CN1309162C - 具有高耐电力性的弹性表面波元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有高耐电力性的弹性表面波元件及其制造方法，所述弹性表面波元件的梳齿状电极部的梳齿部13a、14a为由Ti构成的第二底层20、24、由Ta构成的第一底层21、25、CuM合金层22、26(其中，元素M是Ag、Sn、C中的任意一种或2种以上)的层叠构造。由此，CuM合金层22、26具有定向在(111)方位的结晶性，弹性表面波元件的抗应力迁移性提高。根据本发明，能得到耐电力性高的弹性表面波元件。

Description

具有高耐电力性的弹性表面波元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及具有在高频区域中能表现高耐电力性的电极构造的弹性表面波元件及其制造方法。
背景技术
弹性表面波元件是利用了机械振动能量只集中在固体表面附近而传播的弹性表面波的电子元件，用于构成滤波器、共振器或双工器等。
近年，移动电话等移动体通信终端的小型化和轻量化急速发展，要求安装在这些移动体通信终端中的电子元件的小型化。
弹性表面波元件具有以下结构：在压电衬底的表面上，把由具有导电性的比重小的材料构成的一对梳齿状电极(IDT(交叉指型变频器)电极)的梳齿的部分排列配置为彼此不同。具有这样简单结构的弹性表面波元件是一种非常适合于使安装在移动体通信终端中的滤波器、共振器或双工器小型化的元件。
以往的弹性表面波元件的梳齿状电极部的材料，通常使用导电性并且比重小的Al、或以Al为主成分的合金(专利文献1)。
可是，例如为了使弹性表面波元件位于发送放大器的后级，作为外加大电力的RF部(高频部)的天线双工器使用，要求高耐电力性。并且，伴随着移动体通信终端的高频化，也要求弹性表面波元件的工作频率为数百MHz到数GHz。
为了谋求高频化，有必要缩小弹性表面波元件的梳齿状电极的梳齿部的宽度尺寸和间隔宽度。例如，在中心频率2GHz带通的滤波器中，有必要使所述宽度尺寸约为0.5μm，在中心频率10GHz带通的滤波器中，有必要使所述宽度尺寸约为0.1μm。
如果在微细的梳齿状电极上外加高电平的信号，则通过弹性表面波，梳齿状受到强的应力。如果该应力超过梳齿状电极的界限应力，就发生应力迁移。应力迁移是指构成梳齿状电极的金属材料原子以晶界或结晶稳定面为通路移动，在梳齿状电极中产生空隙(空间)或突起的现象。如果发生应力迁移，则电极破损，引起电断线的发生、元件的插入损失的增加、共振子的Q下降等，导致弹性表面波元件的特性恶化。
特别是专利文献1中记载的具有由Al或以Al为主成分的合金构成的梳齿状电极部的弹性表面波元件，其电阻率高并且熔点低，所以具有当把梳齿状电极部微细化时的电阻增加变得显著，此外对于由于高频化而增大的应力的耐性变得不充分，容易发生应力迁移的问题。
此外，也提出了代替通过Al或以Al为主成分的合金形成梳齿状电极部，而是通过Cu或以Cu为主成分的合金形成。
例如，在专利文献2中记载了通过低电阻并且抗应力迁移性高的Cu或以Cu为主成分的合金，形成弹性表面波元件的梳齿状电极部。此外，在专利文献2中也记载了为了提高由Cu或Cu合金构成的层(第二电极层)的结晶定向性，并且提高第二电极层和压电衬底的紧贴性，在压电衬底和第二电极层之间形成由Ti或Ti合金构成的第一电极层。
[专利文献1]
特开2001-94382号公报(第三页、图2)
[专利文献2]
特开2002-26685号公报(第三页、图1)
可是，如专利文献2所述，如果是在由Ti或Ti合金构成的第一电极层上直接层叠由Cu或Cu合金构成的第二电极层的构造，则存在在第一电极层和第二电极层的界面附近，Ti和Cu彼此扩散，梳齿状电极部的电阻值增大的问题。如果梳齿状电极部的电阻值增大，则不仅弹性表面波元件的内部损失增大，而且容易发生应力迁移。
发明内容
本发明是为了解决所述以往的课题而提出的，其目的在于：提供通过在作为梳齿状电极部的材料使用Cu或Cu合金时的底层上形成由Ta构成的层，耐电力性提高的弹性表面波元件其制造方法。
本发明是一种弹性表面波元件，具有压电衬底和在所述压电衬底上形成薄膜的电极部，其特征在于：所述电极部具有梳齿状电极部和连接在所述梳齿状电极部上的连接电极部，所述梳齿状电极部具有由Ta构成的第一底层、挨着所述第一底层的上表面层叠的Cu层或CuM合金层(其中，元素M是Ag、Sn、C的任意一种或2种以上)，所述Cu层或CuM合金层具有定向在(111)方位的结晶构造。
在本发明中，所述梳齿状电极部具有Cu层或CuM合金层。Cu或CuM合金与弹性表面波元件的梳齿状电极部材料中一直使用的Al或Al合金相比，电阻率低，此外熔点高，所以即使把梳齿状电极部微细化，也能抑制电阻增加，此外，当由于高频化而应力增大时，也很难发生Cu原子的移动，能提高弹性表面波元件的抗应力迁移性。即，利用本发明的弹性表面波元件，可使输入信号的频率升高，此外抑制输入电压增大时的插入损失的增加和元件特性的恶化，能延长元件寿命。
特别是，在本发明中，Cu层或CuM合金层层叠在由Ta构成的第一底层的上面，所以能提高形成在Cu层或CuM合金层上的结晶的定向性和微细化平均结晶粒径，由此，能进一步提高弹性表面波元件的抗应力迁移性。
为了有效地提高弹性表面波元件的抗应力迁移性，在本发明中，优选所述Cu层或CuM合金层结晶定向在(111)方位。
此外，所述Cu层或CuM合金层的平均结晶粒径优选为10nm以上、100nm以下的范围。
此外，所述CuM合金层优选具有结晶构造为面心立方晶格构造的晶粒，在晶界上析出元素M。
由于元素M在晶界上析出，抑制Cu元素的晶界扩散，梳齿状电极部的强度提高。即，即使输入高频信号，弹性表面波元件的机械振动增大，也能抑制梳齿状电极部的应力迁移，很难被破坏。此外，晶粒的结晶定向性提高。并且，梳齿状电极层的电阻值也减小。
另外，元素M例如是Ag。这时，如果所述CuM合金层中的Ag含有量为0.5质量％以上、10质量％以下，更优选为0.8质量％以上、10质量％以下，则能有效提高梳齿状电极部耐电力特性。
此外，设置有与所述第一底层的下表面挨着的第二底层，如果所述第二底层由Ti或Ti氧化物构成，则所述Cu层或CuM合金层的(111)方位的结晶定向增强，能进一步提高弹性表面波元件的抗应力迁移性。
另外，所述第二底层是在只由Ti构成的区域上形成了Ti氧化物，所述Ti氧化物的含氧量优选从所述第二底层的下表面一侧向上表面一侧逐渐增加。形成在所述第二底层的上表面的Ti氧化物变为接近非晶体的构造，层叠在第二底层上的所述第一底层变得很难受到所述第二底层结晶性的影响。这样，所述第一底层的结晶粒径变小，层叠在所述第一底层上的Cu层或CuM合金层的结晶粒径也变小。如果Cu层或CuM合金层的结晶粒径变小，则所述Cu层或CuM合金层的(111)方位的结晶定向增强，弹性表面波元件的抗应力迁移性进一步提高。
此外，当在所述压电衬底和所述Cu层或CuM合金层之间只存在所述第一底层时，如果所述第一底层的膜厚为5nm以上、15nm以下，可增强所述Cu层或CuM合金层的(111)方位的结晶定向。
此外，如果所述第一底层的膜厚变得过厚，则弹性表面波元件的高频特性恶化。如果象本发明那样，使所述第一底层的膜厚为15nm以下，就能抑制高频特性的恶化。
此外，当在所述压电衬底和所述Cu层或CuM合金层之间存在所述第二底层和所述第一底层时，如果所述第二底层的膜厚为3nm以上、15nm以下，可增强所述Cu层或CuM合金层的(111)方位的结晶定向。
另外，所述Cu层或CuM合金层的膜厚优选为30nm以上、150nm以下。
此外，通过在所述Cu层或所述CuM合金层之上形成由Cr构成的保护层，可抑制所述Cu层或所述CuM合金层的氧化和腐蚀。
此外，本发明的弹性表面波元件的制造方法的特征在于具有以下步骤。
(a)在压电衬底上连续形成具有由Ta构成的第一底层和Cu层的多层膜、或具有所述第一底层和CuM合金层(其中，元素M是Ag、Sn、C的任意一种或2种以上)的多层膜的步骤；
(b)构图形成所述多层膜，形成梳齿状电极部的步骤；
(c)形成连接在所述梳齿状电极部上的连接电极部的步骤；
(d)把形成所述梳齿状电极部和所述连接电极部的压电衬底热处理的步骤，
由该制造方法所形成的Cu层或CuM合金层具有定向在(111)方位的结晶构造。
在本发明的弹性表面波元件的制造方法中，作为弹性表面波元件的梳齿状电极部的材料使用Cu层或CuM合金层，所以，即使把梳齿状电极部微细化，也能抑制电阻增加，并且，即使由于高频化而应力增大时，也难以发生Cu原子的移动，能提高弹性表面波元件的抗应力迁移性。
此外，在本发明中，因为在由Ta构成的第一底层的上表面上层叠Cu层或CuM合金层，所以能提高形成在Cu层或CuM合金层上的Cu结晶的结晶定向性和微细化平均结晶粒径。由此，可进一步提高弹性表面波元件的抗应力迁移性。
特别是当使用所述CuM合金层时，由于所述(d)步骤中的热处理，元素M在晶界上析出。通过在晶界上析出的元素M，抑制了Cu元素的晶界扩散，梳齿状电极部的强度提高。即，即使输入高频信号，弹性表面波元件的机械振动增大，也能抑制梳齿状电极部的应力迁移，很难被破坏。此外，晶粒的结晶定向性提高。并且，梳齿状电极层的电阻值也减小。
此外，在本发明中，代替所述(a)步骤，也可以具有：
(e)在压电衬底上成膜由Ti构成的第二底前驱层后，把该第二底前驱层暴露在大气中的步骤；
(f)在所述第二底前驱层上连续形成由Ta构成的第一底前驱层和Cu前驱层的步骤或连续成膜由Ta构成的第一底前驱层和CuM合金前驱层(其中，元素M是Ag、Sn、C中的任意一种或2种以上)的步骤。
在所述(e)步骤中，通过将第二底层暴露在大气中，能使所述第二底层发生氧化。
这样，即使所述第二底前驱层是在只有Ti构成的区域上形成了Ti氧化物，所述Ti氧化物的含氧量也能从所述第二底层的下表面一侧向上表面一侧逐渐增加。形成在所述第二底层的上表面的Ti氧化物变为接近非晶体的构造，层叠在第二底层上的所述第一底层变得很难受到所述第二底层结晶性的影响。这样，所述第一底层的结晶粒径变小，层叠在所述第一底层上的Cu层或CuM合金层的结晶粒径也变小。如果Cu层或CuM合金层的结晶粒径变小，则所述Cu层或CuM合金层的(111)方位的结晶定向增强，弹性表面波元件的抗应力迁移性进一步提高。
可是，在本发明中，根据所述(e)步骤中的第二底层的大气暴露步骤的温度、时间，有时会在第二底层上未形成Ti氧化物，或第二底层的全部变为氧化物。
即使在第二底层上不形成Ti氧化物，由于形成所述第二底层和所述第一底层的层叠构造，与只形成所述第一底层时相比，能进一步提高所述Cu层或CuM合金层的(111)方位的结晶定向。
此外，在所述(a)步骤或所述(f)步骤中，通过在所述Cu层或所述CuM合金层之上形成由Cr构成的保护层，能抑制所述Cu层或所述CuM合金层的氧化和腐蚀。
另外，元素M例如是Ag。这时，如果所述CuM合金层中的Ag含有量为0.5质量％以上、10质量％以下，更优选为0.8质量％以上、10质量％以下，则能有效提高弹性表面波元件的耐电力特性。
此外，在本发明中，通过使所述(d)步骤的热处理温度为250℃以上，300℃以下，能有效提高弹性表面波元件的耐电力特性。
附图说明
下面简要说明附图。
图1是本发明实施方式1的弹性表面波元件的平面图。
图2是图1所示的弹性表面波元件的2-2线剖视图。
图3是实施方式2的弹性表面波元件的梳齿状电极部的剖视图。
图4是表示图1和图2所示的弹性表面波元件的制造步骤的一个步骤图。
图5是图4之后进行的一个步骤图。
图6是图5之后进行的一个步骤图。
图7是图6之后进行的一个步骤图。
图8是表示依次层叠了第一底层、CuAg合金层、保护层的梳齿状电极部的第一底层的膜厚和CuAg合金的(111)结晶定向性的关系的曲线图。
图9是表示依次层叠了第二底层、第一底层、CuAg合金层、保护层的梳齿状电极部的第二底层的膜厚和CuAg合金的(111)结晶定向性的关系的曲线图。
图10是表示构成弹性表面波元件的梳齿状电极部的CuAg合金层中的Ag含量和弹性表面波元件的耐电力性的关系、以及梳齿状电极部形成后的热处理温度和所形成的弹性表面波元件的耐电力性的关系的曲线图。
具体实施方式
图1是表示本发明实施方式1的弹性表面波元件的平面图。
符号11表示弹性表面波元件，该弹性表面波元件具有作为分波器的功能。符号12表示压电衬底。在本实施方式中，压电衬底12由LiTaO3或LiNbO3等压电陶瓷材料形成。
在压电衬底12上形成梳齿状电极部13和梳齿状电极部14。在梳齿状电极部13和梳齿状电极部14上分别形成沿着图示Y方向延伸的梳齿部13a、和沿着与图示Y方向相反方相延伸的梳齿部14a。梳齿状电极部13的梳齿部13a和梳齿状电极部14的梳齿部14a隔开给定间隔，在图示X方向彼此错开排列。
此外，在梳齿状电极部13和梳齿状电极部14上电连接着用于把弹性表面波元件与外部电路连接的连接电极部15、16。梳齿状电极部13和连接电极部15构成电极部17，梳齿状电极部14和连接电极部16构成电极部18。
此外，与梳齿状电极部13以及梳齿状电极部14的图示X方向和图示X方向的相反一侧相邻形成反射电极19、19。
图2是从2-2线切断，从箭头方向观察梳齿状电极部13以及梳齿状电极部14时的纵剖视图。
在本实施方式中，梳齿状电极部13具有由第二底层20、层叠在第二底层20的上表面上的由Ta构成的第一底层21、挨着第一底层21的上表面层叠的CuM合金层22(其中，元素M是Ag、Sn、C中的任意一种或2种以上)、层叠在CuM合金层22之上的保护层23构成的层叠构造。同样，梳齿状电极部14也具有由第二底层24、由Ta构成的第一底层25、挨着第一底层25的上表面层叠的CuM合金层26(其中，元素M是Ag、Sn、C中的任意一种或2种以上)、层叠在CuM合金层26之上的保护层27构成的层叠构造。保护层23和保护层27由Cr形成。
在图1和图2所示的实施方式中，第一梳齿状电极部13a和第二梳齿状电极部14a具有相同的宽度尺寸W，间隔宽度P是一定的值。梳齿状电极部13a、14b的宽度尺寸W为0.3μm以上、0.7μm以下，间隔宽度P是0.3μm以上、0.7μm以下。本实施方式的弹性表面波元件的第二底层20、24主要由Ti形成。如果在由Ti构成的第二底层20、24上隔着由Ta构成的第一底层21、25层叠CuM合金层22、26，则CuM合金层22、26的(111)方位的结晶定向增强。结果，能提高弹性表面波元件的抗应力迁移性。
CuM合金层22、26的结晶定向性能通过X射线衍射(XRD)法分析。关于弹性表面波元件11的CuM合金层22、26，通过X射线衍射分析其结晶定向性的结果，只检测到(111)方位的定向，未检测到其它定向。
此外，如果是具有第二底层20、24和第一底层21、25的结构，就能减小第二底层和第一底层的膜厚，能减轻梳齿状电极部13、14的电极质量。如果电极质量变轻，则弹性表面波元件的Q值增大，高频特性提高。
此外，如果象本实施方式的弹性表面波元件那样，在第二底层20和CuM合金层22之间存在第一底层21，并且在第二底层24和CuM合金层26之间存在第一底层25，就防止第二底层20、24的构成元素向CuM合金层扩散。其结果，CuM合金层26、26可维持材料本来具有的低电阻率，能提高弹性表面波元件的Q值。另外，Cu的电阻率是1.7μΩ·cm。顺便说一下，作为弹性表面波元件的梳齿状电极的材料，此前经常使用的Al的电阻率为2.7μΩ·cm。
此外，CuM合金与弹性表面波元件的梳齿状电极部材料中一直使用的Al或Al合金相比，熔点高，所以即使由于高频化而应力增大时，也难以发生Cu原子的移动，能提高弹性表面波元件11的抗应力迁移性。即，外加在弹性表面波元件11上的输入信号的频率升高，此外，能抑制输入电压增大时的插入损失的增加、元件特性的恶化，能延长元件寿命。
如上所述，CuM合金层22、26结晶定向在(111)方位。并且，CuM合金层22、26的平均结晶粒径为10nm以上、100nm以下的范围。通过CuM合金层22、26的结晶定向性提高，平均结晶粒径微细化，能有效提高弹性表面波元件的抗应力迁移性。
此外，优选CuM合金层22、26具有结晶构造为面心立方晶格构造的晶粒，在晶界上析出元素M。
由于元素M在晶界上析出，抑制Cu元素的粒界扩散，梳齿状电极部13、14的强度提高。即，即使输入高频信号，弹性表面波元件11的机械振动增大，也能抑制梳齿状电极部13、14的应力迁移，很难被破坏。此外，Cu晶粒的结晶定向性提高。另外，梳齿状电极层的电阻值也减小。
此外，元素M例如是Ag。这时，如果所述CuM合金层中的Ag含有量为0.5质量％以上、10质量％以下，更优选为0.8质量％以上、10质量％以下，则能有效提高弹性表面波元件的耐电力特性。
此外，即使代替CuM合金层22、26形成Cu层，通过在Cu层的下层形成第一底层21、25以及第二底层20、24，也能把该Cu层结晶定向在(111)方位。并且，能使Cu层的平均结晶粒径为10nm以上100nm以下的范围。通过Cu层的结晶定向性提高，平均结晶粒径微细化，能有效提高弹性表面波元件的抗应力迁移性。
此外，因为Cu的电阻率低并且熔点高，所以能抑制梳齿状电极部13、14微细化时的电阻增加，此外，即使由于高频化而应力增大时，也难以发生Cu原子的移动，能提高弹性表面波元件的抗应力迁移性。顺便说一下，Cu的熔点为1084℃，以往作为弹性表面波元件的梳齿状电极部材料而经常使用的Al的熔点为660℃。
此外，在压电衬底和Cu层或CuM合金层之间存在第二底层20、24和第一底层21、25时，若第二底层20、24的膜厚t4为3nm以上15nm以下，能增强CuM合金层22、26或Cu层的(111)方位的结晶定向。
如果第二底层20、24主要由Ti形成，则压电衬底12和梳齿状电极部13、14的紧贴性变得良好。
另外，第二底层20、24，可以只用由Ti构成的层形成，也可以只用由Ti氧化物构成的层形成。
可是，最优选第二底层20、24是在只由Ti构成的区域上形成Ti氧化物，Ti氧化物的含量从第二底层20、24的下表面一侧到上表面一侧逐渐增加。形成在第二底层20、24的上表面的Ti氧化物变为接近非晶体的构造，层叠在第二底层20、24之上的第一底层21、25变得很难受到第二底层20、24的结晶性的影响。这样，第一底层21、25的结晶粒径变小，并且，层叠在第一底层21、25上的CuM合金层22、26或Cu层的结晶粒径也变小。如果CuM合金层22、26或Cu层的结晶粒径变小，则所述CuM合金层22、26或Cu层的(111)方位的结晶定向增强，弹性表面波元件11的抗应力迁移性进一步提高。
图3是本发明实施方式2的弹性表面波元件的梳齿状电极部的剖视图。
图3所示的弹性表面波元件与图1以及图2所示的弹性表面波元件的不同之处在于：不形成与构成梳齿状电极部的梳齿部32和梳齿部33的第一底层21、25的下表面挨着的第二底层20、24，在压电衬底12上直接层叠第一底层21、25。
梳齿部32和梳齿部33相当于图2所示的弹性表面波元件的梳齿部13a和梳齿部14a，各自的平面形状与图1所示的梳齿部13a和梳齿部14a的平面形状相同。此外，虽然未图示，但是，即使在实施方式2的弹性表面波元件中，也设置有与图1所示的弹性表面波元件的连接电极部17、18以及反射电极部19、19相同构造的连接电极部以及反射电极部。
即使是在压电衬底12上层叠第一底层21、25的结构，也能使层叠在第一底层21、25上的CuM合金层22、26结晶定向在(111)方位。另外，CuM合金层22、26的平均结晶粒径为10n以上100nm以下的范围。由于CuM合金层22、26的结晶定向性提高，平均结晶粒径微细化，能有效提高弹性表面波元件的抗应力迁移性。
在本实施方式中，CuM合金层22、26也优选具有结晶构造为面心立方晶格构造的晶粒，在晶界上析出元素M。
由于元素M在晶界上析出，能抑制Cu元素的晶界扩散，提高梳齿状电极部的强度，即，即使输入高频信号，弹性表面波元件的机械振动增大，也能抑制梳齿状电极部的应力迁移，很难被破坏。此外，晶粒的结晶定向性提高。并且，梳齿状电极层的电阻值也变小。
另外，元素M例如是Ag。这时，如果所述CuM合金层中的Ag含有量为0.5质量％以上、10质量％以下，更优选为0.8质量％以上、10质量％以下，则能有效提高弹性表面波元件的耐电力特性。
此外，即使代替CuM合金层22、26形成Cu层，也能把Cu层结晶定向在(111)方位。并且，也能使Cu层的平均结晶粒径为10nm以上100nm以下。通过Cu层的结晶定向性提高，平均结晶粒径微细化，能有效提高弹性表面波元件的抗应力迁移性。
此外，因为Cu的电阻率低并且熔点高，所以能抑制梳齿状电极部微细化时的电阻增加，此外，即使由于高频化而应力增大时，也难以发生Cu原子的移动，能提高弹性表面波元件的抗应力迁移性。
当在压电衬底和Cu或CuM合金层之间只存在第一底层21、25时，若第一底层21、25的膜厚t1为5nm以上15nm以下，特别能增强CuM合金层22、26或Cu层的(111)方位的结晶定向。
此外，在图2和图3中，CuM合金层22、26的膜厚t2优选为30nm以上150nm以下。
通过在CuM合金层22、26或Cu层之上形成由Cr构成的保护层23、27，能抑制CuM合金层22、26或Cu层的氧化以及腐蚀。保护层23、27的膜厚t3为1nm以上10nm以下。
下面，说明图2所示的实施方式1的弹性表面波元件的制造方法。
图4～图7是弹性表面波元件的制造步骤中成为梳齿状电极部的部分的剖视图。
在图4所示的步骤中，在由LiTaO3或LiNbO3构成的压电衬底12上，使用溅射法或蒸镀法形成Ti层40。然后对Ti层40构图，变为梳齿状电极部的第二底层20、24。Ti层40的成膜膜厚t5为3nm以上15nm以下。在Ti层40的成膜后，把Ti层40暴露在大气中。通过把Ti层40暴露在大气中，能使Ti层40氧化。
这样，Ti层40成为在只由Ti构成的区域上形成了Ti氧化物。此外，Ti层40中的Ti氧化物的含氧量成为从Ti层40的下表面一侧到上表面一侧逐渐增加的状态。形成在Ti层40的上表面上的Ti氧化物变为接近非晶体的构造。
接着，在图5所示的步骤中，连续成膜Ta层41、CuM合金前驱层42(其中，元素M是Ag、Sn、C中的任意一种或2种以上)、Cr层43。此外，在后面描述的图案形成步骤中，Ta层41成为第一底层21、25，CuM合金层42成为CuM合金层22、26，Cr层43成为保护层23、27。
在本实施方式的弹性表面波元件的制造方法中，形成在Ti层40的上表面上的Ti氧化物成为接近非晶体的构造。因此，层叠在Ti层40上的Ta层41变得很难受到Ti的结晶性的影响。这样，Ta层41的结晶粒径变小，进而，层叠在Ta层41之上的CuM合金层42的结晶粒径变小。如果CuM合金层42的结晶粒径变小，则CuM合金层42的(111)方位的结晶定向增强，CuM合金层42的抗应力迁移性进一步提高。
在本实施方式中，CuM合金层42的结晶粒径可以是10nm以上100nm以下。
另外，作为检测所述Ti氧化物的存在和浓度梯度的方法，有基于SIMS分析装置和透射电子显微镜TEM的毫微射束EDX分析等。
可是，根据Ti层40的大气暴露步骤的温度、时间，有时在Ti层40上不形成Ti氧化物，或者Ti层40的全部变为Ti氧化物。本发明中的第二底层包含这两种状态。
此外，当形成图1和图2所示的弹性表面波元件时，在Ti层40的成膜之后，不把Ti层40暴露在大气中，而能够在压电衬底12上连续成膜Ti层40、Ta层41、CuM合金层42(其中，元素M是Ag、Sn、C中的任意一种或2种以上)、Cr层43。当在Ti层40上连续成膜Ta层41时，Ti层当然不被氧化。
即使在Ti层40上不形成Ti氧化物，通过形成Ti层40和Ta层41的层叠构造，也能增强CuM合金层42的(111)方位的结晶定向。在Ti层40和Ta层41的层叠体之上层叠的CuM合金层42的(111)方位的结晶定向，比在压电衬底12上只隔着Ta层41而形成的CuM合金层42的(111)方位的结晶定向更强。
接着，如图6的步骤所示，通过使用了抗蚀剂的抗蚀剂光刻和蚀刻步骤，在掩模层44形成图案。另外，掩模层44形成为与图1所示的梳齿状电极部13、14的平面形状相同的梳齿状。
在图7所示的步骤中，通过把掩模层44作为掩模使用的干蚀刻法，把CuM合金前驱层42和Cr层43构图为梳齿状，形成CuM合金层22和CuM合金层26。在CuM合金层42的蚀刻步骤中，由于Ta层41作为蚀刻停止层起作用，所以可防止位于Ta层41的下层的Ti层40或压电衬底12由于蚀刻而受损伤。为了使Ta层41作为蚀刻停止层起作用，有必要使Ta层的膜厚为5nm以上。
通过干蚀刻法同时除去掩模层44、Ti层40以及Ta层41的未由掩模层44覆盖的部分(间隔部A)，在CuM合金层22的下层构图形成第一底层21和第二底层20，在CuM合金层26的下层形成第一底层25和第二底层24。形成梳齿状图形的第二底层20、第一底层21、CuM合金层22、保护层23成为一方的梳齿状电极部13，第二底层24、第一底层25、CuM合金层26、保护层27成为另一方的梳齿状电极部14。
此外，形成连接在梳齿状电极部13、14上的连接电极部15、16，把形成了梳齿状电极部13、14和连接电极部15、16的压电衬底12热处理。
如果热处理结束，就取得图1和图2所示的弹性表面波元件。
在本实施方式的弹性表面波元件的制造方法中，作为弹性表面波元件的梳齿状电极部13、14的材料使用CuM合金层，所以即使把梳齿状电极部13、14的梳齿部13a、14a微细化，也能抑制电阻增加，此外，由于高频化而应力增大时，也难以发生Cu原子的移动，能提高弹性表面波元件的抗应力迁移性。
如果象本实施方式那样，形成具有CuM合金层22、26的梳齿状电极部13、14，则通过所述处理，在晶界上析出CuM合金的元素M。通过在晶界上析出的元素M，抑制Cu元素的晶界扩散，梳齿状电极部的强度提高。即，即使输入高频信号，弹性表面波元件11的机械振动增大，也能抑制梳齿状电极部13、14的应力迁移，很难被破坏。此外，Cu晶粒的结晶定向性提高。梳齿状电极部13、14的电阻值也减小。
另外，元素M例如是Ag。这时，如果所述CuM合金层22、26中的Ag含有量为0.5质量％以上、10质量％以下，更优选为0.8质量％以上、10质量％以下，则能有效提高弹性表面波元件的耐电力特性。
此外，通过使所述热处理的温度为250℃以上、300℃以下，能有效提高弹性表面波元件11的耐电力特性。
此外，在CuM合金层22、26之上形成由Cr构成的保护层23、27，所以能抑制CuM合金层22、26的氧化和腐蚀。
另外，如果使用本实施方式的制造方法，则第二底层20、24是在只由Ti构成的区域之上形成了Ti氧化物，Ti氧化物含氧量从第二底层20、24得下表面一侧到上表面一侧逐渐增加。
在所述本发明弹性表面波元件的制造方法的实施方式中，形成了具有图2所示的第二底层20、24的梳齿状电极部13、14。
当形成图3所示的弹性表面波元件时，可以省略图4所示步骤的Ti层40的成膜步骤，而在压电衬底12上直接连续成膜Ta层41、CuM合金层42(其中，元素M是Ag、Sn、C中的任意一种或2种以上)、Cr层43。
此外，可以代替CuM合金层42形成只由Cu构成的层。另外，图1所示的弹性表面波元件11是在一对反射电极19、19之间，在图示X方向排列着两个电极部17、18，但是本发明的弹性表面波元件11可以在一对反射电极19、19之间只形成一个电极部17、18，也可以在一对反射电极19、19之间排列着三个以上电极部17、18。
此外，本发明的弹性表面波元件适合用作构成天线公用器的共振器、滤波器。可是，本发明的弹性表面波元件的用途并不局限于天线公用器，一般用于共振器、滤波器。
[实施例]
(实施例1)
在压电衬底上形成按顺序层叠了第一底层、CuAg合金层、保护层的梳齿状电极部，调查第一底层的膜厚和CuAg合金层的(111)结晶定向性的关系。
在由LiTaO3构成的压电衬底上溅射成膜由Ta构成的第一底层、CuAg合金层、由Cr构成的保护层，在成膜后进行热处理。把CuAg合金层的膜厚固定在80nm，保护层的膜厚固定在5nm，使第一底层的膜厚从5nm到15nm之间变化。热处理温度为275℃，热处理时间为1小时。通过X射线衍射测定成膜之后的CuAg合金的(111)结晶定向性和热处理后的(111)结晶定向性。
将结果示于图8中。由图8可知，如果在CuAg合金层的下层形成由Ta构成的第一底层，则不管是在成膜之后还是在热处理后，均表现CuAg层(111)峰值。
如果在成膜之后的状态下测定CuAg层的结晶定向，则当第一底层的膜厚为5nm时，CuAg层的(111)结晶定向强度约为15kcps。如果使第一底层的增厚，当膜厚超过10nm时，CuAg层的(111)结晶定向强度急剧增大。此外，CuAg层的(111)结晶定向强度在第一底层的膜厚为10nm时，约为20kcps，当第一底层的膜厚为15nm时，约为60kcps。
此外，从图8可知，如果进行热处理，则即使第一底层的膜厚为任意大小时，CuAg层的(111)结晶定向强度只比成膜之后的状态增强一定的大小。
当第一底层的膜厚为5nm时，热处理后的CuAg层的(111)结晶定向强度约为80kcps。而且，当膜厚超过10nm时，CuAg层的(111)结晶定向强度急剧增大。另外，热处理后的CuAg层的(111)结晶定向强度在第一底层的膜厚为10nm时，约为100kcps，当第一底层的膜厚为15nm时，约为140kcps。
此外，在CuAg层上未发现(111)定向以外的定向。
(实施例2)
在压电衬底上形成按顺序层叠了第二底层、第一底层、CuAg合金层、保护层的梳齿状电极部，调查第二底层的膜厚和CuAg合金层的(111)结晶定向性的关系。
在由LiTaO3构成的压电衬底上，溅射形成由Ti构成的第二底层、由Ta构成的第一底层、CuAg合金层、由Cr构成的保护层，在成膜后进行热处理。把第一底层的膜厚固定在5nm，把CuAg合金层的膜厚固定在80nm，保护层的膜厚固定在5nm，使第二底层的膜厚从3nm到15nm之间变化。热处理温度为275℃，热处理时间为1小时。
通过X射线衍射测定成膜之后的CuAg合金的(111)结晶定向性和热处理后的(111)结晶定向性。
将结果示于图9中。如果在第一底层和CuAg合金层的层叠体的底层形成膜厚为3nm到15nm的由Ti构成的第二底层，则不管是在成膜之后和还是在热处理后，CuAg层的(111)结晶定向强度均成为100kcps以上。特别是如果进行热处理，则在任意的膜厚下，都表现了200kcps以上的(111)结晶定向强度。此外，不管是在成膜之后和还是在热处理后，当第二底层的膜厚为5nm时，(111)结晶定向强度变得最强。第二底层的膜厚为5nm时的(111)结晶定向强度在成膜之后约为130kcps，热处理后约为300kcps。
另外，第二底层形成在第一底层的下层的本实施例的CuAg层的(111)结晶定向强度变得比第一底层直接层叠在压电衬底上(实施例1)时的CuAg层的(111)结晶定向强度更强。
因此，即使第二底层和第一底层的膜厚小，也能增大CuAg层的(111)结晶定向强度，能减轻梳齿状电极层的电极质量。如果电极质量减轻，则弹性表面波元件的Q值增大，高频特性提高。
此外，在CuAg层上未发现(111)定向以外的定向。
在(实施例1)和(实施例2)中，之所以CuAg层的(111)定向增强，大概是因为第一底层变为微细的晶粒组织、即所谓的岛状构造。特别是如果第二底层形成在第一底层的下层(实施例2)，则与第一底层直接层叠在压电衬底上时(实施例1)相比，第一底层的岛状构造变得更微细。
接着，调查了构成图2所示的弹性表面波元件的梳齿状电极部的CuAg合金层中的Ag含量和弹性表面波元件的耐电力性的关系、以及梳齿状电极部形成后的热处理温度和形成的弹性表面波元件的耐电力性的关系。
在弹性表面波元件的耐电力性的测定中，使用了在弹性表面波元件上外加反共振频率的输入信号的状态下，使输入电力阶梯性增加，测定弹性表面波元件被破坏时的输入界限电力的阶梯应力试验法。
以下表示实验条件。梳齿状电极部的梳齿部的宽度尺寸W：0.5μm
梳齿状电极部的梳齿部的间隔宽度P：0.5μm
梳齿状电极部的梳齿部的长度尺寸L：100μm
梳齿状电极部的CuAg合金层的膜厚：80nm
另外，压电衬底的材料为LiTaO3。在本实施例中，为了使弹性表面波元件的抗应力迁移性最大，使输入频率为反共振频率(在本实施例中为1.8GHz到2.0GHz的适当值)。
将结果表示于图10中。根据图10，如果在250℃以上的温度对具有Ag含量为0.8质量％以上的CuAg合金层的弹性表面波元件热处理，则与在常温(25℃)状态下放置时相比，输入界限电力增大。可是，如果热处理温度为350℃以上，则具有Ag含量为2.8质量％的CuAg合金层的弹性表面波元件的输入界限电力比常温放置时的输入界限电力小。此外，如果热处理温度变为375℃，则具有Ag含量为1.0质量％的CuAg合金层的弹性表面波元件的输入界限电力也比常温放置时的输入界限电力小。
从该结果可知，在本发明的弹性表面波元件的制造方法中，形成梳齿状电极部的弹性表面波元件的热处理温度优选范围在250℃以上300℃以下。
此外，从图10的曲线图可知，存在如果CuAg合金层中的Ag含量增大，则弹性表面波元件的输入界限电力也增大的倾向。
特别是如果CuAg合金层中的Ag含量为0.5质量％以上，则弹性表面波元件的输入界限电力成为1W以上，得到实用上优选的耐电力性。
此外，如果CuAg合金层中的Ag含量为10质量％以上，则电极的电阻增大，所以弹性表面波元件的插入损失增大，显著损害了高频特性，所以不好。
因此，在本发明的弹性表面波元件中，当梳齿状电极部具有CuAg层时，该CuAg层中的Ag含量的优选范围为0.5质量％以上，10质量％以下，更优选是0.8质量％以上10质量％以下。
以上关于本发明的优选实施例进行了说明，但是在不脱离本发明的范围中，能进行各种变更。
此外，上述的实施例不过是例示，并不限定本发明的权利要求的范围。
在以上详细描述的本发明中，所述梳齿状电极部具有电阻率低并且熔点高的Cu层或CuM合金层。因此，即使把梳齿状电极部微细化，也能抑制电阻增加，此外，即使由于高频化而应力增大时，也难以发生Cu原子的移动，能提高弹性表面波元件的抗应力迁移性。即，本发明的弹性表面波元件的输入信号频率增大，此外抑制了输入电压增大时的插入损失的增加和元件特性的恶化，能延长元件寿命。
特别是在本发明中，Cu层或CuM合金层层叠在由Ta构成的第一底层的上表面上，所以能提高Cu层或CuM合金层的结晶定向性和微细化平均结晶粒径，由此，能进一步提高弹性表面波元件的抗应力迁移性。
此外，因为有效地提高了弹性表面波元件的抗应力迁移性，所以在本发明中，能使所述Cu层或CuM合金层结晶定向在(111)方位。
能使所述Cu层或CuM合金层的平均结晶粒径为10nm以上100nm以下的范围。
此外，能使所述CuM合金层为具有结晶构造为面心立方晶格构造的晶粒，在晶界上析出元素M的构造。
由于元素M在晶界上析出，抑制Cu元素的晶界扩散，梳齿状电极部的强度提高。即使输入高频信号，弹性表面波元件的机械振动增大，也能抑制梳齿状电极部的应力迁移，很难被破坏。此外，Cu晶粒的结晶定向性提高。并且，梳齿状电极层的电阻值也变小。
此外，元素M例如是Ag。这时，如果所述CuM合金层中的Ag含有量为0.5质量％以上、10质量％以下，则能有效提高弹性表面波元件的耐电力特性。
此外，在本发明中，通过形成挨着所述第一底层的下表面的由Ti或Ti氧化物构成的第二底层，所述Cu层或CuM合金层的(111)方位的结晶定向增强，能进一步提高弹性表面波元件的抗应力迁移性。
此外，如果是具有所述第二底层和所述第一底层的结构，则能减小所述第二底层和所述第一底层的膜厚，能减轻梳齿状电极部的电极质量。如果电极质量减轻，则弹性表面波元件的Q值增大，高频特性提高。
此外，如果在所述第二底层和所述Cu层或所述CuM合金层之间存在所述第一底层，则能防止所述第二底层的构成元素扩散到所述Cu层或所述CuM合金层中。结果，所述Cu层或所述CuM合金层能维持材料本来具有的低电阻率，能提高弹性表面波元件的Q。

Claims (21)

1.一种弹性表面波元件，具有压电衬底和在所述压电衬底上形成薄膜的电极部，其中：
所述电极部具有梳齿状电极部和连接在所述梳齿状电极部上的连接电极部，所述梳齿状电极部具有由Ta构成的第一底层、挨着所述第一底层的上表面层叠的Cu层或CuM合金层，所述元素M是Ag、Sn、C中的任意一种或2种以上，所述Cu层或CuM合金层具有定向在(111)方位的结晶构造。
2.根据权利要求1所述的弹性表面波元件，其中：
所述Cu层或CuM合金层的平均结晶粒径为10nm以上、100nm以下。
3.根据权利要求1所述的弹性表面波元件，其中：
所述CuM合金层具有结晶构造为面心立方晶格构造的晶粒，在晶界上析出有元素M。
4.根据权利要求1所述的弹性表面波元件，其中：
元素M是Ag，所述CuM合金层中的Ag含有量为0.5质量％以上、10质量％以下。
5.根据权利要求4所述的弹性表面波元件，其中：
元素M是Ag，所述CuM合金层中的Ag含有量为0.8质量％以上、10质量％以下。
6.根据权利要求1所述的弹性表面波元件，其中：
设置有挨着所述第一底层的下表面的第二底层，所述第二底层由Ti和/或Ti氧化物构成。
7.根据权利要求6所述的弹性表面波元件，其中：
所述第二底层在只由Ti构成的区域上形成了Ti氧化物，所述Ti氧化物的含氧量从所述第二底层的下表面一侧向上表面一侧逐渐增加。
8.根据权利要求1所述的弹性表面波元件，其中：
所述第一底层的膜厚为5nm以上、15nm以下。
9.根据权利要求6所述的弹性表面波元件，其中：
所述第二底层的膜厚为3nm以上、15nm以下。
10.根据权利要求1所述的弹性表面波元件，其中：
所述Cu层或CuM合金层的膜厚为30nm以上、150nm以下。
11.根据权利要求1所述的弹性表面波元件，其中：
在所述Cu层或所述CuM合金层之上形成有由Cr构成的保护层。
12.一种弹性表面波元件的制造方法，其特征在于：包括以下的步骤：
(a)在压电衬底上连续形成具有由Ta构成的第一底前驱层和o前驱层的多层膜、或具有所述第一底前驱层和CuM合金前驱层的多层膜的步骤，所述元素M是Ag、Sn、C中的任意一种或2种以上；
(b)在所述多层膜构图，形成梳齿状电极部的步骤；
(c)形成连接在所述梳齿状电极部上的连接电极部的步骤；
(d)把形成了所述梳齿状电极部和所述连接电极部的压电衬底热处理的步骤，
由该制造方法所形成的Cu层或CuM合金层具有定向在(111)方位的结晶构造。
13.根据权利要求12所述的弹性表面波元件的制造方法，其中：在所述(a)步骤中，在所述Cu前驱层或所述CuM合金前驱层之上形成由Cr构成的保护前驱层。
14.根据权利要求12所述的弹性表面波元件的制造方法，其中：元素M是Ag，所述CuM合金前驱层中的o含有量为0.5质量％以上、10质量％以下。
15.根据权利要求14所述的弹性表面波元件的制造方法，其中：元素M是Ag，所述CuM合金前驱层中的Ag含有量为0.8质量％以上、10质量％以下。
16.根据权利要求12所述的弹性表面波元件的制造方法，其中：所述(d)步骤的热处理温度为250℃以上、300℃以下。
17.一种弹性表面波元件的制造方法，其中：包括以下的步骤：
(a)在压电衬底上形成由Ti构成的第二底前驱层后，把该第二底前驱层暴露在大气中的步骤；
(b)在所述第二底前驱层上连续成膜由Ta构成的第一底前驱层和Cu前驱层的步骤或连续成膜由Ta构成的第一底前驱层和CuM合金前驱层的步骤，且所述元素M是Ag、Sn、C中的任意一种或2种以上；
(c)蚀刻所述第二底前驱层、第一底前驱层和Cu前驱层或蚀刻所述第二底前驱层、第一底前驱层和CuM合金前驱层，形成梳齿状电极部的步骤，所述元素M是Ag、Sn、C中的任意一种或2种以上；
(d)形成连接在所述梳齿状电极部上的连接电极部的步骤；
(e)把形成了所述梳齿状电极部和所述连接电极部的压电衬底热处理的步骤。
18.根据权利要求17所述的弹性表面波元件的制造方法，其中：在所述(b)步骤中，在所述Cu前驱层或所述CuM合金前驱层之上形成由Cr构成的保护前驱层。
19.根据权利要求17所述的弹性表面波元件的制造方法，其中：元素M是Ag，所述CuM合金前驱层中的o含有量为0.5质量％以上、10质量％以下。
20.根据权利要求19所述的弹性表面波元件的制造方法，其中：元素M是Ag，所述CuM合金前驱层中的Ag含有量为0.8质量％以上、10质量％以下。
21.根据权利要求17所述的弹性表面波元件的制造方法，其中：所述(e)步骤的热处理温度为250℃以上、300℃以下。
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