DE60035966T2

DE60035966T2 - Herstellungsverfahren für eine akustische oberflächenwellenvorrichtung

Info

Publication number: DE60035966T2
Application number: DE60035966T
Authority: DE
Inventors: Masahiro Nakano; Michiyuki Nakazawa; Katsuo Sato
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2008-03-20
Anticipated expiration: 2020-04-01
Also published as: JP3411908B2; EP1158668A4; CN1338146A; DE60035966D1; TW465180B; CN1159843C; WO2001041304A1; US20020047495A1; EP1158668A1; US6580198B2; EP1158668B1

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Oberflächenwellenvorrichtung, die mit tragbaren Telefonen, Autotelefonen, Radioausrüstungen usw. benutzt wird, und ein Herstellungsverfahren dazu.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Oberflächenwellenvorrichtungen, d.h. Oberflächenwellenfilter und Oberflächenwellenresonatoren werden nun vermehrt als Ersatzfilter für dielektrische Filter in Hochfrequenzteilen von tragbaren Telefonen usw. benutzt. Manche Gründe dafür bestehen darin, dass die Oberflächenwellenfilter eine kleinere Vorrichtungsgröße aufweisen als dielektrische Filter und bessere elektrische Eigenschaften auf derselben Vorrichtungsgrößenbasis.
Die Oberflächenwellenvorrichtung umfasst ein piezoelektrisches Substrat, das aus Lithiumniobat, Lithiumtantalat oder dergleichen gebildet ist, und verschiedene Elektroden, wie etwa Interdigitalwandler (IDW) und Reflektoren, die auf der Oberfläche des Substrats gebildet sind. Für die Elektroden der Oberflächenwellenvorrichtung werden gewöhnlich Al oder Al-Legierungen (z.B. Al-Cu) benutzt. Al und Al-Legierungen sind jedoch in einer Umgebung mit einer hohen Luftfeuchtigkeit für Korrosion anfällig, was sonst Brüche in den Elektroden verursacht oder Korrosionsprodukte erbringt, wobei dies möglicherweise in einer Verschlechterung der Filterleistung resultiert. In einem Verfahren, das bisher benutzt wurde, um die Verschlechterung der Filterleistung aufgrund von Elektrodenkorrosion zu verhindern, werden die Elektroden in einem keramischen Gehäuse luftdicht verschlossen, um diese vor der Umwelt zu schützen.
Beim Verfahren zur Verhinderung von Elektrodenkorrosion durch das luftdichte Verschließen der Elektroden im keramischen Gehäuse kommen jedoch höchstwahrscheinlich sehr kleine hermetische Brüche vor. Aus diesem Grund muss ein zusätzlicher Schritt des Inspizierens des Grades an Luftdichte nach dem Verschließen des Gehäuses bereitgestellt werden. Dieser Inspizierungsschritt ist ein Faktor beim Anstieg der Herstellungskosten. Im Hinblick auf die Reduzierung der Herstellungskosten wird dem teuren keramischen Gehäuse ein Harzgehäuse vorgezogen. Das Harzgehäuse ist jedoch hinsichtlich der Nassbeständigkeit schlechter als das keramische Gehäuse.
Aus dem Stand der Technik ist auch ein Verfahren zur Verhinderung der IDW-Korrosion durch das Abdecken der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats bekannt, wobei auf diesem unter Benutzung eines dünnen Films ein IDW gebildet wird.
JP-B 3-190311 offenbart beispielsweise eine Oberflächenwellenvorrichtung, umfassend ein piezoelektrisches Substrat und einen wasserabweisenden und isolierenden Film mit einer Dicke von 100 Å oder weniger, welcher auf der Oberfläche des Substrats, auf dem Elektroden bereitgestellt sind, gebildet ist. In der Veröffentlichung wird auf Hexamethyl-Disilazan, Azidverbindungen und Isocyanatverbindungen als das Material Bezug genommen, das den vorhergenannten Film bildet, und in einem Beispiel wird durch Spritzüberzug ein Hexamethyl-Disilazanfilm mit einer Dicke von 50 Å oder weniger gebildet. Die Veröffentlichung enthüllt jedoch, dass infolge der Bildung dieses Films der Einfügungsverlust um 0,2 bis 0,3 dB ansteigt.
JP-A 4-294625 offenbart eine Oberflächenwellenvorrichtung, wobei zur Verhinderung einer Freisetzung und Korrosion des Elektrodenmaterials ein Schutzfilm, der ein korrosionsbeständiges Metall, wie etwa Chrom, oder ein dielektrisches Material, wie etwa Siliziumdioxid, umfasst, durch Zerstäubung (Sputtering) oder Beschichtung mittels Verdampfung auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats, auf dem Elektroden vorgesehen sind, gebildet wird. In einem Beispiel der Veröffentlichung wird ein Schutzfilm aus Chrom mit einer Dicke von 100 Å gebildet.
Aus den nachfolgenden Veröffentlichungen sind auch gewisse Oberflächenwellenvorrichtungen bekannt, wobei ein dünner Film auf der Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats, auf dem Elektroden vorgesehen sind, gebildet ist, wenn auch nicht zwecks Verhinderung von Elektrodenkorrosion.
JP-B 2-47886 offenbart ein Verfahren zur Steuerung der Resonanzfrequenz durch Beschichtung mittels Verdampfung eines Metalls auf der gesamten oder einem Teil der Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats. In der Veröffentlichung werden Ag, Au, Cr, Ni usw. als das Metall bezeichnet, mit dem mittels Verdampfung beschichtet werden soll. Die Veröffentlichung lehrt auch, dass zwischen den Elektrodenfingern kein Kurzschluss zustande kommen kann, da die Menge an Metall, mit dem mittels Verdampfung beschichtet werden soll, derart gering ist, dass mit ihm in Form von für sich allein stehenden, feinen Punkten beschichtet werden kann.
Das US-Patent Nr. 3,965,444 offenbart, dass zwecks der Kompensierung der Temperatur ein SiO₂-Film auf der Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats, auf dem Elektroden vorgesehen sind, gebildet ist.
JP-A 4-150512 offenbart, dass auf der Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats, auf dem Elektroden vorgesehen sind, ein halbisolierender dünner Film vorgesehen ist. In der Veröffentlichung werden Siliziumdioxidfilme, die Siliziumdioxidnitridfilme, Siliziumnitridfilm und das Siliziumcarbid als das Material bezeichnet, das den halbisolierenden dünnen Film bildet. Durch die Bereitstellung dieses halbisolierenden dünnen Films wird die statische Elektrizität, die am piezoelektrischen Substrat erzeugt wird, derart zwischen den Elektroden entladen, dass jeglicher elektrostatische Ausfall der Vorrichtung verhindert werden kann. In einem Beispiel in der Veröffentlichung wird ein Siliziumnitridfilm mit einer Dicke von ungefähr 500 Å oder mehr mittels eines Plasma-CVD-Verfahrens als halbisolierender Film gebildet.
JP-A 9-83288 offenbart, dass zur Verhinderung der Entladung zwischen Elektroden auf der Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats, auf dem Elektroden vorgesehen sind, ein dünner Halbleiterfilm gebildet wird, und in einem Beispiel, das darin gegeben ist, wird ein Si-Film mit einer Dicke von 50 nm als dünner Halbleiterfilm benutzt.
JP-A 9-199974 offenbart, dass zur Reduzierung der Geräuscherzeugung aufgrund des pyroelektrischen Effekts eines piezoelektrischen Substrats auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats, auf dem Elektroden vorgesehen sind, ein dünner Widerstandsfilm gebildet wird. In der Veröffentlichung wird ein dünner Siliziumfilm, der durch Zerstäubung oder Beschichtung mittels Verdampfung gebildet wird, als dünner Widerstandsfilm bezeichnet. Die Veröffentlichung erwähnt jedoch nicht, wie dick der dünne Widerstandsfilm ist.
JP-A 7-326942 offenbart eine Oberflächenwellenvorrichtung, die einen Isolierfilm auf der Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats, auf dem Elektroden vorgesehen sind, aufweist, und kh ≤ 0,15 entspricht, vorausgesetzt, dass k = 2π/λ, wobei h die Dicke des Isolierfilms und λ die Wellenlange einer Oberflächenwelle ist. Die Veröffentlichung zeigt, dass der Isolierfilm zur Steuerung der Mittenfrequenz bereitgestellt ist. Die Veröffentlichung zeigt auch, dass die untere Grenze von kh 0,002 ist und die Größe der Frequenzänderung zu der Zeit ungefähr 80 ppm beträgt. In den Beispielen in der Veröffentlichung werden ein MgO-Film und ein SiO₂-Film, die durch Zerstäubung gebildet werden, als Isolierfilm benutzt.
JP 10-107572 offenbart eine Oberflächenwellenvorrichtung, wobei zur Verhinderung von Korrosion ein Metallfilm (Chrom, Tantal, Niob usw.) mit einer Dicke, die zur anodischen Oxidation geeignet ist, jedoch unter 100 nm liegt, auf die Elektroden der Oberflächenwelle und das piezoelektrische Substrat geschichtet wird und anschließend oxidiert wird, um (außer auf dem Elektrodenglied) einen Metalloxid-Schutzfilm zu bilden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Wie eingangs erläutert, ist bekannt, dass die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats, auf dem Elektroden gebildet sind, mit verschiedenen dünnen Filmen versehen wird. Jedoch bewirkt, wie in der vorhergehend erwähnten JP-B 3-190311 gezeigt, die Bereitstellung des organischen Films mit einer Dicke von ungefähr 100 Å, dass die Einfügungsverluste schlimmer werden. Wie in der vorhergehend erwähnten JP-A 4-294625 beschrieben wird, bewirkt die Bildung des Cr-Films mit einer Dicke von 100 Å Kurzschlüsse zwischen den Elektroden, was in einer Verringerung der elektrischen Eigenschaften resultiert.
Wenn der dünne Film, der auf der Oberfläche des Substrats, auf dem Elektroden gebildet sind, vorgesehen ist, ein dielektrischer Film ist, geschieht aufgrund von Kurzschlüssen ebenfalls ein gewisser Grad an Leistungsabfall, wenn auch nicht so bedeutend wie im Falle eines Metallfilms. Wie aus dem vorhergehend erwähnten JP-A 7-326942 ersichtlich, hat beispielsweise selbst der Isolierfilm immer noch einen gewissen Grad an Einfluss auf die Leistung der Vorrichtung, wenn die Mittenfrequenz durch die Bereitstellung des dielektrischen Films gesteuert wird.
Angesichts derartiger Situationen, wie sie oben erwähnt wurden, besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer Oberflächenwellenvorrichtung, die Elektroden umfasst, welche aus Al oder einer Al- Legierung gebildet sind, wobei die Nassbeständigkeit davon verbessert wird, ohne dass ihre elektrischen Eigenschaften negativ beeinflusst werden.
Die vorhergehend erwähnte Aufgabe ist durch die Erfindung, wie in den angehängten Ansprüchen definiert, erreichbar.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Dicke einer Cr-Oxidschicht und dem Einfluss, welcher die Cr-Oxidschicht auf die elektrischen Eigenschaften hat, veranschaulicht.
2 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Dicke einer Metall-Cr-Schicht und dem „Widerstand × Schichtdicke" in der Metall-Cr-Schicht veranschaulicht.
3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Zeitdauer, während der eine Oberflächenwellenvorrichtung, umfassend eine 0,4 nm dicke Cr-Oxidschicht, in einer Umgebung mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit stehen gelassen wird, und der Betrag an ihren Mittenfrequenzänderungn veranschaulicht.
4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Zeitdauer, während der eine Oberflächenwellenvorrichtung, umfassend eine 0,7 nm dicke Cr-Oxidschicht, in einer Umgebung mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit stehen gelassen wird, und der Betrag an ihren Mittenfrequenzänderungen veranschaulicht.
5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Zeitdauer, während der eine Oberflächenwellenvorrichtung, umfassend eine 1,5 nm dicke Cr-Oxidschicht, in einer Umgebung mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit stehen gelassen wird, und der Betrag an ihren Mittenfrequenzänderungen veranschaulicht.
6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Zeitdauer, während der eine Oberflächenwellenvorrichtung, die keine Cr-Oxidschicht enthält, in einer Umgebung mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit stehen gelassen wird, und der Betrag an ihren Mittenfrequenzänderungen veranschaulicht.
7 ist ein Ersatz-Transmissions-Elektronenmikrobild für eine Zeichnung, die einen dünnen Film veranschaulicht, wobei das Mikrobild einen Teilbereich einer Metall-Cr-Schicht zeigt, welche zwischen eine Elektrode und eine Al-Schicht geschoben ist.
8 ist ein Ersatz-Transmissions-Elektronenmikrobild für eine Zeichnung, die einen dünnen Film veranschaulicht, wobei das Mikrobild einen Teilbereich einer Cr-Oxidschicht zeigt, welche zwischen eine Elektrode und eine Al-Schicht geschoben ist.
BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine Oberflächenwellenvorrichtung dar, umfassend einen Interdigitalwandler (IDW), der sich aus Al oder einer Al-Legierung oder dem IDW und einer Reflektorelektrode zusammensetzt, wobei eine Metalloxidschicht derart bereitgestellt ist, dass sie mindestens die Elektroden abdeckt.
Wie oben erläutert, ist auf dem Stand der Technik eine Oberflächenwellenvorrichtung, umfassend eine Metalloxidschicht, die auf der Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats gebildet ist, auf dem Elektroden vorgesehen sind, bekannt. Im Gegensatz zur Metalloxidschicht in einer herkömmlichen Oberflächenwellenvorrichtung ist jedoch die Metalloxidschicht nach der vorliegenden Erfindung ein dünner Film, der keinen Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften der Oberflächenwellenvorrichtung hat. Die Metalloxidschicht, die bereitgestellt ist, um die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats, auf dem Elektroden vorgesehen sind, abzudecken, hat, wenn sie dick ist, einen negativen Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften der Oberflächenwellenvorrichtung. Zum Beispiel wird ein Metalloxid im Allgemeinen als Isoliermaterial gehandhabt. Eine Zunahme der Dicke der Metalloxidschicht bewirkt jedoch, dass ihr elektrischer Widerstand sinkt und verursacht somit einen Kurzschluss zwischen den Elektroden. Daher verschlechtert sich der Einfügungsverlust der Oberflächenwellenvorrichtung. Bei der Oberflächenwellenvorrichtung wird zum Beispiel eine ZnO-Schicht oftmals als piezoelektrischer Film zwischen dem piezoelektrischen Substrat und den Elektroden gebildet. Der elektrische Widerstand der ZnO-Schicht wird durch Li-Dotieren usw. verstärkt. Infolge der ersten bis vierten Experimente, die unmittelbar nachfolgend gegeben sind, und Studien darüber, haben die Erfinder nun festgestellt, dass es beim Abdecken der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats, auf dem Elektroden bereitgestellt sind, mit einer sehr dünnen Metalloxidschicht, möglich ist, eine deutliche Verbesserung der Nassbeständigkeit der Elektroden zu erreichen (der Widerstand der Elektroden gegenüber Korrosion durch Feuchtigkeit), ohne dabei einen negativen Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften der Oberflächenwellenvorrichtung zu haben.
Im folgenden Vorgang wurde eine Oberflächenwellenvorrichtungsprobe, die für das erste Experiment benutzt wurde, angefertigt.
Für das piezoelektrische Substrat wurde mit der Verbreitung von Oberflächenwellen, die in die x-Richtung vorgegeben waren, ein um 36° gedrehtes Y-Schnitt-Lithiumtantalat benutzt. Zur Elektrodenbildung wurde mittels Zerstäubung ein Al-0,5 Gew.-%-Cu-Legierungsfilm mit einer Dicke von 150 nm gebildet. Danach wurde der Legierungsfilm mittels Fotolithografie und Trockenätzen konfiguriert, um für einen Oberflächenwellenresonator, der auf beiden Außenseiten eines IDW Reflektorelektroden aufweist, ein Elektrodenmuster zu bilden. Dieser Oberflächenwellenresonator weist eine Resonatorfrequenz von ungefähr 1,6 GHz auf.
Danach wurde durch Zerstäubung über die gesamte Oberfläche des piezoelektrischen Substrats, auf dem die Elektroden vorgesehen waren, eine Metall-Cr-Schicht gebildet. Dann wurde die Anordnung bei 250°C 2 Stunden lang in einer Sauerstoffatmosphäre thermisch behandelt, um die Metall-Cr-Schicht in eine Cr-Oxidschicht zu oxidieren, wodurch eine Oberflächenwellenprobe erhalten wurde. Zum Vergleich wurde eine weitere Probe auf dieselbe Weise angefertigt, mit der Ausnahme, dass keine Cr-Oxidschicht bereitgestellt wurde.
Jede der Proben, die auf diese Weise angefertigt wurden, wurde auf Resonanzfrequenz fr und Antiresonanzfrequenz fa gemessen, um den Unterschied (fr-fa) zwischen ihnen herauszufinden. Dann wurde der Unterschied zwischen dem Unterschied (fr-fa) der Probe und dem Bezugsunterschied (fr-fa) der Probe mit keiner Cr-Oxidschicht gefunden. In 1 ist dieser Unterschied als (Änderungsbereich bei fr-fa) gezeigt. Die Dicke der Schicht auf der Abszisse in 1 ist die Schicht der Metall-Cr-Schicht, wie mittels eines Fluoreszenz-Röntgen-Dickenmessgerätes gemessen (System 3640, hergestellt von Rigaku Co., Ltd.). In 1 ist vermerkt, dass die Dicke der Metall-Cr-Schicht als die Dicke der Cr-Oxidschicht angegeben ist, wenn sie mit dem Fluoreszenz-Röntgen-Dickenmessgerät gemessen wird, weil die Dicke der Metall-Cr-Schicht keiner Veränderung durch Oxidierung unterzogen wird. Mit anderen Worten wird beim Messen mit dem Fluoreszenz-Röntgen-Dickenmessgerät kein Unterschied zwischen der Dicke einer Metallschicht und der Dicke einer Metalloxidschicht, die durch die Oxidierung dieses Metalls gebildet wird, gefunden, da das Messgerät derart konzipiert ist, dass es die Anzahl an Metallatomen für die Dickenmessung zählt. In der vorliegenden Offenbarung sind die Dicken einer Metallschicht und einer Metalloxidschicht jeweils als Werte gegeben, die mit dem Fluoreszenz-Röntgen-Dickenmessgerät gemessen wurden.
Unter Bezugnahme auf 1 ist, je näher sich der „Änderungsbereich von fr-fa" bei null befindet, desto geringer der Einfluss der Cr-Oxidschicht auf die elektrischen Eigenschaften. Aus 1 ist daher ersichtlich, dass, wenn die Dicke der Cr-Oxidschicht 2 nm oder weniger beträgt, die Cr-Oxidschicht keinen wesentlichen Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften der Oberflächenwellenvorrichtung hat. Dieses Experiment lehrt auch, dass, wenn die Dicke der Cr-Oxidschicht 2 nm oder weniger beträgt, im Vergleich zum Fall mit einer Probe, die keine Cr-Oxidschicht enthält, keine Änderung des absoluten Impedanzwertes bei fr bzw. fa geschieht. Dies lehrt wiederum, dass, wenn die Dicke der Cr-Oxidschicht 2 nm oder weniger beträgt, dann kein wesentlicher Kurzschluss aufgrund der Bereitstellung der Cr-Oxidschicht und keine Verschlechterung der Einfügungsverluste geschieht.
Nun wird vom zweiten Experiment berichtet, das durchgeführt wurde, um die Struktur einer Metalloxidschicht, die dünn genug ist, um keinen Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften der Oberflächenwellenvorrichtung zu haben, genau zu betrachten.
Im zweiten Experiment wurden die Metall-Cr-Schichten mit unterschiedlichen Dicken, wie im ersten Experiment, durch Zerstäubung auf um 36° gedrehten Y-Schnitt-Lithiumtantalatsubstraten gebildet. Es wurde der Widerstand jeder Metall-Cr-Schicht gemessen, um das Produkt des Widerstands und seiner Dicke zu erhalten. 2 ist ein Diagramm mit der Dicke der Metall-Cr-Schichten als Abszisse und dem Produkt der Schichtdicke und dem Widerstand als Ordinate.
Wie aus 2 ersichtlich, steigt der Produktwert von „Widerstand × Schichtdicke" mit zunehmender Schichtdicke in einem Bereich, in dem die Dicke der Metall-Cr-Schicht 3,5 nm überschreitet, linear an. Dies zeigt auf, dass der Abschnitt der Metall-Cr-Schicht in diesem Schichtdickenbereich einen Widerstand beibehält, der demjenigen einer Metall-Cr-Menge entspricht. Mit anderen Worten muss ein im Wesentlichen einheitlicher kontinuierlicher Film in diesem Schichtdickenbereich gebildet werden. In einem anderen Bereich, in dem die Dicke der Metall-Cr-Schicht 3,5 nm oder weniger beträgt, steigt der Produktwert von „Widerstand × Schichtdicke" auf der Ordinate mit abnehmender Schichtdicke stark an. Das Ergebnis lehrt, dass der Widerstand der Metall-Cr-Schicht bereits weit von demjenigen der Metall-Cr-Menge entfernt ist und zeigt, dass die Metall-Cr-Schicht in diesem Dickenbereich in einer Form eines diskontinuierlichen Films vorliegt.
Aus den in 2 dargestellten Ergebnissen ist offensichtlich, dass die Cr-Oxidschicht, die eine Dicke aufweist, die klein genug ist, um keinen Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften der Oberflächenwellenvorrichtung zu haben, wie in 1 gezeigt, durch die Oxidierung einer diskontinuierlichen Metall-Cr-Schicht erhalten werden kann.
Nun wird vom dritten Experiment berichtet, das durchgeführt wurde, um spezifisch die Beschaffenheit der Metall-Cr-Oxidschicht und der Cr-Oxidschicht, erhalten durch die Oxidierung der Metall-Cr-Schicht, zu betrachten.
Im dritten Experiment wurde zunächst die Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats, auf dem Elektroden vorgesehen sind, mit einer Metall-Cr-Schicht abgedeckt, wie im ersten Experiment, mit der Ausnahme, dass die Dicke der Metall-Cr-Schicht 0,85 nm betrug. Dann wurde durch Zerstäubung eine Al-Schicht derart bereitgestellt, um die Metall-Cr-Schicht abzudecken, um eine Probe zur Beobachtung ihrer Struktur im Schnitt anzufertigen. Es sei hier bemerkt, dass die Al-Schicht bereitgestellt wurde, um die Oberfläche der Metall-Cr-Schicht in einem festen Zustand zu behalten, damit der Schnitt der Metall-Cr-Schicht leicht beobachtet werden konnte. Nachdem die Probe zugeschnitten war, wurde die Metall-Cr-Schicht, die zwischen die Elektroden und die Al-Schicht geschoben wurde, unter einem Transmissions-Elektronenmikroskop beobachtet. Daraus ergab sich, dass die Metall-Cr-Schicht in Form eines diskontinuierlichen Films vorlag, wie in 7 gezeigt. In 7 ist die Metall-Cr-Schicht in einer linearen, dunklen Form gezeigt, die durch einen beinahe zentralen Abschnitt des Mikrobildes verläuft.
Nach der Bildung der Metall-Cr-Schicht wurde eine weitere Probe, wie im Falle der vorhergehend erwähnten Probe, zur Beobachtung der Struktur im Schnitt erhalten, mit der Ausnahme, dass eine Cr-Oxidschicht durch die Oxidierung der Metall-Cr-Schicht in denselben Bedingungen wie im ersten Experiment gebildet wurde. Nachdem diese Probe zugeschnitten war, wurde die Cr-Oxidschicht, die zwischen die Elektroden und die Al-Schicht geschoben wurde, unter einem Transmissions-Elektronenmikroskop beobachtet. Daraus ergab sich, dass die Cr-Oxidschicht in Form eines kontinuierlichen Films vorlag, wie in 8 gezeigt. In 8 ist die Cr-Oxidschicht in einer linearen, dunklen Form gezeigt, die durch einen beinahe zentralen Abschnitt des Mikrobildes verläuft.
Aus den Ergebnissen des dritten Experiments ist offensichtlich, dass sich durch die Oxidierung der Metall-Cr-Schicht der Film von einer diskontinuierlichen zu einer kontinuierlichen Form auf den Elektroden ändert.
Natürlich ist dies ein mageblicher Grund dafür, wie in der vorliegenden Erfindung eine stark verbesserte Nassbeständigkeit erhalten werden kann.
Im dritten Experiment konnte nicht nachgeprüft werden, ob die Metall-Cr-Schicht auf dem piezoelektrischen Substrat durch Oxidierung zu einem kontinuierlichen Film geändert wurde oder nicht. Ausgehend von der Tatsache, dass im ersten Experiment keine wesentliche Änderung der elektrischen Eigenschaften der Oberflächenwellenvorrichtung mit einer Cr-Oxidschicht mit einer Dicke von 2 nm oder weniger geschah, und zwar der Tatsache, dass die Isolierung zwischen den positiven und negativen IDW-Elektroden beibehalten wurde, ist es jedoch sehr wahrscheinlich, dass die Metall-Cr-Schicht auf dem piezoelektrischen Substrat nach der Oxidierung immer noch in Form eines diskontinuierlichen Films vorliegt.
Nun wird vom vierten Experiment berichtet, das durchgeführt wurde, um die Wirkung der Cr-Oxidschicht als Schutzschicht genau zu betrachten.
Im vierten Experiment wurden die Elektroden wie im ersten Experiment auf einem piezoelektrischen Substrat gebildet. Jedoch war das Elektrodenmuster, das benutzt wurde, ein Filtermuster mit einem kettenverbundenen Oberflächenwellenresonator. Dieses Filtermuster ist für das European Portable Telephone DCS1800 System konzipiert worden.
Danach wurde durch Zerstäubung über die gesamte Oberfläche des piezoelektrischen Substrats, auf dem Elektroden gebildet waren, eine Metall-Cr-Schicht zu drei Dicken, etwa 0,4 nm, 0,7 nm und 1,5 nm, gebildet.
Schließlich wurde die Cr-Schicht wie im ersten Experiment oxidiert, um eine Oberflächenwellenprobe zu erhalten. Zum Vergleich wurde eine weitere Probe wie oben erwähnt angefertigt, mit der Ausnahme, dass keine Cr-Oxidschicht bereitgestellt wurde.
Jede Probe wurde in ein keramisches Gehäuse gegeben, an welches der IDW mittels Drahtbonden angeschlossen wurde. Zu diesem Zweck wurde das Prüfen auf Luftdichte vorher mittels einer Blasenverlustmethode (bubble leakage) durchgeführt, um lediglich jene Gehäuse auszusortieren, die einen Verlust aufweisen. Das keramische Gehäuse wurde in einem Thermohygrostat bei einer Temperatur von 60°C und einer relativen Feuchtigkeit von 90% stehen gelassen, um die Nutzungsdauer der Nassbeständigkeit zu schätzen. Der zu überprüfende Punkt war eine zeitliche Veränderung der Mittenfrequenz f0 des Oberflächenwellenfilters.
Die Beziehungen zwischen der Stehzeit und der Menge an Änderung der Mittenfrequenz, Δf0, der jeweiligen Proben sind in 3 bis 6 gezeigt. 3 stellt die Ergebnisse von Proben dar, die eine 0,4 nm dicke Cr-Oxidschicht aufweisen, 4 stellt die Ergebnisse von Proben dar, die eine 0,7 nm dicke Cr-Oxidschicht aufweisen, 5 stellt die Ergebnisse von Proben dar, die eine 1,5 nm dicke Cr-Oxidschicht aufweisen, und 6 stellt die Ergebnisse von Proben dar, die keine Cr-Oxidschicht aufweisen.
In 3 bis 5 ist Δf0 auf 1 MHz oder weniger beschränkt, selbst nach der Stehzeit von 1000 Stunden, wohingegen Δf0 in 6 sehr groß wird, wie durch ungefähr 10 MHz nach der Stehzeit von 1000 Stunden dargestellt. Es sei hier bemerkt, dass in jeder Zeichnung die Ergebnisse mehrerer Proben gezeigt werden und dass unter diesen Proben Variationen vorkommen, da der Grad an Unvollkommenheit des luftdichten Verschlusses von Probe zu Probe variiert. Aus 3 bis 5 ist ersichtlich, dass durch die vorliegende Erfindung die Nassbeständigkeit, ungeachtet des Grades an Unvollkommenheit des luftdichten Verschlusses, stark verbessert wird.
Es sei bemerkt, dass Vorhergehendes das Ergebnis der Proben ist, die eine Cr-Oxidschicht aufweisen, die im Dickenbereich von 0,4 bis 1,5 nm liegen. Die Studien der Erfinder zeigen jedoch, dass wenn die Metalloxidschicht eine Dicke von vorzugsweise 0,1 nm oder mehr und noch bevorzugter 0,2 nm oder mehr aufweist, diese dann auch als Schutzschicht funktionieren kann. Wenn die Metalloxidschicht eine Dicke von 2 nm oder weniger aufweist, wie oben erwähnt, dann gibt es keinen wesentlichen negativen Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften. Daher ist es vorzuziehen, dass die Metalloxidschicht eine Dicke von 0,1 bis 2 nm aufweist.
Es versteht sich aus den vorhergehenden Experimentergebnissen, dass, wenn eine Oberflächenwellenvorrichtung mit einer Cr-Oxidschicht mit einer gegebenen Dicke in der Form einer Elektroden schützenden Schicht vorgesehen ist, es dann möglich ist, deutliche Verbesserungen an der Nassbeständigkeit der Oberflächenwellenvorrichtung vorzunehmen, ohne dass dabei Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften davon genommen wird.
Während in den vorhergehenden Experimenten die Cr-Oxidschicht als Schutzschicht benutzt wurde, versteht es sich, dass hier keine bestimmte Einschränkung auf das Metalloxid, das für die Schutzschicht benutzt wird, gemacht wird. Es ist allerdings vorzuziehen, Oxide von Übergangsmetallen zu benutzen, die nicht Al sind, insbesondere Cr, Fe oder Ni oder Legierungen, die mindestens eines dieser Metalle enthalten, und noch genauer ein Cr-Oxid.
Es besteht keine bestimmte Einschränkung bezüglich der Bildung der Metalloxidschicht; allerdings ist es vorzuziehen, eine Methode zu benutzen, wobei zuerst eine Metallschicht gebildet und dann oxidiert wird. Zur Metallschichtbildung können Dampfphasen-Wachstumsmethoden wie etwa Zerstäubung und Beschichtung mittels Verdampfung benutzt werden, wobei die Zerstäubungsmethode am meisten bevorzugt wird. Es besteht keine bestimmte Einschränkung bezüglich der Bildung der Metalloxidschicht; allerdings ist es vorzuziehen, eine Methode zu benutzen, wobei die Metallschicht in einer oxidierenden Atmosphäre thermisch behandelt wird. Vorzugsweise wird also zur oxidierenden Atmosphäre Luft oder eine Atmosphäre mit einem größeren Sauerstoff-Partialdruck als Luft (z.B. eine reine Sauerstoffatmosphäre) benutzt. Die Temperatur und Zeit zur thermischen Behandlung kann zweckmäßig bestimmt werden, je nach den verschiedenen Bedingungen, wie etwa dem Partialdruck von Sauerstoff in der Behandlungsatmosphäre und der Zusammensetzung der Metallschicht; es ist jedoch vorzuziehen, aus dem Behandlungstemperaturbereich von 200 bis 270°C und dem Behandlungszeitbereich von 1 bis 10 Stunden eine geeignete Wahl zu treffen. Eine zu niedrige Behandlungstemperatur oder eine zu kurze Behandlungszeit kann die Oxidierung der Metallschicht höchstwahrscheinlich unzulänglich werden lassen, was in einer Verringerung des elektrischen Widerstands zwischen den IDW ausmachenden Elektroden resultiert und daher in einem Anstieg der Verluste der Oberflächenwellenvorrichtung. Andererseits kann eine zu hohe Behandlungstemperatur oder eine zu lange Behandlungszeit möglicherweise zur Oxidierung des IDW führen. In diesem Fall erhöhen sich die Verluste der Oberflächenwellenvorrichtung ebenfalls.
Außerdem ist es auch möglich, jedoch nicht Teil der Erfindung, eine Form eines diskontinuierlichen Films Metalloxidschicht mittels einer Zerstäubungsmethode unter Benutzung, zum Beispiel, eines Metalloxidtargets zu bilden. Vorzugsweise sollte in diesem Fall die Metalloxidschicht eine Dicke aufweisen, die derjenigen der Metalloxidschicht entspricht, welche durch die Oxidierung der Metallschicht erhalten wurde. Es sei jedoch bemerkt, dass die Metalloxidschicht nicht in einer Form eines kontinuierlichen Films vorliegt, selbst nicht auf den Elektroden, und daher wird die Wirkung auf Verbesserungen der Nassbeständigkeit der Elektroden gering.
Die Metalloxidschicht wird derart gebildet, dass sie mindestens die Elektroden abdeckt. Bei der vorliegenden Erfindung ist es jedoch nicht erforderlich, die Bildung der Metalloxidschicht lediglich auf die Nähe der Elektroden zu beschränken. Die vorliegende Erfindung ist besonders für den Fall wirksam, dass eine Metalloxidschicht über den positiven und negativen IDW-Elektroden gebildet wird, da es zwischen diesen zu keinem Kurzschluss kommt. Zur Herstellung von Oberflächenwellenvorrichtungen werden zunächst viele Vorrichtungsmuster gleichzeitig auf einem großflächigen piezoelektrischen Substrat gebildet. Danach wird das piezoelektrische Substrat für jede Vorrichtungseinheit ausgeschnitten, damit in einem einzigen Vorgang viele Vorrichtungen erhalten werden. Somit ist es also möglich, wenn die Metalloxidschicht über der Oberfläche des großflächigen Substrats, auf dem viele Vorrichtungsmuster bereitgestellt sind, gebildet wird und das Substrat anschließend für jede Vorrichtungseinheit ausgeschnitten wird, einen Anstieg der Anzahl Schritte aufgrund der Bereitstellung der Metalloxidschicht zu minimieren. Dies wird besonders bevorzugt.
Die vorliegende Erfindung kann auf jede beliebige Oberflächenwellenvorrichtung angewendet werden, bei der Al oder eine Al-Legierung als Elektrodenmaterial benutzt wird; das heißt, es wird ansonsten keine bestimmte Einschränkung gemacht. Beispielsweise können die Größe der Elektrode, die Muster der Elektrode, die piezoelektrischen, das Substrat ausmachenden Materialien usw. zweckmäßig bestimmt werden. Zum Beispiel kann für die Al-Legierung, die als Elektrodenmaterial benutzt wird, eine geeignete Wahl aus Al-Cu, Al-Ta, Al-Ti, Al-Sc-Cu und Al-W getroffen werden. Bei Elektroden, die Al-Legierungen umfassen, betragen die Inhalte der Zusatzstoffe, die in Al inkorporiert sind, im Allgemeinen 2 Gew.-% oder weniger.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Nach der vorliegenden Erfindung ist es möglich, deutliche Verbesserungen an der Nassbeständigkeit einer Oberflächenwellenvorrichtung mit Elektroden, umfassend Al oder eine Al-Legierung, vorzunehmen. Demzufolge ist es möglich, den Schritt der Inspizierung der Luftdichte, nachdem die Vorrichtung in einem Gehäuse abgedichtet wurde, auszulassen und somit ein kostengünstiges Harzgehäuse zu nutzen, was in bedeutenden Einsparungen bei der Herstellung resultiert. Außerdem besteht selbst bei einer Verbesserung der Nassbeständigkeit der Oberflächenwellenvorrichtung durch die vorliegende Erfindung kein wesentlicher Einfluss auf die Eigenschaften der Oberflächenwellenvorrichtung.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer akustischen Oberflächenwellenvorrichtung, umfassend die Schritte zum: – Bilden einer Metallschicht unter Benutzung einer Dampfphasenwachstumsmethode, wobei die Dampfphasenwachstumsmethode entweder Zerstäubung oder Beschichtung mittels Verdampfung ist, und wobei die Schicht eine Dicke aufweist, die gering genug ist, um keinen kontinuierlichen Film auf einer Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats bereitzustellen, auf dem Elektroden vorgesehen sind, wobei die Elektroden Al oder eine Al-Legierung umfassen, so dass mindestens die Elektroden abgedeckt sind, und – Oxidieren der Metallschicht, wodurch die Metallschicht in eine Metalloxidschicht umgewandelt wird, so dass sie einen kontinuierlichen Film auf den Elektroden und einen diskontinuierlichen Film auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Metallschicht eine Dicke von 0,1 bis 2 nm aufweist, wie mittels eines Röntgenfluoreszenz-Dickenmessgeräts gemessen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Metallschicht durch thermische Behandlung in einer oxidierenden Atmosphäre oxidiert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die oxidierende Atmosphäre entweder Luft oder eine Atmosphäre mit einem höheren Partialsauerstoffdruck als Luft ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei die thermische Behandlung 1 bis 10 Stunden lang bei 200 bis 270°C durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metalloxidschicht ein Oxid eines Übergangsmetalls enthält.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Übergangsmetall Cr ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektroden, die auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats vorgesehen sind, eine Al-Legierung umfassen und der Gesamtgehalt von Zusatzstoffen, die in dem Al enthalten sind, 2 Gew.-% oder weniger beträgt.