DE19651582A1

DE19651582A1 - Oberflächenakustikwellenvorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben

Info

Publication number: DE19651582A1
Application number: DE19651582A
Authority: DE
Inventors: Tokihiro Nishihara; Hidema Uchishiba; Osamu Ikata; Yoshio Satoh
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1995-12-13
Filing date: 1996-12-12
Publication date: 1997-06-19
Also published as: KR19980041653A; JPH09223944A; KR100295072B1; US5909156A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Oberflächen akustikwellenvorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen derselben. Im besonderen betrifft die vorliegende Erfindung eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung mit einer verbes serten Hochleistungsbeständigkeit. Die Oberflächenakustik wellenvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann als Ober flächenakustikwellenvorrichtung (Resonator Zwischenfilter Duplexer oder dergleichen) in mobilen Kommunikationsend einrichtungen wie Autotelefonen und tragbaren Telefonen verwendet werden.

2. Beschreibung der verwandten Technik

In jüngster Zeit ist eine schnelle Entwicklung von kleineren und weniger schweren mobilen Kommunikationsend einrichtungen wie von Autotelefonen und tragbaren Telefonen erfolgt. Gemäß dieser Entwicklung besteht ein steigender Bedarf an kleineren und effektiveren Teilen für die mobilen Kommunikationsendeinrichtungen, wodurch auch der Bedarf an Oberflächenakustikwellen-(SAW)-Vorrichtungen (Resonatoren Zwischenfilter, Duplexer und dergleichen) steigt, die zu einer Miniaturisierung von Hochfrequenz-(RF)-Sektionen beitragen.

Von den obigen Duplexern ist der Antennenduplexer typi scherweise an der vorderen Endsektion der RF-Sektion ange ordnet und erfordert eine große Hochleistungsbeständigkeit. Da herkömmliche SAW-Vorrichtungen keine ausreichende Hochleistungsbeständigkeit haben, sind hier dielektrische Filter verwendet worden. Die dielektrischen Filter, die groß sind, sind jedoch ein Hindernis für die Miniaturisierung gewesen.

Andererseits sind in Übereinstimmung mit der Entwick lung von SAW-Vorrichtungen für höhere Frequenz die Elektro den miniaturisiert worden, die die SAW-Vorrichtungen bilden, und ihre Hochleistungsbeständigkeit ist ein ausschlaggeben der Punkt beim Anwenden der Vorrichtungen zum Beispiel auf Halbmikrowellenbandfilter gewesen.

Um die Hochleistungsbeständigkeit der SAW-Vorrichtungen zu verbessern, ist von den folgenden Techniken berichtet worden.

1. Die japanische offengelegte Patentanmeldung (Kokai) Nr. SHO 63(1988)-278343 offenbart eine Technik zum Verbessern der Hochleistungsbeständigkeit der SAW-Vorrichtung durch Nutzung einer Al-Legierung, zu der Ge mit 0,1 bis 5 Gew.-% hinzugefügt wurde, als Material für eine kammartige Elek trode, die auf einem piezoelektrischen Wafer der SAW-Vor richtung gebildet wird, um die Elektromigration auf Grund der Bewegung von Al-Atomen zu unterdrücken, die durch Ströme hoher Dichte verursacht wird, wodurch die Erzeugung von Defekten (Hohlräumen) oder Vorsprüngen (Ätzhügeln) reduziert wird.
2. Die japanische offengelegte Patentanmeldung (Kokai) Nr. HEI 2(1990)-274008 offenbart eine Technik zum Verbessern der Hochleistungsbeständigkeit der SAW-Vorrichtung durch Nutzung einer Al-Legierung, zu der Pd mit 0,1 bis 0,3 Gew.-% hinzu gefügt wurde, oder einer Al-Legierung, zu der Pd mit dem Kristalldurchmesser von kleiner als 0,05 µm mit 0,1 bis 0,3 Gew. -% hinzugefügt wurde, als Material für eine kammartige Elektrode, die auf einem piezoelektrischen Wafer der SAW-Vorrichtung gebildet wird, um die Spannungsmigration auf Grund der Bewegung von Al-Atomen zu unterdrücken, die durch Ströme hoher Dichte verursacht wird, wodurch die Erzeugung von Hohlräumen oder Ätzhügeln reduziert wird.
3. Die japanische offengelegte Patentanmeldung (Kokai) Nr. HEI 7(1995)-221578 offenbart eine Technik zum Verbessern der Hochleistungsbeständigkeit durch Bilden eines Films mit einer Dehnungsspannung auf der Rückseite des piezoelektri schen Wafers und durch Bilden eines Films mit einer Druck spannung auf der kammartigen Elektrode, um diese Spannungen zu nutzen.
4. Die japanische offengelegte Patentanmeldung (Kokai) Nr. HEI 5(1993)-14118 und die japanische offengelegte Patentan meldung (Kokai) Nr. HEI 5(1993)-3417 offenbaren eine Technik zum Verbessern der Hochleistungsbeständigkeit durch Teilen einer SAW-Vorrichtung in eine Vielzahl von Einheitsfiltern, die auf einem gemeinsamen piezoelektrischen Wafer oder auf separaten piezoelektrischen Wafern gebildet sind, um ein System von Filtern zu konstruieren, die seriell angeordnet sind, indem die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse dieser Einheitsfilter seriell verbunden werden, oder ein System von Filtern, die parallel angeordnet sind, indem die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse dieser Einheitsfilter parallel ver bunden werden, wodurch eine Hochleistungseingabe gleichmäßig durch die Anzahl von Einheitsfiltern geteilt wird.
5. Die japanische offengelegte Patentanmeldung (Kokai) Nr. HEI 6(1994)-29779 offenbart eine Technik zum Verbessern der Hochleistungsbeständigkeit in einer abzweigartigen SAW-Vorrichtung, in der die kammartigen Elektroden interdigital ausgerichtet sind und in der die ersten Resonatoren, die eine vorbestimmte Resonanzfrequenz haben, in einem paralle len Arm angeordnet sind und die zweiten Resonatoren, die eine Resonanzfrequenz haben, die der Antiresonanzfrequenz der ersten Resonatoren wenigstens annähernd gleich ist, in einem seriellen Arm in einer Vielzahl von Stufen angeordnet sind. Hier wird die Hochleistungsbeständigkeit verbessert, indem die Anzahl von Elektrodenfingerpaaren des seriellen Resonators bei der ersten Stufe festgelegt ist, um größer als die Anzahl von Elektrodenfingerpaaren der seriellen Resonatoren in den anderen Stufen zu sein, um die elektri schen Ströme zu reduzieren, die durch jede der Elektroden in dem zweiten Resonator in der ersten Stufe fließen, um da durch die Temperaturerhöhung zu unterdrücken.

Jedoch sehen selbst die obigen Techniken keine ausrei chende Hochleistungsbeständigkeit vor. So ist von den fol genden Techniken berichtet worden, die das Material berück sichtigen, das für die Elektroden zu verwenden ist, die die SAW-Vorrichtungen bilden.

(1) Der Artikel "Thin Film Alloyed Aluminum and its Deposi tion for High Power Durable SAW Devicesll auf den Seiten 7-12 der Preliminary Drafts for 17th EM Symposium (Yuhara et al.) beschreibt die Verwendung von Ti als Metall, das einer Al-Legierung hinzuzusetzen ist. Durch Umstellen des Elektroden materials auf eine Al-Ti-Legierung hat sich die Betriebs lebensdauer der SAW-Vorrichtung auf das 10fache jener des Al-Cu-Legierungsfilms erhöht. Jedoch ist die Hochleistungs beständigkeit mit solch einer Erhöhung noch unausreichend.
(2) In dem Journal of Electronic Information Communication Society, Bd. J76-A, Nr. 2, S. 145-152 (1993) (Ieki et al.) ist die Verwendung eines epitaxial gewachsenem Al-Einkri stallfilms beschrieben. Dieser Artikel nutzt die Eigen schaft, daß die Verwendung eines Einkristallfilms die inter granulare Diffusion bei der Spannungsmigration unterdrücken kann.

Die Erhöhung der Betriebslebensdauer durch dieses Ver fahren soll sich auf das 2000fache jener des Al-Cu-Legie rungsfilms belaufen, der durch Dampfabscheidung gebildet wird. Da der Al-Cu-Legierungsfilm, der durch Dampfabschei dung gebildet wird, natürlich eine Betriebslebensdauer hat, die um eine bis zwei Größenordnungen kürzer als bei dem Film ist, der durch ein Sputterverfahren gebildet wird (siehe obiger Artikel (1)), versteht sich, daß die Betriebslebens dauer im wesentlichen um das 20 bis 200fache kürzer ist. Jedoch ist dieses Verfahren insofern nachteilig, weil das anwendbare darunterliegende Substrat oder seine Schnittober fläche begrenzt ist und darüber hinaus eine schlechte Mas senproduktivität aufweist.

(3) Die Spannungsmigration in der SAW-Vorrichtung ist in einigen Punkten der Elektromigration oder Spannungsmigration in der Verdrahtungstechnik von Halbleitervorrichtungen ähnlich. Daher kann diese Verdrahtungstechnik ein Bezugsob jekt für die Antispannungsmigrationstechnik in den SAW-Vorrichtungen sein. Ein Beispiel dafür ist eine Technik, die in der US-Patentschrift Nr. 4,017,890 (April 1977, J. K. Howard in IBM) offenbart ist und von der in diesem Zusammen hang bei J. K. Howard: J. Appl. Phys., Bd. 49, S. 4083 (1978) berichtet wurde.

Diese Technik umfaßt das Bilden einer intermetallischen Schichtverbindung aus Al und einem Übergangsmetall in der Mitte des Al-Films, um die Elektromigration von Al-Atomen durch die intermetallische Verbindung zu blockieren. Dieser Artikel beschreibt, daß in dem Fall, wenn Cr als Übergangs metall verwendet wird, die Betriebslebensdauer ihr Maximum erreicht, welches das 10fache von jenem des Al-Cu-Legie rungsfilms ist. Als jedoch die Erfinder der vorliegenden Erfindung diese Technik auf die Elektroden einer SAW-Vor richtung anwendeten, war es nicht möglich, einen ausrei chende Effekt zu erreichen.

Andererseits haben die Erfinder der vorliegenden Erfin dung eine Anmeldung eingereicht, die japanische offengelegte Patentanmeldung (Kokai) Nr. HEI 7(1995)-122961, die eine Technik zum Verbessern der Hochleistungsbeständigkeit der SAW-Vorrichtung offenbart, indem eine Vielzahl von Al-Cu- Legierungsfilmen und Cu-Filmen laminiert wird, um eine Elektrode zu bilden, und die feinen Kristallkörner, die diese Filme bilden, und der Blockierungseffekt des Legie rungsfilms genutzt werden.

Hierbei beeinflußt das Gewicht der Elektrode, die die SAW-Vorrichtung bildet, außerordentlich die Eigenschaft wie z. B. die Frequenz. Deshalb ist das Gewicht der Elektrode gemäß der Verwendung der SAW-Vorrichtung auf einen gewissen Wert begrenzt. Wenn die Technik, die in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. HEI 7(1995)-122961 offen bart ist, von diesem Gesichtspunkt aus untersucht wird, versteht sich, da das spezifische Gewicht von Cu 3,3mal größer als das spezifische Gewicht von Al ist, daß Cu die Eigenschaft 3,3mal mehr als Al verschiebt, selbst wenn die Veränderung der Filmdicke dieselbe ist.

Alternativ ist ein Verfahren zum reaktiven Ionenätzen (RIE) zum Bilden eines feinen Musters von Elektroden be kannt. Es ist jedoch bekannt, daß es schwierig ist, dieses Verfahren auf Cu anzuwenden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Im Hinblick auf das Lösen des obengenannten Problems haben die Erfinder eine gründliche Recherche zum Verbessern der Hochleistungsbeständigkeit durchgeführt und die vorlie gende Erfindung gemacht, um (1) die Größe der Kristallkörner in dem Elektrodenmaterial zu reduzieren und (2) eine Bloc kierungsschicht zum Verhindern des Wachsens der Hohlräume oder der Bewegung von Al-Atomen zu bilden.

Daher sieht die vorliegende Erfindung eine Oberflächen akustikwellenvorrichtung vor, mit einer Elektrode, die aus einem ersten Film und einem zweiten Film auf einem Substrat gebildet ist, welcher erste Film einen Al-Film oder einen Film umfaßt, der durch Hinzufügen wenigstens eines anderen Elementes zu Al gebildet ist, und welcher zweite Film ein Metall umfaßt, dessen Diffusionskoeffizient in Al größer als ein Selbstdiffusionskoeffizient von Al ist.

Ferner sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Oberflächenakustikwellenvorrichtung vor, mit einem Elektrodenbildungsschritt und nachfolgenden notwendigen Schritten zum Vollenden der Vorrichtung, bei dem der Elektrodenbildungsschritt das Laminieren eines ersten Films und eines zweiten Films auf einem Substrat und das Mustern der laminierten Filme zu einer gewünschten Form enthält, wobei der erste Film einen Al-Film oder einen Film umfaßt, der durch Hinzufügen wenigstens eines anderen Ele mentes zu Al gebildet wird, der zweite Film ein Metall umfaßt, dessen Diffusionskoeffizient in Al größer als ein Selbstdiffusionskoeffizient von Al ist, und alle Schritte bei Temperaturen unter 200°C ausgeführt werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht, die eine Elek trode einer SAW-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 3 ist eine schematische Draufsicht, die ein Emp fangsfilter gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 4 ist eine Ansicht, die eine Ersatzschaltung von Fig. 3 zeigt.

Fig. 5 ist ein Graph, der Durchlaßcharakteristiken des Empfangsfilters von Fig. 3 zeigt.

Fig. 6 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der Betriebslebensdauer des Empfangsfilters und der angewendeten Leistung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfin dung zeigt.

Fig. 7 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der Betriebslebensdauer des Empfangsfilters und der angewendeten Leistung gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfin dung zeigt.

Fig. 8 ist ein Graph, der die Abhängigkeit der Band breite des Filters für PCN von der Filmdicke von Mg gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 9 ist ein Graph, der die Abhängigkeit der maxima len Eingangsleistung des Filters für PCN von der Filmdicke von Mg gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfin dung zeigt.

EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Oberflächenakustikwellen-(SAW)-Vorrichtung der vor liegenden Erfindung wird nun auf der Basis des Herstellungs verfahrens der Vorrichtung beschrieben.

Erstens ist das Substrat, das für die vorliegende Er findung zu verwenden ist, nicht speziell begrenzt, solange es für eine Oberflächenakustikwellen-(SAW)-Vorrichtung verwendet werden kann. Das Substrat kann zum Beispiel LiTaO₃, LiNbO₃ oder Quarz sein.

Als nächstes wird eine Elektrode auf dem Substrat ge bildet. Die Elektrode auf dem Substrat wird durch Laminieren und Mustern eines ersten Films und eines zweiten Films auf dem Substrat gebildet, wobei der erste Film einen Al-Film oder einen Film umfaßt, der durch Hinzufügen wenigstens eines anderen Elementes zu Al gebildet wird, und der zweite Film ein Metall umfaßt, dessen Diffusionskoeffizient in Al größer als ein Selbstdiffusionskoeffizient von Al ist.

Hier bei dem Verfahren zum Herstellen der SAW-Vorrich tung gemäß der vorliegenden Erfindung werden der Elektroden bildungsschritt und der nachfolgende Schritt zum Vollenden der SAW-Vorrichtung im Hinblick auf das Reduzieren der Größe der Kristallkörner in dem Elektrodenmaterial vorzugsweise bei einer Temperatur unter 200°C ausgeführt. Deshalb muß der Schritt zum Laminieren der Elektroden, die aus dem ersten Film und dem zweiten Film gebildet werden, auch unter dieser Temperatur ausgeführt werden. Ein Laminierungsverfah ren, das die obige Anforderung erfüllt, ist zum Beispiel ein Zerstäubungsverfahren (genauer gesagt, ein Gleichstrommagne tronzerstäubungsverfahren).

Ferner liegt die Substrattemperatur zur Zeit des Bil dens der Elektrode (des ersten Films und des zweiten Films) vorzugsweise unter 200°C. Denn eine Substrattemperatur unter 200°C reduziert die Größe der Körner, die die Elek trode bilden, und verbessert die Antimigrationseigenschaft und die Hochleistungsbeständigkeit der SAW-Vorrichtung.

Das andere Element, das dem ersten Film hinzuzusetzen ist, ist vorzugsweise ein Element, welches eine ausgezeich nete Antimigrationseigenschaft hat, wenn es Al im Verhältnis von mehreren Prozent zugesetzt wird. Beispiele solcher Elemente umfassen Mg, Cu, Ti, Pd, Ge und Si. Diese anderen Elemente können einzeln oder in Kombination hinzugefügt werden. Das Hinzusetzungsverhältnis des anderen Elementes kann gemäß der Art des Elementes schwanken, aber das Ver hältnis liegt typischerweise unter 10 Gew. -%. Ein Verhältnis über 10 Gew. -% ist nicht zu bevorzugen, da der Widerstand der Elektrode ansteigen wird, wodurch ein großer Verlust der Eigenschaft der SAW-Vorrichtung verursacht wird. Das Hinzu setzungsverhältnis liegt vorzugsweise innerhalb des Berei ches von 1 bis 3 Gew. -%. Denn der obige Bereich behält ein gutes Gleichgewicht zwischen der Hochleistungsbeständigkeit und dem Verlust der Vorrichtungseigenschaft bei.

Ein besonders zu bevorzugendes Beispiel für den obigen ersten Film ist hierbei eine Legierung oder ein Film einer festen Lösung wie Al-Mg, Al-Cu oder Al-Ti.

Im allgemeinen hat das Al-Metall in reiner Form eine schlechte Antimigrationseigenschaft, und es kann dem Al- (mehrere Prozent)-Cu-Einzelschichtfilm, der für die Elek trode in SAW-Vorrichtungen herkömmlicherweise verwendet wurde, unterlegen sein. Daher kann das Al-Metall zum Bilden einer Legierung oder einer festen Lösung mit einem anderen Metall einer Wärmebehandlung bei einer hohen Temperatur unterzogen werden. Solch eine Hochtemperaturwärmebehandlung vergrößert jedoch den Partikeldurchmesser der Kristalle und/oder erzeugt Ätzhügel, wodurch die Hochleistungsbestän digkeit verschlechtert wird. Falls ein Metall verwendet wird, das eine Legierung mit Al bei einer Temperatur von 200 °C oder weniger bilden kann, ist es deshalb möglich, mit Leichtigkeit eine Legierungsschicht oder eine Schicht einer festen Lösung zu bilden, die das Wachsen von Hohlräumen und/oder die Diffusion von Al-Atomen verhindern kann, ohne das obengenannte Problem zu verursachen.

Andererseits umfaßt der zweite Film ein Metall, dessen Diffusionskoeffizient in Al größer als ein Selbstdiffusions koeffizient von Al ist. Besonders zu bevorzugende Beispiele für das Metall für den zweiten Film umfassen Mg, Si, In, Ge, Li, Na, Mn, Ag, Au, Ga und Co.

Von diesen Metallen wird im Hinblick auf das Reduzieren der Frequenzverschiebung bei der Vorrichtungseigenschaft vorzugsweise ein Metall für den zweiten Film verwendet, das sich von Ag und Au unterscheidet und weniger schwer als Cu ist. Zum Beispiel beträgt das spezifische Gewicht von Mg 20 % des spezifischen Gewichtes von Cu und ist weniger schwer als Al.

Die Elektrode, die gemäß der vorliegenden Erfindung ge bildet ist, kann eine Legierungsschicht oder eine Schicht einer festen Lösung umfassen, die durch Interdiffusion der ersten und zweiten Filme gebildet ist, oder den ersten Film, den zweiten Film und eine Legierungsschicht oder eine Schicht einer festen Lösung umfassen, die an der Grenzfläche zwischen dem ersten Film und dem zweiten Film gebildet ist.

Die Gesamtdicke der ersten und zweiten Filme kann auf der Basis des Gewichts gemäß der Konstruktion des Filters bestimmt werden, und das Filmdickenverhältnis wird unter ,Berücksichtigung des Elektrodenwiderstandes und der Anti migrationseigenschaft geeignet gewählt. Besonders wenn der zweite Film aus Mg gebildet ist, liegt die Dicke des zweiten Films vorzugsweise in dem Bereich von 5 bis 20% der Gesamt dicke der Elektrode. Der obige Bereich erhöht die Hochlei stungsbeständigkeit der Oberflächenakustikwellenvorrichtung weiter.

Die Anzahl von jedem des ersten Films und des zweiten Films, die zu laminieren sind, ist nicht speziell begrenzt, solange es wenigstens einer ist. Deshalb wird auch beabsich tigt, ein Laminat mit einer Schicht von einer Filmart und zwei Schichten von der anderen Filmart oder ein Laminat mit zwei oder mehr Schichten von einer Filmart und zwei oder mehr Schichten von der anderen Filmart in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung aufzunehmen. Hierbei ist die oberste Schicht im Hinblick auf die Affinität mit dem Bond drahtmetall oder die Stabilität vorzugsweise aus dem ersten Film hergestellt. Die Laminierungsreihenfolge des ersten Films und des zweiten Films kann so sein, daß der erste Film eine untere Schicht bildet und der zweite Film eine obere Schicht bildet, oder umgekehrt. Ferner ist eine dreischich tige Struktur, die aus dem ersten Film/zweiten Film/ersten Film gebildet ist, hinsichtlich der Verbesserung der Quali tät und der Hochleistungsbeständigkeit besonders zu bevorzu gen, da die Filmdicke vergleichsweise leicht gesteuert werden kann.

Die Elektrode, die auf dem Substrat laminiert ist, kann durch ein bekanntes Ätzverfahren zu einer gewünschten Form gemustert werden. Ein zu bevorzugendes Ätzverfahren kann zum Beispiel ein Trockenätzverfahren wie das reaktive Ionenätz- (RIE)-Verfahren oder ein Ionenstrahlätzverfahren sein. Von diesen ist das RIE-Verfahren zu bevorzugen, da der Schaden am Substrat klein sein wird und ein feineres Muster gebildet werden kann.

Als nächstes wird nun ein Beispiel für die Konstruktion der SAW-Vorrichtung (Resonator) gemäß der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit Fig. 1 (einer schematischen Draufsicht) beschrieben. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist der SAW-Resonator der vorliegenden Erfindung typischerweise aus zwei Reflektoren (C, D) und einem Paar von kammartigen Elektroden (A, B) gebildet.

Der SAW-Resonator von Fig. 1 ist typischerweise mit einem benachbarten SAW-Resonator parallel und/oder seriell verbunden. Hier unterscheidet sich die Breite X der Elek trode der kammartigen Elektrode der SAW-Resonatoren, die parallel verbunden sind (nachfolgend als parallele SAW-Resonatoren bezeichnet) vorzugsweise von der Breite X der Elektrode der kammartigen Elektrode der SAW-Resonatoren, die seriell verbunden sind (nachfolgend als serielle SAW-Resona toren bezeichnet), um verschiedene Resonanzfrequenzen zu ergeben. Genauer gesagt, wenn ein 36°-Y-Schnitt-X-Ausbrei tungs-LiTaO₃-Substrat in einem 800-MHz-Bandfilter verwendet wird, beträgt die Breite X der parallelen SAW-Resonatoren vorzugsweise 1,17 bis 1,23 µm und beträgt die Breite X der seriellen SAW-Resonatoren vorzugsweise 1,12 bis 1,18 µm, falls das Filter als Sendefilter für ein AMPS (Advanced Mobile Phone System) zu verwenden ist. Wenn das Filter andererseits als Empfangsfilter für ein AMPS zu verwenden ist, beträgt die Breite X der parallelen SAW-Resonatoren vorzugsweise 1,10 bis 1,16 µm und beträgt die Breite der seriellen SAW-Resonatoren vorzugsweise 1,05 bis 1,11 µm. Hier ist die Periode (λ) der kammartigen Elektrode typi scherweise viermal so lang wie X.

Die Aperturlänge Y des SAW-Resonators beträgt vorzugs weise 60 bis 120 µm im Fall eines parallelen SAW-Resonators und beträgt vorzugsweise 40 bis 80 µm im Fall eines seriel len SAW-Resonators, falls das Filter als 800-MHz-Bandfilter zu verwenden ist.

Die Anzahl von Elektrodenfingerpaaren Z in der kamm artigen Elektrode beträgt vorzugsweise 40 bis 120 im Fall eines parallelen SAW-Resonators und beträgt vorzugsweise 60 bis 130 im Fall eines seriellen SAW-Resonators, falls das Filter als 800-MHz-Bandfilter zu verwenden ist.

Die Elektrodenkonstruktion des SAW-Resonators, die in Fig. 1 gezeigt ist, dient nur für Veranschaulichungszwecke, und die Konstruktion des SAW-Resonators der vorliegenden Erfindung sollte nicht speziell auf die eine in Fig. 1 gezeigte allein begrenzt sein.

Die oben beschriebene SAW-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann auf ein Filter, einen Resonator, eine Verzö gerungsleitung, einen Oszillator, ein angepaßtes Filter, eine akustooptische Vorrichtung, einen Convolver und der gleichen angewendet werden.

AUSFÜHRUNGSFORMEN Ausführungsform 1 und Vergleiche 1 bis 4

Da das Gewicht der Elektrode die Mittenfrequenz durch den Massenladungseffekt in dem SAW-Resonator verändert, wurden Laminate mit den folgenden Dicken auf einem 36°-Y- Schnitt-X-Ausbreitungs-LiTaO₃-Substrat durch ein Gleich strommagnetronzerstäubungsverfahren unter Berücksichtigung des, spezifischen Gewichtes von jedem der Metalle gebildet.

Und zwar wurden dreischichtige Filme aus

Al (1750 Å)/Mg (300 Å)/Al (1750 Å) . . . (Ausführungsform 1),
Al (1350 Å)/Cu (300 Å)/Al (1350 Å) . . . (Vergleich 1),
Al (1450 Å)/Cr (300 Å)/Al (1450 Å) . . . (Vergleich 2),
Al (1280 Å)/Mo (300 Å)/Al (1280 Å) . . . (Vergleich 3),

und ein Einzelschichtfilm aus

Al-(2 Gew.-%)Cu (3700 Å) . . . (Vergleich 4)

als Laminate gebildet.

Hier sind die obigen dreischichtigen Filme laminiert wie in Fig. 2 speziell gezeigt, wobei die Bezugszeichen 1, 2 und 3 ein Substrat, den ersten Film bzw. den zweiten Film bezeichnen.

Die obigen Elektroden wurden durch ein Trockenätzver fahren gemustert, um ein Empfangsfilter zu bilden, in dem eine Vielzahl von SAW-Resonatoren in einem seriellen Arm und einem parallelen Arm in Abzweigform verbunden wurde, wie in Fig. 3 gezeigt. Unter Bezugnahme auf Fig. 3 bezeichnen S1 und S2 serielle SAW-Resonatoren und bezeichnen P1, P2 und P3 parallele SAW-Resonatoren. Fig. 4 zeigt eine Ersatzschaltung des Empfangsfilters von Fig. 3. Ferner haben individuelle SAW-Resonatoren eine Struktur, die in Fig. 1 gezeigt ist. Im Fall von parallelen SAW-Resonatoren betrug die Periode (λ) der kammartigen Elektrode 4,53 µm, betrug die Aperturlänge Y 80 µm und betrug die Anzahl von Elektrodenfingerpaaren Z in der kammartigen Elektrode 116 bei P1 und P3; und betrug λ 4,53 µm, betrug Y 150 µm und betrug die Anzahl von Elektro denfingerpaaren Z 124 bei P2. Andererseits betrug im Fall von seriellen SAW-Resonatoren die Periode (X) der kammarti gen Elektrode 4,32 µm, betrug die Aperturlänge Y 60 µm und betrug die Anzahl von Elektrodenfingerpaaren Z in der kamm artigen Elektrode 70. Dieses Empfangsfilter ist ein Filter, das in einem AMPS-Rx für einen Antennenwellenseparator (Em pfangsband: 869 bis 894 MHz) zu verwenden ist, und die Ver lustableitung der elektrischen Leistung aus dem Sendefilter (Sendeband: 824 bis 849 MHz) wird auf die Dämpfungszone auf der Seite der niederen Frequenz des Empfangsfilters angewen det. Die Durchlaßcharakteristiken des Empfangsfilters sind in Fig. 5 gezeigt.

Die Betriebslebensdauer des Empfangsfilters, das wie oben gezeigt gebildet ist, wurde gemessen durch Einstellen der Umgebungstemperatur auf 85°C, der elektrischen Leistung auf 0,8 W und der angewendeten Frequenz auf 849 MHz, welche die schwächste in dem obigen Frequenzband beim Anwenden der elektrischen Leistung ist. Hierbei stellt die Betriebs lebensdauer einen Zeitraum dar, bis die Bandbreite um 2 MHz abnimmt, und eine längere Betriebslebensdauer bedeutet eine größere Hochleistungsbeständigkeit. In bezug auf Filter mit einer langen Betriebslebensdauer wurde die Betriebslebens dauer bei erhöhter elektrischer Leistung gemessen, und die Betriebslebensdauer bei 0,8 W wurde durch Extrapolation unter Verwendung eines Arrhenius-Modells bestimmt. Die Beziehung zwischen der Betriebslebensdauer und der angewen deten elektrischen Leistung ist in Fig. 6 gezeigt. Hier sind 50000 Stunden ein Kriterium für die Betriebslebensdauer bei 0,8 W.

Al/Mg/Al sah die längste Betriebslebensdauer von 38000 Stunden bei 0,8 W vor. Al/Cu/Al, Al-(2 Gew.-%)Cu, Al/Cr/Al und Al/Mo/Al sahen eine Betriebslebensdauer von 7300, 270, 120 bzw. 90 Stunden vor.

Obwohl Al/Mg/Al von Ausführungsform 1 das Kriterium von 50000 Stunden nicht geschafft hat, ist es möglich, es zu verwenden, indem eine Verbesserung der Konstruktion des Empfangsfilters vorgenommen wird oder ein zweites Element zu reinem Al hinzugefügt wird.

Die SAW-Resonatoren von Ausführungsform 1 und den Ver gleichen 1 bis 4 wurden durch eine Diffraktionsanalyse unter Einsatz eines Durchstrahlungselektronenmikroskops und einer energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) analysiert. Das Resultat zeigte, daß eine Schicht einer festen Lösung oder eine Legierungsschicht bei Al/Mg/Al und Al/Cu/Al gebil det wurde, die eine längere Betriebslebensdauer als jene von Al-(2 Gew.-%)Cu vorsahen, wogegen Cr und Mo als reine Me talle in Al/Cr/Al und Al/Mo/Al verblieben, die eine Be triebslebensdauer vorsahen, die kürzer als jene von Al-(2 Gew.-%)Cu war. Dies scheint zu zeigen, daß die Bildung einer Schicht einer festen Lösung oder einer Legierungsschicht einen großen Einfluß auf die Hochleistungsbeständigkeit der Vorrichtung hat.

Aus der obigen Analyse geht auch hervor, daß ein ähnli ches Resultat erreicht wird, selbst wenn der erste Film eine untere Schicht bildet und der zweite Film eine obere Schicht bildet.

Ausführungsformen 2 und 3

In den Ausführungsformen 2 und 3 wurden SAW-Resonatoren auf dieselbe Weise wie bei der Ausführungsform 1 herge stellt, außer daß Al-(2 Gew.-%)Cu (Ausführungsform 2) oder Al-(2 Gew.-%)Mg (Ausführungsform 3) für den ersten Film der Ausführungsform 1 verwendet wurde, und die Betriebslebens dauer wurde gemessen. Fig. 7 zeigt eine Beziehung zwischen der Betriebslebensdauer und der angewendeten elektrischen Leistung.

Während Al/Mg/Al eine Betriebslebensdauer von 38000 Stunden bei 0,8 W vorsah, sahen Al-(2 Gew.-%)Cu/Mg/Al-(2 Gew.-%)Cu und Al-(2 Gew.-%)Mg/Mg/Al-(2 Gew.-%)Mg eine Be triebslebensdauer von 490000 bzw. 650000 Stunden vor, was eine außerordentliche Verbesserung darstellt. Während jedoch Al/Mg/Al den minimalen Einfügungsverlust von 2,1 dB in dem Empfangsfilter vorsah, sahen Al-(2 Gew.-%)Cu/Mg/Al-(2 Gew. %)Cu und Al-(2 Gew.-%)Mg/Mg/Al-(2 Gew.-%)Mg 2,3 bzw. 2,4 dB vor, was eine kleine Erhöhung bedeutet.

Ausführungsform 4

Ein dreischichtiger Film aus Al/Mg/Al wurde als Elek trode eines Filters für ein Personalkommunikationsnetz (PCN) (Sendeband: 1710 bis 1785 MHz) verwendet, um die Bandbreite bei den Durchlaßcharakteristiken und den Einfluß auf die Hochleistungsbeständigkeit des Filters zu prüfen. Jedoch wurde die Filmdicke des zweiten Films (Mg) bezüglich der Gesamtdicke der Elektrode innerhalb des Bereiches von 0 bis 20% verändert. Hier durfte das Filter eine Struktur von P-S-P′-S-P haben (wobei P und P′ parallele SAW-Resonatoren sind und S ein serieller SAW-Resonator ist). Hinsichtlich des Resonators P betrug die Periode 2,3 µm; betrug die Aperturlänge 80 µm; betrug die Anzahl von Elektrodenfinger paaren 55; und betrug die Anzahl von Gittern in den Reflek toren 100. Hinsichtlich des Resonators P′ betrug die Periode 2,3 µm; betrug die Aperturlänge 100 µm; betrug die Anzahl von Elektrodenfingerpaaren 90; und betrug die Anzahl von Gittern in den Reflektoren 100. Hinsichtlich des Resonators S betrug die Periode 2,2 µm; betrug die Aperturlänge 40 µm; betrug die Anzahl von Elektrodenfingerpaaren 105; und betrug die Anzahl von Gittern in den Reflektoren 100. Ferner wurde in dieser Ausführungsform die Hochleistungsbeständigkeit durch Messen der maximalen Eingangsleistung dargestellt, und die maximale Eingangsleistung wurde durch das folgende Verfahren gemessen.

Die Umgebungstemperatur wurde auf 85°C eingestellt und die angewendete Frequenz auf 1785 MHz festgelegt, was die schwächste Hochleistungsbeständigkeit in dem Sendeband vorsieht. Nachdem eine Eingangsleistung von 1,0 W auf das Filter 5 Minuten lang angewendet wurde, wurden dann die Durchlaßcharakteristiken unter Verwendung eines Netzanalysa tors gemessen. Falls sich die Durchlaßcharakteristiken nicht verschlechterten, wurde die Eingangsleistung um 0,1 W er höht, und die Durchlaßcharakteristiken wurden durch Anwenden einer Eingangsleistung von 1,1 W auf dieselbe Weise wie oben gemessen. Dieser Schritt wurde wiederholt, bis die Durchlaß charakteristiken begannen, sich zu verschlechtern. Die Eingangsleistung zu der Zeit, wenn die Durchlaßcharakteri stiken begannen, sich zu verschlechtern, wurde als "maximale Eingangsleistung" definiert. Die Norm zum Beurteilen der Verschlechterung wurde festgelegt, um die Zeit zu sein, wenn die Bandbreite von 4 dB um 3 MHz abnahm oder wenn sich der maximale Einfügungsverlust um 2 dB erhöhte.

Das Resultat ist in Fig. 8 und 9 gezeigt. Fig. 8 zeigt eine Abhängigkeit der Bandbreite von der Filmdicke von Mg, und Fig. 9 zeigt eine Abhängigkeit der maximalen Eingangs leistung von der Filmdicke von Mg. In Fig. 8 nimmt die Bandbreite ab, so wie sich die Filmdicke von Mg erhöht. Jedoch war die Abnahme der Bandbreite nicht übermäßig und lag innerhalb des Bereiches, der zu deren Verwendung als Filter akzeptabel ist. Andererseits zeigt Fig. 9, daß die maximale Eingangsleistung zunimmt, falls die Filmdicke von Mg innerhalb des Bereiches von 5 bis 20% der Gesamtdicke der Elektrode liegt. Falls die maximale Eingangsleistung hier groß ist, bedeutet dies, daß die Hochleistungsbestän digkeit groß ist. Deshalb ist herausgefunden worden, daß die Filmdicke innerhalb des obigen Bereiches für die vorliegende Erfindung besonders zu bevorzugen ist.

Wie oben eingehend beschrieben wurde, umfaßt die SAW-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Elektrode, die aus einem ersten Film und einem zweiten Film auf einem Substrat gebildet ist, welcher erste Film einen Al-Film oder einen Film umfaßt, der durch Hinzufügen wenigstens eines anderen Elementes zu Al gebildet ist, und welcher zweite Film ein Metall umfaßt, dessen Diffusionskoeffizient in Al größer als ein Selbstdiffusionskoeffizient von Al ist.

Deshalb kann die Hochleistungsbeständigkeit der Elek trode verglichen mit der herkömmlichen Al-(mehrere %)Cu- Elektrode enorm verbessert werden. Des weiteren kann die SAW-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung in einem Anten nenduplexer und für Halbmikrowellenbandfilter verwendet werden, die jetzt immer öfter genutzt werden.

Ferner kann die Hochleistungsbeständigkeit der Elek trode verbessert werden, indem die Elektrode eine Legie rungsschicht oder eine Schicht einer festen Lösung umfassen darf, die durch Interdiffusion des ersten Films und des zweiten Films gebildet ist.

Des weiteren kann eine Elektrode mit verbesserter Hochleistungsbeständigkeit dadurch erhalten werden, daß:

(1) das andere Element wenigstens eines sein kann, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Mg, Cu, Ti, Pd, Ge und Si; und/oder
(2) der erste Film Al zu mehr als 90 Gew. -% enthalten darf und das Metall in dem zweiten Film ausgewählt sein kann aus der Gruppe bestehend aus Mg, Si, In, Ge, Li, Na, Mn, Ag, Au, Ga und Co. Die Hochleistungsbeständigkeit der Elektrode wird weiter verbessert, falls der zweite Film aus Mg gebildet ist. Die Hochleistungsbeständigkeit der Elektrode wird besonders verbessert, falls der zweite Film, der Mg umfaßt, 5 bis 20% der Gesamtdicke der Elektrode belegt.

Ferner umfaßt das Verfahren zum Herstellen einer Ober flächenakustikwellenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Elektrodenbildungsschritt und nachfolgende notwendige Schritte zum Vollenden der Vorrichtung, bei dem der Elektrodenbildungsschritt das Laminieren eines ersten Films und eines zweiten Films auf einem Substrat und das Mustern der laminierten Filme zu einer gewünschten Form enthält, wobei der erste Film einen Al-Film oder einen Film umfaßt, der durch Hinzufügen wenigstens eines anderen Ele mentes zu Al gebildet ist, der zweite Film ein Metall um faßt, dessen Diffusionskoeffizient in Al größer als ein Selbstdiffusionskoeffizient von Al ist, und alle Schritte bei Temperaturen unter 200°C ausgeführt werden. Das Verfah ren sieht ein einfaches Verfahren zum Herstellen einer SAW-Vorrichtung vor.

Weiterhin kann eine Elektrode mit einer besseren Filmqualität erhalten werden, indem der erste Film und der zweite Film durch ein Gleichstrommagnetronzerstäubungsver fahren laminiert werden können.

Auch kann ein feines Elektrodenmuster gebildet werden, ohne einen Schaden am Substrat zu verursachen, indem das Mustern der laminierten Filme durch ein reaktives Ionenätz verfahren ausgeführt werden kann.

Claims

1. Oberflächenakustikwellenvorrichtung mit einer Elektrode, die aus einem ersten Film und einem zweiten Film auf einem Substrat gebildet ist, welcher erste Film einen Al-Film oder einen Film umfaßt, der durch Hinzufügen wenig stens eines anderen Elementes zu Al gebildet ist, und wel cher zweite Film ein Metall umfaßt, dessen Diffusionskoeffi zient in Al größer als ein Selbstdiffusionskoeffizient von Al ist.

2. Oberflächenakustikwellenvorrichtung nach Anspruch 1, in der die Elektrode durch alternierendes Laminieren des ersten Films und des zweiten Films gebildet ist.

3. Oberflächenakustikwellenvorrichtung nach Anspruch 1, in der die Elektrode eine Legierungsschicht oder eine Schicht einer festen Lösung umfaßt, die durch Interdiffusion des ersten Films und des zweiten Films gebildet ist.

4. Oberflächenakustikwellenvorrichtung nach Anspruch 1, in der die Elektrode den ersten Film, den zweiten Film und eine Legierungsschicht oder eine Schicht einer festen Lösung umfaßt, die an der Grenzfläche zwischen dem ersten Film und dem zweiten Film gebildet ist.

5. Oberflächenakustikwellenvorrichtung nach irgend einem der Ansprüche 1 bis 4, in der das andere Element wenigstens eines ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Mg, Cu, Ti, Pd, Ge und Si.

6. Oberflächenakustikwellenvorrichtung nach irgend einem der Ansprüche 1 bis 5, in der der erste Film Al zu mehr als 90 Gew. -% enthält.

7. Oberflächenakustikwellenvorrichtung nach irgend einem der Ansprüche 1 bis 6, in der das andere Element Mg, Cu oder Ti ist.

8. Oberflächenakustikwellenvorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, in der das Metall in dem zweiten Film ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Mg, Si, In, Ge, Li, Na, Mn, Ag, Au, Ga und Co.

9. Oberflächenakustikwellenvorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, in der der zweite Film aus Mg gebildet ist.

10. Oberflächenakustikwellenvorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, in der der zweite Film 5 bis 20% der Gesamtdicke der Elektrode belegt.

11. Verfahren zum Herstellen einer Oberflächenakustik wellenvorrichtung, mit einem Elektrodenbildungsschritt und nachfolgenden notwendigen Schritten zum Vollenden der Vor richtung, bei dem der Elektrodenbildungsschritt das Laminie ren eines ersten Films und eines zweiten Films auf einem Substrat und das Mustern der laminierten Filme zu einer gewünschten Form enthält, wobei der erste Film einen Al-Film oder einen Film umfaßt, der durch Hinzufügen wenigstens eines anderen Elementes zu Al gebildet wird, der zweite Film ein Metall umfaßt, dessen Diffusionskoeffizient in Al größer als ein Selbstdiffusionskoeffizient von Al ist, und alle Schritte bei Temperaturen unter 200°C ausgeführt werden.

12. Verfahren zum Herstellen einer Oberflächenakustik wellenvorrichtung nach Anspruch 11, bei dem der erste Film und der zweite Film durch ein Gleichstrommagnetronzerstäu bungsverfahren laminiert werden.

13. Verfahren zum Herstellen einer Oberflächenakustik wellenvorrichtung nach Anspruch 12, bei dem das Mustern der laminierten Filme durch ein reaktives Ionenätzverfahren ausgeführt wird.