CN1394388A - 弹性表面波滤波器 - Google Patents

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Abstract

在具有基片和形成在基片上的电极的弹性表面波(SAW)滤波器中，电极具有底层、第1金属层、第2层和第3层，第1金属层由Al或者以Al为主体的金属组成、而且对基片沿一定方向取向，第2层抑制第1金属层的Al原子向对基片垂直方向的移动，第3层是为了调整膜厚。由此，在具有任意膜厚的SAW滤波器中，能够同时达到具有难于引起晶界扩散的膜质和对应力性很有效的膜的粒径的微细化。因此，在这种SAW滤波器中，能够阻止伴随SAW的传播在电极上产生的负荷引起的应力而引起的电极的Al原子的移动，因而，该滤波器具有优秀的耐电功率性。

Description

弹性表面波滤波器
技术领域
本发明涉及具有梳状电极等形成在基片上的电极的弹性表面波滤波器及其制造方法。
背景技术
在特开平3-14308号中公开的现有的弹性表面波器件具备压电基片和设在它上面的微量添加了Cu、Ti、Ni、Mg、Pd等耐移动特性优秀的添加物的、晶体取向沿一定方向取向的外延生长铝膜电极，该膜具有防止移动的功能。
它的电极是由外延生长铝膜所组成的单层膜，它的电极粒径成长到与膜厚相同的程度。因此，当电极大于某一厚度时，它对伴随弹性表面波传输而产生的应力变的脆弱、耐电功率性退化。特别是在没有晶界的单结晶膜的电极中，长时间的施加应力时形成亚晶界，结果是应力集中在它的部分上，相反的对伴随弹性表面波的传输产生的应力变的脆弱。
发明内容
本发明提供提高了对伴随弹性表面波传输产生的应力的耐性的弹性表面波(SAW)滤波器。
SAW滤波器具备基片和设在基片上的、对所述基片以一定方向取向的、具有膜厚小于200nm的金属层的电极。
SAW滤波器的制造方法包括形成具有包含Al金属层的电极的电极形成工程和与所述电极同时、在所述电极的侧壁上由溅射腐蚀形成Al扩散防止层的至少一部分的工程。
附图说明
图1是本发明实施方式中的弹性表面波(SAW)滤波器的立体图。
图2是实施方式中的SAW滤波器的结构图。
图3是本发明实施方式1的实施例1中的SAW滤波器的关键部位梳型电极的剖面图。
图4是实施方式1的实施例2中的SAW滤波器的关键部位梳型电极的剖面图。
图5是实施方式1的实施例3中的SAW滤波器的关键部位梳型电极的剖面图。
图6是实施方式1的实施例4中的SAW滤波器的关键部位梳型电极的剖面图。
图7是实施方式1的比较例1中的SAW滤波器的关键部位梳型电极的剖面图。
图8是实施方式1的比较例2中的SAW滤波器的关键部位梳型电极的剖面图。
图9是实施方式1的比较例3中的SAW滤波器的关键部位梳型电极的剖面图。
图10是实施方式1的比较例4中的SAW滤波器的关键部位梳型电极的剖面图。
图11是本发明实施方式2的实施例5中的SAW滤波器的关键部位梳型电极的剖面图。
图12是实施方式2的实施例6中的SAW滤波器的关键部位梳型电极的剖面图。
图13是实施方式2的实施例7中的SAW滤波器的关键部位梳型电极的剖面图。
图14是实施方式2的实施例8中的SAW滤波器的关键部位梳型电极的剖面图。
图15是实施方式2的比较例5中的SAW滤波器的关键部位梳型电极的剖面图。
图16是实施方式3的实施例9中的SAW滤波器的关键部位梳型电极的剖面图。
图17是实施方式3的实施例10中的SAW滤波器的关键部位梳型电极的剖面图。
图18是实施方式3的实施例11中的SAW滤波器的关键部位梳型电极的剖面图。
图19是实施方式3的实施例12中的SAW滤波器的关键部位梳型电极的剖面图。
图20是实施方式3的比较例6中的SAW滤波器的关键部位梳型电极的剖面图。
图21是本发明实施方式4的实施例13、14、比较例7、8、9、10中的SAW滤波器的关键部位梳型电极的剖面图。
图22是实施方式4的实施例15、16中的SAW滤波器的关键部位梳型电极的剖面图。
图23是实施方式4的实施例17、18中的SAW滤波器的关键部位梳型电极的剖面图。
图24是本发明实施方式5的实施例19、20中的SAW滤波器的关键部位梳型电极的剖面图。
图25是实施方式5的实施例21、22中的SAW滤波器的关键部位梳型电极的剖面图。
图26是实施方式5的实施例23中的SAW滤波器的关键部位梳型电极的剖面图。
图27是实施方式5的比较例23中的SAW滤波器的关键部位梳型电极的剖面图。
符号说明
1-基片、2-电极、3-底层、4-第1层、5-第2层、6-第3层、7-台阶部、8-扩散防止层、9-保护膜。
具体实施方式
(实施方式1)
图1是本发明实施方式中的弹性表面波(SAW)滤波器的立体图，图2是滤波器的结构图。SAW滤波器具备基片1和形成在基片上面上的由电极2组成的弹性波谐振器，是5个谐振器梯子型连接的所谓梯式表面弹性波滤波器。电极2由梳状电极21及反射器22构成。在本发明的实施方式中，基片1是钽酸锂的36o旋转Y切基片。还有，在实施方式1中说明了梳状电极的梳间距约为0.6μm、中心频率1.8GHz的带通滤波器。
图3～图6是实施方式1中实施例1～4的SAW滤波器的关键部位电极的剖面图。图7～图10是比较例1～4的SAW滤波器的电极的剖面图。
实施例1的电极102如图3所示那样，是形成在基片1上的膜厚200nm的第1层4。
实施例2的电极112如图4所示那样，具有从基片1一侧顺序叠层形成的膜厚200nm的第1层4和防止第1层的Al原子对基片的垂直方向的晶界扩散的第2层5。
实施例3的电极122如图5所示那样，具有从基片1顺序叠层形成的底层3和膜厚200nm的第1层4。
实施例4的电极132如图6所示那样，具有从基片1起顺序叠层形成的底层3、膜厚200nm的第1金属层4和防止第1金属层的晶界扩散的层5。
比较例1的电极142如图7所示那样，是形成在基片1上的膜厚200nm的金属层4。
比较例2的电极152如图8所示那样，是形成在基片1上的膜厚250nm的金属层4。
比较例3的电极162如图9所示那样，具有从基片1起顺序叠层形成的膜厚200nm的第1金属层4和防止第1金属层的Al原子对基片垂直方向的晶界扩散的第2金属层5。
比较例4的电极172如图10所示那样，具有从基片1起顺序叠层形成的成为底层的第1金属层3和膜厚200nm的第2金属层4。
实施例1～4及比较例1～4的电极各层的材料及膜厚、成膜方法示于表1。
(表1)
层数 底层 第1层 第2层 成膜方法 电极剖面图
实施例1  1 材料 - *AlZrCu  -  IBS 图3
膜厚 - 200  -
实施例2  2 材料 - *AlZrCu  Ti  IBS 图4
膜厚 - 200  20
实施例3  2 材料 Ti *AlZrCu  -  DCMS 图5
膜厚 20  200  -
实施例4  3 材料 Ti *AlZrCu  Ti  DCMS 图6
膜厚 10  200  10
比较例1  1 材料 - AlZrCu  -  DCMS 图7
膜厚 - 200  -
比较例2  1 材料 - *AlZrCu  -  IBS 图8
膜厚 - 250  -
比较例3  2 材料 - AlZrCu  Ti  DCMS 图9
膜厚 - 200  20
比较例4  2 材料 Cr AlZrCu  -  DCMS 图10
膜厚 20  200  -
※IBS：离子束溅射，DCMS：DC磁控溅射
※在材料栏中*表示(111)的取向膜
※膜厚的单位：nm
如表1所示的那样，在实施方式1中Al或者以Al为主体的金属是AlZrCu合金。具有底层及第2层的电极除比较例4外用的是Ti。比较例4中底层用的是Cr。成膜方法使用的是离子束溅射及DC磁空溅射法中的任何一种。在这些电极膜成膜后，用X线衍射的θ-2θ法调查了这些电极膜，其结果是电极的取向性在离子束溅射成膜电极膜的实施例1、实施例2、比较例2及底层3用Ti的实施例3、实施例4的AlZrCu中仅观测到Al的(111)面的峰值，确认Al合金层成为了(111)轴对基片垂直方向取向的取向膜。其他的电极膜没有观测到从特定结晶面来的峰值，确认它不是取向膜、是无取向的多晶膜。实施方式1中所用的滤波器的设计膜厚在使用Al电极的情况下是200nm。伴随电极的厚度及材料而来的特性的偏离可用改变梳状电极的节距进行调节，使中心频率几乎成为1.8GHz。电极由光刻及干法刻蚀形成图形。图形形成后切割、分割成芯片，芯片装片在陶瓷管座上，由引线焊接进行电器连接。然后，在氮气气氛中将盖溶接气密封接、作成具有电极的SAW滤波器。
对于本实施例中作成的滤波器，在器件上施加梯型滤波器最弱点的通带中最高频率的信号进行耐电功率性试验。试验开始后，定期的中断试验测量SAW滤波器的特性。定义通带的插入损耗增加到大于0.5dB时的这一点为器件的退化，从试验开始后到器件退化的总试验时间为寿命。在加速退化试验中，加速退化的主要因素用的是电功率和温度。进行了两类加速退化试验，一类是保持芯片表面的温度一定、在几个施加电功率下测定寿命的电功率加速退化试验，另一类是保持施加的电功率一定、在几个芯片温度下测量寿命的温度加速退化试验。从两类的试验结果使用艾林模型推定在电功率1W、环境温度50℃时的寿命。耐电功率性的评价标准是5万小时以上。表2示出具有表1所示电极的SAW滤波器的推定寿命。在表2中也一并示出AlZrCu金层的各电极膜的结晶粒径。
(表2)
结晶粒径(nm) 推定寿命(小时) 结晶粒径(nm) 推定寿命(小时)
实施例1  200  55,000 比较例1  200  1,500
实施例2  200  70,000 比较例2  250  12,000
实施例3  200  56,000 比较例3  200  5
实施例4  200  74,000 比较例4  200  1,500
从表2可以看出采用实施例1～4的电极的SAW滤波器推定寿命超过5万小时，比较例1～4的滤波器低于5万小时。AlZrCu层的结晶粒径的那一个电极都是几乎与膜厚相同程度。但是，比较例2的滤波器尽管寿命不超过5万小时，但与其他比较例不同耐电功率性改善了。实施例1的电极和比较例2的电极的区别在于其膜厚和结晶粒径。导体膜的情况下，其结晶粒径与膜厚成比例的变大。在将取向膜的单层电极作为电极膜的SAW滤波器中，在电极的膜厚低于200nm下寿命超过5万小时。但是，考虑耐电功率性的参差不齐，希望最好将膜厚设定的小于100nm。从这些结果可知，为了得到耐电功率性高的电极，由Al或者以Al为主体的层组成取向膜，而且结晶粒径小是必要的。为了使结晶粒径小，限制膜厚是有效的。
(实施方式2)
图11～图14是本发明实施方式2中的实施例5～8的弹性表面波(SAW)滤波器的关键部件电极的剖面图。图15是比较例5的SAW滤波器的电极的剖面图。
实施例5的电极1 82如图11所示，是形成在基片1的台阶部7的顶部上的膜厚200nm的第1层4。
实施例6的电极192如图12所示，具有形成在基片1的台阶部7的顶部上的、从基片1起顺序叠层的底层3和膜厚200nm的第一层4。
实施例7的电极202如图13所示，具有形成在基片1的台阶部7的顶部上的、从基片1起顺序叠层形成的膜厚200nm的第1金属层4和防止第1金属层的晶界扩散的第2层5。
实施例8的电极212如图14所示，具有形成在基片台阶部7的顶部上的、从基片1起顺序叠层形成的底层3和膜厚200nm的第1金属层4和防止第1金属层的晶界扩散的第2层5。
比较例5的电极222如图15所示，是形成在基片1上的膜厚300nm的金属层4。
实施例5～9及比较例5的电极的各层的材料及膜厚、成膜方法示于表3。
(表3)
层数 基片台阶部(nm) 底层 第1层 第2层 成膜方法 电极剖面图
实施例5  1  20 材料 - *AlMgCu  -  IBS 图11
膜厚 - 200  -
实施例6  2  15 材料 Ti *AlMgCu  -  DCMS 图12
膜厚 20 200  -
实施例7  2  15 材料 - *AlMgCu  Ti  IBS 图13
膜厚 - 200  20
实施例8  3  10 材料 Ti *AlMgCu  Ti  DCMS 图14
膜厚 20 200  20
比较例5  1  - 材料 - *AlMgCu  -  IBS 图15
膜厚 - 300  -
※IBS：离子束溅射，DCMS：DC磁控溅射
※在材料栏中*表示(111)的取向膜
※膜厚的单位：nm
如表3所示，本实施方式2中的Al或者以Al为主体的金属层使用的是AlMgCu合金。底层及具有第2层的电极用的是Ti。电极用离子束溅射及DC磁控溅射中的任何一种方法成膜。对这些电极膜，在电极膜成膜后用X线衍射的θ-2θ法调查了这些电极膜的取向性，实施例5、实施例6、实施例7、实施例8、比较例5中都是在AlMgCu层中，仅仅观测到Al的(111)面的峰值，确认Al合金层成为(111)轴对基片垂直方向取向的取向膜。实施方式2中滤波器的结构与实施方式1相同，使用设计膜厚300nm的Al电极、试验过中心频率几乎为1.75GHz的滤波器。对于伴随电极的厚度及材料特性的偏离，由改变设在基片上的台阶部的高差将中心频率调节到几乎1.75GHz。因此，实施例5～8及比较例5的梳型电极的电极间节距几乎一致。电极由光刻及反应离子刻蚀法形成图形。刻蚀气体用的是BCl3和Cl2的混合气体。因此，在反应离子刻蚀中，在用Cl*基及BCl3 *基进行化学腐蚀的同时，由BCl3+离子进行溅射刻蚀形成图形。在实施例5～8中，由控制刻蚀时间形成基片的台阶部。将形成图形后的基片切断分割、被分割的各个芯片装片到陶瓷管座上。进一步，各芯片由引线焊接进行电器连接。然后，在氮气气氛下，溶接盖进行气密密封，作成具有各电极的SAW滤波器。
用与实施方式1的情况同样的方法，对实施方式2的滤波器的耐电功率性进行了评价。表4示出了具有表3所示电极的SAW滤波器的推定寿命。在表4中同时示出了各电极膜的AlMgCu的结晶粒径。
(表4)
结晶粒径(nm)  推定寿命(小时) 结晶粒径(nm) 推定寿命(小时)
实施例5  200  55,000 比较例6  300  9,500
实施例6  200  56,000
实施例7  200  70,000
实施例8  200  74,000
如从表4所明白的那样，用实施例5～8的电极的SAW滤波器超过了目标推定寿命5万小时，而比较例5的滤波器却小于5万小时。还有，AlMgCu层的结晶粒径那一个电极也是几乎与膜厚相同的程度。如前所述，实施方式2的滤波器的Al电极的设计膜厚是300nm。在基片上设置台阶部、将台阶部作为电极的一部分，将Al或者以Al为主体的金属层的膜厚设置的小于200nm，由此，滤波器能实现与实施方式1所示的实施例1～4的电极同程度的耐电功率性，能实现耐电功率性目标的大于5万小时的寿命。从这些结果可知，为实现期望的滤波器特性，必须将电极膜膜厚设置的大于200nm的SAW滤波器中，为了在实现期望的特性的同时提高耐电功率性，在基片上设置台阶部、将台阶部作为电极的一部分，同时将Al或者以Al为主体的层的膜厚设置的小于200nm使结晶粒径变小的取向膜是有效的。
(实施方式3)
图16～图19是本发明实施方式3中实施例9～12的弹性表面波(SAW)滤波器关键部位电极的剖面图。图20是比较例6的SAW滤波器电极的剖面图。
实施例9的电极232如图16所示，具有从基片1起顺序叠层形成的膜厚200nm的第1金属层4和防止第1金属层4的Al原子对基片垂直方向晶界扩散的第2金属层5和调节电极232膜厚的第3层6。
实施例10的电极242如图17所示，具有从基片1起顺序叠层形成的底层3、膜厚200nm的第1金属层4、防止第1金属层4的Al原子对基片垂直方向晶界扩散的第2层5和调节电极242膜厚的第3层6。
实施例11的电极252如图18所示，具有形成在基片1的台阶部7的顶部上的膜厚200nm的第1金属层4、防止第1金属层4的Al原子对基片垂直方向晶界扩散的第2层5和调节电极252膜厚的第3层6。
实施例12的电极262如图19所示，具有形成在基片1的台阶部7的顶部上的、从基片1起顺序叠层形成的底层3、膜厚200nm的第1金属层4、防止第1金属层4的晶界扩散的第2层5和调节电极262膜厚的第3层6。
比较例6的电极272如图20所示，具有从基片1侧起顺序叠层形成的底层3、膜厚200nm的第1金属层4、防止第1金属层4的Al原子对基片垂直方向晶界扩散的第2层5和调节电极272膜厚的第3层6。
表5示出实施例5～9及比较例5的电极各层的材料及膜厚、成膜方法。
(表5)
层数 基片台阶部(nm) 底层 第1层 第2层 第3层 成膜方法 电极剖面图
实施例9  3  - 材料 - *AlMg  Ti  AlMg  IBS 图16
膜厚 - 200  10  260
实施例10  4  - 材料 Ti *AlMg  Ti  AlMg  DCMS 图17
膜厚 10  200  10  250
实施例11  3  10 材料 - *AlMg  Ti  AlMg  IBS 图18
膜厚 - 200  10  200
实施例12  4  7 材料 Ti *AlMg  Ti  AlMg  DCMS 图19
膜厚 10  200  10  200
比较例6  4  - 材料 Ti *AlMg  Ti  AlMg  DCMS 图20
膜厚 10  280  10  200
※IBS：离子束溅射，DCMS：DC磁控溅射
※在材料栏中*表示(111)的取向膜
※膜厚的单位：nm
如表5所示那样，在实施方式3中Al或者以Al为主体的金属用的是AlMg合金。底层及第2层用的是Ti。层由离子束溅射及DC磁空溅射中任何一个成膜。电极膜成膜后用X线衍射的θ-2θ法调查了各电极的取向性，实施例9、实施例10、实施例11、实施例12、比较例6的无论那一个就AlMg层仅仅观察到Al的(111)面的峰值，确认Al合金层成为(111)轴对基片垂直方向取向的取向膜。但是，由于电极具有第1层及第3层的两层的AlMg层，底层及第1层的样品用其他的途径在同一成膜条件下作成、确认它的取向性。在实施方式3中所用的滤波器的结构与实施方式1中是相同的，但是，具有设计膜厚480nm的Al电极的滤波器的中心频率设计的几乎成为800MHz。对于伴随电极的厚度及材料产生的特性的偏差，能够用改变设在基片上的台阶部的高差及第3层的层厚将滤波器的中心频率调节为几乎800MHz那样。因此，实施例9～12及比较例6的梳形电极的电极间节距几乎一致。电极及滤波器用与实施方式2同样的方法作成。
在实施方式3中也与实施方式1的情况一样，评价了滤波器的耐电功率性。表6示出具有表5所示的各电极的SAW滤波器的推定寿命。在表6中也一并示出各电极膜第1层的AlMg层的结晶粒径。
(表6)
结晶粒径(nm) 推定寿命(小时) 结晶粒径(nm) 推定寿命(小时)
实施例9  200  53,000 比较例6  280  8,800
实施例10  200  55,000
实施例11  200  57,000
实施例12  200  58,000
※结晶粒径表示第1层的结晶粒径。
如从表6明白的那样，用实施例9～12的电极的SAW滤波器的推定寿命超过5万小时，而在比较例6中小于5万小时。还有，各电极膜的第1层的AlMg层的结晶粒径无论那个电极都是与层厚相同程度。在实施方式2中如前述的那样所用的滤波器的Al电极的设计膜厚是480nm，由在Al或者以Al为主体的第1层上设置限制所述第1层层厚的第2层及调整电极膜厚的第3层，或者在基片上设置台阶部将它作为电极一部分的方法，将第1金属层的膜厚设置的小于200nm。由此，滤波器具有高耐电功率性，并具有大于耐电功率性目标的5万小时的寿命。在实施例9、实施例10的滤波器中试验后除电极退化部分以外，在梳形电极的表面上也观察到因Al扩散形成的希罗克斯合金。这是因为Al原子的扩散引起膜厚调整层第3的退化。另一方面，在实施例11、实施例12中没有观察到这种现象，由此可知Al或者以Al为主体的第3层的厚度最好小于200nm。进一步，也可以在第3层上设置抑制从第3层来的Al原子扩散的第4层。还有，对实施例11、实施例12、比较例6的滤波器观察试验后的电极发现虽然没有观察到在电极表面上的因Al原子扩散引起的希罗克斯合金，但在梳状电极间观察到侧面希罗克斯合金发生。从这些结果可知，为了得到希望的滤波器特性将电极膜的膜厚设置的大于200nm实现SAW滤波器的特性的同时，为了提高耐电功率性，需要在Al或者以Al为主体的膜厚小于200nm的第1层上设置限制所述第1层层厚的第2层及调整电极膜厚的第3层。进一步，使第3层不致太厚那样的，在基片上设置台阶部将它作为电极的一部分，将Al或者以Al为主体的层的膜厚设置在200nm以下使结晶粒径变小。
(实施方式4)
图21～图23是本发明实施方式4的实施例13～18的弹性表面波(SAW)的关键部位电极的剖面图。比较例7～10的SAW滤波器的电极的剖面图与图21的电极一样。
实施例13、14的电极282如图21所示，具有从基片1起顺序叠层形成的Al或者以Al为主体的膜厚200nm的第1金属层4、防止第1金属层的Al原子对基片垂直方向的晶界扩散的第2层5和调节电极282膜厚的第3层6。在电极282的侧壁上形成防止第1金属层4的Al原子的晶界扩散的扩散防止层8。如图21所示那样扩散防止层8没有延伸到基片上。
实施例15、16的电极292如图22所示，具有从基片1起顺序叠层形成的底层3、膜厚200nm的第1金属层4、防止第1金属层4的Al原子对基片垂直方向晶界扩散的第2层5和调节电极292膜厚的第3层6。在电极292的侧壁上形成防止第1金属层4的Al原子晶界扩散的扩散防止层8。如图22所示那样，扩散防止层8虽然没有到达基片，但覆盖了第1金属层4、第2层5、第3层6的侧壁及底层3的侧壁的一部分。
实施例17、18的电极302如图23所示，具有形成在基片1的台阶部7的顶部上的膜厚200nm的第1金属层4、防止第1金属层4的Al原子对基片垂直方向晶界扩散的第2层5和调节电极302膜厚的第3层6。在电极302的侧壁上形成防止第1金属层4的Al原子晶界扩散的扩散防止层8。如图23所示那样，扩散防止层8没有到达基片底部。但是，扩散防止层8覆盖第1金属层4、第2层5、第3层6的侧壁及基片1的台阶部7的侧壁的一部分。
比较例7、8、9、10的电极与实施例13、14一样，其结构如图21所示。
表7示出实施例13～18及比较例7～10的电极各层的材料及厚度、成膜方法。
(表7)
层数 基片台阶部(nm) 底层 第1层 第2层 第3层 成膜方法 电极剖面图
实施例13  3  - 材料 - *AlMg  Ti  AlMg  IBS 图21
膜厚 - 200  20  240
实施例14  3  - 材料 - *AlMg  Cu  AlMg  IBS
膜厚 - 200  20  210
实施例15  4  - 材料 Ti *AlMg  Ti  AlMg  DCMS 图22
膜厚 10 200  20  230
实施例16  4  - 材料 Ti *AlMg  Cu  AlMg  DCMS
膜厚 10 200  20  200
实施例17  3  10 材料 - *AlMg  Ti  AlMg  DCMS 图23
膜厚 - 200  20  180
实施例18  3  10 材料 - *AlMg  Cu  AlMg  DCMS
膜厚 - 200  10  150
比较例7  3 - 材料 - AlMg  Ti  AlMg  DCMS 图21
膜厚 - 200  20  250
比较例8  3 - 材料 - AlMg  Cu  AlMg  DCMS
膜厚 - 200  20  220
比较例9  3  - 材料 - *AlMg  Ti  AlMg  IBS
膜厚 - 300  20  160
比较例10  3 - 材料 - *AlMg  Cu  AlMg  IBS
膜厚 - 300  20  260
※IBS：离子束溅射，DCMS：DC磁控溅射
※在材料栏中*表示(111)的取向膜
※膜厚的单位：nm
如表7所示，在实施方式4中Al或者以Al为主体的金属4用的是AlMg合金。底层用的是Ti。还有，在实施例13、实施例15、实施例17、比较例7、比较例8中第2层用的是Ti，在实施例14、实施例16、实施例18、比较例8、比较例10中第2层用的是Cu。该层用离子束溅射及DC磁控溅射中的任何一种成膜。这些电极膜成膜后，用X线衍射的θ-2θ法调查了各电极的取向性，实施例13～18、比较例9、10都是就AlMg层仅仅观察到Al的(111)面的峰值，确认Al合金层成为(111)轴对基片垂直方向取向的取向膜。但是，由于AlMg层是第1和第3层的两层膜，是用别的途径在同一条件下作成底层及第1层的2层样品，确认它的取向性的。就比较例7、8来说，没有观察到从特定结晶面来的峰值，确认它不是取向膜是无取向的多晶膜。在实施方式4中所用的滤波器的结构及设计与本发明实施方式3相同。电极全是用Ar+离子的离子洗法形成图形。离子洗法是为了由溅射物理的形成图形将溅射原子的一部分粘附在电极侧壁上，与电极形成的同时形成扩散防止层。但是，并不能完全覆盖电极侧壁，扩散防止层不形成到基片底部。
表8示出具有表7所示的各电极的各SAW滤波器的推定寿命。还有，在表8中一并示出了各电极膜的第1层的AlMg层的结晶粒径。
(表8)
结晶粒径(nm) 推定寿命(小时) 结晶粒径(nm) 推定寿命(小时)
实施例13  200  58,000 比较例7  200  14
实施例14  200  63,000 比较例8  200  170
实施例15  200  85,000 比较例9  300  120
实施例16  200  100,000 比较例10  300  1200
实施例17  200  85,000
实施例18  200  100,000
※结晶粒径表示第1层的结晶粒径。
如从表8所明白的那样，采用实施例13～18的电极的SAW滤波器超过了目标的推定寿命5万小时，而比较例7～10的滤波器低于5万小时。还有，各电极膜第1层的AlMg层的结晶粒径在各电极中都是与层厚相同程度。在实施例13、实施例14及比较例中，试验后除电极退化部分外，在梳状电极侧壁上也观察到侧面希罗克斯合金的形成。该侧面希罗克斯合金发生在设在电极的侧壁上的为防止第1金属层的Al原子的晶界扩散而设置的扩散防止层和基片之间。在实施例15～实施例18中，在电极退化部分以外没有观察到电极的退化。因此，考虑是由于扩散防止层覆盖了底层的一部分或者一直覆盖到基片台阶部的侧壁的一部分，而且，完全覆盖了第1金属层，抑制了Al原子向电极侧壁的晶界扩散。还有，在第2金属层上采用Cu的滤波器与采用Ti的滤波器相比，耐电功率性提高了。由于Cu是对Al的扩散系数比Al的自扩散系数还大的金属，在器件制作工程中的加热工程中，Cu在第2层的粒界中扩散、Al原子的晶界扩散的路径被Cu原子堵塞了。因此，Al原子沿基片水平方向的晶界扩散也被抑制。Cu不仅在Al中容易扩散，与Al之间简单的形成金属间化合物，而且，第2层的粒径也容易长大。因此，由于工程中的温度变化和Cu层的膜厚等大大改变Al原子抑制效果，更进一步，电极膜的电阻值也容易上升，滤波器的耐电功率性、滤波特性也一起偏差多了起来。因此，采用对Al的扩散系数比Al的自扩散系数大的金属作第2层时对耐电功率性的效果大，在各自的滤波器中有层厚的最佳值，工程的管理特别是加热工程的管理是必要的。特别是，Al或者以Al为主体的金属的第1层的层厚在200nm以下的情况下，最好Cu的第2层的层厚小于20nm、理想的是小于10nm。还有，工程中的加热工程中温度最好低于250℃，理想的是低于200℃。虽然采用对Al的扩散系数比Al的自扩散系数还小的金属的第2层对Al或者以Al为主体的金属的第1层的Al原子对基片水平方向的晶界扩散的抑制效果不能期待太高，但是，滤波器的耐电功率性及特性却是稳定的。从这些结果可知抑制Al或者以Al为主体的金属的第1层的Al原子对基片水平方向的晶界扩散的扩散抑制层完全覆盖第1层的侧壁是有效的。形成扩散抑制层的方法由溅射刻蚀进行图形形成，进一步设置底层或者切削基片形成台阶部是有效的。还有，用这种方法在电极侧壁上形成的扩散抑制层自然的成为与Al或者以Al为主体的第1金属层和底层或者基片材料的合金层或者叠层膜，耐移动性好。
(实施方式5)
图24～图26是实施方式5的实施例19～23的弹性表面波(SAW)滤波器的关键部位电极的剖面图。图27是比较例11的SAW滤波器的电极的剖面图。
实施例19、20的电极312如图24所示，具有形成在基片1的台阶部7的顶部上的膜厚200nm的第1金属层4、防止第1金属层的Al原子对基片垂直方向晶界扩散的第2层5和调节电极312膜厚的第3层6。还有，在电极图形形成后，在实施例19中在电极312上形成厚度100nm的氮化硅膜的保护膜9，在实施例20中在电极312上形成厚度100nm的氧化硅保护膜9。用电子显微镜观察的结果、如图24所示的那样，在基片台阶部的梳状电极和电极间的基片的底部的边界部分保护膜没有充分的形成膜、变的不连续。
实施例21、22的电极322如图25所示，具有从基片起顺序叠层形成的底层3、膜厚200nm的第1金属层4、防止第1金属层的Al原子对基片垂直方向的晶界扩散的第3层6。形成电极322后，在实施例21中在电极322上形成厚100nm的氮化硅保护膜，在实施例22中在电极322上形成厚100nm的氧化硅保护膜9。在电子显微镜的观察中看到如图25所示那样，保护膜9在底层3和基片1的底部的边界部分没有充分的形成膜，成为不连续。
实施例23的电极332如图26所示，具有从基片1起顺序叠层形成的底层3、膜厚200nm的第1金属层4、防止第1金属层的Al原子对基片垂直方向的晶界扩散的第2金属层5和调节电极332膜厚的第3层6。形成电极332后，在电极332上形成厚50nm的氮化硅9a和厚50nm的氧化硅9b。用电子显微镜观察看到如图26所示那样的，保护膜9a和9b在底层3与基片1的底部的边界部分没有充分的形成膜，成为不连续的。
比较例11的电极342如图27所示那样的，具有膜厚200nm的第1金属层4、防止第1金属层的Al原子对基片垂直方向的晶界扩散的第2层5和调节电极342膜厚的第3层6。电极形成后，在电极342上形成厚100nm的氮化硅保护膜9。用电子显微镜观察看到如图27所示那样的，在电极342和基片1的底部间的边界部分没有充分的形成保护膜9，成为不连续的。
实施例19～23及比较例11的电极的各层的材料及膜厚、成膜方法示于表9。
(表9)
层数 基片台阶部(nm) 底层 第1层 第2层 第3层 保护膜 成膜方法 电极剖面图
实施例19  3  10 材料 - *AlMg  Ti  AlMg 氮化硅 IBS 图27
膜厚 - 200  20  140 100
实施例20  3  10 材料 - *AlMg  Ti  AlMg 氧化硅 IBS
膜厚 - 200  20  140 100
实施例21  4  - 材料 Ti *AlMg  Ti  AlMg 氮化硅 DCMS 图28
膜厚 10 200  20  190 100
实施例22  4  - 材料 Ti *AlMg  Ti  AlMg 氧化硅100  DCMS
膜厚 10 200  20  190
实施例23  4  - 材料 TI *AlMg  Ti  AlMg 氧化硅/氮化硅 DCMS 图29
膜厚 10 200  20  190 50/50
比较例11  3  - 材料 - *AlMg  Ti  AlMg 氮化硅 IBS 图30
膜厚 - 200  20  210 100
※IBS：离子束溅射，DCMS：DC磁控溅射
※在材料栏中*表示(111)的取向膜
※膜厚的单位：nm
如表9所示，在实施方式5中Al或者以Al为主体的金属用的是AlMg合金。底层3及第2层5用的是Ti。这些层用离子束溅射及DC磁控溅射中的任何一种成膜。这些电极膜成膜后，用X线衍射的θ-2θ法观察了各电极的取向性，在实施例19～23、比较例11的全部AlMg层中仅仅观察到Al的(111)面的峰值，确认Al合金层成为(111)轴对基片垂直方向取向的取向膜。但是，就全部样品来说，由于AlMg层是第1及第3层的2层，第1层或者底层及第1层的样品由其他途径在同一条件下作成确认其取向性。在实施方式5中所用的滤波器的结构与实施方式1的相同。具有设计膜厚480nm的Al电极时、使用的滤波器中心波长几乎为800MHz。电极由光刻及干法刻蚀形成。在形成电极后形成保护膜，然后，为了进行电气连接用腐蚀法去除部分的保护膜。而且，将谐振器面朝下的封装在氧化铝基片上。在实施方式5中滤波器没有气密封接。与实施方式1一样也对实施方式5的滤波器的耐电功率性进行了评价。尽管滤波器形成了保护膜，还是在表面暴露在大气的状态下评价的。表10示出具有表9所示各电极的SAW滤波器的推定寿命。在表10中一并示出了各电极膜的第1层的AlMg的结晶粒径。
(表10)
结晶粒径(nm) 推定寿命(小时) 结晶粒径(nm) 推定寿命(小时)
实施例19  200  60,000 比较例11  200  320
实施例20  200  65,000
实施例21  200  60,000
实施例22  200  65,000
实施例23  200  65,000
※结晶粒径表示第1层的结晶粒径。
如从表10所明白的那样，使用实施例13～18的电极的SAW滤波器超过了目标的推定寿命5万小时，而在比较例7～10的滤波器中低于5万小时。还有，各电极膜的第1层AlMg层的结晶粒径对所有的电极都是几乎与层厚相同的程度。将实施例19和20比较，进一步，将实施例21和22比较的情况下，可以明白具有氮化硅保护膜的滤波器比具有氧化硅保护膜的滤波器的耐电功率性提高了。在用氮化硅保护膜的情况下，观察到与它形成前相比形成后的滤波器的电气特性有若干退化。而在氧化硅保护膜的情况下，形成前后滤波器的电气特性没有变化。在具有氮化硅和氧化硅叠层保护膜的实施例23的滤波器中，保护膜形成前后电气特性没有变化，同时，耐电功率性也与单独使用氮化硅的情况下一样看到耐电功率性的提高。比较例11的滤波器尽管具有与实施方式4的实施例13几乎相同的电极结构是优秀的耐电功率性结构，但是，它的推定寿命仅有320小时很短。这可能是由于在实施方式5中没有进行气密封接的缘故。就实施例19～23的滤波器来说，显示了与进行气密封接同等的耐电功率性。由此，我们考虑比较例11的滤波器寿命短的原因可能是由于Al或者以Al为主体的金属的第1层没有被保护膜完全覆盖、一部分暴露出来了。保护膜的膜厚在薄电极的电极间，在电极和基片底部的边界上容易形成如图25～27所示那样的保护膜的不连续部分。在形成不连续部分的情况下，像实施方式5那样的在基片上设置台阶部或者使用耐湿性优秀的金属底层，对延长滤波器的寿命是有效的。
保护膜能够抑制因电极的Al原子的移动产生的希罗克斯合金、改善耐电功率性，同时能够防止电极间的短路，而且，能够提高耐湿性。
此外，在实施方式5中就耐电功率性和因保护膜的耐湿性二者并存的电极结构作了说明。对于在基片上设置台阶部或者设置对耐湿性优秀的底层作为底层的电极形成保护膜，对滤波器的长寿命化是有效的。
实施方式1～5说到底是对某一特定的滤波器的电极结构进行了说明。各自的膜结构、膜厚、材料等并不限定于此。特别是，Al或者以Al为主体的层的层厚最好是SAW滤波器的电极宽度L的0.01L以下。由此，能够充分分散因导体粉充分微细化弹性表面波的传播在电极上所受的应力。
产业上的利用可能性
本发明提供一种能够提高对伴随弹性表面波传输产生的应力耐性的弹性表面波滤波器和它的制造方法。

Claims (32)

1.一种弹性表面波(SAW)滤波器，它具备基片和电极，电极是设在所述基片上、对所述基片以一定方向取向的取向膜，具有膜厚小于200nm的第1层。
2.根据权利要求1所述的SAW滤波器，其特征在于：
所述第1层由包含Al的金属组成。
3.根据权利要求2所述的SAW滤波器，其特征在于：
包含Al的所述金属是Al的单质或者在Al中包含Mg、Zr、Cu、Sc、Ti、Ta中至少一种的合金。
4.根据权利要求2或3所述的SAW滤波器，其特征在于：
所述电极进一步具有设在所述第1层上、防止所述第1层的晶界扩散的第2层。
5.根据权利要求4所述的SAW滤波器，其特征在于：
所述电极进一步具有设在所述第2层上、调整所述电极膜厚的第3层。
6.根据权利要求2～5中任何一项权利要求所述的SAW滤波器，其特征在于：
进一步具备设在所述电极上的晶界扩散防止层。
7.根据权利要求6所述的SAW滤波器，其特征在于：
所述晶界扩散防止层由包含对Al的扩散系数比Al的自扩散系数小的金属材料组成。
8.根据权利要求7所述的SAW滤波器，其特征在于：
所述对Al的扩散系数比Al的自扩散系数小的金属是Ti、Ta、W、Cr中的一种。
9.根据权利要求6所述的SAW滤波器，其特征在于：
所述晶界扩散防止层由包含对Al的扩散系数比Al的自扩散系数大的金属组成。
10.根据权利要求9所述的SAW滤波器，其特征在于：
所述对Al的扩散系数比Al的自扩散系数大的金属是Cr、Pd、Mg中的一种。
11.根据权利要求2～10中任何一项权利要求所述的SAW滤波器，其特征在于：
进一步具备设在所述电极侧壁上的Al原子扩散防止层。
12.根据权利要求11所述的SAW滤波器，其特征在于：
所述Al原子扩散防止层覆盖所述第1层的侧壁。
13.根据权利要求1～12中任何一项权利要求所述的SAW滤波器，其特征在于：
进一步具备至少覆盖所述电极一部分的保护膜。
14.根据权利要求13所述的SAW滤波器，其特征在于：
所述保护膜由氮化硅组成。
15.根据权利要求13所述的SAW滤波器，其特征在于：
所述保护膜由氮化硅和氧化硅的叠层膜组成。
16.根据权利要求1～10中任何一项权利要求所述的SAW滤波器，其特征在于：
所述基片具有台阶部，
所述电极设在所述台阶部的顶部上。
17.根据权利要求16所述的SAW滤波器，其特征在于：
进一步具备设在所述电极的侧壁上的Al原子扩散防止层。
18.根据权利要求17所述的SAW滤波器，其特征在于：
所述Al原子扩散防止层覆盖所述第1层的侧壁。
19.根据权利要求18所述的SAW滤波器，其特征在于：
所述Al原子扩散防止层至少覆盖所述台阶部侧壁的一部分。
20.根据权利要求16～19中任何一项权利要求所述的SAW滤波器，其特征在于：
进一步具备至少覆盖所述电极一部分的保护膜。
21.根据权利要求20所述的SAW滤波器，其特征在于：
所述保护膜至少覆盖所述台阶部的侧壁的一部分。
22.根据权利要求20或者21所述的SAW滤波器，其特征在于：
所述保护膜由氮化硅组成。
23.根据权利要求20或者21所述的SAW滤波器，其特征在于：
所述保护膜由氮化硅和氧化硅的叠层膜组成。
24.根据权利要求1～10中任何一项权利要求所述的SAW滤波器，其特征在于：
所述电极进一步具有设在所述基片和所述第1层之间的底层。
25.根据权利要求24所述的SAW滤波器，其特征在于：
进一步具备设在所述电极侧壁上的Al原子扩散防止层。
26.根据权利要求25所述的SAW滤波器，其特征在于：
所述Al原子扩散防止层覆盖所述第1层的侧壁。
27.根据权利要求26所述的SAW滤波器，其特征在于：
所述Al原子扩散防止层至少覆盖所述底层侧壁的一部分。
28.根据权利要求24～27中任何一项权利要求所述的SAW滤波器，其特征在于：
进一步具备至少覆盖所述电极一部分的保护膜。
29.根据权利要求28所述的SAW滤波器，其特征在于：
所述保护膜至少覆盖所述底层侧壁的一部分。
30.根据权利要求28或者29所述的SAW滤波器，其特征在于：
所述保护膜由氮化硅组成。
31.根据权利要求28或者29所述的SAW滤波器，其特征在于：
所述保护膜由氮化硅和氧化硅的叠层膜组成。
32.一种弹性表面波滤波器的制造方法，它包含以下工程：在基片上形成具有含Al金属层的电极的工程；与所述电极同时、用溅射刻蚀法在所述电极的侧壁上形成Al扩散防止层的至少一部分的工程。
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