JP2002043880A - 弾性表面波素子の周波数調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 【課題】 フッ化ガスと反応して揮発性の反応物を生成
する材料からなる電極を用いた弾性表面波素子の周波数
を、低域側に確実にシフトさせ得る弾性表面波素子の周
波数調整方法を提供する。 【解決手段】 Ｔａからなる電極３を有する弾性表面波
素子１の周波数調整にあたり、電極３，４の表面を処理
して酸化層を３ａ，４ａを形成し、つぎに、フッ化ガス
を用いて反応性イオンエッチングにより基板２または下
地層を選択的にエッチングし、電極３，４の見かけの膜
厚を増加させるようにして、周波数調整を行う、弾性表
面波素子１の周波数調整方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、弾性表面波素子の
周波数調整方法に関し、より詳細には、電極の見かけの
膜厚を厚くして、低周波数側に周波数調整を行うことを
可能とする弾性表面波素子の周波数調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、弾性表面波素子は、圧電性基板上
にＡｌまたはＡｌ合金からなる電極を形成した構造を有
する。圧電性基板としては、水晶などの圧電単結晶や圧
電セラミックスからなる圧電基板のほか、圧電基板や絶
縁性基板上にＺｎＯ薄膜などの圧電薄膜を形成した構造
のものが用いられている。

【０００３】ところで、弾性表面波素子の周波数は、電
極の膜厚に大きく依存している。従って、目的とする周
波数を得るには、電極の膜厚を高精度に制御する必要が
あった。しかしながら、個々の素子ごとの周波数のばら
つきが非常に小さい弾性表面波素子を作成しようとした
場合、そのような周波数精度を満足し得るように、電極
を形成するにあたって電極の膜厚を制御することは非常
に困難であった。

【０００４】そこで、電極膜を形成した後に、周波数を
調整する方法が種々提案されている。例えば、特開平５
−９０８６５号公報には、フッ化炭素ガスを用いた反応
性イオンエッチングにより、圧電基板をエッチングし、
電極の見かけの膜厚を厚くする方法が開示されている。
この方法を、図６を参照して説明する。

【０００５】まず、圧電基板５１上にＡｌからなる電極
５２を形成する。電極５２は、インターデジタルトラン
スデューサを構成するためのくし歯状の電極である。次
に、圧電基板５１を電極５２が形成されている面側から
フッ化炭素ガスを用いた反応性イオンエッチングよりエ
ッチングする。このようにして、圧電基板５１の電極５
２，５２間の部分が、図示の矢印Ａで示すようにエッチ
ングされて、電極５２の見かけの厚みが増加する。

【０００６】すなわち、電極５２は、基板５１の上面５
１ａ上に形成されていたが、矢印Ａで示すように、電極
５２の周囲の基板５１の上面がエッチングされる。従っ
て、基板５１上において、あたかも電極５２の厚みが増
加したように上記エッチングが施されるので、低周波数
側に周波数調整を行うことができる。上記エッチングが
行われ得るのは、ＡｌやＡｌ合金のフッ化物ＡｌＦ₃ が
不揮発性であるため、基板５１のみをエッチングするこ
とができるためである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、電極５２
が、Ｔａ、Ｗまたはこれらを含む合金のように、そのフ
ッ化物が揮発性の材料からなる場合には、電極５２のエ
ッチング速度が基板５１のエッチング速度よりも速くな
ることがある。この場合、図７に示すように電極５２が
破線Ｂで示す元の状態からエッチングされて、その厚み
が薄くなる。基板５１の上面５１ａもエッチングされる
が、電極５２のエッチングのほうが速く進行するため、
電極５２の見かけの厚みが薄くならざるをえなかった。
そのため、周波数は高域側にシフトし、低周波数側への
周波数調整を行うことができなかった。

【０００８】よって、これらの電極材料により弾性表面
波素子を構成した場合、得られた弾性表面波素子の周波
数が所望の値よりも高い場合には、上記エッチングによ
る周波数調整を行うことができず、全て不良品とせざる
を得なかった。

【０００９】本発明の目的は、上述した従来技術の欠点
を解消し、フッ化炭素などのフッ化ガスと反応して生じ
るフッ化物が揮発性である材料からなる電極を有する弾
性表面波素子において、エッチングにより低域側への周
波数調整を確実に行うことを可能とする弾性表面波素子
の周波数調整方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の広い局面によれ
ば、フッ化ガスと反応して揮発性の反応物を生成する材
料からなる電極が、フッ化ガスと反応して揮発性の反応
物を生成する基板または下地上に形成されている弾性表
面波素子を用意する工程と、前記電極の表面を処理して
酸化層を表面に形成する酸化処理工程と、前記酸化処理
工程後に、フッ化ガスを用いて反応性イオンエッチング
により基板または下地層を選択的にエッチングすること
により、前記電極の見かけの膜厚を増加させるようにし
て周波数調整を行うエッチング工程とを備えることを特
徴とする、弾性表面波素子の周波数調整方法が提供され
る。

【００１１】本発明の特定の局面では、電極材料が、Ｔ
ａ、Ｗまたはこれらの合金からなる群から選択した少な
くとも１種の材料により構成されている。本発明の他の
特定の局面では、前記電極が基板上に直接形成されてお
り、前記基板が、圧電単結晶または圧電セラミックスに
より構成されている。

【００１２】なお、上記酸化処理工程は、さまざまな酸
化処理方法で行うことができ、例えば、自然酸化、熱処
理、酸素プラズマ処理またはオゾン処理などにより行う
ことができる。

【００１３】また、上記酸化処理工程と、エッチング工
程とを繰り返し行い、それによって周波数調整をより広
い範囲で行ってもよい。上記フッ化ガスとしては、好ま
しくはフッ化炭素が用いられる。また、上記フッ化ガス
としては、フッ化炭素と、フッ化炭素に対して少量の水
素を含む混合ガスを用いてもよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明
の具体的な実施例を説明することにより、本発明を明ら
かにする。

【００１５】図２（ａ）は、本発明の一実施例で用意さ
れる弾性表面波素子の電極構造を示す模式的平面図であ
る。弾性表面波素子１は、圧電基板２上に、一対のクシ
歯状の電極３、４を形成した構造を有する。電極３，４
は、本実施例ではＴａからなる。すなわち、圧電基板２
の上面の全面にＴａ膜を成膜し、フォトリソグラフィー
−エッチング法により図示の電極３，４が形成されてい
る。

【００１６】上記電極３，４を形成した状態において、
弾性表面波素子１の共振周波数が所望の値にある場合に
は、周波数調整は不要である。しかしながら、共振周波
数が所望の範囲以外の場合には、周波数を調整する必要
がある。

【００１７】本実施例では、弾性表面波素子１の周波数
が目的とする周波数範囲よりも高い場合に、以下のよう
にして周波数調整が行われる。まず、弾性表面波素子１
の電極３，４の表面を酸化処理して、表面に酸化層を形
成する。この酸化処理の方法としては、加熱による方
法、酸素プラズマにより処理する方法、オゾンにより処
理する方法、大気中に放置して自然に酸化させる方法な
ど適宜の方法を用いることができ、特に限定されるわけ
ではない。

【００１８】上記のようにして、図１に示すように、電
極３，４の表面に酸化層３ａ，４ａが形成される。Ｔａ
酸化物からなる酸化層３ａ，４ａは、純Ｔａ３ｂ，４ｂ
と比較して、反応速度が極めて遅い。従って、フッ化ガ
スによる反応性イオンエッチングを行ったとしても、酸
化層３ａ，４ａはエッチングされ難い。なお、図におい
ては電極３，４の上面側のみに酸化層３ａ，４ａが形成
されているが、側面側にも酸化層３ａ，４ａは形成され
る。ただし以下に説明するエッチング工程において特に
有効に機能するのは上面側の酸化層３ａ，４ａである。

【００１９】つぎに、図１に示すように、反応性イオン
エッチング槽内において、カソード５の上面に弾性表面
波素子１を配置する。カソード５と対向するようにアノ
ード６が配置されている。しかる後、反応性イオンエッ
チング槽内を真空状態とした後、反応性イオンエッチン
グ槽内にフッ化ガスとして、フッ化炭素を導入し、カソ
ード５とアノード６との間に１．０ｍＷ／ｍｍ以下のＲ
Ｆ電力を印加し、プラズマ７を発生させる。このように
して、弾性表面波素子１が上記プラズマにさらされる。
その結果、プラズマ中のイオンと弾性表面波素子１の圧
電基板２とが反応し、圧電基板２が破線Ｄで示すように
エッチングされる。他方、上述したように電極３，４の
酸化層３ａ，４ａは、プラズマとの反応速度が遅く、し
たがってエッチングは速やかには進行しない。

【００２０】よって、圧電基板２のみにおいてエッチン
グが進行し、弾性表面波素子１の共振周波数を低域側へ
シフトさせることができる。すなわち、図２（ｂ）に示
すように、圧電基板２がエッチングされることにより、
電極３，４の厚みがあたかも厚くなったように加工さ
れ、それによって共振周波数が低域側にシフトする。

【００２１】よって、本実施例によれば、弾性表面波素
子１において、電極３，４が、フッ化ガスと反応して揮
発性の反応物を生成する材料であるＴａからなる場合で
あっても、上記酸化処理により電極３，４のエッチング
を抑制し、基板２のエッチングを優先的に進行させるこ
とができるので、弾性表面波素子１の周波数調整を容易
にかつ確実に行い得ることがわかる。

【００２２】図３は、上記実施例に従って、Ｔａからな
る電極３，４を有する弾性表面波素子１の周波数調整を
行った場合の、反応性イオンエッンチングの処理時間
と、共振周波数変化量Δｆ₀ との関係を示す図である。
図３から明らかなように、本実施例によれば、上記反応
性イオンエッチングによる処理時間と、周波数調整量と
が直線的な関係を有し、処理時間を調整するだけで、周
波数を所望の量だけ低域側にシフトさせ得ることがわか
る。また、処理時間を長くするにつれて、周波数をより
低域側にシフトさせ得ることがわかる。

【００２３】上記実施例では、プラズマを発生させるの
にフッ化炭素を用いたが、このフッ化ガスについては特
に限定されず、例えばフッ化硫黄などを用いることもで
きる。もっとも、好ましくは、フッ化炭素が用いられ
る。例えば、フッ化硫黄ＳＦ₆を用いた場合には、フッ
化炭素を用いた場合に比べてラジカル発生比率が高くか
つ硫黄が還元剤として働くので、電極３，４の表面の酸
化層３ａ，４ａのエッンチング速度が大きくなりがちで
あるのに対し、フッ化炭素を用いた場合には、酸化層３
ａ，４ａのエッチング速度はさほど高くならない。した
がって、フッ化炭素を用いた場合、フッ化硫黄を用いた
場合に比べて圧電基板２をより優先的にエッチングする
ことができる。

【００２４】また、より好ましくは、フッ素比率が低い
フッ化炭素ガス、例えばＣ₄Ｆ₈ またはＣ₅Ｆ₈ などを用
いることにより、圧電基板２をより優先的にエッチング
することができ、さらに周波数調整範囲を広くすること
ができる。

【００２５】本発明の周波数調整方法においても、反応
性イオンエッチングによる処理時間があまり長くなる
と、電極３，４の表面の酸化層３ａ，４ａもエッチング
されて除去され、図４に示すように、周波数が高域側に
シフトすることがある。そこで、好ましくは、酸化層３
ａ，４ａが除去される前に、反応性イオンエッチング工
程を中断し、再度上記酸化処理工程を行い、さらに反応
性イオンエッンチング工程を行えばよい。このように、
酸化処理工程及び反応性イオンエッチング工程を繰り返
し行うことにより、電極３，４のエッチングを抑制する
ことができ、圧電基板２のみをより確実にエッチングす
ることができる。

【００２６】すなわち、図４に示すように、連続処理を
おこなった場合、反応性イオンエッチング工程の処理時
間がある時間に達すると共振周波数はより一層高域側に
シフトする。しかしながら、例えば図４の反応性イオン
エッチング工程の処理時間が５分経過した段階で、再度
上記酸化処理工程を行えば、再度反応性イオンエッチン
グ工程により周波数を低域側にシフトさせるように調整
することができる。すなわち、図５に示すように、酸化
処理工程及び反応性イオンエッチング工程を繰り返すこ
とにより、さらに周波数特性を低周波域側にシフトさせ
ることかできる。

【００２７】なお、図５は、図４における処理時間が５
分の時点において、再度弾性表面波素子１を酸化処理
し、酸化層を形成した後に、再度反応性イオンエッチン
グ工程を実施する処理を繰り返した場合の繰り返し処理
回数と周波数調整量との関係を示す。

【００２８】また、好ましくは、本発明においては、上
記フッ化炭素ガスに、該フッ化炭素ガスに比べて少量の
水素を添加しておくことにより、圧電基板表面に炭素、
水素、フッ素等からなる重合物が形成される。基板上に
形成された重合物は、圧電基板に含まれている元素、例
えば酸素と反応して除去される。他方、電極表面に形成
された重合物は反応することなく残留し、プラズマと電
極膜との反応を抑制する効果を果たす。したがって、こ
のような重合物の形成により、圧電基板２をより優先的
にエッチングすることができる。

【００２９】なお、上記実施例では、一対のくし歯状の
電極３，４が形成された弾性表面波素子を例にとり説明
したが、本発明は、さまざまな構造の弾性表面波共振
子、弾性表面フィルタなどの弾性表面波素子の周波数調
整方法に一般に適用することができる。

【００３０】また、上記実施例では、フッ化ガスと反応
して揮発性の反応物を生成する材料からなる電極として
Ｔａからなる電極を例示したが、Ｗなどのフッ化ガスと
反応して揮発性の反応物を生成する適宜の材料からなる
電極を用いることができる。

【００３１】また、基板２についても、水晶の他、圧電
セラミックスなどの他の圧電材料からなるものを用いて
もよい。また、本発明にしたがって周波数調整される弾
性表面波素子は、絶縁性基板あるいは圧電基板上に圧電
薄膜が形成されており、該圧電薄膜上に電極が形成され
ているものであってもよい。また、圧電基板上にＳｉＯ
₂ などからなる誘電体層及び電極が形成されている弾性
表面波素子であってもよい。すなわち、電極は、圧電薄
膜や誘電体層などの下地層上に形成されてもよい。

【００３２】

【発明の効果】本発明に係る弾性表面波素子の周波数調
整方法によれば、電極の表面を処理して酸化層を表面に
形成する酸化処理工程後に、フッ化ガスを用いて反応性
イオンエッチングによりエッチングが施される。この場
合、酸化層は、基板または下地層に比べてエッチングさ
れ難いので、基板や下地層が優先的にエッチングされ、
電極の見かけの膜厚が増加する。したがって、弾性表面
波素子の周波数が低域側にシフトするように、弾性表面
波素子の周波数調整を行うことができる。

【００３３】よって、電極材料が、Ｔａ、Ｗまたはこれ
らの合金からなる群から選択した少なくとも一種の材料
のように、フッ化ガスと反応して揮発性の反応物を生成
する材料からなる場合であっても、弾性表面波素子の周
波数を、低域側にシフトさせるように周波数調整を確実
に行うことができる。

【００３４】電極が基板上に直接形成されており、基板
が圧電単結晶または圧電セラミックスより構成されてい
る場合には、本発明にしたがって、圧電単結晶または圧
電セラミックスからなる基板を優先的にエッチングする
ことができ、弾性表面波素子の周波数を低域側にシフト
させるように周波数調整を確実に行うことができる。

【００３５】また、本発明においては、酸化処理は、自
然酸化、熱処理、酸素プラズマ処理またはオゾン処理な
どにより行い得るが、自然酸化により酸化処理を行う場
合には、特別な装置を必要とすることなく、安価に酸化
処理を行うことができる。また、熱処理、酸素プラズマ
処理またはオゾン処理を用いた場合には、電極表面に酸
化層をより速やかに形成することができる。

【００３６】酸化処理工程と反応性イオンエッチングに
よるエッチング工程とを繰り返し行う場合には、酸化層
が除去される前に再度酸化処理工程を実施することによ
り、さらに低い周波数まで周波数調整を行うことができ
る。

【００３７】フッ化ガスとしてフッ化炭素を用いた場合
には、電極表面の酸化層のエッチング速度が高くならな
いため、基板をより優先的にエッチングすることがで
き、低域側への周波数調整範囲を広くすることができ
る。

【００３８】フッ化ガスとして、フッ化炭素と、フッ化
炭素に対して少量の水素を含む混合のガスを用いた場合
には、炭素、水素、フッ素等からなる重合物が形成され
る。この場合、基板または下地層上にに形成された重合
物は、基板または下地層に含まれている酸素と反応し除
去されるが、電極表面に形成された重合物は残留する。
したがって、プラズマと電極との反応を効果的に抑制す
ることができ、基板をより優先的にエッチングすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の弾性表面波素子の周波数調
整方法におけるエッチング工程を説明するための略図的
断面図。

【図２】（ａ）（ｂ）は、本発明の一実施例において用
意される弾性表面波素子の電極構造を示す模式的平面図
及びエッチング後の電極及び基板の状態を説明たるため
の部分きりかき断面図。

【図３】本発明の一実施例における弾性表面波素子の周
波数調整方法におけるエッチング工程の処理時間と共振
周波数変化量Δｆ₀ の関係を示す。

【図４】本発明の一実施例において、エッチング工程に
おける処理時間を延長した場合の処理時間と、共振周波
数変化量Δｆ₀ との関係を示す。

【図５】本発明の一実施例において、酸化処理を行った
後、エッチングする工程を繰り返した場合の処理回数と
周波数調整量Δｆ₀ との関係を示す。

【図６】従来の弾性表面波素子の周波数調整方法の一例
を説明するための部分きりかき断面図。

【図７】従来の弾性表面波素子の周波数調整方法の問題
点を説明するための部分きりかき断面図。

【符号の説明】

１…弾性表面波素子 ２…基板 ３，４…電極 ３ａ，４ａ…酸化層 ５…カソード ６…アノード ７…プラズマ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩佐 進吾 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 Ｆターム(参考） 5F004 AA16 BA04 DA00 DA18 DA24 DB00 EA04 EB08 5F058 BA20 BB05 BC03 BF52 BF73 5J097 AA28 AA31 AA36 DD29 FF03 HB03 KK01 KK09

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フッ化ガスと反応して揮発性の反応物を
   生成する材料からなる電極が、フッ化ガスと反応して揮
   発性の反応物を生成する基板または下地層上に形成され
   ている弾性表面波素子を用意する工程と、 前記電極の表面を処理して酸化層を前記電極表面に形成
   する酸化処理工程と、 前記酸化処理工程後に、フッ化ガスを用いて反応性イオ
   ンエッチングにより基板または下地層を選択的にエッチ
   ングすることにより、前記電極の見かけの膜厚を増加さ
   せるようにして周波数調整を行うエッチング工程とを備
   えることを特徴とする、弾性表面波素子の周波数調整方
   法。
2. 【請求項２】 前記電極材料が、Ｔａ、Ｗまたはこれら
   の合金からなる群から選択した少なくとも１種の材料に
   より構成されている、請求項１に記載の弾性表面波素子
   の周波数調整方法。
3. 【請求項３】 前記電極が前記基板上に直接形成されて
   おり、前記基板が、圧電単結晶または圧電セラミックス
   により構成されている、請求項１または２に記載の弾性
   表面波素子の周波数調整方法。
4. 【請求項４】 前記酸化処理が、自然酸化、熱処理、酸
   素プラズマ処理またはオゾン処理により行われる、請求
   項１〜３のいずれかに記載の弾性表面波素子の周波数調
   整方法。
5. 【請求項５】 前記酸化処理工程と、前記フッ化ガスに
   よる反応性イオンエッチングによるエッチング工程とを
   繰り返し行うことを特徴とする、請求項１〜４のいずれ
   かに記載の弾性表面波素子の周波数調整方法。
6. 【請求項６】 前記フッ化ガスとして、フッ化炭素を用
   いる、請求項１〜５のいずれかに記載の弾性表面波素子
   の周波数調整方法。
7. 【請求項７】 前記フッ化ガスとして、フッ化炭素と、
   フッ化炭素に対して少量の水素を含む混合ガスを用いる
   ことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の弾
   性表面波素子の周波数調整方法。