CN1338146A - 表面声波器件及其制造工艺 - Google Patents

Abstract

在本发明的表面声波器件中,在有含有铝或铝合金的电极的压电基底表面上形成一个金属氧化物层,金属氧化物层形成的方式是至少覆盖所述电极。金属氧化物通过氧化一个薄得足以提供不连续的膜的金属层形成。至少在电极上的其中金属层以不连续的膜的形式存在的一个区域内的金属层通过氧化改变成连续的膜,所述连续的膜可以达到更加改进的防止腐蚀的效果。另外,设置金属氧化层对于表面声波器件的电气特性没有实质的影响。

Description

表面声波器件及其制造工艺

本发明涉及便携电话、车载电话、无线电装备等用的表面声波器件，及其制造工艺。

表面声波器件，即，表面声波滤波器和表面声波谐振器正在日益增长地用作便携电话的高频部分中的介电滤波器的替代滤波器。这样做的某些理由是表面声波滤波器在器件的尺寸上小于介电滤波器，并且在同样器件尺寸的基础上在电气特性方面优于介电滤波器。

表面声波器件含有铌酸锂、钽酸锂等形成的基底及形成在基底表面上的，诸如叉指形换能器(IDT)之类的各种电极和反射器。对于表面声波器件，一般地使用铝或者铝合金(例如铝-铜合金)。然而，铝和铝合金在高湿度环境中容易受到腐蚀，腐蚀可以在不同的情况下引起电极中的破裂或者产生腐蚀的产品，可能导致滤波性能下降。迄今用以防止滤波器因电极腐蚀而降低滤波性能的方法中，把电极密封地封闭在陶瓷封装中，以把它们与环境屏蔽。

但是把电极密封地封闭在陶瓷封装防止电极腐蚀的方法容易发生微小的密封破裂。因此，在封装封闭之后需要提供附加的检查密封程度的步骤。这种检查步骤是生产成本增加的一个因素。在降低生产成本的角度上，树脂封装比昂贵的陶瓷封装优选。然而，树脂封装的抗潮性上却次于陶瓷封装。

领域内还公知一种通过用薄膜覆盖具有形成于其上的IDT的压电基底的表面防止IDT腐蚀的方法。

例如，JP-B3-190311公开了一种表面声波器件，它含有压电基底和厚度100埃或以下的疏水且绝缘的膜，所述膜形成在其上设有电极的基底表面上。在此文中提出，优选地用六甲基二硅氮烷、叠氮化合物和异氰酸酯化合物作为构成上述膜的材料，并且在一个实施例中用喷涂形成厚度50埃或以下的六甲基二硅氮烷膜。然而，该文揭示由于形成此膜的结果有0.2到0.3分贝的插入损耗。

JP-A4-294625公开了一种表面声波器件，其中，为了防止电极材料松脱和腐蚀电极材料，通过在其上设有电极的压电基底的表面喷涂或者蒸发沉积形成保护性膜，所述保护性膜含有诸如铬之类的抗腐蚀金属或者诸如二氧化硅之类的介电材料。在文的一个实施例中，形成厚度为100埃的铬保护膜。

从下面的文中还公知某些表面声波器件，其中在其上设有电极的压电基底的表面上形成一薄膜，却不是用于防止电极腐蚀的目的。

JP-B2-47886揭示一种通过在压电基底的全部或者部分表面上蒸发沉积金属用于控制谐振频率的工艺。在此文中提出，把银、铜、铬、镍等用作蒸发沉积的金属。该文还认为在电极的叉指之间没有短路的可能性，通过蒸发沉积的金属量小得可以以离散的细微小点的形式沉积。

美国专利3,965,444号公开了为了对温度进行补偿，在其上设有电极的压电基底的表面上形成二氧化硅膜。

JP-A4-150512揭示，在其上形成有电极的压电基底的表面上设置半绝缘薄膜。在此文中提出，用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮化硅膜和碳化硅膜构成所述半绝缘薄膜的材料。通过设置这种半绝缘薄膜，压电基底上产生的静电在电极之间放电，使可以防止器件的任何静电击穿。在此文的一个实施例中，借助于等离子体CVD工艺形成厚度约500埃或者以上的氮化硅膜，作为半绝缘膜。

JP-A9-83288揭示，为了防止电极之间的放电，在其上设有电极的压电基底的表面上形成一个半导体薄膜，并且在给出的一个实施例中，用厚度50毫微米的硅膜作为半导体薄膜。

JP-A9-199974揭示，为了降低由于压电基底的热电效应产生的噪音，在其上设有电极的压电基底的表面上形成一个电阻薄膜。在此文中提出，由溅涂或者蒸发沉积形成的硅薄膜指为所述电阻薄膜。然而，此文对于所述电阻薄膜的厚度没有任何说明。

JP-A7-326942揭示了一种表面声波器件，它包括一个其上形成有电极的压电基底表面上的绝缘膜，并且如果k＝2π/λ则满足kh≤0.15，这里h是所述绝缘膜的厚度，而λ是表面声波的波长。该文表示，设绝缘膜是为了控制中心频率。该文还表示，kh的下限是0.002，并且这时的频率变化量是约为80ppm。在该文的实施例中，通过溅涂形成的氧化镁膜和二氧化硅膜用作所述绝缘膜。

如以上所解释，公知在其上形成有电极的压电基底表面上设置各种薄膜。然而，如上述JP-B3-190311所示，设置厚度约为100埃的有机膜引起插入损耗而加重。如上述的JP-A4-294625所述，厚度100埃的铬膜的形成造成电极之间发生短路，结果降低电气特性。

在其上形成电极的基底表面上设的薄膜是介电膜时，也会由于短路发生某些性能下降，即使没有金属膜那么大的下降。例如，可以从上述的JP-A7-326942注意到，中心频率通过设置介电膜控制，甚至绝缘膜对器件的性能也还有一些影响。

鉴于以上所述的情况，本发明的是提供一种表面声波器件，所述器件含有铝或者铝合金形成的电极，其抗潮性受到改进而对其电气性能没有任何不利的影响。

上述目的通过下面的本发明实施例达到：

    (1)一种表面声波器件，含有形成在其上设有电极的压电

基底的表面上的金属氧化层，形成的方式为至少覆盖所述电极，

所述电极由铝或者铝合金构成，其中金属氧化层由厚度小到足以提

供不连续的膜的金属层氧化形成。

    (2)根据上面的(1)的表面声波器件，其中所述金属氧化

层至少在所述电极上提供连续膜。

    (3)根据上面的(1)或(2)的表面声波器件，其中所述

金属氧化层厚度用荧光X射线厚度计测量厚度是0.1至2毫微米。

    (4)一种表面声波器件，含有形成在其上设有电极的压电

基底的表面上的金属氧化层，形成的方式为覆盖至少所述电极，

所述电极由铝或者铝合金构成，其中金属氧化层由厚度用荧光X射

线厚度计测量厚度是0.1至2毫微米。

    (5)一种表面声波器件，含有形成在其上设有电极的压电

基底的表面上的金属氧化层，形成的方式为覆盖至少所述电极，

所述电极由铝或者铝合金构成，其中金属氧化层在所述电极上提供

连续的膜，并且在所述压电基底的所述表面上提供不连续的膜。

    (6)根据上面的(1)至(5)任何一项的表面声波器件，

其中所述金属氧化层含有氧化的过渡金属。

    (7)根据上面的(6)表面声波器件，其中所述金属氧化层

含有氧化铬。

    (8)一种表面声波器件制造工艺，所述工艺是通过在其上

设有铝或铝合金构成的电极的压电基底表面上形成提供厚度小得

足以不形成连续膜的金属层，形成的方式为覆盖至少所述电极，

然后氧化所述金属层，从而把所述金属层转变为至少在所述电极

上提供连续膜的金属氧化层。

    (9)根据上面的(8)的表面声波器件的制造工艺，其中所

述金属氧化层由厚度用荧光X射线厚度计测量厚度是0.1至2毫

微米。

图1表示是铬氧化层的厚度与该铬氧化层对电气特性的影响之间关系的曲线图。

图2是金属铬层的厚度与金属铬层中电阻率乘以层厚度之间关系的曲线图。

图3是含有0.4毫微米厚度氧化铬的表面声波器件在高温高湿环境中保持高性能的时间长度与其中心频率变化量之间关系的曲线图。

图4是含有0.7毫微米厚度氧化铬的表面声波器件在高温高湿环境中保持高性能的时间长度与其中心频率变化量之间关系的曲线图。

图5是含有1.5毫微米厚度氧化铬的表面声波器件在高温高温环境中保持高性能的时间长度与其中心频率变化量之间关系的曲线图。

图6是没有氧化铬的表面声波器件在高温高湿环境中保持高性能的时间长度与其中心频率变化量之间关系的曲线图。

图7是替代式透射电子显微照象片，用于画出薄膜的图示，该显微照角片示出夹在一个电极和一个铝层之间的金属铬层的截面。

图8是替代式透射电子显微照象片，用于画出薄膜的图示，该显微照角片示出夹在一个电极和一个铝层之间的金属铬层的截面。

本发明提供一种表面声波器件，含有铝或铝合金或IDT和反射器电极制成的叉指式换能器(IDT)，其中以至少覆盖电极的方式提供金属氧化层。

如以上所解释，表面声波器件含有形成在其上设有电极的压电基底表面上的金属氧化层，是领域内公知的。然而，不同于常规表面声波器件，根据本发明的金属氧化层是对表面声波器件的电气特性没有任何影响的薄膜。提供用以覆盖其上设有电极的压电基底表面的金属氧化层，在它厚的时候对表面声波器件的电气特性有不利的影响。例如，金属氧化物一般地当作绝缘材料。然而金属氧化层的厚度增加引起其电阻抗变小，并且从而引起电极之间发生短路。因此，表面声波器件的插入损耗加重。在表面声波器件中，例如，常常形成氧化锌层作为压电基底和电极之间的压电膜。氧化锌层的电阻率由锂掺杂等加强。作为下面给出的第一到第四实验的结果，  以及对其的研究，本发明者现在发现，如果其上设有电极的压电基底的表面上覆盖非常薄的金属氧化层，那么可能达到强有力地改善电极的抗潮性(电极对被潮湿腐蚀的抵抗性)，而对表面声波器件的电气特性没有任何不利的影响。

用于第一个实验的表面声波器件样品是用以下过程制备的。

对于压电基底，旋转36度的Y切割钽酸锂，把表面声波的传播方向沿X方向预设。对于电极形成，通过溅涂形成厚度为150毫微米的0.5％质量铝的铜合金膜。然后用显微照象和干蚀刻构造该合金膜以形成表面声波谐振器的电极图案，所述谐振器在IDT的双外侧都有反射器电极。所述表面声波谐振器的谐振频率约为1.6GHz。

然后通过在已经设有电极的压电基底的整个表面上溅涂形成金属铬层。然后，在氧环境中把该组件于250C温度下热处理两个小时，把金属铬层氧化成氧化铬层，从而得到表面声波器件的样品。为了对比，以相同的方式准备了另一个样品，例外是没有设置氧化铬层。

用此方式准备的每个样品都测量了谐振频率fr和抗谐振频率fa以找出它们之间的差(fr-fa)。然后找出样品的差(fr-fa)与没有形成氧化铬层的样品的对照的差(fr-fa)之间的差。图1中所述的差示出为(fr-fa的变化范围)。图1的横坐标上的层厚是由荧光X线厚度计(Rigaku Co.，Ltd制造的3640系统)测量的金属铬层。注意到在图1中把金属铬导的厚度标示成氧化铬层的厚度，因为用荧光X线厚度计测量时，金属铬层在氧化时没有任何变化。换言之，在用荧光X线厚度计测量时在金属层的厚度与该金属氧化形成的金属氧化层的厚度之间没有发现任何改变，因为所述测量计设计以对金属原子计数而进行厚度测量。在本公开中，金属层和金属氧化屋的厚度都以荧光X线厚度计的测量值给出。

参见图1，fr-fa的变化范围越接近零，氧化铬层对电气特性的影响就越微不足道。因此从图1可见，如果氧化铬层为2毫微米或者以下，氧化铬层对于表面声波器件的电气特性就没有任何实质上的影响。此实验还指出，如果氧化铬层的厚度是2毫微米或以下，与不含有氧化铬层的样品例相比时，在fr和fa处的阻抗的绝对值各自都没有任何变化。这反过来又指出，如果氧化铬层的厚度在2毫微米或者以下，就没有因设置氧化铬的任何实质上的短路，所以不恶化插入损耗。

现在说明第二实验，进行该实验是为了紧密地研究薄得足以对表面声波器件的电气特性没有影响的金属氧化层的结构。

在第二实验中，如同在第一实验中，通过在旋转36度的Y切口钽酸锂基底上溅涂形成不同厚度的金属铬层。测量各个金属铬层的电阻率以得出电阻率与其厚度的积。图2是以一个图表，以金属铬层的厚度为横坐标，并且以层厚和电阻率的积为纵坐标。

由图2中可见，在金属铬层超过约3.5毫微米的范围中，“电阻率乘层厚”的积值层厚增加而线性地增加。这揭示，在该厚度范围内的金属铬层部分保持与金属铬块的电阻率等效的电阻率。换言之，在此层厚区域应当是形成了实质上均匀的连续膜。在金属铬层的厚度是3.5毫微米或以下的另一个区域，随着层厚的下降在纵坐标上的“电阻率乘层厚”的乘积值强有力地增加。此结果指出，金属铬层的电阻率已经远高金属铬块的电阻率，并且表明，在此厚度范围内金属铬层表现为不连续的膜的形式。

从图2所示的结果，可以理解，如图1所示，具有厚度小得足以对表面声波器件的电气特性没有影响的表面声波器件可以通过氧化不连续的金属铬层得到。

现在说明第三实验，第三实验是为了特别地由氧化金属铬层得到的金属铬层和氧化铬层的性质进行的。

在第三实验中，其上设有电极的压电基底的表面首先如同在第一实验中那样覆盖以金属铬层，例外是所述金属铬层的厚度是0.85毫微米。然后用覆盖所述金属铬层的方式通过溅涂提供一个铝层以准备一个用于观察其截面结构的样品。这里注意到所述铝层设置得把金属铬层的表面保持在一个固定的状态，从而可以方便地观察到金属铬层的截面。在切割样品之后，在透射电子显微镜下观察夹在电极和铝层之间的金属铬层。结果是，发现铬层以不连续的膜的形式存在，如图7所示。在图7中，示出金属铬层为线性的暗的形式，走行于近乎整个显微照象的中部。

金属铬层形成后，得到如上述的用于观察截面结构的例子的另一个样品，例外是通过如第一实验的同样条件下氧化金属铬形成氧化铬层。在这个样品切割后，在透射电子显微镜下观察夹在电极和铝层之间的金属铬层。结果是，发现铬层以连续的膜的形式存在，如图8所示。在图8中，示出金属铬层为线性的暗的形式，走行于近乎整个显微照象的中部。

从第三实验的结果可以理解，通过氧化金属铬层在电极上所述膜从不连续的形式转变成连续的形式。明显地，这是在本发明中可以如此地改善抗潮性的主导原因。

在第三实验中，不可能检查出在压电基底上的金属铬层是不是通过氧化变化成连续的膜。从第一实验中有厚度2毫微米或以下的氧化铬层的表面声波器件的电气特性没有任何实质的改变这样的事实，即在正和负IDT电极之间保持绝缘的事实推断，很可能在压电基底上的金属铬层在氧化后还是以不连续的膜的形式存在。

现在说明第四实验，第四实验是为了紧密研究氧化铬层作为保护层的效果进行的。

在第四实验中，电极如第一实验中一样地形成在压电基底上，然而所用的电极图案是带有梯形连接的表面声波谐振器的滤波器图案。这种滤波器图案是为了欧洲移动电话DCSl800系统设计的。

然后，以三个厚度，就是说0.4毫微米、0.7毫微米和1.5毫微米的厚度，通过在其上形成有电极的压电基底上溅涂形成金属铬层。最后，如同第一实验把该金属铬层氧化，以得到表面声波器件样品。为了进行对比，如上所述地准备另一个样品，例外是不设氧化铬层。

把每个样品放入陶瓷封装中借助于电线粘接把IDT连接到这些样品。为此目的，通过双重泄露法进行密封检测，以筛选出那些发现有泄露的封装。使此种陶瓷封装耐受60℃温度和湿度90％的恒温恒湿箱，以估计抗潮寿命。检查点是表面声波滤波器的中心频率fo的时间变化。

各个样品的耐受时间和中心频率的变化量Δfo之间的关系示于图3至图6。图3描绘出有0.4毫微米厚度的氧化铬层的样品的结果，图4描绘出有0.7毫微米厚度的氧化铬层的样品的结果，图5描绘出有1.5毫微米厚度的氧化铬层的样品的结果，图6描绘出没有氧化铬层的样品的结果。

在图3至图5中，即使耐受1000小时后，Δfo也限于1MHz或以下，而在图6中，在耐受1000小时后Δfo变得很大，表现为约10MHz。在此注意到在各图中示出了多个样品的结果，并且注意到在这些样品之间有差异，因为密封封闭的不完善程度从样品到样品之间不同。从图3至5可以看到，不论密封封闭的不完善程度的如何，抗潮性通过本发明很大地改善了。

注意到上面是具有厚度范围0.4至1.5毫微米的氧化铬层的样品的结果。然而，本发明人的研究表面，如果金属氧化层的厚度优选地为0.1毫微米或以上，或者更优选地0.2毫微米或以上，它就可以良好地起保护层的作用。如上所述，如果金属氧化层厚度在2毫微米或以下，对电气特性就没有任何实质上的不利影响。因此，优选地金属氧化层的厚度为0.1至2毫微米。

从上述的实验结果，可以理解，如果声波器件设置电极保护层形式的给定厚度的氧化铬层，就有可能在表面声波器件的抗潮性上产生强有力地改善而对其电气特性没有任何影响。

尽管在上面的实验中用氧化铬层作为保护层，应当理解本文对于用作保护层的氧化金属没有特殊限定。然而，优选地用非铝的过渡金属，尤其是铬、铁和镍，或者含有这些金属中至少一个的合金的氧化物，更加特别优选的是氧化铬。

对于如何形成金属氧化层没有特别的限制；但是，优选地使用一种方法，其中，首先形成金属层然后加以氧化。对于金属层的形成，可以使用诸如溅涂和蒸发沉积之类的蒸发相生长方法，最优选的是溅涂法。对于氧化没有特殊的限制；然而，优选地使用一种方法，其中所述金属层在氧化环境中进行热处理。对于氧化环境，优选地使用氧分压大于空气的空气或者大气(例如，纯氧环境)。处理的温度和时间可以根据不同的情况大致地确定，例如根据热处理环境中的氧分压、和金属层的成分；然而，一般优选地在处理湿度范围200至270℃和处理时间范围在1至10个小时中进行适当的选择。处理温度过低或者处理时间过短容易使金属层的氧化不充分，结果降低了构成IDT的电极之间的电阻，从而增加了表面声波器件的损失。另一个方面，过高的处理温度或者过长的处理时间可能引起IDT的氧化。这种情况下也增加了表面声波装置的损耗。

此外，例如，根据本发明还可能通过使用氧化膜目标的溅涂方法形成不连续膜形式的金属氧化膜。在此情况下，优选地金属氧化层应当有与通过氧化金属层得到的金属氧化层厚度相等的厚度。但是，注意到甚至在电极上金属氧化层不以连续的膜的形式出现，从而对于电极的抗潮性的改善变得微不足道。

金属氧化层应当优选地以至少覆盖电极的方式形成。但是，在本发明中不需要把金属氧化层的覆盖范围限制于仅在电极的毗邻。对于金属氧化层跨越正和负的IDT电极形成的情况，本发明特别地有效，因为在所述电极之间不会发生短路。对于表面声波器件的产生，首先同时地在大面积压电基底上形成多个器件图案。然后为每个器件单元切出压电基底，  以在一个单一操作中得到多个器件。因此，如果在其上设有多个器件图案的大面积物基底的整个表面上形成金属氧化物，并且然后为每个器件单元切出所述基底，就可能把因设置金属氧化层造成的步骤数目增加最少化。这是特别优选的。

本发明可以应用于其中铝或者铝合金用作电极材料的任何受希望的表面声波器件；换言之，没有另外地加以特殊的限制。例如，可以适当的确定电极尺寸、电极图案等等。例如，对于用铝合金作电极材料，可以由铝铜、铝钽、铝锑、铝钪铜和铝钨制造进行适当的选择。在含有铝合金的电极中，添加到铝中的成分一般地在2％质量或以下。

根据本发明，可以对具有含铝或铝合金的电极的表面声波器件的抗潮性进行强有力地改善。因此可能在把所述器件密封在封装中后取消密封性检查的步骤，因此可以利用廉价的树脂封装，结果显著地降低制造成本。另外，即使在表面声波器件的抗潮性通过本发明改进时，对于表面声波器件的特性没有任何实质上的影响。

Claims (9)

1.一种表面声波器件，含有形成在其上设有电极的压电基底的表面上的金属氧化层，形成的方式为覆盖至少所述电极，所述电极由铝或者铝合金构成，其中金属氧化层由厚度小到足以提供不连续的膜的金属层氧化形成。

2.权利要求1所述的表面声波器件，其特征在于，所述金属氧化层至少在所述电极上提供连续膜。

3.权利要求1或2所述的表面声波器件，其特征在于，所述金属氧化层厚度用荧光X射线厚度计测量是0.1至2毫微米。

4.一种表面声波器件，含有形成在其上设有电极的压电基底的表面上的金属氧化层，形成的方式为覆盖至少所述电极，所述电极由铝或者铝合金构成，其中金属氧化层厚度用荧光X射线厚度计测量是0.1至2毫微米。

5.一种表面声波器件，含有形成在其上设有电极的压电基底的表面上的金属氧化层，形成的方式为覆盖至少所述压电基底的表面的一部分和所述电极，所述电极由铝或者铝合金构成，其中金属氧化层在所述电极上提供连续的膜，并且在所述压电基底的所述表面上提供不连续的膜。

6.权利要求1至5任何一项所述的表面声波器件，其特征在于，所述金属氧化层含有过渡金属氧化物。

7.权利要求6所述的表面声波器件，其特征在于，其中所述金属氧化层含有氧化铬。

8.一种表面声波器件制造工艺，所述工艺是通过在其上设有铝或铝合金构成的电极的压电基底表面上形成厚度小得足以提供不连续膜的金属层，形成的方式为覆盖至少所述电极，然后氧化所述金属层，从而把所述金属层转变为至少在所述电极上提供连续膜的金属氧化层。

9.权利要求8所述的表面声波器件的制造工艺，其中所述金属氧化层厚度用荧光X射线厚度计测量是0.1至2毫微米。

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