JP2001345667A - 弾性表面波素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 導電性異物付着によって櫛歯状電極で電極シ
ョート等が無く、圧電基板のもつ焦電性に起因する電極
指間の放電による特性劣化の無い信頼性の非常に優れた
弾性表面波素子を提供すること。 【解決手段】圧電基板１上に櫛歯状電極２を設けて成る
弾性表面波素子において、櫛歯状電極２の保護膜３をシ
リコンにボロンをドープして形成したことを特徴とす
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、フィルタやレゾネ
ータとして用いられる弾性表面波素子に関し、特に櫛歯
状電極のショート不良を防止した弾性表面波素子に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】近年、電波を利用する電子
機器のフィルタ，遅延線，発振器等の振動素子として多
くの弾性表面波素子が用いられている。特に小型・軽量
でかつフィルタとしての急峻遮断性能が高い弾性表面波
素子は、移動体通信分野において、携帯端末装置のＲＦ
段及びＩＦ段のフィルタとして多用されるようになって
きており、挿入損失や帯域外減衰量などの性能が良好で
且つ信頼性の高い弾性表面波素子が要求されている。

【０００３】このような弾性表面波素子を図４に示す。
図のように弾性表面波素子１０は、圧電体基板１の表面
に櫛歯状電極２が集合した電極群２０及び反射器３０を
形成した構成になっており、櫛歯状電極２は入力電極指
２Ａと、これに対面したグランド電極指２Ｃ及び、出力
電極２Ｂとこれに対面したグランド電極指２Ｃが形成さ
れている。この入出力電極指２Ａ、２Ｂに電気信号を加
えることで弾性表面波を励振させている。

【０００４】また、移動体通信システムのＧＨｚ帯への
高周波化に伴い、上述の弾性表面波素子に形成された櫛
歯状電極２の幅及び入力電極指２Ａ、又は出力電極指２
Ｂとグランド電極指２Ｃの電極間隔の微細化が進んでお
り、現在では数ミクロン〜０．５ミクロン程度の非常に
微細な電極線幅及び電極間隔となってきている。

【０００５】このため、電極指を形成するウエハプロセ
ス以降の組立工程においては、櫛歯状電極２上に導電性
の微細異物が付着することによる電極ショートが原因と
なり、著しく歩留が低下するという問題があった。

【０００６】また、パッケージに実装した完成品におい
ても、振動等によるパッケージ内からの導電性微細異物
の発生と付着により、電極ショートが原因の不良が発生
し、信頼性面で大きな問題となっていた。

【０００７】一方、弾性表面波フィルタに用いられるニ
オブ酸リチウムやタンタル酸リチウムなどの圧電基板
は、焦電効果により静電気が発生し易く、微細異物が付
着し易く、組立工程の環境及びパッケージ内の清浄度を
厳しく管理しても十分な対策とはならないのが現状であ
った。

【０００８】また、櫛歯状電極が形成された弾性表面波
素子をパッケージに実装した時、各電極を接続するため
にダイボンディングやワイヤーボンディング等が行われ
るが、その工程において、圧電基板が約８０℃以上の高
温下に置かれるため、圧電基板の焦電性によって圧電基
板表面の入力電極指２Ａと出力電極指２Ｂ間に電荷分布
が生ずる。そして、この圧電基板１表面に生じた電荷分
布は空気中の浮遊電荷等により中和されてゆくが、この
中和されてゆく速度は圧電基板１上に形成された電極の
形状や面積等により異なり、所々に不均一な電荷分布が
圧電基板１上に存在することになる。

【０００９】例えば、櫛歯状電極の入力電極指２Ａとグ
ランド電極指２Ｃとの間隙においては非常に大きな電界
が形成されており、高温下においては、上記電荷分布を
緩和する（ゼロになる）ような放電が起こり、この放電
により励振電極の電極指が変形したり、一部が溶融して
飛散するなどして、フィルタ特性が劣化したり、剥離し
た金属片が励振電極等の電極上に付着してショート不良
を招いていた。

【００１０】この問題を解決するために、シリコンの半
導電性の保護膜をスパッタリング等で形成して電荷分布
を緩和させるようにすることが試みられているが、挿入
損失の低下等を抑える厚さに形成した保護膜では、櫛歯
状電極２の側面部で十分に繋がって形成されないため、
ショート不良となり電気特性の劣化を十分に防止できな
いという問題があった。

【００１１】上記問題を解決する手段として、保護膜を
厚く成膜する方法も考えられるが、電極上の保護膜を厚
くすると共振損失等の電気特性の劣化が大きくなり実用
的でない。

【００１２】本発明は上述の課題に鑑みて案出されたも
のであり、櫛歯状電極指の表面に保護膜を厚く被覆した
としても共振損失等の電気特性の劣化を軽減することが
でき、導電性異物付着による電極ショート等の劣化が無
く、信頼性の非常に優れた弾性表面波素子を提供するこ
とを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに本発明の弾性表面波素子は、圧電基板と、該圧電基
板上で櫛歯形状の電極指が互いに交叉して対向するよう
に設けた入出力用交叉指電極と、該入出力用交叉指電極
の表面を保護膜で被覆を形成してなる弾性表面波素子に
おいて、前記保護膜にボロンをドープしたシリコンを用
いたことを特徴とする。

【００１４】本発明の構成によれば、ボロンをドープし
たシリコンの保護膜の構造はボロンをドープしないシリ
コンの保護膜に比べて見かけの比重が低くなったポーラ
スな構造であるものと考えられ、入出力用交叉指電極に
厚く保護膜を形成したとしても共振損失等の劣化が生じ
ることが少なくなり、しかも、厚い保護膜に覆われてシ
ョート不良の発生がなく信頼性の高い弾性表面波素子を
提供することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の形態に
ついて図面に基づき詳細に説明する。なお、従来の弾性
表面装置の同一部分は省略する。本発明の弾性表面波素
子は、例えば図４に示すような櫛歯状電極２が形成され
ており、図１に示すように櫛歯状電極２上に本発明の保
護膜３が被着形成されている。

【００１６】圧電基板１は、例えば、水晶、タンタル酸
リチウム、ニオブ酸リチウム、四ほう酸リチウム等の単
結晶から成る。櫛歯状電極２及び反射器３０はアルミニ
ウム又はアルミニウムを主成分とする合金（Ａｌ−Ｓｉ
系，Ａｌ−Ｃｕ系，Ａｌ−Ｔｉ系等）を好適に用いるこ
とができる。この櫛歯状電極２及び反射器３０はＣＶＤ
法、スパッタ法、真空蒸着法などにより形成した後、リ
フトオフ法などにより不要部分を除去してなる。

【００１７】櫛歯状電極２及び反射器３０の電極膜厚は
２０００〜５０００Å程度であり、電極指及び電極指間
隔はそれぞれ３μm程度である。

【００１８】保護膜３はシリコンの材料、即ち、酸化シ
リコン（ＳｉＯ₂）、窒化シリコン（Ｓｉ₂Ｎ₃）等が用
いられ、このようなシリコンにガラスを加えることがで
きる。また、シリコンを半導体とするために炭素、金属
材料などの導電材料を加えても構わない。

【００１９】本発明では、このようなシリコンにボロン
をドープさせることが特徴である。このようにボロンを
ドープしたシリコンの保護膜の構造はボロンをドープし
ないシリコンの保護膜に比べて見かけの比重が低くなっ
たポーラスな構造となるものと考えられる。従って、櫛
歯状電極２の表面にボロンをドープした保護膜３を被覆
しても、弾性表面波素子１０の機械的共振の影響、即
ち、共振損失等の劣化がなくなるもので、ボロンをドー
プしない従来の保護膜に比べて保護膜３を厚く被覆する
ことができるものである。

【００２０】従って、保護膜３の膜厚としては６００〜
８００Åとしている。６００Åより薄い場合にはショー
ト不良が発生しやすく、８００Åを超えると共振損失が
許容値を越えることになる。なお、保護膜３は櫛歯状電
極２と同様の方法により形成する。

【００２１】また、シリコンに対するボロンの濃度を１
０００〜１００００ｐｐｍとするのが好ましい。ここ
で、ボロン濃度が低下すると共振損失の劣化量が増加
し、シリコンのみの成膜の場合と同様になる事と、ＤＣ
スパッタが安定して行えるためにシリコンに対するボロ
ンドープ量は１０００ｐｐｍ以上が必要である。一方、
ボロンドープ量を変えていくと電極指間のシリコン膜の
抵抗率が低下し、弾性表面波素子の等価回路に並列に抵
抗が入った形になり、共振特性である共振周波数と反共
振周波数のピークバレー値が劣化する。また、約１００
００ｐｐｍでピークバレー値が約５ｄＢ劣化して使えな
くなる。即ち、シリコンに対するボロンの濃度を１００
０〜１００００ｐｐｍが使用可能範囲である。

【００２２】次に本発明の弾性表面波素子は以下のよう
に製造される。まず、圧電基板１に水晶を用い、この圧
電基板１上に、所定の電極パターンとしてアルミニウム
膜により櫛歯状電極２を被着形成する。そして、櫛歯状
電極２の表面に半導体のシリコン材料を被着形成するこ
とで弾性表面波素子１０を形成する。

【００２３】このようにして製造された男性表面波素子
１０はセラミックパッケージに実装され、ダイボンド，
ワイヤーボンドにより入出力電極指２，３と入出力端子
（不図示）とを接合させる。

【００２４】

【実施例】以下この発明の実施例を、図１を参照して説
明する。圧電基板１表面に弾性表面波を励振するための
櫛歯状電極２に保護膜３をＤＣスパッタリングにより成
膜する。スパッタリングの際に使用するターゲットは純
度９９．９９９９％以上のシリコン（以下Ｓｉと示す）
にボロンを、アルゴンガス雰囲気中でＳｉに対する濃度
２２４０ｐｐｍでドープしたものが用いられ、その比抵
抗値は６×１０^-3Ω・ｃｍであった。

【００２５】保護膜３としてボロンをドープしたＳｉ
と、Ｓｉのみを成膜した場合の弾性表面波素子の共振損
失の劣化量を図２に示す。なお、図２の縦軸は共振損失
Ａｒの変化量であり、横軸は保護膜３の膜厚である。

【００２６】いずれの場合も保護膜３の膜厚が厚くなる
と共振損失が劣化する傾向が見られるが、同一膜厚で比
較すると、ボロンをドープしたＳｉの方がＳｉのみを成
膜した場合より共振損失の劣化量が小さいことを確認で
きる。

【００２７】通常弾性表面波素子に保護膜３を付ける場
合の共振損失の劣化量を０．５ｄＢ程度が許容限度と考
えると保護膜３の膜厚の限界値はボロンドープＳｉが８
００Å、Ｓｉのみが５５０Åになり、設計の自由度の点
からはボロンドープＳｉが優れている事がわかる。

【００２８】即ち、ボロンドープＳｉの方が共振損失A
ｒを劣化させることなく保護膜膜厚を厚く稼げることが
わかる。

【００２９】次に図３に示すようにショート不良発生率
と膜厚との関係を調べるために、ボロンドープＳｉとＳ
ｉのみの膜厚を比較してみた。Ｓｉのみを膜厚５５０
Å、８００Åを成膜した素子及びボロンをドープした膜
厚４００Å、６００Å、８００Åを成膜した素子の合計
５種類の素子を用いてそれぞれ１０００個の素子をセラ
ミックパッケージに接着固定した後、キャビティ内に２
０μｍ程度の大きさの金属ダストを故意に入れ込み気密
封止を行ったサンプルを作製してショートの確認を行っ
た。

【００３０】ショートの確認方法としてはまず、作製し
たサンプルの電気特性を評価し、初期不良を取り除き良
品のみを選別した。次にこの良品をポリプロピレン製の
容器に入れ、ストローク１５ｃｍで毎分１００回の振動
を６０分間加え外部から静電気を発生させた後、温度−
４０℃３０分、＋８０℃３０分を１サイクルとして１０
サイクルのヒートサイクル試験を行い、更にピーク温度
２３０℃のリフロー炉の通過を２回行った。その後、再
度電気特性の評価を行いショート不良の発生を確認し
た。

【００３１】結果として図３で、Ｓｉのみの保護膜３の
場合は膜厚５５０Å、８００Åともにショート不良が発
生しているが（膜厚５５０Åの時はショート不良発生率
４０．５％、膜厚８００Åの時はショート不良発生率２
４．８％）ボロンをドープしたＳｉの膜厚６００Å及び
８００Åの保護膜ではショート不良の発生は見られなか
った。

【００３２】また、ボロンをドープしたＳｉの膜厚４０
０Åではショート不良発生率６．２％であった。

【００３３】これらの結果から、シリコンにボロンをド
ープしたターゲットを用いることで保護膜３の膜厚によ
るＡｒ劣化が少ないことがわかった。また、シリコンに
ボロンをドープしたターゲットを用いることで保護膜膜
厚６００Å以上あればショート不良が発生しないことが
わかった。

【００３４】

【発明の効果】本発明の構成によれば、ボロンをドープ
したシリコンの保護膜の構造はポーラスな構造であるた
めに、入出力用交叉指電極に厚く保護膜を形成したとし
ても共振損失等の劣化が生じることが少なくなり、しか
も、厚い保護膜に覆われてショート不良の発生がなく信
頼性の高い弾性表面波素子を提供することができる。

【００３５】また、その保護膜の膜厚が６００〜８００
Åとしたために共振損失Ａｒの許容限界内である０．５
Ｂ以内に納めることができる弾性表面波素子を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の弾性表面波素子の構造を説明する断面
図である。

【図２】保護膜にボロンをドープしたＳｉとＳｉのみの
膜厚と共振損失の劣化量との関係を示す図である。

【図３】保護膜にボロンをドープしたＳｉとＳｉのみの
場合の膜厚とショート不良発生率との関係を示す図であ
る。

【図４】弾性表面波素子の全体構成図である。

【符号の説明】

１：圧電基板 ２：電極 ３：保護膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電基板と、該圧電基板上で櫛歯形状の
   電極指が互いに交叉して対向するように設けた櫛歯状電
   極と、該櫛歯状電極の表面を保護膜で被覆してなる弾性
   表面波素子において、前記保護膜にボロンをドープした
   シリコンを用いたことを特徴とする弾性表面波素子。
2. 【請求項２】 前記保護膜の膜厚が６００〜８００Åで
   あることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波素子。