表面弹性波器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种高频用的表面弹性波器件及其制造方法。
背景技术
如图9、图10所示,表面弹性波器件是在由压电体材料形成的衬底30的表面形成IDT电极31而构成。IDT(Interdigital Transducer,叉指换能器)电极31包含成对的梳状电极32与33。所述梳状电极32与33通过使一个梳状电极32的电极指32a与32a之间具有另一个梳状电极33的电极指33a的方式而配置。
在以往的表面弹性波器件中,例如日本专利特开2015-126481号公报所记载,在衬底30上形成铝等金属薄膜之后,通过光刻及蚀刻等而同时形成梳状电极32与33。以往,使用曝光光束的波长为365nm的i线步进机作为光刻用的曝光装置。在IDT电极31的表面,形成覆盖IDT电极31的包含二氧化硅等的保护用绝缘膜34。
在图9、图10所示的表面弹性波器件中,梳状电极32与33的电极指32a与33a的宽度L形成为和电极指32a与33a的间隔S相等(L=S)。梳状电极32与33的电极指32a与33a的电极周期P是电极指32a与33a的各中心线之间的间隔。另外,在将表面弹性波的波长设为λ,且衬底30的表面弹性波的波速设为V时,共振频率F由
F=V/λ
定义。因此,共振频率F是由电极周期P(=λ/2)决定。例如在想获得2GHz(2×109Hz)作为共振频率F的情况下,假定衬底30的波速V=4000m/s(=4×109μm),那么
λ=V/F=4×109μm/s/2×109Hz=2μm。
另外,如图9所示,电极周期P=λ/2=1μm。另外,电极指32a与33a之间的间隔S与电极指32a、33a的宽度L相等,因此电极指的宽度L=间隔S=0.4μm。
梳状电极32与33的电极指32a与33a的宽度L与两者间的间隔S能够形成的最细图案与曝光光束的波长相等。由此,因为用于i线步进机的曝光光束的波长为365nm,所以在由该曝光装置形成电极指等的配线的情况下,配线的宽度或配线彼此的距离仅可微细地形成为
的程度。因此,电极周期P的最小极限为P=S+L=0.8μm。与该电极周期的最小极限值相当的共振频率F为共振频率F=V/2P=4×10
9μm/s/2×0.8μm=2.5GHz。
因此,为了实现在超出2.5GHz的例如3GHz等高频下使用的表面弹性波器件,故需要使用采用了波长为248nm的KrF、或波长为193nm的ArF的曝光装置。然而,这些曝光装置的价格高,所以导致制造费的负担增加。因此,为了避免此种制造装置的高额化,考虑代替表面弹性波器件而使用体声波(BAW,Bulk Acoustic Wave)滤波器。然而,BAW滤波器本身的制造费也高,所以仍无法避免制造费的高额化。
发明内容
本发明是鉴于所述问题点,其目的在于提供一种能够使用以往使用的较便宜的制造装置来形成可应对更高频率的梳状电极的构造的表面弹性波器件及其制造方法。
本发明的表面弹性波器件包含:压电衬底;第一梳状电极,形成在所述压电衬底上;第二梳状电极,设置在所述第一梳状电极之间;第一绝缘膜,形成在所述第一梳状电极的共同电极、所述第二梳状电极的侧面、以及所述第一梳状电极的电极指的侧面间;所述第二梳状电极,具有填充在由所述第一绝缘膜与所述压电衬底的梳状电极形成面所形成的凹部中的电极指;平坦面,形成在所述第一梳状电极、所述第一绝缘膜及所述第二梳状电极相反于所述压电衬底的一侧;以及第二绝缘膜,形成在所述平坦面。
本发明的表面弹性波器件,所述第一绝缘膜的宽度相比于所述第一梳状电极的电极指的宽度以及所述第二梳状电极的电极指的宽度为窄幅,所述第二梳状电极的电极指的宽度不大于所述第一梳状电极的电极指的宽度。
本发明的表面弹性波器件,所述第一梳状电极的相邻的电极指间的间隔形成为与所述第一梳状电极的电极指的宽度相等。
本发明的表面弹性波器件,所述第一梳状电极与所述第二梳状电极是由不同种类的金属形成。
本发明的表面弹性波器件,所述第一梳状电极是由铝或铝合金形成,所述第二梳状电极是由铜形成。
本发明的表面弹性波器件,所述第一绝缘膜与所述第二绝缘膜是由不同的绝缘材料形成。
本发明的表面弹性波器件,所述第一绝缘膜是由氮化硅形成,所述第二绝缘膜是由二氧化硅形成。
本发明的表面弹性波器件的制造方法,包括以下步骤:在压电衬底上形成第一梳状电极;在具有所述第一梳状电极的压电衬底上,将绝缘膜覆盖于所述第一梳状电极的至少电极指形成区域的表面以及所述第一梳状电极的电极指间的区域;通过对所述绝缘膜实施各向异性干式蚀刻,而使覆盖于所述第一梳状电极的共同电极的侧面、以及所述第一梳状电极的电极指的侧面的部分的绝缘膜保留,且由保留的部分的绝缘膜形成第一绝缘膜;至少在所述第一梳状电极的电极指的表面、所述第一绝缘膜的表面、所述第一绝缘膜之间的经所述各向异性干式蚀刻而露出的压电衬底的表面上形成金属膜;通过研磨而去除所述金属膜的表面,直至所述第一梳状电极与所述第一绝缘膜露出,而在所述压电衬底上形成第二梳状电极,所述第二梳状电极的电极指填充在由所述第一绝缘膜与所述压电衬底的梳状电极形成面所形成的凹部中;以及在经研磨后,由所述第一梳状电极、第二梳状电极及所述第一绝缘膜相反于该压电衬底的一侧共同配合界定出的平坦面上形成第二绝缘膜。
本发明的表面弹性波器件的制造方法,所述第一梳状电极与所述第二梳状电极是由不同种类的金属形成。
本发明的表面弹性波器件的制造方法,所述第一绝缘膜与所述第二绝缘膜是由不同的绝缘材料形成。
本发明的有益效果在于:由于第一绝缘膜与第二梳状电极的电极指可不受曝光装置的分辨极限的限制,比分辨极限更微细地形成第一绝缘膜与第二梳状电极。因此,能够提供一种使用例如用了i线步进机等曝光装置的较便宜的制造装置而可应对更高频率的表面弹性波器件。
附图说明
图1为表示本发明的表面弹性波器件的一实施例的梳状电极的配置构造的俯视图。
图2为具备图1的梳状电极的表面弹性波器件的剖视图。
图3为图1、图2所示的表面弹性波器件的制造步骤图。
图4为表示本发明的表面弹性波器件的另一实施例的梳状电极的配置构造的俯视图。
图5为具备图4的梳状电极的表面弹性波器件的剖视图。
图6为表示本发明的表面弹性波器件的另一实施例的剖视图。
图7为进一步表示本发明的表面弹性波器件的另一实施例的剖视图。
图8为进一步表示本发明的表面弹性波器件的另一实施例的剖视图。
图9为表示以往的表面弹性波器件的梳状电极的配置构造的俯视图。
图10为具有图9的梳状电极的配置构造的表面弹性波器件的剖视图。
具体实施方式
图1是表示本发明的表面弹性波器件的一实施例的梳状电极的配置构造的俯视图,图2是该表面弹性波器件的剖视图。该表面弹性波器件具备压电衬底1、以及形成在压电衬底1的表面的IDT电极2,IDT电极2具备成对的第一梳状电极3与第二梳状电极4。
第一梳状电极3具备输入端口3a和输入端口3a的共同电极3b,
第二梳状电极4具备输出端口4a和输出端口4a的共同电极4b。有时也将输入端口3a用作输出端口,将输出端口4a用作输入端口。在第一梳状电极3以及第二梳状电极4,具有分别从各自的共同电极3b与4b延伸而形成的多个电极指3c与4c。在第一梳状电极3的电极指3c之间,配置第二梳状电极4的电极指4c。
在第一梳状电极3的电极指3c的各侧面,形成第一绝缘膜的第一部5a。另外,在第一梳状电极3的共同电极3b靠近第二梳状电极4的侧面形成第一绝缘膜的第二部5b。在由第一绝缘膜的第一部5a、第一绝缘膜的第二部5b、与压电衬底1的梳状电极形成面1a形成的凹部6(参考图3(c)),填充第二梳状电极4的电极指4c。第一梳状电极3的电极指3c、第一绝缘膜的第一部5a、第一绝缘膜的第二部5b、以及第二梳状电极4的电极指4c与压电衬底1为相反侧的面成同一面,且形成为平坦面7。在该平坦面7上形成第二绝缘膜8。
压电衬底1使用钽酸锂(LiTaO3)(以下有时称为LT)或铌酸锂(LiNbO3)(以下有时称为LN)。然而,压电衬底1并不限定于这些材质,也能使用其它材质。
第一梳状电极3与第二梳状电极4例如可使用铝、铜、金、镍、铂、钛、铬、银或这些的合金等,但也可使用其它金属或合金。
第一绝缘膜的第一部5a、第一绝缘膜的第二部5b以及第二绝缘膜8可使用选自二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氮化铝、氮氧化铝、氧化铝、氧化锆或氧化钽等的材质的绝缘材料。
图3是说明该实施例的表面弹性波器件的制造方法的步骤图。本实施例的表面弹性波器件是通过以下步骤而制造。
<1>第一梳状电极3的形成
如图3(a)所示,在薄片状的压电衬底1上,首先形成第一梳状电极3。该第一梳状电极3可通过以下步骤而形成,即,在压电衬底1上涂布光阻;为了由曝光装置获得成为配线的图案,例如利用i线步进机进行曝光;将光阻的已曝光的部分或未曝光的部分去除;利用蒸镀或溅镀等成膜技术,形成第一梳状电极3用的金属膜;以及将光阻残留的部分去除且保留直接形成于压电衬底1的金属膜的部分(剥离法)。
作为第一梳状电极3的另一形成方法,可使用如下的方法(蚀刻法),该方法包含:在压电衬底1上形成成为第一梳状电极3的金属膜;在金属膜上形成光阻;为了通过曝光装置获得成为配线的图案,例如利用i线步进机进行曝光;将光阻的已曝光的部分或未曝光的部分去除;对去除了光阻的部分进行蚀刻;以及将保留的光阻去除而获得已图案化的梳状电极(蚀刻法)。
<2>第一绝缘膜用的绝缘膜的形成
在形成第一梳状电极3之后,如图3(b)所示,在压电衬底1上形成第一绝缘膜用的绝缘膜5。该绝缘膜5的形成是使用所述二氧化硅或氮化硅等绝缘材料,利用蒸镀或溅镀等成膜技术而进行。该绝缘膜5的形成区域是第一梳状电极3或其电极指3c之间的区域。
<3>第一绝缘膜的形成
接下来,如图3(b)所示,利用各向异性干式蚀刻进行蚀刻。在各向异性蚀刻中,例如使用照射离子化的氩的溅镀或反应性离子蚀刻(RIE,Reactive ion etching,)等。离子是沿着相对于压电衬底1垂直的方向(箭头9所示)照射。由此,如图3(c)所示,第一梳状电极3的电极指3c的表面(与压电衬底1为相反侧的面)的绝缘膜5、以及相邻电极指3c间的中央侧的绝缘膜5被去除。然而,第一梳状电极3的电极指3c的各侧面绝缘膜保留形成第一绝缘膜的第一部5a,以及第一梳状电极3的共同电极3b靠近第一梳状电极3的电极指3c的侧面的绝缘膜被保留而形成第一绝缘膜的第二部5b。第一绝缘膜的第一部5a及第一绝缘膜的第二部5b保留的原因在于,在各向异性干式蚀刻中,用于蚀刻的离子化的气体粒子笔直前进,所以位于第一梳状电极3的共同电极3b的第一绝缘膜的第二部5b以及位于电极指3c的各侧面的第一绝缘膜的第一部5a难以去除。
<4>第二梳状电极4用的金属膜的形成
接下来,利用蒸镀或溅镀等成膜技术形成将成为第二梳状电极4的金属膜4X。通过该步骤,如图3(d)所示,在第一梳状电极3的电极指3c的区域、相邻电极指3c间的区域、以及第二梳状电极4的包含输出端口4a的共同电极4b的区域形成金属膜4X。此外,在形成该金属膜4X时,对形成第二梳状电极4的部位以外的区域预先涂布光阻。即,保留第一梳状电极3的电极指3c的区域、第一梳状电极3的相邻电极指3c之间的区域、以及第二梳状电极4的包含输出端口4a的共同电极4b的区域,于其他部分涂布光阻。然后,利用蒸镀或溅镀等膜形成技术而形成金属膜4X。在形成金属膜4X之后,去除光阻。
<5>第二梳状电极4的形成
接下来,如图3(e)所示,对金属膜4X的与压电衬底1为相反侧的面进行研磨。作为研磨方法,例如使用化学机械研磨(CMP,chemical mechanical polishing)、干式抛光或湿式研磨等方法。该研磨进行至第一梳状电极3与第一绝缘膜的第一部5a及第一绝缘膜的第二部5b露出为止。如图3(e),通过该研磨,第一梳状电极3的电极指3c、第一绝缘膜的第一部5a及第一绝缘膜的第二部5b、及第二梳状电极4的电极指4c各自与压电衬底1为相反侧的面成同一面,且形成平坦面7。
<6>第二绝缘膜8的形成
接下来,在由图3(e)获得的平坦面7,如图3(f)所示,形成包含所述二氧化硅或氮化硅等的第二绝缘膜8。作为成膜方法,例如利用蒸镀或溅镀等成膜技术。该第二绝缘膜8可保护第一梳状电极3与第二梳状电极4,例如形成为30nm左右的厚度。此外,在该第二绝缘膜8上也可进一步形成例如包含酰亚胺树脂或酰胺树脂等的保护膜。
这样,本实施例中,在第一梳状电极3的电极指3c的侧面以及共同电极3b的各侧面形成第一绝缘膜的第一部5a及第一绝缘膜的第二部5b。然后,由第一绝缘膜的第一部5a及第一绝缘膜的第二部5b构成使第一梳状电极3的电极指3c与第二梳状电极4的电极指4c电气隔离的绝缘膜。此外,第一绝缘膜的第一部5a及第一绝缘膜的第二部5b通过各向异性干式蚀刻而能够形成为例如0.1μm左右的狭小厚度(图1中,S1=0.1μm)。因此,根据本实施例,即便使用i线步进机作为曝光装置,第一绝缘膜的第一部5a及第一绝缘膜的第二部5b的宽度也不会受到曝光装置的分辨极限(为i线步进机时为0.4μm左右)的限制,因此能够形成比以往狭窄的电极周期P1(参考图1)。
此处,假定将图1的第一梳状电极3的电极指3c的宽度L1、与第一梳状电极3的相邻电极指3c的间隔G1暂且设计成i线步进机的分辨极限的宽度(即0.4μm)的情况。该情况下,第二梳状电极4的电极指4c的宽度L2为:L2=G1—2×S1=0.4-2×0.1=0.2(μm)。
另外,第一梳状电极3的电极指3c与第二梳状电极4的电极指4c的电极周期P1为:P1=(L1/2)+S1+(L2/2)=0.2+0.1+0.1=0.4(μm)。因此,用以获得共振频率的表面弹性波的波长λ1为:
λ1=2×P1=2×0.4=0.8(μm)。此处,如果假定压电衬底1的波速V=4000m/s(=4×109μm/s),那么共振频率F为:
F=V/λ1=4×109μm/s/0.8μm=5(GHz)。
这样,通过将第一梳状电极3的电极指3c的宽度L1、以及相邻电极指3c的间隔G1设定为使用i线步进机作为曝光装置的情况下的分辨极限即最小宽度,可获得较高共振频率的表面弹性波器件。
图4是表示本发明的表面弹性波器件的另一实施例的梳状电极的配置构造的俯视图,图5是该表面弹性波器件的剖视图。该实施例中,将第一梳状电极3的电极指3c与3c的间隔G2设定为大于第一梳状电极3的电极指3c的宽度L1(G2>L1)。此处,将第一梳状电极3的电极指3c的宽度L1设为使用i线步进机作为曝光装置的情况下的分辨极限即0.4μm。另外,如果将第二梳状电极4的电极指4c的宽度L3也设定为与第一梳状电极3的电极指3c的宽度L1相等,即L1=L3=0.4μm,那么因为第一绝缘膜的第一部5a与第一绝缘膜的第二部5b的宽度为0.1μm,所以邻接的电极指3c与3c的间隔G2为:
G2=2×S1+L3=2×0.1+0.4=0.6(μm)。该情况下第一梳状电极3的电极指3c与第二梳状电极4的电极指4c的电极周期P2为:
P2=(L1/2)+S1+(L3/2)=0.2+0.1+0.2=0.5(μm)。因此,用以获得共振频率的表面弹性波的波长λ2为:
λ2=2P2=2×0.5=1.0(μm)。此处,如果假定压电衬底1的波速V=4000m/s(=4×109μm/s),那么共振频率F为:
F=V/λ2=4×109μm/s/1μm=4(GHz)。
该实施例中,也是因为第一绝缘膜的第一部5a及第一绝缘膜的第二部5b的宽度S1相比于第一梳状电极3的电极指3c的宽度L1以及所述第二梳状电极4的电极指4c的宽度L1为窄幅,所以即便使用i线步进机作为曝光装置,也能够获得比以往(2.5GHz)高的共振频率。此处,如果使第二梳状电极4的电极指4c的宽度L3窄于第一梳状电极3的电极指3c的宽度L1(L3<L1),那么可获得更高的共振频率。
但是,即便L3>L1,只要将L3设定为小于某值,便可获得比以往高的共振频率。即,使以往例的电极指32a与33a的宽度与第一梳状电极3的电极指3c的宽度L1相等(L=L1),参照图4、图9的符号L3、S1、L、S,只要
L3+2×S1<L+2×S=3×L=3×L1,即,
L3<3×L1—2×S1,那么可获得比以往高的共振频率。
另外,该实施例中,第一梳状电极3的电极指3c与3c的间隔G2可形成为宽于电极指3c的宽度L1(G2>L1)。因此,相比于图9所示的以往例的情况,可使电极指3c与3c的间隔G2相比于电极指32a与33a的间隔S为宽幅(G2>S)。此处,在以往例中,为了获得电极指的微细图案,需要缩窄电极指32a与33a的间隔S。然而,缩窄间隔S后,在形成绝缘膜34时绝缘膜34中易产生空隙,从而有损害电极指32a与33a之间的绝缘性的担忧。然而,该实施例中,如图3(b)所示,在形成绝缘膜5时,因为电极指3c与3c的间隔G2形成为比电极指3c的宽度L1宽(G2>L1),所以可避免绝缘膜5中空隙的产生。
此外,在所述实施例中,对曝光装置使用i线步进机的情况进行了说明,但也可使用除此以外的其它曝光装置。尤其是如果使用采用了相比于i线步进机的曝光分辨度高的KrF、ArF等的准分子激光步进机,那么能够进行更微细的加工。
上述本发明的各形态中,第一梳状电极3与第二梳状电极4是通过不同的步骤而形成,所以第一梳状电极3与第二梳状电极4可由不同种类的金属形成。
这样,如果由不同种类的金属形成第一梳状电极3与第二梳状电极4,那么作为第一梳状电极3与第二梳状电极4,可选择在它们的梳状电极形成步骤上、或特质上有利的金属形成梳状电极。
例如可由铝或铝合金形成第一梳状电极3,且由铜形成第二梳状电极4。
这样,通过使用一般采用的铝或铝合金作为第一梳状电极3,且使用不易引起迁移的铜作为第二梳状电极4,可抑制迁移的产生。另外,相比于用作第一梳状电极3的铝,用作第二梳状电极4的铜的导电率更高。因此,如图1及图2所示,即便在使第二梳状电极4的电极指4c的宽度L2窄于第一梳状电极3的宽度L1的情况下,也可缓和第二梳状电极4的电阻的增大。
在上述本发明的形态中,第一绝缘膜的第一部5a及第一绝缘膜的第二部5b与第二绝缘膜8是通过不同的步骤而形成,所以可由不同材质的绝缘材料形成第一绝缘膜的第一部5a及第一绝缘膜的第二部5b与第二绝缘膜8。
这样,如果利用不同材质的绝缘材料形成第一绝缘膜的第一部5a及第一绝缘膜的第二部5b与第二绝缘膜8,那么作为第一绝缘膜的第一部5a及第一绝缘膜的第二部5b与第二绝缘膜8,通过对各配置部位选择适合的材质,可选择在形成步骤上、或特质上有利的材质形成绝缘膜来作为各绝缘膜。
例如在使用LT作为压电衬底1的情况下,LT伴随温度上升而波速变慢,但如果使用二氧化硅作为第二绝缘膜8,那么因为二氧化硅具有伴随温度上升而波速变快的特性,所以可缓和相应于温度变化的特性变化。另一方面,如果使用氮化硅作为第一绝缘膜的第一部5a及第一绝缘膜的第二部5b,那么因为氮化硅的电阻值较高,所以尽管为薄膜,但也可确实地确保第一梳状电极3与第二梳状电极4的各电极指3c与4c之间的电气绝缘。
在所述实施例中,对压电衬底1是由1层构成的情况进行了说明,但本发明中,如图6至图8所示,也可由2层以上的构成而构成压电衬底11A~11C。
图6所示的压电衬底11A是在载流子衬底12上形成压电层1x而构成的。载流子衬底12是由高电阻的半导体或绝缘体构成,例如可使用并非为非晶质的具有结晶形态的硅或结晶质的蓝宝石。作为用于载流子衬底12的材质并不限定于这些,也可为多晶硅、多晶氧化铝、多晶蓝宝石等能解决本发明的课题的其它材质。
图7所示的压电衬底11B是在载流子衬底12上隔着中间层13而形成压电层1x。中间层13是为了提高载流子衬底12与压电层1x的结合强度或谋求弹性波的传播速度的高速化的层其中的至少任一目的而设置的层。在以提高载流子衬底12与压电层1x的结合强度为目的而设置的情况下,例如使用二氧化硅等作为中间层13。另外,在设置中间层13作为弹性波的高速化层的情况下,例如使用氮化铝(A1N)或氮化硼铝(BxAl1—xN)等。在制造此种表面弹性波器件的情况下,使用尽可能薄的压电层1x在提高Q值方面有效。
图8所示的压电衬底11C设置着第一层13a与第二层13b两层作为中间层。该情况下,可使用高速化层作为压电层1x侧的第一层13a,且使用强化结合的层作为载流子衬底12侧的第二层13b。即,通过使用氮化铝或氮化硼铝等作为第一层13a,且使用二氧化硅等作为第二层13b,而可获得Q值的提高与结合强度的提高的效果。此外,也能使用二氧化硅作为第一层13a,且使用氮化铝或氮化硼铝等作为第二层13b。另外,也可采用3层以上的层构造作为中间层。
另外,在压电层1x与载流子衬底12的接合层也可设置多晶硅层。通过在接合层上设置多晶硅层而具有抑制高频漏电流的效果,在使压电层1x薄至接近高频波长的情况下,具有抑制高频噪声的效果。
以上,对本发明进行了说明,但并不限于上述例,例如可将第一梳状电极3以及第二梳状电极4的至少任一者设为2层构造,或将第一绝缘膜的第一部5a及第一绝缘膜的第二部5b与第二绝缘膜8的至少任一者设为2层构造等,可在不脱离本发明的要旨的范围进行种种变更、附加。