DE4232046A1

DE4232046A1 - Vorrichtung fuer elastische wellen und verfahren zum herstellen derselben

Info

Publication number: DE4232046A1
Application number: DE19924232046
Authority: DE
Inventors: Takumi Suetsugu; Kazuyasu Hikita; Tokio Kai
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1991-09-25
Filing date: 1992-09-24
Publication date: 1993-04-08
Also published as: FR2685831A1; GB9219756D0; FR2685831B1; JPH0590864A; GB2260023A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für elastische Wellen, wie z. B. ein Filter für akustische Oberflächenwellen, einen Resonator vom IDT(Inter-Digital-Wandler)-Typ und einen Einkristall-Resonator, und auf ein Verfahren zum Herstellen derselben. Insbesondere bezieht sie sich auf eine Vorrichtung für elastische Wellen unter Verwendung eines Lithiumtetraborat(Li₂B₄O₇ bzw. Li₂BN₄O₇)-Einkristallsubstrats und auf ein Verfahren zum Herstellen desselben.

Eine Vorrichtung für elastische Wellen dieser Art wird auf derartige Weise hergestellt, daß eine Elektrode zum Anregen einer elastischen Welle auf einem piezoelektrischen Substrat gebildet wird, gefolgt von einem würfelartigen Zerteilen, um eine Chipeinheit herzustellen und die so gebildeten Chips werden in einem metallischen Behälter oder ähn lichem abgedichtet. Das in diesem Fall verwendete Substrat wird aus einem Einkristall von Lithiumtetraborat, Lithiumniobat, Lithiumtantalat und ähnlichem gebildet. Insbesondere hat die Vorrichtung für elastische Wellen, die aus einem Lithiumtetraborat-Einkristallsubstrat hergestellt ist, eine kleinere Variation der Frequenzcharakteristik bzw. -kennlinie be züglich Temperatur verglichen mit den Vorrichtungen, bei denen andere Arten von Substraten verwendet werden, und weist eine stabile Frequenz charakteristik auf bei der äquivalenten Temperatur wie in der aus Kri stall hergestellten Vorrichtung.

Jedoch ist das Lithiumtetraborat-Einkristallsubstrat löslich in Wasser, Säure und ähnlichem, was ein Nachteil ist, da erwünschte elektrische Charakteristiken nicht erhalten werden aufgrund der Aufrauhung der Oberfläche der Substrate während des Verfahrens zur Herstellung der Vorrichtung für elastische Wellen.

Zur Lösung dieser Probleme offenbart die ungeprüfte veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 63-1 78 615 ein Verfahren zum Herstellen eines Elements für akustische Oberflächenwellen, bei dem ein Siliciumdi oxid- bzw. Silika(SiO₂)-Film auf der Oberfläche des Lithiumtetraborat- Einkristallsubstrats gebildet wird und dann Aluminium auf den Siliciumdi oxidfilm aufgedampft wird, gefolgt von einem Naßätzen, um eine Alumi niumelektrode zu bilden. Diese Anmeldung offenbart auch ein anderes Verfahren zur Herstellung eines Elements für akustische Oberflächenwel len, welches die Schritte aufweist: Aufdampfen von Aluminium auf die Substratoberfläche; Bilden einer Elektrode durch Trockenätzen, so daß eine Vielzahl von Elementabschnitten für akustische Oberflächenwellen gebildet werden; Beschichten der Substratoberfläche einschließlich der Elektrode mit einem Schutzfilm, der aus einem synthetischen Harz, Petroleumparaffin, natürlichen Fetten und Ölen, natürlichem Wachs oder ähnlichem gebildet ist; Trennen der Elementabschnitte für akustische Oberflächenwellen; und Entfernen des Schutzfilms.

Gemäß diesen Verfahren zur Herstellung wird eine Korrosion des Ein kristallsubstrats von Wasser, Säure und ähnlichem während eines Bildens der Elektrode, Muster-Ätzens, und würfelartigen Zerteilens verhindert.

Jedoch liegt bei dem früheren Verfahren der Siliciumdioxidfilm zwischen dem Lithiumtetraborat-Einkristallsubstrat und der Elektrode. Dies macht es unmöglich, einen erhöhten elektromechanischen Kopplungsfaktor der Elemente für akustische Oberflächenwellen zu erhalten. Bei dem letzteren Verfahren neigt die Substratoberfläche dazu, von Feuchtigkeit zu zer fließen von einer Reaktion des Lithiumtetraborats mit atmosphärischem Wasserdampf, da die Oberfläche des Lithiumtetraborat-Einkristallsubstrats Luft ausgesetzt ist während der Zeitdauer von Entfernung des Schutzfilms bis zu der Zeit, bei der sie in einem Behälter abgedichtet wird. Als Ergebnis wird die Substratoberfläche aufgerauht und die Oberfläche des Elements für akustische Wellen ist nicht stabil gegenüber einer Ein fügungsverlust-Zunahme.

Um dies zu vermeiden, hat man die Verwendung des Substrats ohne ein Entfernen des Schutzfilms in Erwägung gezogen. Da der Schutzfilm, der in dem herkömmlichen Verfahren aus synthetischem Harz, Petroleumpa raffin, natürlichen Fetten und Ölen, natürlichem Wachs oder ähnlichem gebildet ist, und der Schutzfilm selbst die elastische Welle adsorbieren kann, verschlechtert sich jedoch die wesentliche Funktion der Vorrichtung für elastische Wellen.

Eine Aufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung einer hochverläßli chen Vorrichtung für elastische Wellen mit einer verbesserten Fre quenzcharakteristik bezüglich Temperatur, die in der Lage ist, die Zunah me eines Einfügungsverlustes zu verhindern, der durch eine aufgerauhte Substratoberfläche gerade unter hoher Feuchtigkeit verursacht wird, und die Bereitstellung eines Verfahrens zum Herstellen einer solchen Vor richtung.

Wir haben herausgefunden, daß die vorhergehende Aufgabe gelöst wird mit einer Vorrichtung für elastische Wellen, welche aufweist ein Lithium tetraborat-Eirtkristallsubstrat, eine Elektrode, die auf der Oberfläche des Substrats gebildet ist, zum Anregen einer elastischen Welle und einen Siliciumdioxidfilm, der die Oberfläche des Substrats einschließlich der Elektrode bedeckt bzw. mit dem sie beschichtet ist.

Die Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der Erfindung wird herge stellt durch Aufdampfen eines Metalls auf die Oberfläche des Lithiumte traborat-Einkristallsubstrats; Bilden der Elektrode zum Anregen der elastischen Welle mittels Ätzen; und Bilden eines kontinuierlichen Silici umdioxidfllms auf der Oberfläche des Substrats einschließlich der Elek troden.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht genommen entlang Linie A-A in Fig. 2.

Fig. 2 ist eine perspektivische Gesamtansicht eines Filters für akustische Oberflächenwellen gemäß der Erfindung.

Fig. 3 ist eine Schnittansicht genommen entlang Linie B-B in Fig. 4.

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Lithiumtetraborat-Ein kristall-Resonators einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung, und zwar von oben betrachtet.

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht des Resonators von Fig. 4, und zwar von unten betrachtet.

Eine Vorrichtung für elastische Wellen gemäß dieser Erfindung weist auf ein Filter für akustische Oberflächenwellen unter Verwendung eines Lithi umtetraborat-Einkristallsubstrats, einen Resonator vom IDT(Inter-Digital- Wandler)-Typ, einen Einkristall-Resonator und ähnliches. Die elastische Welle umfaßt nicht nur eine akustische Oberflächenwelle, sondern auch eine akustische Volumenwelle.

Eine Elektrode zum Anregen einer elastischen Welle gemäß der Erfin dung kann hergestellt werden durch Bilden eines Films aus einem Me tall, wie z. B. Aluminium, Gold oder ähnlichem, auf der Oberfläche eines Lithiumtetraborat-Einkristallsubstrats mittels Vakuumverdampfung, Hoch frequenz-Kathodenzerstäubung bzw. -Sputtern, Ionenstrahlverdampfung, etc., und dann Bilden eines erwünschten Musters durch Photolithographie. Bei dem Metall handelt es sich bevorzugt um Aluminium, das leicht ist und eine gute Verzerrungsübertragungscharakteristik bzw. -kennlinie besitzt.

Die Substratoberfläche mit den Elektroden darauf ist mit einem Silicium dioxidfilm beschichtet bzw. bedeckt, der sowohl die Elektroden als auch das Substrat bedeckt. Der Siliciumdioxidfilm ist kontinuierlich und be deckt die Oberfläche der Substratoberfläche mit der Elektrode darauf. Wenn die Elektroden eine Dicke von, z. B., 0,5 µm haben, hat der Siliciumdioxidfilm eine Dicke von etwa 1 µm auf der Oberfläche des Substrats.

Der Siliciumdioxidfilm kann durch eine Vielfalt von Verfahren gebildet werden, z. B., Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung; Gasphasenabscheidung nach chemischem Verfahren (CVD); Plasma-CVD; oder ein Sol-Gel-Ver fahren. Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung ist ein Verfahren, bei dem SiO₂ in einer Argon-Gas-Atmosphäre verdampft wird. Bei dem Sol-Gel- Verfahren wird eine Siliciumalkoxidlösung auf die Substratoberfläche mit den Elektroden darauf aufgetragen, gefolgt von einem Erwärmen, um das Lösungsmittel zu entfernen. Die Beschichtung kann durch Tauchbeschich tung, Schleuderbeschichtung und ähnlichem beeinflußt werden. Schleuder beschichtung, bei der eine sich schnell drehende Substratoberfläche mit einer Siliciumalkoxidlösung beschichtet wird, kann bevorzugt verwendet werden, um eine gleichmäßige Filmdicke zu erhalten.

Gemäß dieser Erfindung stellt die zerfließende Eigenschaft des Lithiumte traborat-Einkristallsubstrats kein Problem dar zur Zeit des Bildens der Elektroden, wenn sie in reines Wasser für eine sehr kurze Zeit einge taucht werden. Jedoch führt ein Kontakt mit atmosphärischem Wasser dampf für eine relativ ausgedehnte Zeit bis zum Abdichten in einem Behälter nach Bilden der Elektrode zu einer Verschlechterung zur Ver wendung als Vorrichtung für elastische Wellen, und zwar wegen der Reaktion der Substratoberfläche mit Wasser, die zu einem erhöhten Einfügungsverlust führt.

Bei der erfinderischen Vorrichtung für elastische Wellen ist ein Lithium tetraborat-Einkristallsubstrat mit guter Frequenzcharakteristik bezüglich Temperatur mit dem Siliciumdioxidfilm beschichtet bzw. bedeckt. Diese isoliert das Substrat von atmosphärischem Wasserdampf, es wird verhin dert, daß die Substratoberfläche aufrauht, und der Einfügungsverlust erhöht sich nicht. Der Siliciumdioxidfilm adsorbiert nicht die elastische Welle, so daß er sich nicht nachteilig auf die Charakteristik der Vor richtung für elastische Wellen auswirkt.

Wie beschrieben, macht bei der herkömmlichen Vorrichtung für elastische Wellen die Bereitstellung des Siliciumdioxidfilms zwischen dem Lithiumte traborat-Einkristallsubstrat und der Elektrode es unmöglich, einen großen elektromechanischen Kopplungsfaktor in dem Element für akustische Oberflächenwellen zu erhalten. Darüberhinaus wird die Elektrode direkt auf dem Lithiumtetraborat-Einkristallsubstrat gebildet, und der Einfü gungsverlust wird erhöht aufgrund der aufgerauhten Oberfläche des Substrats während der Zeit, bis zu der es in einem Behälter abgedichtet ist. Mit der vorliegenden Erfindung bedeckt und schützt der Siliciumdi oxidfilm permanent das Lithiumtetraborat-Einkristallsubstrat mit guter Temperatur-Frequenzcharakteristik. Dies stellt zusammen mit den direkt auf dem Substrat bereitgestellten Elektroden eine hervorragende Vor richtung für elastische Wellen bereit, wobei der Schutzfilm nicht die elastische Welle adsorbiert und der Einfügungsverlust sich nicht über eine ausgedehnte Zeitdauer erhöht.

Die vorliegende Erfindung ist beschrieben unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele gestützt auf die begleitenden Zeichnungen, obwohl sie nicht darauf beschränkt ist.

BEISPIEL 1

Fig. 1 und 2 zeigen eine erfinderische Ausführungsform, wobei die Vorrichtung für elastische Wellen ein Filter 18 für akustische Oberflä chenwellen ist. Das Filter 18 für akustische Oberflächenwellen wurde hergestellt durch Bilden einer Vielzahl von Aluminiumelektroden 12 mit einer Dicke von etwa 0,5 µm in Form von zwei kombinierten Kämmen auf einer Oberfläche eines Lithiumtetraborat-Einkristallsubstrats 10 mit einer Dicke von 500 µm durch Photolithographie. Die Oberfläche des Substrats 10 einschließlich der Elektroden 12 wurde mit einem kontinu ierlichen Siliciumdioxidfilm 14 von einer Dicke von etwa 0,1 µm be schichtet, gefolgt von einem würfelartigen Zerteilen, um eine Chipeinheit herzustellen.

Insbesondere wurde ein Aluminiumfilm auf die gesamte Oberfläche des Substrats 10 durch Vakuumauf- bzw. verdampfung aufgedampft, gefolgt von einem Auftragen eines Photoresists auf den Aluminiumfilm. Der Aluminiumfilm wurde dann mit einer Maske mit einem angebrachten Elektrodenmuster bedeckt, gefolgt von einem Lichtaussetzen. Das ausge setzte Substrat wurde in einer alkalischen Lösung entwickelt und mit reinem Wasser gespült. Der Aluminiumfilm wurde dann naßgeätzt unter Verwendung einer Ätzlösung, die aus einer wäßrigen Lösung von NaOH zusammengesetzt ist, zur Bildung der Elektroden 12 zum Anregen der elastischen Welle. Nach Entfernen des Photoresists mit Aceton wurden die Elektrodenstellen- bzw. -kissenabschnitte 13 mit einer metallischen Maske bedeckt, und ein kontinuierlicher Siliciumdioxidfilm wurde gleich förmig auf der Oberfläche des Substrats 10 einschließlich der Elektroden 12 durch Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung gebildet. Nach Entfernen der metallischen Maske vom Substrat 10 wurde es würfelartig zerteilt, um eine Chipeinheit herzustellen.

Schließlich wurden die Leitungen bzw. Zuleitungsdrähte an die Elek trodenstellenabschnitte 13 angeschlossen, um ein Filters 18 für akustische Oberflächenwellen bereitzustellen.

VERGLEICHSBEISPIEL 1

Ein Filter für akustische Oberflächenwellen wurde durch das gleiche Ver fahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß der Siliciumdioxidfilm 14 nicht gebildet wurde.

BEISPIEL 2

Diese Ausführungsform ist in Fig. 3 bis 5 gezeigt. Die Vorrichtung für elastische Wellen ist ein Lithiumtetraborat-Einkristall-Resonator 30. Der Resonator 30 hat eine Vielzahl von kreisförmigen Aluminiumelektroden 22 jeweils mit einem Durchmesser von etwa 15 mm und mit einer Dicke von etwa 0,5 µm, die auf den oberen und unteren Oberflächen des Lithiumtetraborat-Einkristallsubstrats 20 durch Photolithographie gebildet sind. Das Substrat 20 besitzt eine Dicke von 300 µm. Siliciumdioxidfil me 24 jeweils mit einer Dicke von etwa 0,1 µm, wurden auf den Ober flächen des Substrates 20 einschließlich dessen Elektroden 22 gebildet. Daraufhin wurde ein würfelartiges Zerteilen durchgeführt, um eine Chipeinheit herzustellen. Zwei kreisförmig geformte Elektroden auf beiden Oberflächen des Substrats wurden auf den Positionen gebildet, bei denen die Elektroden miteinander überlappen.

Insbesondere die Elektroden 22 zum Anregen einer elastischen Welle wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 gebildet. Nach Entfernen des Photoresists mit Aceton wurden die Elektrodenstellen- bzw. -kissen abschnitte 23 mit einer metallischen Maske bedeckt, und dann wurde ein kontinuierlicher Siliciumdioxidfilm 24 gleichförmig auf der Oberfläche des Substrats 20 einschließlich der Elektroden 22 durch Hochfrequenz-Katho denzerstäubung gebildet. Die metallische Maske wurde entfernt und ein würfelartiges Zerteilen wurde durchgeführt, um eine Chipeinheit herzustel len. Schließlich wurde ein Lithiumtetraborat-Einkristall-Resonator 30 erhalten durch Verbinden von Leitungen bzw. Zuleitungsdrähten 26 mit den Elektrodenstellenabschnitten 23 eines Paars von Elektroden 22 des auf diese Weise hergestellten Chips.

VERGLEICHSBEISPIEL 2

Ein Lithiumtetraborat-Einkristall-Resonator wurde durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 2 hergestellt, außer daß der Siliciumdioxidfilm 24 nicht gebildet wurde.

Die Zuverlässigkeit jedes der Filter für akustische Oberflächenwellen von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 und des Lithiumtetraborat-Einkristall- Resonators von Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2 wurde getestet, indem man die Vorrichtungen für elastische Wellen unter einer Feuchtigkeit von 85% und einer Temperatur von 85° C für 48 Stunden stehen läßt, und die Einfügungsverluste vor und nach dem Stehenlassen wurden gemessen. Die Ergebnisse der Tests sind in der folgenden Tabelle gezeigt.

Einfügungsverlust (Einheit: dB)

Wie aus der Tabelle ersichtlich, ist der Einfügungsverlust der Vorrichtung für elastische Wellen nach dem Test in den Vergleichsbeispielen 1 und 2, bei denen die Siliciumdioxidfilme nicht gebildet waren, stark erhöht verglichen mit dem vor dem Test. Andererseits variiert der Einfügungs verlust der Vorrichtung für elastische Wellen in den Beispielen 1 und 2, bei denen die Siliciumdioxidfilme gebildet waren, wenig und weist eine höhere Zuverlässigkeit auf.

Claims

1. Vorrichtung für elastische Wellen, welche aufweist:
ein Lithiumtetraborat-Einkristallsubstrat;
eine Elektrode zum Anregen einer elastischen Welle, die auf einer Oberfläche des Substrats gebildet wird; und
eine Schicht bzw. Beschichtung eines kontinuierlichen Siliciumdioxid bzw. Silikafilms über die Oberfläche des Substrats mit der Elektrode darauf, und zwar einschließlich der Elektrode.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Elektrode aus Gold oder Aluminium ist.

3. Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung für elastische Wellen, welches aufweist:
Aufdampfen eines Metallfilms auf eine äußere Oberfläche eines Lithiumtetraborat-Einkristallsubstrats;
Bilden einer Elektrode aus dem Metallfilm zum Anregen einer elastischen Welle mittels Ätzen; und
Bilden eines kontinuierlichen Siliciumdioxidfilms über die Oberfläche des Substrats mit der Elektrode darauf, und zwar einschließlich der Elektrode.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Siliciumdioxidfilm durch Kathodenzerstäubung-Aufdampfung gebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Siliciumdioxidfilm gebildet wird durch
Auftragen einer Siliciumalkoxidlösung auf das Substrat und die Elektrode darauf, und
Erwärmen zum Entfernen des Lösungsmittels aus der Lösung.

6. Vorrichtung für elastische Wellen hergestellt nach dem Verfahren von Anspruch 3.

7. Vorrichtung für elastische Wellen hergestellt nach dem Verfahren von Anspruch 4.

8. Vorrichtung für elastische Wellen hergestellt nach dem Verfahren von Anspruch 5.