JP2001102898A - 弾性表面波装置 - Google Patents

弾性表面波装置

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JP2001102898A
JP2001102898A JP27808799A JP27808799A JP2001102898A JP 2001102898 A JP2001102898 A JP 2001102898A JP 27808799 A JP27808799 A JP 27808799A JP 27808799 A JP27808799 A JP 27808799A JP 2001102898 A JP2001102898 A JP 2001102898A
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substrate
thin film
surface acoustic
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Emi Okumichi
恵美 奥道
Kazuhiro Otsuka
一弘 大塚
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Kyocera Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 いかなる環境下でも圧電基板の焦電効果によ
る静電気の蓄積を基板自体で緩和でき、安定した特性が
期待できる優れた弾性表面波フィルタ等の弾性表面波装
置を提供すること。 【解決手段】 圧電基板1の両主面1a,1bに抵抗体
薄膜3a,3bを形成するとともに、圧電基板1の一主
面1a上に形成された抵抗体薄膜3a上に、弾性表面波
を励振させる電極2を配設して成る弾性表面波装置Sと
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車電話
及び携帯電話等の小型移動体無線機器に用いられる弾性
表面波フィルタ等の弾性表面波装置に関し、特に焦電性
を有する圧電基板に励振電極を配設させた弾性表面波装
置に関する。
【0002】
【従来技術とその課題】従来より、弾性表面波フィルタ
は圧電基板上に微細な櫛歯状電極:IDT(Inter Dig
ital Transducer )電極をAl(アルミニウム)等の導
電性薄膜により形成し構成されている。近年では、その
周波数帯が数百MHzから数GHz帯へと高周波化する
に伴い、形成する電極のピッチ及び電極線幅が1μmか
らサブμmへと微細化していく傾向にある。
【0003】代表的な弾性表面波フィルタの電極形成部
分における切断端面図を図4に示す。弾性表面波フィル
タJは、図4のごとく圧電効果を有する圧電基板1上に
スパッタもしくは蒸着によりAlもしくはAl合金等の
電極膜が成膜し、次にフォトレジストをコートしてステ
ッパーもしくは露光機により電極膜のパターンニングを
行い、RIE装置によるパターンのエッチングで所定形
状の櫛歯状電極2が形成されることにより製造される。
そして、この櫛歯状電極2に交番電界を加えることによ
り弾性表面波を励振させることができる。
【0004】圧電基板1として一般的にLN(LiNa
3 )もしくはLT(LiTaO3)単結晶基板といっ
た焦電性の圧電基板が用いられる。これら圧電基板に温
度変化を与えると、自発分極の大きさが変化し表面電荷
の中和が破れ、表面電極に電荷が発生し基板表面に静電
気が蓄積されるという特徴を持っている。特に、クリー
ンルーム内ではイオン濃度が一般室内に比べて2桁以上
も低いため、イオン付着による電荷の中和がほとんど進
行しない。これにより、クリーンルーム内にこれら圧電
基板を放置するだけでも圧電基板が1kv以上に帯電し
てしまうことがある。
【0005】従来、素子作製工程において、微細なパー
ティクルが発生したり、成膜時においてはチャンバー内
の側壁に付着している金属膜の剥がれ等が、真空室の排
気やベント時に生じた乱流により舞い上がり、焦電性の
圧電基板を用いる際に、生じたパーティクルが基板表面
の静電気によって引き寄せられ、電極が微細化すればす
るほどパーティクル(特に金属粉)によって電極間がシ
ョートし、電極のパターン歩留まりを大きく低下させて
いた。しかも、これらパーティクルは粒径2μm程度の
ものであれば、ウェハ表面近傍上部に存在したものしか
付着しないのに対して、サブμm以下になると静電気力
の影響が強くなるため基板の下部周辺からも引き寄せら
れてしまう。
【0006】さらに、圧電基板1は、基板表面に形成さ
れた電極により発生したバルク波が表面と裏面で反射を
繰り返して出力電極に到達し、帯域内外にノイズを発生
するのを防ぐ目的で基板の裏面を粗面化しているが、こ
の裏面の粗面により圧電基板自体の裏面の削り粉が異物
の原因となり歩留まりを低下させている。また、圧電基
板の裏面が粗面であることにより、金属の細かい粉体が
基板の静電気で多く引き寄せられ、凸凹状の裏面に取り
込まれてしまい、製造工程でこれら金属粉をばらまき歩
留まりに大きく影響を与える。
【0007】そこで、これらの問題に対して考えられる
対策として以下のことが考えられる。
【0008】成膜前後での基板の洗浄 成膜中にイオナイザーを用いた基板表面の電荷の中和 しかし、上記については、金属粉等のパーティクルが
サブμmオーダーであるため、静電気の引き寄せによる
基板表面への異物の結合力の方が大きく、洗浄による効
果は得られない。また、上記については、スパッタ成
膜の場合、成膜中においてチャンバー内にプラズマが発
生するので、チャンバー内にイオナイザーを正常に動作
させるためのスペースを設けることが困難なこと、また
異常放電となって正常に成膜出来ない可能性があること
から、これを行うことは困難である。
【0009】また、上記問題に対して、特開平9―19
9974号公報に開示されているように、圧電基板表面
のみに抵抗体薄膜のSi膜を形成し、電荷の発生と同時
に(電荷量が小さいうちに)抵抗体薄膜を通して櫛歯状
電極へ放電させ、基板表面の静電気を緩和させる方法が
提案されている。
【0010】しかし、焦電効果による静電気の蓄積は電
極形成面だけではなく、裏面の両面に発生するため、電
極形成面の電荷が緩和されても基板裏面の電荷は緩和で
きない。基板裏面に引き寄せられた金属粉および基板の
裏面が粗面であることで発生する基板の粉体は、素子作
製工程中において常に存在し、この異物がウエハへ付着
し、これによりフォトレジストが変形するので、ショー
ト不良発生や外観不良の問題を完全には解決することが
できなかった。
【0011】本発明の目的は、いかなる環境下でも圧電
基板の焦電効果による静電気の蓄積を基板自体で緩和で
き、安定した特性が期待できる優れた弾性表面波フィル
タ等の弾性表面波装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の弾性表面波装置は、圧電基板の両主面に抵
抗体薄膜を形成するとともに、圧電基板の一主面上に形
成された抵抗体薄膜上に、弾性表面波を励振させる電極
を配設して成る。また、圧電基板の一主面上に形成され
た抵抗体薄膜の比抵抗が103 Ωcm以上であることを特
徴とする。また、圧電基板の一主面側に形成された抵抗
体薄膜より他主面側に形成された抵抗体薄膜が厚いこと
を特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明に係る弾性表面波装置であ
る弾性表面波フィルタの実施形態を図面に基づき詳細に
説明する。
【0014】図1は本発明の弾性表面波フィルタを模式
的,部分的に示す平面図であり、図1には図2のA−
A’線の素子切断端面図を示す。
【0015】圧電基板1は焦電性を有するものであっ
て、特に温度変化を与えることにより自発分極の大きさ
が変化し、表面電荷の中和が破れ、表面電極に電荷が発
生し、基板表面に静電気が蓄積されるという特徴を有し
ている。また、圧電基板1は基板表面に形成された電極
により発生したバルク波が表面(一主面)1aと裏面
(他主面)1bで反射を繰り返して出力電極に到達し
て、帯域内外にノイズが発生するのを防ぐ目的で裏面1
bが算術平均粗さ(Ra)で1μm以下の粗面状に形成
されている。
【0016】弾性表面波フィルタSにおいて、圧電基板
1の両主面に抵抗体薄膜をスパッタ装置もしくは蒸着装
置を用いて成膜する。上述したように焦電性の圧電基板
は温度変化を与えることによって基板面に静電気が蓄積
される特徴を有しており、これは基板の上下両主面に共
通していえる。そのため、一主面に抵抗体薄膜3aを形
成して静電気を緩和しても、他の主面は帯電した状態と
なり、基板全体の静電気が完全に緩和されることがな
い。そこで、圧電基板全体の帯電の緩和を促進する目的
で圧電基板1の両主面に抵抗体薄膜を形成するのであ
る。
【0017】また、これにより、圧電基板1の裏面1b
に形成した粗面に抵抗体薄膜3bを形成することによ
り、圧電基板1自体の裏面1bの削り粉が弾性表面波フ
ィルタ素子の作製工程中に発生することを抑制し、さら
には、従来のように金属の細かい粉体が基板の静電気に
より多く引き寄せられ、粗面状の裏面1bにそれらの異
物が取り込まれ、素子作製工程中においてそれら異物を
ばらまくことにより生じるパターン不良発生を極力抑制
することができる。
【0018】次に、圧電基板1の粗面化させていない表
面1a上に、スパッタ装置もしくは蒸着装置を用いて導
電性の薄膜を成膜し、ステッパーもしくは露光機により
電極のレジストパターンを形成し、RIE装置によるエ
ッチング等を行って励振電極である櫛歯状電極(IDT
電極)2等を形成し、弾性表面波フィルタSを形成す
る。
【0019】圧電基板1の表面1aに形成される抵抗体
薄膜3aの材質としては、有機物またはSiO2 ,Al
2 3 ,MgOの酸化物もしくはSiなどの半導電物が
望ましい。抵抗体薄膜の比抵抗は105 Ωcm〜108
Ωcm程度が好適であるが、その他の材料を使用した場
合、比抵抗で103 Ωcm以上の材料であれば絶縁性が
確保できるので適用可能である。
【0020】また、抵抗体薄膜3aの膜厚は100Åか
ら500Å(弾性表面波素子の励振電極周期長をλ、圧
電基板1の表面1aに形成される抵抗体薄膜3aの膜厚
をh1として、h1/λ=3%)の範囲が好ましい。こ
の範囲の下限値の100Åより小さい膜であると、表面
1aに発生した静電荷を逃すことが出来ない島状の膜と
なってしまう。また、500Å(h1/λ=3%)より
大きい膜厚の抵抗体薄膜では、質量効果により圧電基板
の音速が遅くなり、弾性表面波フィルタの特性、特に挿
入損失を大きくし特性歩留まりを悪化させる。
【0021】また、圧電基板1の裏面1bに形成される
抵抗体薄膜3bの膜厚は1μmから50μm(弾性表面
波素子の圧電基板1の厚みをT、圧電基板1の裏面1b
に形成される抵抗体薄膜3bの膜厚をh2として、h2
/T=15%)が好適である。この理由は、下限値より
小さい場合、一般に圧電基板1が帯域内外にノイズを発
生するのを防ぐために、圧電基板1の裏面1bを算術平
均粗さ(Ra)で約1μm程度の粗面状としており、そ
の面上では均一な抵抗体薄膜が形成できないためであ
る。また、抵抗体薄膜3bを上限値より厚くしすぎると
抵抗体薄膜の応力によって基板に歪みが生じ、励振電極
のパターニングを行うための露光時に、前記歪の偏光が
生じて露光バラツキが大きくなり、ひいては歩留まりが
低下するためである。いずれにせよ、圧電基板1の裏面
1b側に形成した抵抗体薄膜3bの厚みを表面1aに形
成した抵抗体薄膜3aより厚く形成する。なお、抵抗体
薄膜3aは導電性を有する材料で構成してもよい。
【0022】次に、本発明の他の実施形態について説明
する。
【0023】図1に示した、個々の弾性表面波フィルタ
素子に作製する前のウェハ状態において、ウェハ端部に
図3に示すように導電性の樹脂4をコートし、圧電基板
1の両主面に形成された抵抗体薄膜同士を接続した構成
としてもよい。圧電基板1を構成する単結晶体は、図示
5の箇所でダイシングソーで切削,切断して個々の素子
に分離する際に、大変もろく素子端部で割れや欠けが発
生し、励振電極2等を傷つけひいては素子を不良にする
が、この実施形態によれば、圧電基板1の両主面1a,
1bに形成された抵抗体薄膜3a,3bを導電性の樹脂
4で電気的に接続することにより、弾性表面波フィルタ
素子の作製工程において圧電基板1に蓄積される静電気
の緩和をさらに促進することができ、上記従来構成の問
題をよりいっそう解消することができる。
【0024】尚、焦電性の圧電基板としては、LT(L
iTaO3 )単結晶基板、LN(LiNaO3 )単結晶
基板があげられる。このような焦電性基板以外にも基板
裏面を粗面状とすることにより、圧電基板自体の裏面の
削り粉が異物の原因となり、歩留まりを低減させるのを
防ぐ目的では水晶,四ホウ酸リチウム単結晶、ランガサ
イト型結晶構造を有するランガサイト系単結晶、ニオブ
酸カリウム単結晶等の基板に対しても適用可能である。
【0025】電極材としては、Al,Al−Cu合金,
Al−Ti合金,Al−Si合金,Al−Ta合金,
金,銀,銀・パラディウム合金が主に適用できる。
【0026】基板の電極配設面1aに形成する抵抗体薄
膜3aの材料としては、Si,SiN,SiCが適用で
きる。また、もう一方の粗面状に形成する面1bに形成
する抵抗体薄膜3bの材料としては、半導電性のSi,
SiN,SiC及び導電性のAl、Al−Cu合金、A
l−Ti合金、Al−Si合金、Al−Ta合金、金、
銀、銀・パラディウム合金が適用可能である。
【0027】導電性樹脂としては、Agペースト等の導
電性フィラーを含む樹脂が適用できる。
【0028】なお、本実施形態は弾性表面波フィルタ以
外の弾性表面波装置、例えば弾性表面波振動子や弾性表
面波共振子等にも適用が可能であり、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で適宜変更し実施が可能である。
【0029】
【実施例】図1において、圧電基板としてLT42°Y
カット−X方向伝播の単結晶体(厚み350μm)を用
い、その表面全面及び裏面全面にスパッタ装置によりS
i薄膜を各250Å,5μm成膜し、その上にAl−C
u合金から成る電極を2000Åの厚みに形成し、RI
E装置によるドライエッチングを行い弾性表面波フィル
タ素子を形成した。
【0030】次に、弾性表面波フィルタ素子をウェハー
プローブ装置により測定を行った。その結果パターン歩
留まり(良品率)は95%となり、その中でも異物によ
るショート不良は10%と大幅に低減していた。基板両
面にSiを設けることで基板の静電気がより緩和されや
すくなり、さらに裏面を完全に覆うことで裏面からのパ
ーティクルの発生を抑制できた結果だと考えられる。ま
た前記フィルタ素子SのAl−Cu電極形成後の膜表面
を顕微鏡で観察した際、粒径0.5μmの異物の数は1
5個以下と大幅に減少していた。
【0031】一方、比較のために上記圧電基板上に、ス
パッタ装置によりAl−Cu合金から成る電極を200
0Å形成し、RIE装置によるドライエッチングを行
い、図3に示すような弾性表面波フィルタ素子Jを形成
した。次に、この弾性表面波フィルタ素子Jをウェハー
プローブ装置により測定を行った。
【0032】その結果、電極パターンの歩留まり(良品
率)は60%で、パターン不良のうち異物によるショー
ト不良は75%占めていた。また、電極形成後の膜表面
を顕微鏡で観察した際、数μm及び粒径0.5μmの金
属粉及びLT基板の削り粉の異物が基板表面に数千個以
上見られた。
【0033】これに対し、スパッタ装置によりLT基板
の表面のみSi薄膜を250Å形成した基板上に、同様
にしてスパッタ装置でAl−Cu電極を2000Å形成
し、RIE装置によるドライエッチングを行い弾性表面
波フィルタ素子を形成し、ウェハープローブ装置を用い
て測定を行った。
【0034】その結果、パターン歩留まり(良品率)は
80%で、パターン不良のうち異物によるショート不良
は50%になり、Si薄膜装荷前に比べ減少していた。
しかし、電極形成後に膜表面を顕微鏡で観察した際、粒
径0.5μmの金属粉及びLT基板の削り粉の異物が1
00個以上と多く見られた。
【0035】抵抗体薄膜を圧電基板の両主面に形成した
結果、抵抗体薄膜を全く形成しないもの、または片面に
しか形成していないものに比べてパターン歩留まりが約
2倍に改善され、異物によるパターン不良も大幅に低減
することができた。また、顕微鏡によって観察された粒
径0.5μmの異物の数も他社技術に比べても約1/7
に低減することができた。
【0036】さらに、圧電基板の粗面化した面に抵抗体
薄膜を形成することにより、片面が粗面状であることに
より生じていたウェハの反りが緩和される効果も得ら
れ、ウェハ面内における露光バラツキが改善され、周波
数歩留まりが約7%向上した。温度特性についてもウェ
ハ反りの緩和によって、約2割改善することができた。
【0037】
【発明の効果】本発明の弾性表面波装置によれば、圧電
基板の両主面に抵抗体薄膜を形成することによって、特
に焦電性を有する圧電基板の表面電荷が基板の両面から
緩和されるため、微細な異物の引き寄せが減少し、異物
による電極間のショート不良がなくなり、信頼性の優れ
た弾性表面波装置を提供できる。
【0038】さらに、裏面に抵抗体薄膜が形成されてい
ることにより、素子作製工程における圧電基板の削り粉
によるパーティクルの発生を極力抑制し、フィルタ帯域
内外において不要波によるノイズのない良好な特性を有
する弾性表面波装置(特に弾性表面波フィルタ)を提供
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る弾性表面波フィルタの部分平面図
である。
【図2】図1におけるA−A’線端面図である。
【図3】本発明に係る弾性表面波フィルタの他の実施形
態を模式的に説明するためのウエハ状態の端面図であ
る。
【図4】従来の弾性表面波フィルタの素子切断端面図で
ある。
【符号の説明】
1:圧電基板 2:櫛歯状電極(励振電極) 3:抵抗体薄膜 4:導電性樹脂 S:弾性表面波フィルタ(弾性表面波装置)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電基板の両主面に抵抗体薄膜を形成す
    るとともに、前記圧電基板の一主面上に形成された抵抗
    体薄膜上に、弾性表面波を励振させる電極を配設して成
    る弾性表面波装置。
  2. 【請求項2】 前記圧電基板の一主面上に形成された抵
    抗体薄膜の比抵抗が103 Ωcm以上であることを特徴と
    する請求項1に記載の弾性表面波装置。
  3. 【請求項3】 前記圧電基板の一主面側に形成された抵
    抗体薄膜より他主面側に形成された抵抗体薄膜が厚いこ
    とを特徴とする請求項1に記載の弾性表面波装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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