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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Oberflächenwellenbauelement
und insbesondere auf ein Oberflächenwellenbauelement,
das als Bandfilter oder Resonator besonders nützlich ist.
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Beschreibung der verwandten
Technik
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Herkömmlicherweise
werden Oberflächenwellenbauelemente
weithin als Bandfilter und Resonator verwendet. Für Oberflächenwellenbauelemente,
die auf diesen Gebieten verwendet werden sollen, ist es sehr vonnöten, dass
sie eine gute Frequenzcharakteristik aufweisen. In dem Fall, in
dem ein Interdigitalwandler (hiernach als IDT, interdigital transducer
bezeichnet) und ein Reflektor als Film auf einem Oberflächenwellenbauelement
angeordnet sind, ist die Filmbildungszeit umso länger, und ist es außerdem umso
schwieriger, eine gleichmäßige Filmdicke
zu erhalten, je größer die
Filmdicke ist. Somit ist gewünscht,
dass die Filmdicke des IDT und des Reflektors gering sind.
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Demgemäß werden
für die
IDTs und die Reflektoren in vielen Fällen Oberflächenwellenbauelemente, die
eine Shear-Horizontal-
bzw. SH-Welle verwenden, Metalle, die eine hohe Dichte aufweisen,
wie z.B. Au, W, Ta, Pt usw., verwendet. Wenn ein Metallmaterial,
das eine große
Dichte aufweist, z.B. Au, für
die IDTs und die Reflektoren verwendet wird, die eine geringe Filmdicke
aufweisen, kann eine SH ohne weiteres angeregt und reflektiert werden.
Somit können
die Dicken der IDTs und der Reflektoren verringert werden.
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Wenn
mehrere Oberflächenwellenbauelemente
(besonders Oberflächenwellenbauelemente
zur Verwendung als Schmalbandfil ter) erzeugt werden, ist außerdem gewünscht, dass
Dispersionen der Mittenfrequenz zwischen den jeweiligen Oberflächenwellenbauelementen
so gering wie möglich
sind. Demgemäß werden
bezüglich
Oberflächenwellenbauelementen,
die IDTs und Reflektoren aufweisen, die Metalle mit einer hohen
Dichte wie z.B. Au, W, Ta, Pt verwenden, Dispersionen der Frequenz
zwischen den jeweiligen Oberflächenwellenbauelementen
in demselben Wafer dadurch unterdrückt, dass die Filmdicken der
IDTs und der Reflektoren so gleichmäßig wie möglich gestaltet werden, wenn
die IDTs und die Reflektoren einer Filmbildung unterzogen werden.
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Jedoch
weisen Techniken zum Gleichmäßigmachen
der Dicken der IDTs und der Reflektoren eine Einschränkung auf.
Deshalb werden Dispersionen der Frequenz zwischen den jeweiligen
Oberflächenwellenbauelementen
groß,
wenn zu einem Zeitpunkt auf einem Wafer eine Mehrzahl von Oberflächenwellenbauelementen
erzeugt werden. Deshalb ist es praktisch notwendig, die Frequenzen
der fertig gestellten Oberflächenwellenbauelemente
auch dann einzeln anzupassen, wenn die Metallmaterialien, die eine
hohe Dichte aufweisen, z.B. Au, W, Ta, Pt, verwendet werden.
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Obwohl
angenommen wird, dass die Metallmaterialien, die eine hohe Dichte
aufweisen, z.B. Au, W, Ta, Pt, wünschenswerterweise
dazu verwendet werden, die IDTs und die Reflektoren der Oberflächenwellenbauelemente,
die eine SH-Welle verwenden, zu erzeugen, ist es somit notwendig,
die Frequenzen individuell einzustellen. Somit wird der Durchsatz
verringert, wodurch die Kosten erhöht werden.
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Als
Verfahren zum individuellen Einstellen der Frequenzen der Oberflächenwellenbauelemente
werden allgemein ein Verfahren zum Ätzen der Oberflächen der
IDTs und der Reflektoren durch Verwendung von Ionenstrahlen, ein
Verfahren zum Bilden von Filmen als Isolatoren zwischen Substraten,
den IDTs und den Reflektoren, ein Verfahren zum Ätzen der Substrate, der IDTs
und der Reflektoren gemäß RIE (reactive ion
etching, reaktives Ionenätzen)
usw. verwendet. Aus diesem Grund erleiden die IDTs, die Reflektoren
und die Substrate Schaden, wenn die Frequenzen anhand einer Verwendung
von Ionenstrahlen oder dergleichen eingestellt werden, wodurch sich
die Charakteristika der Oberflächenwellenbauelemente
verschlechtern.
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Wenn
mehrere Oberflächenwellenbauelemente
unter Verwendung derselben Wafers hergestellt werden, können Dispersionen
der Mittenfrequenz durch Verwendung von Metallmaterialien, die eine
hohe Dichte aufweisen, z.B. Ni, Al, Cr, Cu, für die IDTs und die Reflektoren
verringert werden. Jedoch ist es unter Verwendung von Metallmaterialien
wie z.B. Ni, Al schwierig, eine SH-Welle anzuregen und zu reflektieren.
Somit können
Filter und Resonatoren, die eine gute Frequenzcharakteristik aufweisen,
zwar erhalten werden, jedoch unter großen Schwierigkeiten. Die Metallmaterialien
eignen sich nicht als Materialien für die IDTs und die Reflektoren.
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Die
JP 62-168410 beschreibt einen SAW-Resonator (surface acoustic wave
resonator, akustischer Oberflächenwellenresonator),
bei dem die IDT-Elektroden aus drei laminierten Schichten – Al, Au
und Al – bestehen,
um eine gute Resonatorcharakteristik in einem eine relativ niedrige
Frequenz aufweisenden Bereich des VHF-Bandes zu erhalten.
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Die
JP 10-247835 beschreibt einen SAW-Resonator, der eine Love-Welle
verwendet, wobei über
einer Schicht aus Al eine Schicht aus Ta (oder W oder Pd) gebildet
ist. Die Dicke der Ta-Schicht ist auf einen gewünschten Wert festgelegt, um
eine Erzeugung einer Love-Welle zu ermöglichen. Die Al-Schicht weist einen niedrigen
Widerstand auf. Dadurch, dass statt Au Ta verwendet wird, werden
Kosten eingespart.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Um
die oben beschriebenen Probleme zu lösen, liefern bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung ein Oberflächenwellenbauelement, das eine
SH-Welle verwendet, die Dispersionen der Mittenfrequenz minimiert,
so dass es nicht notwendig ist, die Frequenz einzustellen, nachdem
der IDT und der Reflektor hergestellt wurden.
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Das
Oberflächenwellenbauelement
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet eine Anregung einer SH-Welle und umfasst einen
Interdigitalwandler, der durch einen laminierten Körper definiert
ist, der zumindest insgesamt drei Metallschichten umfasst, bei denen
zumindest zwei erste Schichten aus einem Metall mit einer Dichte
von zumindest etwa 15 g/cm3 als Hauptkomponente
hergestellt sind und zumindest eine zweite Schicht aus einem Metall
mit einer Dichte von bis zu etwa 12 g/cm3 auf
einem piezoelektrischen Substrat hergestellt ist, wobei das Gesamtvolumen
der ersten Schichten von etwa 20 % bis etwa 95 % des Gesamtvolumens
des Interdigitalwandlers oder des Reflektors beträgt. Die
erste und die zweite Schicht werden vorzugsweise mittels Dampfabscheidung
oder Sputtern gebildet.
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Das
Oberflächenwellenbauelement
gemäß bevorzugten
Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise als Filter, als Resonator
oder als sonstige elektronische Komponente, das bzw. der bzw. die
eine SH-Welle verwendet, eingesetzt. Die Zweitschicht, die ein Metall
mit einer Dichte von bis zu etwa 12 g/cm3 wie
z.B. Ni, Cr, Cu, Al, Ti oder ein anderes geeignetes Material enthält, befindet
sich zwischen den ersten Schichten, die als Hauptkomponente ein
Metall mit einer Dichte von mindestens etwa 15 g/cm3,
z.B. Au, W, Ta, Pt, oder ein anderes geeignetes Material, enthalten.
Die zweite Schicht ist eine Metallschicht, die eine geringe Wirkung
bezüglich
eines Reduzierens der Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Oberflächenwelle
auf dem piezoelektrischen Substrat hat. Da die zweite Schicht zwischen
den ersten Schichten angeordnet ist, werden Dispersionen der Frequenz
des IDT oder des Reflektors, die durch Dispersionen der Filmdicke
derselben bewirkt werden, minimiert. Somit werden hervorragende
Resonator- und Filtercharakteristika erzielt.
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Demgemäß ist in
dem Fall, in dem eine Mehrzahl von Oberflächenwellenbauelementen auf
demselben Wafer gebildet sind, eine Frequenzanpassung der einzelnen
Oberflächenwellenbauelemente
unnötig.
Die Kosten des Oberflächenwellenbauelements
können
auf Grund des verbesserten Durchsatzes verringert werden. Überdies
ist die Frequenzanpassung mittels Ionenstrahlätzen oder eines anderen geeigneten
Prozesses nicht erforderlich. Somit wird eine Beschädigung des
piezoelektrischen Substrats, des IDT und des Reflektors verhindert,
und überdies
wird das Akzeptanzverhältnis
der Oberflächenwellenbauelemente
stark verbessert.
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Das
Gesamtvolumen der ersten Schichten liegt zwischen etwa 20 % und
95 % des Gesamtvolumens des IDT oder des Reflektors. Um die Filmdicke
des IDT oder des Reflektors zu verringern, ist die Verhältniszahl der
ersten Schicht hoch. Aus diesem Grund sind in den IDT zumindest
zwei Erstschichten enthalten.
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Bei
dem Oberflächenwellenbauelement
bevorzugter Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung beträgt
das Gesamtvolumen der Erstschichten bei den Schichten, die im Bereich
der Dicke von bis zu einem Viertel der Gesamtdicke des Interdigitalwandlers
oder des Reflektors, gemessen von der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats
der Metallschichten, die den Interdigitalwandler oder den Reflektor
bilden, liegen, vorzugsweise zumindest etwa 50 %. Überdies
ist die direkt auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnete Metallschicht
vorzugsweise die erste Schicht oder die zweite Schicht, die eine
geringe Dicke aufweist. Das heißt,
dass von den Schichten, die jeweils eine Dicke von zumindest etwa
einem Zwanzigstel der Gesamtdicke des Interdigi talwandlers oder
des Reflektors aufweisen, diejenige Schicht, die sich am nächsten an
dem piezoelektrischen Substrat befindet, die Erstschicht ist. Außerdem umfasst
die Oberfläche
des IDT oder des Reflektors vorzugsweise die erste Schicht.
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Insbesondere
enthält
die erste Schicht gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung vorzugsweise Au als Hauptkomponente,
und die Gesamtheit von in dem IDT vorliegenden ersten Schichten
weist ein Volumen von etwa 40 % bis etwa 80 % des Gesamtvolumens
auf, und die zweite Schicht enthält
Ni als Hauptkomponente, und die Gesamtheit von in dem IDT vorliegenden
zweiten Schichten weist ein Volumen von etwa 20 % bis etwa 60 %
des Gesamtvolumens auf.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung enthält
die erste Schicht Au als Hauptkomponente, und die Gesamtheit von
in dem IDT vorliegenden ersten Schichten weist ein Volumen von etwa
20 % bis etwa 50 % des Gesamtvolumens auf, und die zweite Schicht
enthält
Al als Hauptkomponente, und die Gesamtheit von in dem IDT vorliegenden
zweiten Schichten weist ein Volumen von etwa 50 % bis etwa 80 %
des Gesamtvolumens auf.
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Gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung sind zumindest zwei der ersten Schichten mit
einer hohen Dichte, die eine hohe Wirkung bezüglich dessen aufweisen, die
Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Oberflächenwelle auf einem piezoelektrischen
Substrat zu verringern, und die zweite Schicht mit einer geringen
Dichte, die eine geringe Wirkung bezüglich dessen aufweist, die
Ausbreitungsgeschwindigkeit der Oberflächenwelle auf dem piezoelektrischen
Substrat zu verringern, d.h, in der Lage ist, Dispersionen der Frequenz,
die durch Dispersionen der Filmdicke verursacht sind, zu verringern,
so angeordnet, dass sie eine laminierte Struktur aufweisen. Dadurch
werden hervorragende Resonator- und Filtercharakteristika erhalten. Überdies
werden Dispersionen der Mittenfrequenz zwischen mehreren in demselben
Wafer hergestellten Oberflächenwellenbauelementen
minimiert.
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Demgemäß wird es
unnötig,
die Frequenzanpassung individuell durchzuführen, was bisher herkömmlicherweise
notwendig ist. Es kann eine beträchtliche
Verbesserung des Durchsatzes verwirklicht werden. Außerdem kann
eine Kostenverringerung erzielt werden. Überdies können Beschädigungen und ein Festkleben von
Fremdkörpern
an dem piezoelektrischen Substrat, was durch die Frequenzanpassung
bewirkt wird, eliminiert werden. Dies ist vom Standpunkt der Charakteristika
her betrachtet vorteilhaft. Das Akzeptanzverhältnis wird stark erhöht.
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Andere
Merkmale, Elemente, Charakteristika und Vorteile der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
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Zum
Zweck der Veranschaulichung der Erfindung sind in den Zeichnungen
mehrere Formen gezeigt, die derzeit bevorzugt werden, wobei es sich
jedoch versteht, dass die Erfindung nicht auf die genauen gezeigten
Anordnungen und Hilfsmittel beschränkt ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Draufsicht auf ein Oberflächenwellenbauelement gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine Querschnittsansicht, die schematisch die Struktur eines in
dem Oberflächenwellenbauelement
vorgesehenen IDT zeigt.
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3 veranschaulicht
Messpunkte auf einem Wafer, die zum Erhalten der Daten der Tabelle
1 verwendet werden.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Hiernach
werden spezifische Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben.
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1 ist
eine schematische Draufsicht auf ein Oberflächenwellenbauelement 1 gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Bei dem Oberflächenwellenbauelement 1 ist
ein IDT 3 auf der Oberfläche eines piezoelektrischen
Substrats 2 wie z.B. eines Quartzsubstrats oder eines anderen geeigneten
Substrats vorgesehen. Der IDT 3 umfasst ein Paar von Interdigitalelektroden 3a und 3b.
Die Elektrodenabschnitte beider Interdigitalelektroden 3a und 3b sind
abwechselnd angeordnet, um fingerartig ineinander zu greifen. Überdies
erstrecken sich die Elektrodenabschnitte des IDT 3 in einer
Richtung, die zu der Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwelle
im Wesentlichen senkrecht ist. Bei der Oberflächenwellenausbreitungsrichtung
des IDT 3 sind Reflektoren 4 und 5 auf
den jeweiligen Seiten des IDT 3 angeordnet. Die Reflektoren 4 und 5 sind
Reflektoren vom Gittertyp und weisen die Konfiguration auf, bei
der die Mehrzahl von Elektrodenabschnitten an beiden Enden derselben
kurzgeschlossen sind. Überdies
ist das Oberflächenwellenbauelement 1 ein
Oberflächenwellenresonator,
der eine Oberflächenwelle,
d.h. eine SH-Welle
wie z.B. eine Love-Welle, verwendet.
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Unter
Bezugnahme auf das oben beschriebene Oberflächenwellenbauelement 1 wird
der Abschnitt des piezoelektrischen Substrats 2, auf dem
der IDT 3 vorgesehen ist, dann, wenn über die Interdigitalelektroden 3a und 3b ein
Signal angelegt wird, angeregt, so dass eine Oberflächenwelle
erzeugt wird. Die Oberflächenwelle
wird auf der Oberfläche
des piezoelektrischen Substrats 2, das ein einheitliches
Ausbreitungsmedium ist, zu beiden Seiten des IDT 3 ausgebreitet,
d.h. um den jeweiligen Reflektor 4 und 5 zu erreichen.
Der Abschnitt des Substrats 2, an dem sich die Reflektoren 4 und 5 befinden,
weist eine Ausbreitungskonstante auf, die sich von der des anderen
Abschnitts des Substrats 2 unterscheidet. Somit wird ein
Abschnitt der Oberflächenwelle,
der die Reflektoren 4 und 5 erreicht, von denselben
abreflektiert.
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In
dem Fall, in dem die Oberflächenwelle
eine Wellenlänge λ aufweist,
die im Wesentlichen etwa das Zweifache des Intervalls λ/2 zwischen
den jeweiligen Elektrodenabschnitten der Reflektoren 4 und 5 beträgt, verstärken sich
Reflexionswellen von den Elektrodenabschnitten der Reflektoren 4 und 5 gegenseitig
und werden zu starken Reflexionswellen.
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Die
oben beschriebenen verstärkten
Reflexionswellen werden in einer Hinundherbewegung zwischen den
Reflektoren 4 und 5 ausgebreitet, wodurch eine
Resonanzwirkung erhalten werden kann.
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2 ist
eine Querschnittsansicht, die schematisch die Filmstruktur des IDT 3 (oder
der Interdigitalelektroden 3a und 3b) zeigt. Bei
dem IDT 3 ist auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 2 ein
Ti-Film 6 (zweite Schicht) mit einer Filmdicke von beispielsweise
etwa 5 nm gebildet, darauf ist als Film ein Au-Film 7 (erste
Schicht) mit einer Filmdicke von beispielsweise etwa 150 nm gebildet,
darauf ist ein Ni-Film 8 (zweiter Film) mit einer Filmdicke
von beispielsweise etwa 200 nm gebildet, und darauf ist ein Au-Film 9 (erste
Schicht) mit einer Filmdicke von beispielsweise etwa 50 nm gebildet.
Somit weist der IDT 3 bei diesem Beispiel vorzugsweise
eine Vierschicht-Struktur
auf.
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Die
Reflektoren 4 und 5 weisen dieselbe Filmstruktur
auf, die oben beschrieben wurde, die nicht gezeigt ist. Dadurch
können
der IDT 3 und die Reflektoren 4 und 5 gleichzeitig
hergestellt werden. Somit kann ein Prozess zum Herstellen des IDT 3 und
der Reflektoren 4 und 5 vereinfacht werden.
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Der
IDT 3 und die Reflektoren 4 und 5, die
die oben beschriebene Filmstruktur aufweisen, werden bei einem Elektronenstrahldampfabscheidungsverfahren
(EB-Dampfabscheidungsverfahren, EB = electron beam, Elektronenstrahl)
und einem Ablöseprozess
hergestellt. Insbesondere wird ein lichtempfindliches Harz (Photoresist)
auf die Oberfläche
eines piezoelektrischen Substrats 2 (Wafer) aufgebracht.
Danach wird das lichtempfindliche Harz strukturiert, so dass Öffnungen,
die dem IDT 3 und den Reflektoren 4 und 5 entsprechen,
gebildet werden. Dann werden nacheinander Filme aus Ti, Au, Ni und
Au bei einem EB-Dampfabscheidungsverfahren
auf dem lichtempfindlichen Harz gebildet, um eine Ti-Schicht 6,
eine Au-Schicht 7, eine Ni-Schicht 8 und eine Au-Schicht 9 zu
bilden. Danach wird das lichtempfindliche harz freigegeben, und
gleichzeitig werden die Vierschicht-Metallfilme in den unnötigen Bereichen
entfernt, so dass der IDT 3 und die Reflektoren 4 und 5 strukturiert
werden. Es versteht sich, dass eine geschichtete Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung
unter Verwendung anderer Techniken als den bei diesem spezifischen
Beispiel verwendeten erzeugt werden kann.
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Die
folgende Tabelle 1 zeigt die Messergebnisse, die erhalten werden,
wenn die Mehrzahl von Oberflächenwellenbauelementen 1,
die die oben beschriebene Elektrodenstruktur aufweisen, die auf
einem gemeinsamen Wafer 10 gebildet ist, und die Einfügungsverluste
und die Mittenfrequenzen der jeweiligen Oberflächenwellenbauelemente 1 an
jeweiligen Punkten P1 bis P9 in dem Wafer 10 gemessen werden,
wie in 3 gezeigt ist. Außerdem zeigt Tabelle 1 den
Maximalwert (MAX), den Minimalwert (MIN) und den Mittelwert (AVE, ave rage
= Mittelwert) der Einfügungsverluste
sowie die Abweichung (σ)
der Mittenfrequenz.
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Außerdem zeigt
Tabelle 1 die Messergebnisse, die erhalten werden, wenn eine Mehrzahl
von herkömmlichen
Oberflächenwellenbauelementen
durch Verwendung desselben Wafers und derselben Filmbildungsvorrichtung
auf demselben Wafer gebildet wurden, und die Einfügungsverluste
und die Mittenfrequenzen der herkömmlichen Oberflächenwellenbauelemente
wurden an denselben Punkten P1 bis P9 in dem Wafer gemessen. Bei
den herkömmlichen
Oberflächenwellenbauelementen
sind die IDTs und die Reflektoren, die jeweils eine Zweischicht-Struktur
(Au/Ti), die einen Ti-Film als Adhäsionsschicht auf der Oberfläche des
piezoelektrischen Substrats und einen Au-Film als Hauptkomponente
der Elektroden umfasst, aufweisen, vorgesehen.
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Obwohl
bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung offenbart wurden, werden verschiedene Modi eines Durchführens der
hierin offenbarten Prinzipien als in den Schutzumfang der folgenden
Patentansprüche fallend
angesehen. Somit versteht es sich, dass der Schutzumfang der Erfindung
nicht eingeschränkt
sein soll, mit der Ausnahme dessen, wo dies in den Patentansprüchen anderweitig
dargelegt ist.