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TECHNISCHES
GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich allgemein auf eine Oberflächenwellenvorrichtung
und deren Herstellungsprozeß und
insbesondere auf eine Oberflächenwellenvorrichtung,
die einen Elektrodenfilm bzw. eine Elektrodenschicht mit verbesserter Leistungsbeständigkeit
aufweist, und deren Herstellungsprozeß.
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TECHNISCHER
HINTERGRUND
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Oberflächenwellenvorrichtungen, d.
h. Oberflächenwellenfilter
oder Oberflächenwellenresonatoren,
werden derzeit immer häufiger
als Alternative zu dielektrischen Filtern für RF-Bandfilter verwendet,
die bei mobilen Kommunikationsgeräten, wie z. B. tragbaren Telephonen
oder schnurlosen Telephonen, zum Einsatz gelangen. Dies ist unter
anderem darin begründet,
daß eine
Oberflächenwellenvorrichtung, insbesondere
ein Oberflächenwellenfilter,
kleiner als ein dielektrisches Filter ist. Ein weiterer Grund ist, daß das Oberflächenwellenfilter
dem dielektrischen Filter bezüglich
der elektrischen Leistung überlegen ist,
vorausgesetzt, es sind beide gleich groß.
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Eine Oberflächenwellenvorrichtung besteht aus
zumindest einem piezoelektrischen Substrat, einem kammfprmigen Metallfilm-Elektrodenmuster, das
auf der Oberfläche
des piezoelektrischen Substrats ausgebildet ist, und einem Gehäuse zum
Aufnehmen von sowohl dem piezoelektrischen Substrat als auch dem
darauf befindlichen Elektrodenmuster bzw. Elektrodenstruktur. Für das piezoelektrische Substrat
werden Lithiumniobat, Lithiumtantalat, Quarz etc. verwendet. Lithiumniobat
und Lithiumtantalat, die beide über
einen großen
elektromechanischen Kopplungskoeffizienten verfügen, werden insbesondere für RF-Bandfilter
verwendet. Für
das Elektrodenmuster bzw. für
die Elektrodenstruktur wird Aluminium etc. verwendet.
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13 stellt
eine allgemeine Prozeßabfolge von
Schritten zur Herstellung einer bekannten Oberflächenwellenvorrichtung dar.
Bei Schritt (b) wird zunächst
eine Metallschicht bzw. ein Metallfilm 51 für ein Elektrodenmaterial
auf einem piezoelektrischen Substrat 50 durch Aufdampfen
oder Sputtem ausgebildet, wobei das Substrat bei Schritt (a) einer
Vorwäsche
unterzogen worden ist. Anschließend
wird der Metallfilm 51 durch Schleuderbeschichtung mit
einem Photoresist beschichtet. Dann wird das Photoresist entsprechend
einer gewünschten
Struktur bzw. einem gewünschten
Muster gemäß unter
Verwendung eines Belichtungssystems belichtet und entwickelt, um
ein Photoresistmuster 52 zu erhalten, das bei Schritt (c)
abgebildet ist. Im Anschluß daran
wird der Metallfilm bei Schritt (c) einem Naß- oder Trockenätzen unterzogen,
um ein gewünschtes
Elektrodenmuster 53 zu erhalten. Das zur Musterbildung verwendete
Photoresist wird bei Schritt (e) unter Verwendung einer Stripping-Lösung oder
mittels eines Resistablöseprozesses
entfernt. Damit ist der als Photoprozeß bezeichnete Vorbearbeitungsprozeß beendet.
Anschließend
wird das piezoelektrische Substrat mit der darauf gebildeten Elektrodenstruktur bei
Schritt (f) zu einzelnen Chipelementen zersägt. Danach wird jedes Chipelement
bei Schritt (g) unter Verwendung eines Haftmittels mit dem Gehäuse verklebt,
woraufhin die Bonddrähte
bei Schritt (h) miteinander verbunden werden. Abschließend wird
zur Gewährleistung
der Luftdichtigkeit bei Schritt (i) eine Abdeckung an das Gehäuse geschweißt, woraufhin
bei Schritt (j) eine Funktionsprüfung
folgt. Damit ist der sogenannte Nachbearbeitungsprozeß beendet.
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Ein Problem, das bei Verwendung der
Oberflächenwellenvorrichtung
im RF-Band von etwa 1 GHz existiert, ist, daß sich seine Lebensdauer verkürzt, weil
die Elektrodenfingerbreite der Kammelektrode und der Zwischenraum
zwischen den Elektrodenfingern auf etwa 1 μm abnimmt. Ein wichtiger Bestimmungsfaktor
für die
Lebensdauer der Oberflächenwellenvorrichtung
ist die Leistungsbeständigkeit des
Elektrodenfilms. Anfangs verwendete man Aluminium oder Al wegen
seines geringen spezifischen Gewichts und seines niedrigen elektrischen
Widerstands. Ein Problem bei der Verwendung von Aluminium für den Elektrodenfilm
ist jedoch, daß die
Verschlechterung des Elektrodenfilms mit dem Ansteigen der angelegten
Frequenz immer deutlicher hervortritt.
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Wenn die Oberflächenwellenvorrichtung in Betrieb
ist, wird auf den Elektrodenfilm auf dem piezoelektrischen Substrat
eine wiederholte Beanspruchung ausgeübt, die sich proportional zur
Frequenz verhält.
Die wiederholte Beanspruchung, die auf den Elektrodenfilm ausgeübt wird,
bewirkt die Migration von Aluminiumatomen, was wiederum Defekte
im Elektrodenfilm, wie z. B. Unebenheiten und Fehlstellen, verursacht,
was eine erhebliche Verschlechterung der Leistung der Oberflächenwellenvorrichtung zur
Folge hat. Die Verschlechterung des Elektrodenfilms tritt mit Anstieg
der angelegten Frequenz und der angelegten Leistung immer deutlicher
hervor. Aus konstruktionstechnischen Überlegungen heraus sollte der
Elektrodenfilm um so dünner
und die Elektrodenbreite um so schmaler sein, je höher die
Frequenz ist. Aufgrund dieser und anderer Faktoren nimmt die Wahrscheinlichkeit
zu, daß der
Elektrodenfilm mit Anstieg der angelegten Frequenz Defekte aufweist.
Anders ausgedrückt
verringert sich demnach die Leistungsbeständigkeit der Oberflächenwellenvorrichtung.
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Als Lösungsansatz zum Reduzieren
oder Verhindern der Verschlechterung des Elektrodenfilms infolge
der Migration der Aluminiumatome haben J. I. Latham u. a. die Verwendung
einer Aluminium-Kupferlegierung (Al-Cu-Legierung) offenbart, die man
erhält,
indem man dem Aluminium eine winzige Menge eines anderen Metalls
beimengt, wie z. B. Kupfer (Cu) (Thin Solid Films, 64; Seiten 9–15, 1979), und
somit den Nachweis erbracht, daß es
durch Verwendung einer solchen Aluminiumlegierung möglich ist,
das Auftreten von Unebenheiten oder Fehlstellen auf dem Elektrodenfilm
zu verhindern und so die Leistungsbeständigkeit einer Oberflächenwellenvorrichtung
zu erhöhen.
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Weitere Beispiele zur Erhöhung der
Leistungsbeständigkeit
von Elektroden durch Verwendung von Aluminiumlegierungen, die man
erhält,
indem man dem Aluminium eine winzige Menge andersartiger Metallsorten
beimengt, sind in vielen Veröffentlichungen
einschließlich
der JP-B 7-107967 (Al-Ti-Legierung), Patent 2555072 (Al-Ge-Legierung) und JP-A
64-80113 (Al-Cu-Mg-Legierung) und 1-128607 (Al-Zn-Legierung) offenbart.
In jedem Fall wird dem Aluminium eine winzige Menge eines andersartigen
Metalls beigemengt, so daß die
Migration von Aluminiumatomen ge hemmt wird, wodurch die Verschlechterung
der Elektrode verhindert wird. Jedoch wird die Hinzugabe eines anderen
Metalls zu Aluminium aus dem Grunde nicht bevorzugt, daß ein unvermeidlicher
Anstieg des elektrischen Widerstands zu erhöhten Verlusten bei der Oberflächenwellenvorrichtung
führt.
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Im übrigen wird dabei berücksichtigt,
daß die Diffusionsrate
von Aluminiumatomen an Korngrenzen höher ist als bei Kristallkömem, d.
h. daß bevorzugt
eine Korngrenzendiffusion stattfindet. Daher wird davon ausgegangen,
daß die
Migration von Aluminiumatomen infolge einer auf eine Obeiflächenwellenvorrichtung
ausgeübten
wiederholten Beanspruchung vorwiegend an den Korngrenzen stattfindet, wie
aus dem Stand der Technik hervorgeht.
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10 ist
eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme, die die Verschlechterung
eines Aluminiumelektrodenfilms infolge einer auf eine Oberflächenwellenvorrichtung
ausgeübten
wiederholten Beanspruchung darstellt. Die Tatsache, daß an den Korngrenzen
des Aluminiumelektrodenfilms Fehlstellen festzustellen sind, stützt die
Annahme, daß die Migration
der Aluminiumatome vorwiegend an den Korngrenzen stattfindet.
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Demzufolge ist dann mit erheblichen
Verbesserungen der Leistungsbeständigkeit
zu rechnen, wenn aus einem Aluminiumelektrodenfilm die Korngrenzen
entfernt werden oder die Korngrenzen im wesentlichen reduziert werden,
d. h. wenn ein Aluminiumelektrodenfilm, der nahezu monokristallin
ist, erreicht wird. Wie in der Technik bekannt ist, beinhaltet ein
Faktor des elektrischen Widerstands eines Elektrodenfilms eine durch
die Kormgrenzen bedingte Streuung der Elektronen. Diesbezüglich wird
ebenfalls bevorzugt, die Korngrenzen zu entfernen, da bei deren
Fehlen eine Senkung des elektrischen Widerstands stattfindet und
somit der Verlust in einer Oberflächenwellenvorrichtung reduziert
wird.
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Die Anwendung eines im wesentlichen
monokristallinen Materials auf einen Elektrodenfilm für eine Oberflächenwellenvorrichtung
ist bereits in der JP-A 55-49014 offenbart. In der Veröffentlichung
wird behauptet, daß es
durch Verwendung eines im wesentlichen monokristallinen Elektrodenmaterials möglich ist,
die Leistung einer Oberflächenwellenvorrichtung
zu verbessern, egal, welches Material zum Bilden der Vorrichtung
verwendet wird. Aus der Veröffentlichung
geht hervor, daß zum
Erhalten eines derartigen Elektrodenfilm die Molekularstrahlepitaxie bevorzugt
wird. Dennoch ist in der Veröffentlichung nichts
darüber
offenbart, welches Substratmaterial verwendet wird und wie die Voraussetzungen
zur Filmbildung abhängig
vom verwendeten Elektrodenmaterial festgelegt sind. Das heißt, daß sich der
darin offenbarte Inhalt auf nichts anderes bezieht als eine allgemeine Überlegung
besagend, daß durch
die Verwendung eines monokristallinen Elektrodenfilms mit einer.
Verbesserung der Leistung einer Oberflächenwellenvorrichtung zu rechnen
ist. Somit liefert die Veröffentlichung
keine veranschaulichende Offenbarung darüber, zu welchem Grad der Q-Wert
und die Alterungseigenschaften verbessert werden. Hinzu kommt noch
die Problematik bezüglich
einer kostengünstigen
Fertigung von Oberflächenwellenvorrichtungen
mit Hilfe der Molekularstrahlepitaxie. Dazu ist beispielsweise eine
teure Ausrüstung
erforderlich, und die Filmerzeugungsrate ist dabei niedrig.
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Ein Beispiel für das Anwenden eines monokristallinen
Aluminiumfilms oder eines in einer bestimmten Kristallausrichtungsrichtung
orientierten Aluminiumfilms auf einen Elektrodenfilm für eine Oberflächenwellenvorrichtung
ist im Patent 2545983 offenbart. Hier wird ein Y-Schnitt-Quarzsubstrat
mit Drehwinkeln im Bereich zwischen 25° und 39° als ein piezoelektrisches Substrat
verwendet, um einen (311)-orientierten Film durch Aufdampfen bei
hoher Rate (einer Abscheidungsrate von 40 Å/sec) und niedriger Temperatur
(einer Substrattemperatur von 80°C)
zu erreichen. In der Patentveröffentlichung
ist angemerkt, daß der
Film ein epitaktisch aufgewachsener Film ähnlich einem monokristallinen
Film ist. Beim Niedertemperatur-Aufdampfen kann es anscheinend zu
Problemen bezüglich
des engen Kontakts des Aluminiumelektrodenfilms mit dem darunterliegenden
Quarzsubstrat (Filmhaftfestigkeit) kommen. Diesbezüglich unterbreitet
die Patentveröffentlichung
den Vorschlag, daß ein
extrem dünner
Ti- oder Cr-Film an der Grenzfläche
zwischen dem Quarzsubstrat und dem Aluminiumfilm derart angeordnet
werden solle, daß die
Orientierungsfähigkeit des
Aluminiumfilms nicht eingeschränkt
wird. Für RF-Bandfilter,
bei denen, wie bereits erwähnt,
die Leistungsbestän digkeit
der Elektrodenfilme von großem
Belang ist, werden aufgrund der Größenordnung ihres elektromechanischen
Kopplungskoeffizienten häufig
Lithiumniobat und Lithimtantalat als piezoelektrische Substrate
verwendet. Die Patentveröffentlichung
offenbart jedoch nichts über
die Verwendung von Lithiumniobat und Lithiumtantalat, sondern bezieht
sich lediglich auf die (311)-Orientierung eines Aluminiumfilms bei
Verwendung von Quarz als piezoelektrisches Substrat.
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Die JP-A 5-90268 offenbart eine Technik zum
Bereitstellen einer Puffermetallschicht auf einem piezoelektrischen
Substrat und zum Bilden eines Aluminiums in Form eines Dünnfilms
oder einer Aluminiumlegierung in Form eines Dünnfilms auf demselben, und
verweist darauf, daß diese
Struktur eine starke (111)-Orientierung des Aluminiums oder der Aluminiumlegierung
ermöglicht.
Bislang war bekannt, daß der
(111)-orientierte Film aus Aluminium einen starken Migrationswiderstand
aufweist. Demzufolge sollte die Leistungsbeständigkeit einer Oberflächenwellenvorrichtung
durch den (111)-orientierten Elektrodenfilm erhöht werden. Das darin angegebene Beispiel
lehrt, daß der
(111)-orientierte Al-Legierungsfilm durch Verwenden von Quarz als
piezoelektrisches Substrat und durch Bilden einer Ti-Pufferschicht
und einer Al-0,5-%wt-Cu-Legierung
auf dem Substrat in der beschriebenen Reihenfolge unter Verwendung
eines Dual-Ionenstrahl-Sputtersystems erhalten wird. Die Veröffentlichung
lehrt, daß der
Grad der (111)-Orientierung der Al-Legierung anhand der Stärke der
Röntgenbeugung
von der (111)-Ebene, an der Halbwertsbreite der Rockingkurve etc.
abgelesen werden kann. Was die Daten über die Breiten der Röntgenbeugungs-Spitzenwerte
und die Halbwertsbreiten der Rockingkurven angeht, die in der Veröffentlichung
angegeben sind, hat es den Anschein, daß die erhaltene Aluminiumlegierung
ein polykristalliner Film ist, der stark in die (111)-Richtung orientiert ist.
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In der vorstehenden Veröffentlichung
ist ein Beispiel gezeigt, bei dem Lithiumniobat, das zum Bilden
eines RF-Bandfilters von Nutzen ist, als piezoelektrisches Substrat
verwendet wird. Bei diesem Beispiel werden Vanadium (V), Eisen (Fe),
Cobalt (Co), Nickel (Ni), Kupfer (Cu), Yttrium (Y), Chrom (Cr),
Zink (Zn), eine Fe20Ni80-Legierung,
eine Ti50V50 Legierung und
Co90Ni10 als Puffermetall
verwendet und 300 A starkes Aluminium auf das Puffermetall aufgebracht. Das
Beispiel lehrt, daß die
vorstehenden Metall- und Legierungsarten mit Ausnahme von Zink zu
einer Abnahme des spezifischen Widerstands und einer Verbesserung
der Orientierungsfähigkeit
beitragen. Der erhaltene Film ist jedoch tatsächlich ein polykristalliner
Film, bei dem die (111)-Ebene orientiert ist, weil die Halbwertsbreiten
der gezeigten Rockingkurven einen Mindestwert von 2,1 Grad aufweisen. Ähnliche Ergebnisse
werden von A. Kamijo und T. Mitsuzuka in einem Artikel, J. Appl.
Phys. 77(8), Seiten 3799–3804,
1995, offenbart. Anhand dieses Artikels fand man heraus, daß, wenn
die Filme bei einer extrem niedrigen Abscheidungsrate durch ein
Ionenstrahl-Sputterverfahren gebildet werden, beispielsweise ein
Aluminiumfilm bei 0,2 nm/sec. und ein Puffermetallfilm bei 0,04
bis 0,2 nm/sec gebildet werden und ein stark in die (111)-Richtung
orientierter Aluminiumfilm erhalten wird. Bei diesem Aluminiumfilm handelt
es sich jedoch um einen in seiner intraplanaren Richtung polykristallinen
Film, und somit ist der resultierende Elektrodenfilm vielmehr ein
polykristalliner Film als ein heteroepitaxialer Film.
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Aus JP-A 5-199062 geht hervor, daß ein monokristalliner
Aluminiumfilm als Elektrodenfilm für eine Oberflächenwellenvorrichtung
verwendet wird, und es wird eine Möglichkeit zum Bilden dieses
monokristallinen Aluminiumfilms offenbart. Hier wird ein ST- oder
LST-Schnittquarz als piezoelektrisches Substrat verwendet. In der
Veröffentlichung
wird behauptet, daß dadurch,
daß die
Oberfläche
dieses Substrats eine archipelartige Struktur aufweisen darf, bei
der winzige, hemisphärische
Inseln in nahezu einheitlicher Form vorhanden sind, die Möglichkeit
besteht, durch Dampfaufbringung oder ein Sputterverfahren einen
monokristallinen Aluminiumfilm zu erhalten. Die Veröffentlichung
lehrt sodann, daß als Technik
zum Bearbeiten der Oberfläche
des Substrats ein herkömmliches Ätzverfahren
verwendet werden kann, um derselben die archipelartige Struktur
zu verleihen. Die Veröffentlichung
lehrt außerdem,
daß auch
ein anderes Substratmaterial außer
Quarz, z. B. Lithiumniobat, das zum Bilden eines RF-Bandfilters verwendet
werden kann, für
den Einsatz bei dieser Technik zum Erzielen eines monokristallinen
Aluminiumfilms wirksam ist. Diesbezüglich offenbart die Veröffentlichung
jedoch kein veranschaulichendes Beispiel und keine Daten.
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Die JP-A 6-132777 offenbart eine
weitere bekannte Technik bezüglich
eines monokristallinen Aluminiumfilms. Die Veröffentlichung lehrt, daß, wenn ein
Film auf einer extrem dünnen
und reinen Kristallebene mit einer extrem niedrigen Abscheidungsrate gebildet
wird, ein monokristalliner Aluminiumfilm erzielt wird, und es sind
einige Beispiele gezeigt, bei denen ein monokristalliner Aluminiumfilm
auf einem LST-Schnitt-Quarzsubstrat
durch ein Vakuum-Aufdampfungsverfahren gebildet werden kann, ein
monokristalliner Aluminiumkristall auf einem 128°-Y-Schnitt-Lithiumniobat-Substrat durch ein
Vakuum-Aufdampfungsverfahren gebildet werden kann und ein monokristalliner
Aluminiumfilm auf einem 112°-X-Schnitt-Lithiumtantalat-Substrat
durch ein Vakuum-Aufdampfungsverfahren gebildet werden kann. Im übrigen lehrt
die Veröffentlichung,
daß kein Monokristallfilm
erhalten wird, wenn die Oberfläche des
Substrats kontaminiert ist. Wenn sich die Abscheidungsrate verlangsamt,
steigt die Wahrscheinlichkeit von Verunreinigungen allgemein an,
d. h., daß verunreinigende
Atome an die Oberfläche
des Substrats gelangen und durch dieselbe eingeschlossen werden.
Daher ist damit zu rechnen, daß eine
zu niedrige Abscheidungsrate die Erzielung eines Monokristallfilm
erschwert. Wenn das Vakuum einer Atmosphäre während der Abscheidung sowie
die Abscheidungsrate nicht präzise
gesteuert werden, ist es unmöglich,
einen Monokristallfilm hoher Reproduzierbarkeit zu erhalten. So
kommt es im Hinblick auf die Massenfertigung zu einigen Problemen.
Um einen Monokristallfilm zu erhalten, ist es wichtig, die kinetische
Energie der Aluminiumatome, die an die Oberfläche des Substrats gelangen,
zu verringern. Für
die Reduktion der Energie der Aluminiumatome ist es sodann erforderlich,
eine geeignete Steuerung der Verdampfungstemperatur der Verdampfungsquelle
und der Temperatur, auf die das mit einem Film zu versehende Substrat
erwärmt
wird, und nicht der Abscheidungsrate, die vom Aufbau des Abscheidungssystems
abhängt,
zu erreichen. Bezüglich
solcher Überlegungen
hält sich
die vorstehende Veröffentlichung
jedoch bedeckt.
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Wie unter Bezugnahme auf die bekannten Veröffentlichungen
erläutert
wurde, ist die Leistungsbeständigkeit
des Aluminiumelektrodenfilms, der in der Oberflächenwellenvorrichtung verwendet
wird, von besonderem Belang. Als Möglichkeit, dieses Problem zu
lösen,
sind bisher folgende drei Verfahren vorgeschlagen worden: ein Verfah ren,
bei dem der Elektrodenfilm aus einer Legierung gebildet wird, ein
weiteres Verfahren, bei dem der Elektrodenfilm aus einem Film gebildet
wird, der in die (111)-Richtung orientiert ist, und noch ein weiteres
Verfahren, bei dem der Elektrodenfilm aus einem Monokristallfilm
gebildet wird. Der Legierungselektrodenfilm leidet jedoch unter
einem Anstieg des Verlusts bei der Oberflächenwellenvorrichtung, was
in unmittelbarer Beziehung zu einem Anstieg des elektrischen Widerstands
steht. Andererseits wird der Elektrodenfilm, der aus dem in der
(111)-Richtung orientierten Film gebildet ist, aufgrund der (111)-Orientierung
im Hinblick auf die Leistungsbeständigkeit verbessert. Es ist
jedoch unmöglich,
eine bedeutende Prävention bezüglich der
Migration der Aluminiumatome an den Korngrenzen zu erreichen, weil
immer noch zu viele Korngrenzen im Elektrodenfilm vorliegen. Im
Gegensatz zu den beiden vorstehenden Elektrodenfilmen ist der Monokristallelektrodenfilm
frei von einer Aluminiumatommigration an den Komgrenzen, weil keine
Korngrenzen vorhanden sind, und kann einen verringerten elektrischen
Widerstand aufweisen. Somit ist dieser Monokristallfilm für die Verwendung
als leistungsbeständiges
Elektrodenmaterial möglicherweise
am besten geeignet. Die Techniken zum Ausbilden eines Monokristallfilms,
die in den Veröffentlichungen
offenbart sind, auf die vorstehend Bezug genommen wurde, weisen
jedoch mehrere, ernst zunehmende Probleme auf. Zum Beispiel ist
das eingesetzte Abscheidungssystem teuer, die Abscheidungsrate für die Massenproduktion
von Oberflächenwellenvorrichtungen
zu niedrig und das verwendete Substrat auf Quarz beschränkt. Insbesondere im
Fall von Lithiumniobat, das am besten geeignet ist zum Herstellen
eines RF-Bandfilters, bei dem die Leistungsbeständigkeit des Elektrodenfilms
von großer
Bedeutung ist, im besonderen im Fall eines piezoelektrischen, um
64° gedrehten
Y-Schnitt-Lithiumniobatsubstrats,
bleibt weiterhin unklar, wie ein Aluminiumelektrodenfilm in einen
Monokristallfilm umgewandelt und wie ein monokristalliner Aluminiumelektrodenfilm
hergestellt wird.
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Während
es auf der einen Seite schwierig ist, einen monokristallinen Aluminiumelektrodenfilm
zu bilden, ist andererseits ein polykristalliner Aluminiumelektrodenfilm,
der eine hohe (111)-Orientierung aufweist, in Anbetracht der Leistungsbeständigkeit von
hohem Nutzen. Wie bereits erwähnt,
wird berichtet, daß ein
polykristalliner (111)-Film, der eine starke Orientierung aufweist,
erreicht werden kann, indem ein Puffermetall auf einem piezoelektrischen
Substrat gebildet wird und auf demselben eine Aluminiumelektrode
gebildet wird. Wenn ein um 36° gedrehtes Y-Schnitt-Lithiumtantalat,
das zum Herstellen eines RF-Bandfilters von Nutzen ist, als das
piezoelektrische Substrat verwendet wird, um eine hohe (111)-Orientierungsfähigkeit
zu erreichen, bleibt weiterhin unklar, welche Art von Pufferfilm
zu verwenden ist und bei welcher Dicke und unter welchen Bedingungen
der Pufferfilm gebildet werden soll.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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In ihren bevorzugten Ausführungsformen schafft
die Erfindung vorteilhafterweise eine kostengünstige Oberflächenwellenvorrichtung,
die ein piezoelektrisches, um 64° gedrehtes
Y-Schnitt-Lithiumniobat-Substrat und einen darauf gebildeten Elektrodenfilm
aufweist, wobei dieser Film ein monokristallines Aluminium aufweist,
das über
eine hervorragende Leistungsbeständigkeit
verfügt.
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In ihren verschiedenen Aspekten ist
die Erfindung nachstehend gemäß (1) bis
(3) definiert.
- (1) Eine Oberflächenwellenvorrichtung,
die ein piezoelektrisches, um 64° gedrehtes
Y-Schnitt-Lithiumniobat-Substrat und eine darauf ausgebildete interdigitale
Elektrode aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die interdigitale Elektrode
einen Titan-Puffermetallfilm und einen darauf gebildeten Aluminiumfilm
aufweist, wobei der Titan-Puffermetallfilm und der Aluminiumfilm
ein monokristalliner Film sind, der sich nach einer Auswahl- bzw. Feinbereichselektronenbeugung
lediglich in Punktform manifestiert.
- (2) Die Oberflächenwellenvorrichtung
nach (1), bei der der Titan-Puffermetallfilm
eine Normale seiner (001)-Ebene senkrecht zum Substrat aufweist
und der Aluminiumfilm eine Normale seiner (110)-Ebene oder einer derselben
kristallographisch äquivalenten
Ebene senkrecht zum Substrat aufweist.
- (3) Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenwellenvorrichtung, das
folgende Schritte umfaßt: Verwenden
eines um 64° gedrehten
Y-Schnitt-Lithiumniobat-Substrats
als piezoelektrisches Substrat und Bereitstellen eines Titan-Puffermetallfilms
auf dem Substrat, wobei es sich bei dem Titan-Puffemletallfilm um einen monokristallinen Film
handelt, der sich nach einer Auswahl- bzw. Feinbereichselektronenbeugung
lediglich in Punktform manifestiert; und Ausbilden eines Aluminiumfilms
auf dem Titan-Puffermetallfilm,
wobei der Aluminiumfilm ein monokristalliner Film ist, der sich
nach einer Feinbereichselektronenbeugung ausschließlich in
Punktform manifestiert; und Ausbilden eines Mehrschichtfilms, der
den Titan-Puffermetallfilm
und den Aluminiumfilm in einer Anordnung einer interdigitalen Elektrode
aufweist.
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Im Experiment und durch Untersuchungen haben
die Erfinder nun herausgefunden, daß ein Aluminium-(Al)-Film auf
einem piezoelektrischen Lithiumniobat-Substrat, insbesondere auf
einem um 64° gedrehten
Y-Schnitt-Substrat unter Verwendung von Titan (Ti) als Puffermetallfilm
ausgebildet ist, wodurch ein monokristalliner Film erhalten wird,
bei dem die Normale der (001)-Kristallebene oder c-Ebene des Titan-Puffermetallfilms
senkrecht zum Substrat verläuft
und die Normale der (110)-Kristallebene
des Aluminiumfilms senkrecht zum Substrat verläuft. Gemäß einer Oberflächenwellenvorrichtung,
bei dem der so ausgebildete monokristalline Aluminiumelektrodenfilm
als Elektrodenfilm verwendet wird, kann die Leistungsbeständigkeit
des Elektrodenfilms viel mehr als bisher erhöht werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Diagramm, das die Veränderungen
des Röntgenbeugungsmusters
bzw. -schemas für
einen Aluminiumfilm in Bezug auf Veränderungen der Dicke eines Titan-Puffermetallfilms
zeigt, wenn ein um 64° gedrehte
Y-Schnitt-Lithiumniobat als das erfindungsgemäße Substrat verwendet wird. 2 ist ein Diagramm, das
die Veränderungen
des Röntgenbeugungsschemas
für einen
Aluminiumfilm in Bezug auf Veränderungen
der Dicke des Titan-Puffermetallfilms zeigt, wenn (100)-Si als Substrat
verwendet wird. 3 ist
eine als Zeichnungsersatz dienende Aufnahme, die ein Feinbereichselektronenbeugungs-Muster
Bzw. -Schema für
einen erfindungsgemäßen monokristallinen
Aluminiumfilm zeigt. 4 ist
eine Ansicht, die die Ergebnisse der Indizierung der Ebenen für das in 3 gezeigt Feinbereichselektronenbeugungs-Schema
zeigt. 5 ist eine als
Zeichnungsersatz dienende Aufnahme, die ein Feinbereichselektronenbeugungs-Schema
für einen
polykristallinen Aluminiumfilm zeigt. 6 ist eine
als Zeichnungsersatz dienende Aufnahme, die ein Feinbereichselektronenbeugungs-Schema
für einen
erfindungsgemäßen monokristallinen
Titan-Puffermetallfilm zeigt. 7 ist
eine Ansicht, die die Ergebnisse der Indizierung der Ebenen für das in 6 gezeigt Feinbereichselektronenbeugungs-Schema zeigt. 8 ist eine Ansicht einer
Meßschaltung
zum Prüfen
der Leistungsbeständigkeit
einer Oberflächenwellenvorrichtung. 9 ist eine als Zeichnungsersatz
dienende Aufnahme, d. h. eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme,
die den Zustand der Migration der Aluminiumatome in einem monokristallinen
aluminiumfilmhaltigen Elektrodenfilm zeigt. 10 ist eine als Zeichnungsersatz dienende
Aufnahme, die ein Komgefüge
zeigt, d. h. eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme, die den Zustand
der Migration von Aluminiumatomen in einem Elektrodenfilm zeigt,
der ein polykristallines Aluminium aufweist. 11 ist eine als Zeichnungsersatz dienende Aufnahme,
die ein Korngefüge
zeigt, d. h. eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme der Oberfläche eines
Aluminiumfilms, der auf einem um 64° gedrehten, Y-Schnitt-Lithiumniobatsubstrat
mit einem dazwischen sandwichartig angeordneten Titan-Puffermetallfilm
ausgebildet ist. 12 ist
eine als Zeichnungsersatz dienende Aufnahme, die ein Korngefüge zeigt,
d. h. eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme der Oberfläche eines
Aluminiumfilms, der direkt auf einem um 64° gedrehten Y-Schnitt-Lithiumniobatsubstrat
ausgebildet ist. 13 veranschaulicht eine
Prozeßabfolge
von Schritten zur Herstellung einer Oberflächenwellenvorrichtung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die C)berflächenwellenvorrichtung gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung weist ein um 64° gedrehtes piezoelektrisches
Y-Schnitt-Lithiumniobatsubstrat und zumindest ein Paar von interdigitalen Elektroden
(Kammelektroden) auf, die auf der Oberfläche des Substrats ausgebildet
sind. Das Paar von interdigitalen Elektroden weist einen auf dem
Substrat vorgesehenen Titan-Puffermetallfilm und einen Aluminiumfilm
auf, der auf dem Titan-Puffermetallfilm ausgebildet ist.
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Das vorstehende piezoelektrische
Substrat wird unter Verwendung eines herkömmlichen um 64° gedrehten
Y-Schnitt-Lithiumniobat-Monokristalls gebildet. Die Schnittrichtung
des Substrats kann durch Röntgenbeugung
nachgewiesen werden. Die Größe des Substrats,
wenn dasselbe auf eine Oberflächenwellenvorrichtung
aufgebracht ist, bewegt sich allgemein, jedoch nicht ausschließlich in
der Größenordnung
von 2 bis 10 mm in der Oberflächenwellenausbreitungsrichtung
und in der Größenordnung
von 1 bis 4 mm in der senkrecht dazu verlaufenden Richtung, und
die Dicke des Substrats bewegt sich in der Größenordnung von 0,2 bis 0,4
mm. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß beim Schritt der Elektrodenbildung üblicherweise
ein rundes Substrat von etwa 2 oder 3 Zoll (bzw. Inch) Durchmesser
verwendet wird und die vorstehenden Elemente der oben genannten Größen zusammen
auf dem runden Substrat ausgebildet sind.
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An dieser Stelle wird auf den vorstehenden Titan-Puffermetallfilm
Bezug genommen, wobei die Reinheit des darin enthaltenen Titans
vorzugsweise möglichst
hoch sein sollte. Dennoch ist es akzeptabel, einen Titan-Puffermetallfilm
mit einer Titanreinheit von mindestens 99,9% zu verwenden. Um einen gleichförmigen Film
zu erhalten, sollte die Dicke des Titan-Puffermetallfilms mindestens
10 Å betragen. Die
Obergrenze der Dicke des Titan-Puffermetallfilms beträgt bevorzugt,
jedoch nicht ausschließlich etwa
1 μm oder
weniger, weil es mit zunehmender Dicke des Titan-Puffermetallfilms wahrscheinlich
ist, daß derselbe
aufgrund der erhöhten
inneren Spannung Risse bekommt oder abblättert.
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Der Titan-Puffermetallfilm kann durch
ein Dampfabscheidungsverfahren, ein Sputterverfahren oder dergleichen
auf das Substrat aufgebracht werden. Die Abscheidungsrate für den Titan-Puffermetallfilm
sollte sich angesicht der Steuerung der Dicke bevorzugt in der Größenordnung
von 0,1 bis 10 Å/s bewegen.
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Der Titan-Puffermetallfilm nach dem
ersten Aspekt der Erfindung ist ein monokristalliner Film, bei dem
die Normale der (001)-Ebene senkrecht zum Substrat verläuft. Dies
kann bei der Feinbereichselektronenbeugung durch die relativen Positionsbeziehungen
zwischen bestimmten Punkten nachgewiesen werden.
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Der Aluminiumfilm kann durch ein
Dampfabscheidungsverfahren, ein Sputterverfahren oder dergleichen
auf dem Titan-Puffermetallfilm ausgebildet werden. Die Abscheidungsrate
für den
Aluminiumfilm sollte sich bevorzugt in der Größenordnung von 10 bis 50 Å/s bewegen.
Die Dicke des Aluminiumfilms kann abhängig vom angelegten Frequenzband
etc. bestimmt werden. Dennoch wird allgemein bevorzugt, daß aus den
gleichen Gründen,
die in Verbindung mit dem Titan-Puffermetallfilm erläutert wurden, die
Dicke des Aluminiumfilms im Bereich von 10 Å bis einschließlich 3 μm anzusetzen
ist.
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Bei dem Aluminiumfilm nach dem ersten
Aspekt der Erfindung handelt es sich um einen monokristallinen Film,
bei dem die Normale der (110)-Ebene oder einer derselben in kristallographischer
Hinsicht äquivalenten
Ebene senkrecht zum Substrat verläuft. Ob die Normale der (110)-Ebene
eines Aluminiumkristalls oder einer derselben in kristallographischer
Hinsicht äquivalenten
Ebene senkrecht zum Substrat verläuft oder nicht, kann bei der
Feinbereichselektronenbeugung anhand der relativen Positionsbeziehungen
zwischen den Punkten nachgewiesen werden.
-
Die Breite der Elektrodenfinger der
interdigitalen Elektrode, die sich aus einem Mehrschichtfilm zusammensetzt,
der den vorstehenden Titan-Puffermetallfilm und den Aluminiumfilm
aufweist, kann abhängig
von der bei der Oberflächenwellenvorrichtung angelegten
Frequenz ausgewählt
werden. Diese Breite bewegt sich z. B. allgemein in der Größenordnung
von 2 bis 10 μm
bei einem Frequenzband von 10 bis 500 MHz.
-
Die Verfahren zur Herstellung der
erfindungsgemäßen Oberflächenwellenvorrichtung
werden nicht mehr erläutert,
weil sie mit dem herkömmlichen
Herstellungsverfahren mit Ausnahme der Ausbildung des vorstehenden
Titan-Puffermetallfilms identisch sind.
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BEISPIEL
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Die erfindungsgemäßen Oberflächenwellenvorrichtungen werden
nun unter Bezugnahme auf einige Beispiele ausführlicher erläutert.
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Zunächst wurden ein um 64° gedrehtes Y-Schnitt-Lithiumniobatsubstrat
(abgekürzt
als 64LN), ein um 36° gedrehtes
Y-Schnitt-Lithiumtantalatsubstrat (abgekürzt als 36LT) und ein (100)-Si-Substrat
als Substrate zum Ausbilden von Elektrodenfilmen auf denselben präpariert.
Anschließend
wurden die Substrate jeweils in der folgenden Reihenfolge durch
Ultraschallwaschen in einer neutralen Reinigungsmittellösung, Spülen mit
Reinwasser, Ultraschallwaschen in Isopropylalkohol, Ultraschallwaschen
in Aceton, Ultraschallwaschen unter erneuter Verwendung von Isopropylalkohol
und Spülen
mit Reinwasser präpariert
und schließlich
getrocknet. Für
die Abscheidung des Films wurde hierbei ein Elektronenstrahl-Dampfabscheidungssystem eingesetzt.
Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß ein Sputtersystem oder dergleichen
für eine
Anordnung verwendet werden kann, bei der ein Doppelschichtfilm erzielt
werden kann. Zu den für
die Abscheidung des Films verwendeten Materialien gehörten Aluminium
mit einer Reinheit von 99,999% und Titan mit einer Reinheit von
99,99%. Das während der
Dampfabscheidung erreichte Vakuum betrug 1,0 × 10–4 Pa,
und jedes Substrat wurde auf 100 bis 150°C erwärmt. Die Abscheidungsrate für Aluminium betrug
30 Å/s
und für
Titan an gesichts der Einfachheit der Dickensteuerung sogar nur etwa
1 Å/s,
weil das Erfordernis bestand, das Titan in einer extrem dünnen Filmform
bereitzustellen.
-
Für
den Zweck der Untersuchung des Effekts des Titan-Puffermetallfilms
wurden die vorstehenden drei Substrate jeweils verwendet, um eine
von einem Titan-Puffermetallfilm
freie Probe (d. h. eine Probe, die ausschließlich aus einer Aluminiumschicht
besteht) und Proben mit dickenmäßig variierenden
Titan-Puffermetallfilmen zu fertigen. Als Ergebnis der Dickenmessung
stellte sich heraus, daß die
Titan-Puffermetallfilme
eine Dicke von 16 Å,
56 Å,
138 Å bzw.
1,065 Å aufwiesen.
Auf jedem Titan-Puffermetallfilm war ein Aluminiumfilm mit einer
Dicke von 1800 Å ausgebildet.
Die Dicken der Titan-Puffermetallfilme und des Aluminiumfilms wurden
hierbei mit dem Röntgen-Fluoreszenzverfahren
gemessen. Die so präparierten
Elektrodenfilme wurden durch Röntgenbeugung
untersucht. Die Ergebnisse sind in 1 und 2 gezeigt.
-
1 ist
ein Diagramm mit Röntgenbeugungsmustern
bwz. -schemata, die auf dieselben Koordinatenachsen aufgetragen
sind, wobei die Röntgenbeugungsschemata
ermittelt wurden für
einen Aluminiumfilm, der auf einem 64LN-Substrat ohne einen darauf
gebildeten Titan-Puffermetallfilm ausgebildet ist, und Aluminiumfilme,
die auf Titan-Puffermetallfilmen mit variierenden Dicken ausgebildet sind,
die jeweils auf einem 64LN-Substrat bereitgestellt sind. Aus 1 geht hervor, daß der Aluminiumfilm
in Abwesenheit des Titan-Puffermetallfilms stark in die (111)-Richtung
orientiert ist. Bei Anwesenheit der Titan-Puffermetallfilme geht
die (111)-Orientierung des Aluminiumsjedoch verloren. Ungeachtet
der Dicken der Titan-Puffennetallfilme im untersuchten erfindungsgemäßen Dickenbereich
geht der Spitzenwert für
Aluminium verloren. Doch zeigt bei den Röntgenbeugungsschemata nur das LiNbO3-Substrat bei Vorliegen der Titan-Puffermetallfilme
einen Spitzenwert. Wie in der vorstehend erwähnten JP-A 6-132777 erörtert wurde,
deutet die Tatsache, daß für die Aluminiumkristallebene
kein Beugungsspitzenwert festgestellt wurde, auf die Wahrscheinlichkeit
hin, daß das
Aluminium in einen Monokristall von hoher Güte umgewandelt worden ist.
Diesbezüglich
ist jedoch anzumerken, daß die Bewertung
eines monokristallinen Films aus schließlich mittels Röntgenbeugung
weniger zuverlässig
ist, weil ein extrem deutlicher Spitzenwert gelegentlich sogar bei
einem Monokristall hoher Güte
beobachtet wird, obgleich dies von den Meßbedingungen abhängig ist.
-
2 ist
ein Diagramm, das die Ergebnisse einer ähnlichen Röntgenbeugung im Fall von Si-Substraten
zeigt. Auch in diesem Fall sind die Horizontalachsen nach und nach
verschoben worden, um zu verhindern, daß die Spitzen einander überschneiden. Man
fand heraus, daß die
Substratprobe ohne eine darauf ausgebildete Titan-Puffermetallschicht
für Si eine
sehr deutliche (400)-Spitze erzeugt. Daher wurden die verbleibenden
vier Beispiele so gemessen, daß der
Winkel übersprungen
wurde, aus dem diese Si-(400)-Spitze entstand. Wie aus 2 zu ersehen ist, verstärkt sich
die (111)-Orientierung von Aluminium mit zunehmender Dicke des Titan-Puffermetallfilms
immer mehr, so daß ein
deutlich in die (111)-Richtung orientierter polykristalliner Aluminiumfilm
erzielt werden kann.
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Der Aluminiumfilm jeder Probe wurde
unter einem Rasterelektronenmikroskop (SEM = scanning electron microscope)
auf den Zustand seiner Oberfläche
untersucht. Bei einer Zusammensetzung der Substrate aus 36LT und
Si wurde demnach die Existenz von Kristallkörnern ungeachtet des Vorliegens oder
Nichtvorliegens der Titan-Puffermetallfilme nachgewiesen.
Bei einer Zusammensetzung der Substrate aus 64LN wurden jedoch abhängig vom Vorliegen
oder Nichtvorliegen der Titan-Puffermetallfilme
auffällige
Veränderungen
beobachtet. In anderen Worten hatte man bei Vorliegen von Titan-Puffermetallfilmen
festgestellt, daß im
Rahmen des Dickenbereichs bei den Experimenten bzw. Untersuchungen
alle Aluminiumfilme eine sehr glatte Oberfläche ohne das geringste Anzeichen
von Kristallkörnerr aufzeigten.
Eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme eines typischen Aluminiumfilms,
auf dem sich keine Kristallkörner
fanden, ist hier als 11 beigefügt. Dieser
Aluminiumfilm mit einer Dicke von 1.800 Å war auf dem Titan-Puffermetallfilm
mit einer Dicke von 56 Å ausgebildet.
Zu Vergleichszwecken wurde von einer Probe, die keinen Titan-Puffermetallfilm,
d. h. einen direkt auf dem Substrat ausgebildeten Aluminiumfilm
mit einer Dicke von 1.800 Å aufwies,
ebenfalls eine ähnliche
Aufnahme erstellt. Diese Auf nahme ist hier als 12 beigefügt. In 12 zeigen sich deutlich Komgrenzen, wohingegen
in 11 keinerlei Korngrenzen
zu sehen sind.
-
Wie bereits erwähnt ist die Bewertung von monokristallinen
Filmen durch Analyse des Röntgenbeugungsschemas
eher unzuverlässig.
Für die
Bewertung von monokristallinen Filmen wurden aus diesem Grund häufig ausgeführte Feinbereichselektronenbeugungs-Experimente
durchgeführt.
In 3 bzw. 5 sind Feinbereichselektronenbeugungs-Schemata
für eine
typische Probe ohne Kristallkörner
und eine typische Probe mit Kristallkörnern gezeigt.
-
3 zeigt
eine typische Probe, bei der sich bei der Feinbereichselektronenbeugung
Punkte manifestieren. Bei dieser Probe war ein Aluminiumfilm mit
einer Dicke von 1800 Å auf
einem Titan-Puffermetallfilm mit einer Dicke von 56 Å ausgebildet,
der auf einem 64LN-Substrat bereitgestellt war. Für eine Probe,
die einen Titan-Puffermetallfilm
aufweist, der auf einem 64LN-Substrat bereitgestellt war, konnte
nachgewiesen werden, daß solche
Punkte, wie sie in 3 gezeigt
sind, auf einer Feinbereichselektronenbeugungsaufnahme des Aluminiumfilms,
der auf der Oberfläche
des Titan-Puffermetallfilms ausgebildet ist, ungeachtet der Dicke
des letzteren in Erscheinung treten. Bezüglich der RHEED-Technik umfaßt das Beurteilungskriterium,
ob ein Film in einen monokristallinen Film umgewandelt worden ist,
allgemein die Tatsache, ob sich neben der Entstehung von Punkten
auch Streifen gebildet haben. Bei der hierin angewendeten Feinbereichselektronenbeugung
ist jedoch die Entstehung von Punkten an sich das Beurteilungskriterium,
ob ein Film in einen monokristallinen Film umgewandelt worden ist
oder nicht. Von den für
dieses Experiment präparierten
Proben, bei denen ein Aluminiumfilm auf einem auf einem 64LN-Substrat
bereitgestellten Titan-Puffermetallfilm ausgebildet
worden war, wird angenommen, daß der Aluminiumfilm
in einen monokristallinen Film umgewandelt worden ist.
-
Basierend auf den in 3 gezeigten Punktpositionen und der Länge einer
zur Ausrüstung
gehörenden
Kamera, wurde an diesen Punkten eine Ebenenindizierung vorgenommen.
Die Ergebnisse sind in 4 dargestellt.
An dieser Stelle wird auf 3 Bezug
genommen, wobei zu beachten ist, daß die Einfallsrichtung eines
Elektronenstrahls mit der [1–10]-Achsenrichtung
ausgerichtet ist. Dementsprechend wurde festgestellt, daß der monokristalline Aluminiumfilm
an der (110)-Ebene oder einer derselben in kristallographischer
Hinsicht äquivalenten Ebene
wächst.
-
Andererseits zeigt 5 eine typische Probe, bei der sich nach
bei der Feinbereichselektronenbeugung ein Ringmuster manifestiert
hat. Bei dieser Probe wurde auf ein 64LN-Substrat, auf dem keine Titan-Puffermetallschicht
vorhanden war, Aluminium abgeschieden. Bei der Röntgenbeugung zeigte diese Probe
eine starke (111)-Orientierung.
Bei der Feinbereichselektronenbeugungs-Analyse beobachtete man jedoch
ein Ringmuster, was darauf hinweist, daß der Aluminiumfilm ein polykristalliner
Film ist. Ähnliche
Analysen von anderen Proben mit Aluminiumfilmen, die auf Substraten
ausgebildet waren, die bei der Röntgenbeugung
die (111)-Orientierung aufwiesen, d. h. einem Si-Substrat und einem
36LT-Substrat mit oder ohne Titan-Puffermetallfilm, wiesen darauf
hin, daß alle
Aluminiumfilme mehr oder weniger aus einem polykristallinen Aluminium
zusammengesetzt sind, das in der (111)-Richtung orientiert ist.
-
Um zu erforschen, warum der auf dem 64LN-Substrat
ausgebildete Aluminiumfilm mit dem dazwischen angeordneten Titan-Puffennetallfilm
in einen Monokristall umgewandelt worden ist, wurde anschließend eine
Feinbereichselektronenbeugung für
eine Probe mit lediglich einem auf einem 64LN-Substrat ausgebildeten
Titan-Puffermetallfilm ausgeführt. Die
Ergebnisse sind in 6 gezeigt, und 7 zeigt die Ebenenindizierung
des Beugungsschemas. Bezugnehmend auf 6 ist
zu beachten, daß die
Einfallsrichtung des Elektronenstrahls mit der [001]-Achsrichtung
ausgerichtet ist. Aus 6 und 7 ist zu ersehen, daß der auf
dem 64LN-Substrat bereitgestellte Titan-Puffermetallfilm in einen
monokristallinen Film umgewandelt worden ist, bei dem die Normale
seiner eigenen (001)-Ebene, d. h. der c-Ebene, senkrecht zum Substrat
verläuft. 6 zeigt die Ergebnisse der
Probe mit einer Titandicke von 1,065 Å. Bei einer ähnlichen
Feinbereichselektronenbeugung von anderen Proben mit andersartigen
Titandicken wurde ebenfalls ausschließlich die Entstehung von Punkten
beobachtet, was darauf hinweist, daß monokristalline Filme, bei
denen jeweils die Normale der (001)- Ebene senkrecht zum Substrat verläuft, erzielt
werden. Ein möglicher
Mechanismus, durch den der monokristalline Aluminiumfilm ausgebildet
werden kann, könnte
sein, daß die
(001)-Ebene des Titan-Puffermetallfilms heteroepitaxial auf dem
64LN-Substrat wächst,
und der auf der (001)-Ebene des Titans gebildete Aluminiumfilm an
seiner (110)-Ebene heteroepitaxial wächst. Obwohl detaillierte Positionsbeziehungen
zwischen den Kristallgittern immer noch ungeklärt sind, sind die Erfinder
dennoch die ersten, die herausgefunden haben, daß es möglich ist, sowohl einen Titan-Puffermetallfilm
als auch einen Aluminiumfilm in monokristalline Filme umzuwandeln,
wenn der Titan-Puffermetallfilm
auf einem 64LN-Substrat bereitgestellt ist und der Aluminiumfilm
auf dem Titan-Puffermetallfilm ausgebildet ist.
-
Anschließend wird auf die Bewertung
der Leistungsbeständigkeit
von den jeweils erhaltenen Elektrodenfilmen sowie auf die Ergebnisse
derselben Bezug genommen. Die für
die Bewertung der Leistungsbeständigkeit
verwendeten Oberflächenwellenvorrichtung
war vom längsgekoppelten
3IDT-Doppelmodentyp, der gemäß der Empfangsfilterspezifikation
(Mittenfrequenz: 947,5 MHz) für
ein GSM-System (System für
tragbare Telephone in Europa) konzipiert ist. Für das piezoelektrische Substrat
wurde ein um 64° gedrehtes
Y-Schnitt-Lithiumniobat verwendet, und eine aus einem monoknstallinen
Titan-Puffermetallfilm und einem monokristallinen Aluminiumfilm
zusammengesetzte interdigitale Elektrode wurde jeweils für den IDT
verwendet. Sowohl der monokristalline Puffermetallfilm als auch
der monokristalline Aluminiumfilm wurden unter Verwendung eines
Elektronenstrahl-Dampfabscheidungssystems aufgebracht, wobei ersterer
eine Dicke von 56 Å und
letzterer eine Dicke von 0,17 μm
aufwies. Die Elektrodenfingerbreite betrug etwa 1,2 μm, der Elektrodenfingerabstand oder
die Oberflächenwellenlänge betrug
4,64 μm, und
die Anzahl der Elektrodenfingerpaare betrug 17,5 Paare für den mittleren
IDT und 11 Paare jeweils für
den äußeren IDT.
-
Desgleichen wurde ein Oberflächenwellenfilter
des längsgekoppelten
Doppelmodentyps durch Bereitstellen eines Titan-Puffermetallfilms
mit einer Dicke von 350 Å auf
einem piezoelektrischen, um 36° gedrehten
Y-Schnitt-Lithiumtantalatsubstrat und Bilden eines Aluminiumfilms
auf demselben mit einer Dicke von 0,35 μm hergestellt, wo bei der Aluminiumfilm
ein polykristalliner Film war, der in die (111)-Richtung orientiert
war und bei dem die Halbwertsbreite der Rockingkurve seiner (111)-Spitze
2,0 Grad betrug. An dieser Stelle ist zu beachten, daß die Elektrodenstruktur
für dieses
Filter mit der identisch war, die in dem Filter verwendet wurde,
für das
das Lithiumniobat verwendet wurde. Dementsprechend wurde die Mittenfrequenz
des aus dem Lithiumtantalatsubstrat bestehenden Filters in eine
im Vergleich zur GSM-Empfangsseite untere Frequenzseite verschoben.
-
Zu Vergleichszwecken wurden auch
eine Probe mit einer Elektrode, die aus einem direkt auf das vorstehend
erwähnte
um 64° gedrehte Y-Schnitt-Lithiumniobat
aufgebrachten polykristallinen Aluminiumfilm besteht, und eine Probe,
bei der ein polykristalliner Al-0,5-%wt-Cu-Legierungsfilm als Elektrode
verwendet wurde, präpariert.
Auch bei diesen Proben waren die Elektrodenstrukturen mit den vorstehend
erwähnten
identisch. Die Frequenz, die im betreffenden Paßband am höchsten ist und bei der die
Leistungsbeständigkeit
am stärksten
abnimmt, wurde als Experimentfrequenz verwendet, die für die Bewertung
der Leistungsbeständigkeit,
d. h. Lebensdauerprüfung,
herangezogen wurde. Die verwendeten Beschleunigungsbedingungen beinhalteten
eine Umgebungstemperatur von 80°C
und eine Eingangsleistung von 28 dBm. Eine Meßschaltung, die für die Leistungsbeständigkeitsexperimente
verwendet wurde, ist in 8 dargestellt.
An dieser Stelle wird auf 8 Bezug
genommen, wo ein Hochfrequenzsignal, das von einem Oszillator 61 erzeugt wird,
durch einen Hochfrequenzverstärker 62 auf
28 dBm verstärkt
wird und dann über
einen Isolator 68 an ein Oberflächenwellenfilter 64 angelegt
wird, das in einem 80°C
warmen Thermostatofen 63 gehalten wird. Diese Oberflächenwellenvorrichtung,
d. h. Oberflächenwellenfilter 64,
ist mit einem Hochfrequenz-Wattmeter 69 verbunden. Um beim
Anlegen der Leistung die elektrischen Eigenschaften zu messen, ist
ein Netzwerkanalysator 65 mit beiden Enden des Oberflächenwellenfilters 64 über einen
Richtkoppler 70 und einen Dämpfer 71 verbunden.
Zur Steuerung des Oszillators 61, des Hochfrequenzwattmeters 69 und
des Netzwerkanalysators 65 ist eine Steuerungsvorrichtung 67 mit
Hilfe eines GP-IB-Kabels 66 mit diesen Einheiten verbunden. Per
definitionem beläuft
sich die Lebensdauer der Vorrichtung hier auf eine Zeitdauer TF
(TF = time of failure = Betriebsdauer bis zum Ausfall), wäh rend der im
Hinblick auf den Einfügungsverlust
des Filters ein Anstieg von 0,5 dB festgestellt wird.
-
Die Prüfung der Leistungsbeständigkeit
wurde unter Verwendung des vorstehend erwähnten Bewertungssystems unter
den vorstehend genannten Beschleunigungsbedingungen ausgeführt, und
die Prüfungsergebnisse
wurden basierend auf dem vorstehenden Beurteilungskriterium ausgewertet.
Die Lebensdauer, d. h. TF der Probe, in der der aus dem monokristallinen
Titan-Puffermetallfilm bestehende Elektrodenfilm und der monokristalline
Aluminiumfilm auf dem 64LN-Substrat ausgebildet waren, betrug 1900
Stunden, und die TF der Probe, in der der polykristalline Aluminiumfilm,
der über
eine hohe Orientierungsfähigkeit
verfügt
und in der (111)-Richtung orientiert ist, auf dem 36LT-Substrat
ausgebildet war, wobei der Titan-Puffermetallfilm zwischen denselben angeordnet
war, betrug 170 Stunden. Andererseits betrug die TF bei der Leistungsbeständigkeitsprüfung einer
Vergleichsprobe, bei der der polykristalline Aluminiumelektrodenfilm
direkt auf dem 64LN-Substrat ausgebildet war, nur 0,1 Stunden, während die
TF einer anderen Vergleichsprobe, bei der sich der Elektrodenfilm
aus dem polykristallinen Al-0,5-%wt-Cu-Legierungsfilm zusammensetzte, wiederum
nur 2,8 Stunden betrug. Diese Ergebnisse machten deutlich, daß die Leistungsbeständigkeit
eines Elektrodenfilms mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten monokristallinen
Aluminiumfilm etwa 19.000 mal so groß ist wie die eines Elektrodenfilms, der
einen herkömmlichen
polykristallinen Aluminiumfilm aufweist, und etwa 680 mal so groß ist wie
die des Elektrodenfilms, der einen polykristallinen Al-0,5-%wt-Cu-Legierungsfilm
aufweist, der bislang zur Steigerung der Leistungsbeständigkeit
vorgeschlagen worden war.
-
Anschließend wurde eine Probe, deren
Verhalten, d. h. Einfügungsverlust,
sich bei der Leistungsbeständigkeitsprüfung verschlechterte,
im Hinblick auf das Ausmaß,
urn das die Qualität
der Elektrode abnahm, unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops
beobachtet. Die Ergebnisse sind in 9 und 10 gezeigt. 9 zeigt die Ergebnisse einer erfindungsgemäßen Probe,
bei der ein Titan-Puffermetallfilm auf einem um 64° gedrehten Y-Schnitt-Lithiumniobatsubstrat
bereitgestellt und ein Aluminiumfilm auf demselben ausgebildet war,
wobei der Titan-Puffermetallfilm und der Alu miniumfilm monokristalline
Filme waren. Nach Beendung der vorstehenden 1900 Stunden andauernden
Leistungsbeständigkeitsprüfung trat
in der Elektrode eine Migration von Aluminiumatomen auf. Obwohl
sich aufgrund der Migration der Aluminiumatome Fehlstellen bildeten,
wie in 9 zu sehen ist,
nehmen dieselben die Keilform der Migration der Aluminiumatome der
monokristallinen Elektrode an. Das Entstehen solcher keilförmiger Fehlstellen
zeigt ebenfalls, daß das
die Elektrode bildende Aluminium in einen Monokristall umgewandelt
worden ist. Hingegen ist in 10 der Zustand
der Migration der Aluminiumatome in einem vergleichenden polykristallinen
Aluminiumelektrodenfilm nach der Leistungsbeständigkeits-Beschleunigungsprüfung dargestellt.
Wie aus 10 zu ersehen
ist, haben sich entlang der Korngrenzen Fehlstellen gebildet. Somit
hat es den Anschein, als ob die Migration der Aluminiumatome vorwiegend
an den Korngrenzen auftritt, wie im Stand der Technik häufig betont
wird.
-
Bei dem vorstehenden Beispiel war
auf dem Titan-Puffermetallfilm ein Film aus Reinaluminium gebildet.
Doch würde
man ähnliche
Ergebnisse erhalten, selbst wenn dem Aluminium nur eine winzige Menge
einer Verunreinigung, z. B. Kupfer, in solchem Umfang beigemengt
worden wäre,
daß das
Wachstum eines monokristallinen Films nicht gehemmt würde. Dem
Beispiel folgend wurde Aluminium aufgebracht, mit der Ausnahme,
daß die
Abscheidungsrate von Aluminium 10 Å/s betrug. Auch in diesem
Fall wurde wie in dem Beispiel ein monokristalliner Aluminiumfilm
erhalten. Bei dem vorstehenden Beispiel kam für die Bildung des Films ein
Vakuumdampfabscheidungsverfahren zur Anwendung. Die vorliegende
Erfindung kann jedoch auch mit anderen Filmbildungsverfahren, z.
B. einem Sputterverfahren, ausgeführt werden.
-
Bei einer Oberflächenwellenvorrichtung des längsgekoppelten
Doppelmodentyps, das mit Hilfe einer bekannten Technik hergestellt
wurde, um einen Elektrodenfilm leistungsbeständig zu machen, wobei eine
Al-0,5-%wt-Cu-Legierungselektrode verwendet wurde, betrug der Einfügungsverlust
etwa 2,6 dB. Bei einem Filter, das durch Bilden eines monokristallinen Aluminiumfilms
auf einem erfindungsgemäßen monokristallinen
Titan-Puffermetallfilm hergestellt wurde, wurde andererseits festgestellt,
daß ein
Einfü gungsverlust
von 2,4 dB vorlag. So wurde auch im Hinblick auf den Verlust eine
Verbesserung von 0,2 dB erreicht.
-
INDUSTRIELLE
ANWENDUNG DER ERFINDUNG
-
Die bevorzugte erfindungsgemäße Oberflächenwellenvorrichtung
verwendet eine Elektrode mit einer zufriedenstellenden Leistungsbeständigkeit und
ist somit für
die Verlängerung
der Lebensdauer von Filtern wirksam, für die Feinkammelektroden verwendet
werden müssen,
z. B. RB-Bandfilter, die bei Mobilkommunikationsgeräten eingesetzt
werden.