＦを改善することができる。

シリコン酸化膜にドープされたＦは、上述のように、終端基Ｓｉ−ＦとしてＳｉＯ_２の結合中に取り込まれるため、ＳｉＯ_２中に不純物として存在しない。このため、Ｆがドープされたシリコン酸化膜２６は、弾性波を減衰させる影響は小さく、櫛型電極２２を覆うようにＦがドープされたシリコン酸化膜２６を設けたとしても、弾性波はあまり減衰されずに済む。したがって、実施例１によれば、弾性波の減衰も抑制される。

実施例１では、櫛型電極２２を覆うように設けられたシリコン酸化膜が、Ｆがドープされたシリコン酸化膜２６である場合を例に示したが、これに限られる訳ではない。Ｓｉ−Ｏ結合のＯと置換する元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜であればよい。また、シリコン酸化膜にドープされる元素又は分子は、１種類の場合に限られず、２種類以上の元素又は分子がドープされている場合でもよい。

図３で説明したように、Ｓｉ−Ｏ結合の伸縮振動のピーク波数（吸収量最大波数）が大きいほどＴＣＦが増加することから、元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜は、Ｓｉ−Ｏ結合の伸縮振動のピーク波数（吸収量最大波数）が、元素又は分子をドープしない場合に比べて大きくなるような元素又は分子がドープされている場合が好ましい。また、図４で説明したように、Ｓｉ−Ｏ結合の伸縮振動の横波光学（ＴＯ）モードの半値幅が小さいほどＴＣＦが増加することから、元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜は、Ｓｉ−Ｏ結合の伸縮振動の横波光学（ＴＯ）モードの半値幅が、元素又は分子をドープしない場合に比べて小さくなるような元素又は分子がドープされている場合が好ましい。

上述のようなＳｉ−Ｏ結合の伸縮振動のピーク波数が大きく、ＴＯモードの半値幅が小さくなる条件を満たす元素又は分子として、例えばＨ、ＣＨ_３、ＣＨ_２、Ｆ、Ｃｌ、Ｃ、Ｎ、Ｐ、Ｓが挙げられる。したがって、元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜は、Ｈ、ＣＨ_３、ＣＨ_２、Ｆ、Ｃｌ、Ｃ、Ｎ、Ｐ、Ｓ（これらをＲと総称する）のいずれかがドープされＯと置換されてＳｉ−Ｒの共有結合を有するシリコン酸化膜である場合が好ましい。また、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−ＣＨ_３、Ｓｉ−Ｆ、Ｓｉ−Ｃｌ、Ｓｉ−Ｃ、Ｓｉ−Ｎ、Ｓｉ−Ｐ、Ｓｉ−Ｓのいずれかの終端基を有する場合が好ましい。例えば、Ｓｉ−Ｈ系材料はＨＳＱ（Hydrogen Silsesquioxane）と呼ばれ、Ｓｉ−ＣＨ_３系材料はＳｉＯＣ、ＳｉＯＣＨまたはＯＳＧ（Organo Silica Glass）と呼ばれ、Ｓｉ−Ｆ系材料はＳｉＯＦまたはＦＳＧ（Fluorinated Silica Glass）と呼ばれ、Ｓｉ−Ｃｌ系材料はChlorinated Silicaと呼ばれている。

元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜では、ＴＣＦが増加し、Ｋ^２が小さくなることから、シリコン酸化膜における弾性波のエネルギー閉じ込め量が増加したことがわかる。これは、元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜の音速が遅いことに起因しているためである。よって、元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜は、ＴＣＦを増加させるために、音速が遅い場合が好ましく、例えばアンドープのシリコン酸化膜よりも音速が遅い場合が好ましい。また、上述した数式３において、伝搬速度ｖは、ｖ＝（Ｅ／ρ）^１／２と表すことができる。ここで、Ｅはヤング率であり、ρは密度である。これより、ヤング率Ｅが小さいほどＴＣＦは大きくなることが分かる。よって、元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜は、ヤング率Ｅが小さい方が好ましいことが分かり、例えばアンドープのシリコン酸化膜よりも小さいヤング率Ｅを有する場合が好ましい。

図８で説明したように、同じ膜厚（膜厚０．３λ）のＦがドープされたシリコン酸化膜２６とアンドープのシリコン酸化膜とを用いた共振器のＫ^２を比べると、Ｆがドープされたシリコン酸化膜２６を用いた共振器は、Ｋ^２が小さくなってしまう。Ｋ^２が異なると仕様を満たさないことが懸念されるため、Ｆがドープされたシリコン酸化膜２６を用いた共振器でも、アンドープのシリコン酸化膜を用いた共振器のＫ^２と同等の大きさのＫ^２であることが望ましい。図９で説明したように、Ｆがドープされたシリコン酸化膜２６の膜厚を薄くするほど、Ｋ^２は大きくなる。このことから、Ｆがドープされたシリコン酸化膜２６は、小さくなるＫ^２を回復させるべく、膜厚０．３λのアンドープのシリコン酸化膜よりも膜厚を薄くする場合が好ましい。即ち、元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜は、所定膜厚のアンドープのシリコン酸化膜に元素又は分子をドープさせることで、所定膜厚のアンドープのシリコン酸化膜よりも小さくなるＫ^２を回復させるように、所定膜厚のアンドープのシリコン酸化膜よりも膜厚を薄くする場合が好ましい。

実施例１において、Ｆがドープされたシリコン酸化膜２６を成膜する際の原料ガスとして、ＳｉＨ_４、Ｎ_２Ｏ、Ｃ_２Ｆ_６を用いる場合を例に示したが、これに限られない。例えば、ＳｉソースとしてＳｉＨ_４以外にtetraethoxysilane（ＴＥＯＳ）、ＳｉＦ_４を用いることができ、ＦソースとしてＣ_２Ｆ_６以外にＣＦ_４、ＮＦ_３、Ｆ_２、ＨＦ、ＳＦ_６、ＣｌＦ_３、ＢＦ_３、ＢｒＦ_３、ＳＦ_４、ＳｉＦ_４、ＮＦ_２Ｃｌ、ＦＳｉＨ_２、Ｆ_３ＳｉＨを用いることができる。

また、圧電基板２０は、ＬＮの他にＬＴ、ＺｎＯ、ＫＮｂＯ_３、およびＬＢＯなどを用いることができる。また、櫛型電極２２および反射器２４は、Ｃｕの他に、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉを主成分とする金属材料を用いることができる。特に、Ｆがドープされたシリコン酸化膜２６を用いた場合は、Ｆが水分と反応してＨＦを発生させることが考えられるため、電極としてはＨＦと反応しない金属材料からなる場合が好ましく、例えばＣｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｒからなる場合が好ましい。また、元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜にアニールなどの熱処理を加えるとフィルタ特性が改善するのでより好ましい。

実施例１において、Ｓｉ−Ｏ結合の伸縮振動のピーク波数およびＳｉ−Ｏ結合の伸縮振動の横波光学（ＴＯ）モードの半値幅は、ＦＴＩＲ法により測定される場合を例に示したが、ＦＴＩＲ以外にも例えばラマン分光法等を用いることもできる。

実施例２に係る弾性波デバイスは、ＦＢＡＲデバイスの共振器の場合の例である。図１１は、実施例２に係る弾性波デバイスの断面図の例である。図１１を参照して、例えばＳｉ（シリコン）からなる基板３０上に、例えばＣｕからなる下部電極３２が設けられている。下部電極３２上には、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）からなる圧電膜３４が設けられている。圧電膜３４を挟み下部電極３２と対向する部分（共振部）を有するように、圧電膜３４上に、例えばＣｕからなる上部電極３６が設けられている。圧電膜３４と上部電極３６との間であって、下部電極３２と上部電極３６とが対向する領域には、Ｆがドープされたシリコン酸化膜３８が設けられている。下部電極３２と上部電極３６とが対向する領域の基板３０には空隙４０が設けられている。

実施例１の図３および図４で説明したように、ＦＢＡＲデバイスの場合でも、ピーク波数が大きくなるほどＴＣＦは増加し、半値幅が小さくなるほどＴＣＦは増加する。図１１のように、圧電膜３４（圧電体）を挟んで設けられた、弾性波を励振する下部電極３２および上部電極３６が対向する領域に、Ｆがドープされたシリコン酸化膜３８を設けることで、実施例１の図７で説明した場合と同様に、ピーク波数は増加し、半値幅は低下する。したがって、実施例２によれば、ＴＣＦを増加させることができ、その結果、ＴＣＦを改善することができる。

図１２（ａ）から図１２（ｃ）は、実施例２の変形例１から実施例２の変形例３に係る弾性波デバイスの断面図の例である。図１２（ａ）を参照して、実施例２の変形例１に係る弾性波デバイスは、Ｆがドープされたシリコン酸化膜３８が、基板３０と下部電極３２との間および圧電膜３４と上部電極３６との間であって、下部電極３２と上部電極３６とが対向する領域に設けられている。図１２（ｂ）のように、実施例２の変形例２に係る弾性波デバイスは、Ｆがドープされたシリコン酸化膜３８が、基板３０と下部電極３２との間および上部電極３６上であって、下部電極３２と上部電極３６とが対向する領域に設けられている。図１２（ｃ）のように、実施例２の変形例３に係る弾性波デバイスは、Ｆがドープされたシリコン酸化膜３８が、圧電膜３４に挟まれて、下部電極３２と上部電極３６とが対向する領域に設けられている。

実施例２の変形例１から実施例２の変形例３に係る弾性波デバイスであっても、Ｆがドープされたシリコン酸化膜３８が、下部電極３２と上部電極３６とが対向する領域に設けられているため、ＴＣＦを増加させることができ、その結果、ＴＣＦを改善することができる。

実施例２においても、Ｆがドープされたシリコン酸化膜３８以外にも、Ｓｉ−Ｏ結合におけるＯと置換する元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜を用いることができる。また、実施例２において、圧電膜３４は、ＡｌＮの他にＺｎＯ、ＰＺＴ、ＰｂＴｉＯ２などを用いることができる。基板３０は、Ｓｉの他にガラス、ＧａＡｓなどを用いることができる。下部電極３２および上部電極３６は、Ｃｕの他にＡｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉなどの金属材料を用いることができる。特に、実施例１と同様に、Ｆがドープされたシリコン酸化膜３８を用いる場合は、下部電極３２および上部電極３６は、ＨＦと反応しない金属材料からなる場合が好ましく、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｒからなる場合が好ましい。

実施例２では、下部電極３２と上部電極３６とが対向する領域の基板３０が除去されて空隙４０が設けられている場合を例に示したが、これに限られる訳ではない。例えば、基板３０に凹部が設けられることで空隙４０が設けられている場合や、基板３０上であって下部電極３２との間に空隙４０が設けられている場合でもよい。また、空隙４０に代えて、音響インピーダンスの高い膜と低い膜をλ／４の膜厚で交互に積層させた音響積層膜としてもよい。

また、実施例２では、ＦＢＡＲデバイスの場合を例に示したが、下部電極、圧電膜、上部櫛型電極が積層されたラム波デバイスの場合でもよい。ラム波デバイスの場合でも、Ｓｉ−Ｏ結合におけるＯと置換する元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜を、下部電極と上部櫛型電極とが対向する領域に設けることで、ＴＣＦを増加させることができ、その結果、ＴＣＦを改善することができる。

実施例１および実施例２では、共振器の場合を例に説明してきたが、これら共振器を用いたラダー型フィルタまたは多重モード型フィルタとすることもできる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

２０ 圧電基板
２２ 櫛型電極
２４ 反射器
２６ Ｆがドープされたシリコン酸化膜
３０ 基板
３２ 下部電極
３４ 圧電膜
３６ 上部電極
３８ Ｆがドープされたシリコン酸化膜
４０ 空隙

Claims (10)

1. 圧電体と、
   前記圧電体上または前記圧電体を挟んで設けられた、弾性波を励振する電極と、
   前記圧電体上に設けられた前記電極を覆ってまたは前記圧電体を挟む前記電極が対向する領域に設けられた、Ｓｉ−Ｏ結合におけるＯと置換する元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜と、を備え、
   前記元素又は分子は、Ｆ、Ｈ、ＣＨ _３ 、ＣＨ _２ 、Ｃｌ、Ｃ、Ｎ、Ｐ、又はＳであり、
   前記元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜は、Ｓｉ−Ｏ結合の伸縮振動のピーク波数が、アンドープのシリコン酸化膜に比べて大きいことを特徴とする弾性波デバイス。
2. 前記元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜は、Ｓｉ−Ｏ結合の伸縮振動の横波光学モードの半値幅が、アンドープのシリコン酸化膜に比べて小さいことを特徴とする請求項１記載の弾性波デバイス。
3. 前記元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜は、アンドープのシリコン酸化膜よりも小さいヤング率を有することを特徴とする請求項１または２記載の弾性波デバイス。
4. 前記元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜は、アンドープのシリコン酸化膜よりも音速が遅いことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
5. 前記元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜には、２種類以上の元素又は分子がドープされていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
6. 前記元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜には、Ｆがドープされていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
7. 前記元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜のＦの含有量は、２．１アトミック％以上且つ８．８アトミック％以下であることを特徴とする請求項６記載の弾性波デバイス。
8. 前記電極は、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｒのいずれかによって構成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
9. 前記元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜は、ＣＶＤ法により形成されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
10. 前記電極は、前記圧電体上に設けられた櫛型電極であり、
    前記元素又は分子がドープされたシリコン酸化膜は、前記圧電体上に設けられた前記櫛型電極を覆って設けられていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載の弾性波デバイス。

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