JP2003069357A - 弾性表面波素子の製造方法および弾性表面波素子 - Google Patents
弾性表面波素子の製造方法および弾性表面波素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧電基板上に、耐ストレスマイグレーション
性に優れた電極が形成され、それによって、耐電力性に
優れた弾性表面波素子を提供する。 【解決手段】 圧電基板２を構成する圧電性材料の特定
の結晶面を選択的にエッチングするように、結晶面によ
ってエッチング速度が異なるエッチング方法を用いて、
圧電基板２をエッチング処理し、その表面のＺ面テラス
を露出させた後、電極３を形成するため、ＴｉまたはＣ
ｒを主成分とする下地電極層５を形成し、その上にＡｌ
を主成分とするＡｌ電極層４を形成する。Ａｌ電極層４
は、エピタキシャル成長した配向膜であって、双晶構造
を有する多結晶膜となる。
性に優れた電極が形成され、それによって、耐電力性に
優れた弾性表面波素子を提供する。 【解決手段】 圧電基板２を構成する圧電性材料の特定
の結晶面を選択的にエッチングするように、結晶面によ
ってエッチング速度が異なるエッチング方法を用いて、
圧電基板２をエッチング処理し、その表面のＺ面テラス
を露出させた後、電極３を形成するため、ＴｉまたはＣ
ｒを主成分とする下地電極層５を形成し、その上にＡｌ
を主成分とするＡｌ電極層４を形成する。Ａｌ電極層４
は、エピタキシャル成長した配向膜であって、双晶構造
を有する多結晶膜となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、弾性表面波共振
子または弾性表面波フィルタのような弾性表面波素子の
製造方法およびこの製造方法によって得られた弾性表面
波素子に関するもので、特に、弾性表面波素子の耐電力
性を向上させるため、耐ストレスマイグレーション性が
高められた電極の形成を可能にする弾性表面波素子の製
造方法およびこの製造方法によって得られた弾性表面波
素子に関するものである。
子または弾性表面波フィルタのような弾性表面波素子の
製造方法およびこの製造方法によって得られた弾性表面
波素子に関するもので、特に、弾性表面波素子の耐電力
性を向上させるため、耐ストレスマイグレーション性が
高められた電極の形成を可能にする弾性表面波素子の製
造方法およびこの製造方法によって得られた弾性表面波
素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】弾性表面波素子は、周知のように、機械
的振動エネルギーが固体表面付近にのみ集中して伝搬す
る弾性表面波を利用した電子部品であり、一般に、圧電
性を有する圧電基板と、この圧電基板上に形成された、
信号を印加するためのインタディジタル電極および／ま
たはグレーティング電極のような電極とをもって構成さ
れる。
的振動エネルギーが固体表面付近にのみ集中して伝搬す
る弾性表面波を利用した電子部品であり、一般に、圧電
性を有する圧電基板と、この圧電基板上に形成された、
信号を印加するためのインタディジタル電極および／ま
たはグレーティング電極のような電極とをもって構成さ
れる。
【０００３】このような弾性表面波素子において、電極
材料としては、電気抵抗率が低く、比重の小さいＡｌを
主成分とするもの、すなわち、Ａｌ単独またはＡｌ系合
金を用いるのが一般的である。
材料としては、電気抵抗率が低く、比重の小さいＡｌを
主成分とするもの、すなわち、Ａｌ単独またはＡｌ系合
金を用いるのが一般的である。
【０００４】しかしながら、Ａｌは耐ストレスマイグレ
ーション性が悪く、大きな電力を投入すると、電極にヒ
ロックやボイドが発生し、やがては、電極が短絡または
断線して、弾性表面波素子が破壊に至ることがある。
ーション性が悪く、大きな電力を投入すると、電極にヒ
ロックやボイドが発生し、やがては、電極が短絡または
断線して、弾性表面波素子が破壊に至ることがある。
【０００５】上述した問題の解決を図るため、電極の成
膜法として、イオンビームスパッタを用い、結晶配向性
を向上させることによって、耐電力性を向上させる方法
が、特開平７−１６２２５５号公報において提案されて
いる（第１の従来技術）。
膜法として、イオンビームスパッタを用い、結晶配向性
を向上させることによって、耐電力性を向上させる方法
が、特開平７−１６２２５５号公報において提案されて
いる（第１の従来技術）。
【０００６】また、Ａｌをエピタキシャル成長させるこ
とによって、結晶方位を一定方向に配向させ、それによ
って、耐電力性を向上させる方法が、特開平３−４８５
１１号公報において提案されている（第２の従来技
術）。
とによって、結晶方位を一定方向に配向させ、それによ
って、耐電力性を向上させる方法が、特開平３−４８５
１１号公報において提案されている（第２の従来技
術）。
【０００７】他方、結晶粒が小さいほど、電極の耐電力
性が優れていることが、特開平６−６１７３号公報に記
載されている（第３の従来技術）。
性が優れていることが、特開平６−６１７３号公報に記
載されている（第３の従来技術）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１お
よび第３の従来技術では、高周波、大電力用途に向けら
れるとき、耐電力性が不十分であるという問題がある。
よび第３の従来技術では、高周波、大電力用途に向けら
れるとき、耐電力性が不十分であるという問題がある。
【０００９】また、第２の従来技術は、実質的に水晶基
板に対してのみ適用可能であり、そのため、広帯域が要
求されるフィルタ等の用途に向けられる、ＬｉＮｂＯ3
またはＬｉＴａＯ3 基板上では、結晶性の良好なエピタ
キシャル膜を得ることが困難であるという問題がある。
板に対してのみ適用可能であり、そのため、広帯域が要
求されるフィルタ等の用途に向けられる、ＬｉＮｂＯ3
またはＬｉＴａＯ3 基板上では、結晶性の良好なエピタ
キシャル膜を得ることが困難であるという問題がある。
【００１０】このような状況の下、ＬｉＮｂＯ3 または
ＬｉＴａＯ3 基板上で、Ａｌをエピタキシャル成長させ
ることによって、結晶方位を一定方向に配向させ、それ
によって、耐電力性を向上させる方法の実現が望まれ
る。
ＬｉＴａＯ3 基板上で、Ａｌをエピタキシャル成長させ
ることによって、結晶方位を一定方向に配向させ、それ
によって、耐電力性を向上させる方法の実現が望まれ
る。
【００１１】また、Ａｌのエピタキシャル成長は、圧電
基板のカット角に依存することがわかった。たとえば、
３６°Ｙ−ＸＬｉＴａＯ3 基板など、低カット角基板で
は、Ａｌのエピタキシャル成長が困難であるということ
がわかった。
基板のカット角に依存することがわかった。たとえば、
３６°Ｙ−ＸＬｉＴａＯ3 基板など、低カット角基板で
は、Ａｌのエピタキシャル成長が困難であるということ
がわかった。
【００１２】そのため、圧電基板のカット角に関わら
ず、確実に、Ａｌのエピタキシャル成長を可能にする方
法の実現が望まれる。
ず、確実に、Ａｌのエピタキシャル成長を可能にする方
法の実現が望まれる。
【００１３】そこで、この発明の目的は、上述したよう
な要望を満たし得る、弾性表面波素子の製造方法および
この製造方法によって得られた弾性表面波素子を提供し
ようとすることである。
な要望を満たし得る、弾性表面波素子の製造方法および
この製造方法によって得られた弾性表面波素子を提供し
ようとすることである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この発明は、次のような
知見を得たことにより、これをなすに至ったものであ
る。
知見を得たことにより、これをなすに至ったものであ
る。
【００１５】すなわち、Ａｌを主成分とする電極を、Ａ
ｌの３つの結晶軸が一定方向に揃った３軸配向膜とする
ことにより、耐ストレスマイグレーション性が向上する
ことが知られている。しかし、電気機械結合係数が大き
く、フィルタ等において広く用いられているＬｉＮｂＯ
3 基板またはＬｉＴａＯ3 基板上においては、従来、上
述のような結晶性が良好な３軸配向膜を形成することが
できなかった。
ｌの３つの結晶軸が一定方向に揃った３軸配向膜とする
ことにより、耐ストレスマイグレーション性が向上する
ことが知られている。しかし、電気機械結合係数が大き
く、フィルタ等において広く用いられているＬｉＮｂＯ
3 基板またはＬｉＴａＯ3 基板上においては、従来、上
述のような結晶性が良好な３軸配向膜を形成することが
できなかった。
【００１６】そこで、たとえばＬｉＮｂＯ3 基板を酸性
溶液で前処理した後、ＬｉＮｂＯ3基板上に、下地電極
層としてＴｉ膜を薄く形成し、その上にＡｌを蒸着すれ
ば、ＬｉＮｂＯ3 基板上にエピタキシャル成長したＡｌ
膜を形成することができた。このＡｌ膜の結晶性は極め
て良好であり、Ａｌの（１１１）軸が６４°Ｙ−Ｘカッ
トのＬｉＮｂＯ3 基板のＺ軸方向に概ね一致する、特殊
な配向を示した。
溶液で前処理した後、ＬｉＮｂＯ3基板上に、下地電極
層としてＴｉ膜を薄く形成し、その上にＡｌを蒸着すれ
ば、ＬｉＮｂＯ3 基板上にエピタキシャル成長したＡｌ
膜を形成することができた。このＡｌ膜の結晶性は極め
て良好であり、Ａｌの（１１１）軸が６４°Ｙ−Ｘカッ
トのＬｉＮｂＯ3 基板のＺ軸方向に概ね一致する、特殊
な配向を示した。
【００１７】そして、このエピタキシャル成長したＡｌ
配向膜の結晶構造を詳細に検討した結果、双晶構造を持
つことがわかった。双晶構造は、結晶軸の方向が一様で
ないことから機械的強度が高いという特徴と、高配向性
であることから粒界拡散が起こりにくいという特徴とを
併せ持っている。したがって、このようなＡｌ配向膜を
もって電極を形成した弾性表面波素子は、その耐電力性
を著しく向上させ得ることがわかった。
配向膜の結晶構造を詳細に検討した結果、双晶構造を持
つことがわかった。双晶構造は、結晶軸の方向が一様で
ないことから機械的強度が高いという特徴と、高配向性
であることから粒界拡散が起こりにくいという特徴とを
併せ持っている。したがって、このようなＡｌ配向膜を
もって電極を形成した弾性表面波素子は、その耐電力性
を著しく向上させ得ることがわかった。
【００１８】以上のような知見の下、前述した技術的課
題を解決するため、この発明に係る弾性表面波素子の製
造方法は、少なくとも一方主面が圧電性材料をもって構
成された圧電基板を用意する工程と、圧電性材料の表面
の特定の結晶面を選択的にエッチングするように、結晶
面によってエッチング速度が異なるエッチング方法を用
いて、圧電基板の圧電性材料をもって構成された少なく
とも一方主面をエッチング処理する工程と、圧電基板の
エッチング処理された主面上に、Ａｌを主成分とするＡ
ｌ電極層を含む電極を形成する工程とを備えることを特
徴としている。
題を解決するため、この発明に係る弾性表面波素子の製
造方法は、少なくとも一方主面が圧電性材料をもって構
成された圧電基板を用意する工程と、圧電性材料の表面
の特定の結晶面を選択的にエッチングするように、結晶
面によってエッチング速度が異なるエッチング方法を用
いて、圧電基板の圧電性材料をもって構成された少なく
とも一方主面をエッチング処理する工程と、圧電基板の
エッチング処理された主面上に、Ａｌを主成分とするＡ
ｌ電極層を含む電極を形成する工程とを備えることを特
徴としている。
【００１９】この発明において、圧電基板は、好ましく
は、ＬｉＮｂＯ3 またはＬｉＴａＯ 3 の単結晶からな
る。
は、ＬｉＮｂＯ3 またはＬｉＴａＯ 3 の単結晶からな
る。
【００２０】また、前述したエッチング方法として、ウ
エットエッチングが用いられる場合、エッチャントとし
て、好ましくは、リン酸、ピロリン酸、安息香酸、オク
タン酸、塩酸、硝酸、硫酸、フッ酸、緩衝フッ酸（ＢＨ
Ｆ）および硫酸水素カリウムから選ばれた少なくとも１
種が用いられる。なお、ウエットエッチングに代えて、
ドライプロセスを用いたエッチングを行なってもよい。
エットエッチングが用いられる場合、エッチャントとし
て、好ましくは、リン酸、ピロリン酸、安息香酸、オク
タン酸、塩酸、硝酸、硫酸、フッ酸、緩衝フッ酸（ＢＨ
Ｆ）および硫酸水素カリウムから選ばれた少なくとも１
種が用いられる。なお、ウエットエッチングに代えて、
ドライプロセスを用いたエッチングを行なってもよい。
【００２１】また、上記電極を形成する工程において、
Ａｌ電極層と圧電基板との間に、Ａｌ電極層の結晶性を
向上させるための下地電極層を形成するようにすること
が好ましい。
Ａｌ電極層と圧電基板との間に、Ａｌ電極層の結晶性を
向上させるための下地電極層を形成するようにすること
が好ましい。
【００２２】上述の下地電極層は、好ましくは、Ｔｉお
よびＣｒの少なくとも一方を含む。
よびＣｒの少なくとも一方を含む。
【００２３】より特定的な好ましい実施態様において
は、圧電基板は、Ｙ−ＸカットのＬｉＮｂＯ3 またはＬ
ｉＴａＯ3 の単結晶からなり、前述のエッチング処理す
る工程は、圧電基板の表面のＹ面を選択的にエッチング
し、それによって、圧電基板の表面のＺ面テラスを露出
させるように実施される。
は、圧電基板は、Ｙ−ＸカットのＬｉＮｂＯ3 またはＬ
ｉＴａＯ3 の単結晶からなり、前述のエッチング処理す
る工程は、圧電基板の表面のＹ面を選択的にエッチング
し、それによって、圧電基板の表面のＺ面テラスを露出
させるように実施される。
【００２４】この発明は、また、上述のような製造方法
によって得られた、圧電基板と圧電基板上に形成された
Ａｌ電極層を含む電極とを備える、弾性表面波素子にも
向けられる。
によって得られた、圧電基板と圧電基板上に形成された
Ａｌ電極層を含む電極とを備える、弾性表面波素子にも
向けられる。
【００２５】上述のＡｌ電極層は、エピタキシャル成長
した配向膜であり、かつ双晶構造を有する多結晶膜であ
ることが好ましい。
した配向膜であり、かつ双晶構造を有する多結晶膜であ
ることが好ましい。
【００２６】また、この発明において、前述したよう
に、圧電基板が、Ｙ−ＸカットのＬｉＮｂＯ3 またはＬ
ｉＴａＯ3 の単結晶からなり、エッチング処理する工程
において、圧電基板の表面のＹ面を選択的にエッチング
するようにされるとき、Ａｌ電極層を構成する結晶が、
その（１１１）面の法線方向と圧電基板を構成する結晶
のＺ軸とが概ね一致するように、一定方向に配向する結
晶方位を有している、弾性表面波素子を得ることができ
る。
に、圧電基板が、Ｙ−ＸカットのＬｉＮｂＯ3 またはＬ
ｉＴａＯ3 の単結晶からなり、エッチング処理する工程
において、圧電基板の表面のＹ面を選択的にエッチング
するようにされるとき、Ａｌ電極層を構成する結晶が、
その（１１１）面の法線方向と圧電基板を構成する結晶
のＺ軸とが概ね一致するように、一定方向に配向する結
晶方位を有している、弾性表面波素子を得ることができ
る。
【００２７】
【発明の実施の形態】図１は、この発明の一実施形態に
よる製造方法によって得られた弾性表面波素子１の一部
を示す断面図であり、圧電基板２上に電極３が形成され
た部分を示している。
よる製造方法によって得られた弾性表面波素子１の一部
を示す断面図であり、圧電基板２上に電極３が形成され
た部分を示している。
【００２８】圧電基板２は、ＬｉＮｂＯ3 単結晶のよう
な圧電性材料から構成される。また、電極３は、Ａｌを
主成分とするＡｌ電極層４を備え、さらに、Ａｌ電極層
４と圧電基板２との間には、Ａｌの結晶性を向上させる
ための下地電極層５が設けられる。下地電極層５は、た
とえば、ＴｉおよびＣｒの少なくとも一方を主成分とし
ている。
な圧電性材料から構成される。また、電極３は、Ａｌを
主成分とするＡｌ電極層４を備え、さらに、Ａｌ電極層
４と圧電基板２との間には、Ａｌの結晶性を向上させる
ための下地電極層５が設けられる。下地電極層５は、た
とえば、ＴｉおよびＣｒの少なくとも一方を主成分とし
ている。
【００２９】なお、図示しないが、電極３の表面および
側面を覆う電気絶縁性の保護膜がさらに形成されてもよ
い。
側面を覆う電気絶縁性の保護膜がさらに形成されてもよ
い。
【００３０】圧電基板２としては、好ましくは、６４°
Ｙ−ＸカットのＬｉＮｂＯ3 の単結晶からなる基板が用
いられる。したがって、圧電基板２の結晶のＹ軸方向お
よびＺ軸方向は、それぞれ、図１に矢印で示した方向に
向いている。Ｘ軸方向は、紙面に垂直な方向にある。
Ｙ−ＸカットのＬｉＮｂＯ3 の単結晶からなる基板が用
いられる。したがって、圧電基板２の結晶のＹ軸方向お
よびＺ軸方向は、それぞれ、図１に矢印で示した方向に
向いている。Ｘ軸方向は、紙面に垂直な方向にある。
【００３１】圧電基板２上に電極３を形成するに先立っ
て、圧電基板２の特定の結晶面を選択的にエッチングす
るように、結晶面によってエッチング速度が異なるエッ
チング方法を用いて、圧電基板２の少なくとも一方主面
をエッチング処理する工程が実施される。このエッチン
グ処理の結果、研磨等によって圧電基板２の表面に生じ
た厚さ数ｎｍの加工変質層が取り除かれるとともに、圧
電基板２の表面にエピタキシャル成長可能な結晶面が露
出するようにされる。
て、圧電基板２の特定の結晶面を選択的にエッチングす
るように、結晶面によってエッチング速度が異なるエッ
チング方法を用いて、圧電基板２の少なくとも一方主面
をエッチング処理する工程が実施される。このエッチン
グ処理の結果、研磨等によって圧電基板２の表面に生じ
た厚さ数ｎｍの加工変質層が取り除かれるとともに、圧
電基板２の表面にエピタキシャル成長可能な結晶面が露
出するようにされる。
【００３２】上述のエッチング方法として、ウエットエ
ッチングを用いたときのエッチャントとして、好ましく
は、リン酸、ピロリン酸、安息香酸、オクタン酸、塩
酸、硝酸、硫酸、フッ酸、緩衝フッ酸（ＢＨＦ）および
硫酸水素カリウムから選ばれた少なくとも１種が用いら
れ、通常、エッチャントに圧電基板２を浸漬することが
行なわれる。
ッチングを用いたときのエッチャントとして、好ましく
は、リン酸、ピロリン酸、安息香酸、オクタン酸、塩
酸、硝酸、硫酸、フッ酸、緩衝フッ酸（ＢＨＦ）および
硫酸水素カリウムから選ばれた少なくとも１種が用いら
れ、通常、エッチャントに圧電基板２を浸漬することが
行なわれる。
【００３３】エッチング処理が、６４°Ｙ−Ｘカットの
ＬｉＮｂＯ3 の単結晶からなる圧電基板２に適用される
場合には、圧電基板２の表面のＹ面が選択的にエッチン
グされる。このエッチング処理は、Ｚ面テラスを広げる
効果があり、その結果、図２に示すように、圧電基板２
の表面には、Ｚ面６をテラスとした非常に微小な階段状
構造が形成される。
ＬｉＮｂＯ3 の単結晶からなる圧電基板２に適用される
場合には、圧電基板２の表面のＹ面が選択的にエッチン
グされる。このエッチング処理は、Ｚ面テラスを広げる
効果があり、その結果、図２に示すように、圧電基板２
の表面には、Ｚ面６をテラスとした非常に微小な階段状
構造が形成される。
【００３４】上述したＺ面６の最表面は、図３（ａ）に
おいて白抜きの円によって図解的に示すように、酸素原
子７が、０．２９７ｎｍ間隔に並んでいる状態となって
いる。
おいて白抜きの円によって図解的に示すように、酸素原
子７が、０．２９７ｎｍ間隔に並んでいる状態となって
いる。
【００３５】次いで、上述のように酸素原子７が配列さ
れた圧電基板２のＺ面６上に、下地電極層５が成膜され
る。下地電極層５を形成するため、たとえば、最小原子
間隔が０．２９２ｎｍで六方最密構造のＴｉを成膜する
と、図３（ｂ）において濃度の比較的高い網かけを施し
た円によって図解的に示すように、Ｔｉ原子８の結晶の
（００１）面が圧電基板２のＺ面６に平行になる方向に
エピタキシャル成長する。
れた圧電基板２のＺ面６上に、下地電極層５が成膜され
る。下地電極層５を形成するため、たとえば、最小原子
間隔が０．２９２ｎｍで六方最密構造のＴｉを成膜する
と、図３（ｂ）において濃度の比較的高い網かけを施し
た円によって図解的に示すように、Ｔｉ原子８の結晶の
（００１）面が圧電基板２のＺ面６に平行になる方向に
エピタキシャル成長する。
【００３６】Ｔｉ原子８は、酸素原子７と結びつきやす
く、また、その最小原子間隔が、Ａｌの最小原子間隔よ
りも、圧電基板２としてのＬｉＮｂＯ3 基板上の酸素原
子７の間隔に近いため、後述するＡｌ電極層４を圧電基
板２上に直接成膜するよりも、良好な結晶性を得ること
ができる。
く、また、その最小原子間隔が、Ａｌの最小原子間隔よ
りも、圧電基板２としてのＬｉＮｂＯ3 基板上の酸素原
子７の間隔に近いため、後述するＡｌ電極層４を圧電基
板２上に直接成膜するよりも、良好な結晶性を得ること
ができる。
【００３７】次いで、下地電極層５上にＡｌ電極層４が
形成される。より詳細には、最小原子間隔が０．２８６
ｎｍで面心立方構造のＡｌを、Ｔｉ原子８が配列された
下地電極層５上に成膜すると、図３（ｂ）において濃度
の比較的低い網かけを施した円によって図解的に示すよ
うに、Ａｌ原子９の結晶の（１１１）面がＴｉの（００
１）面に平行になるようにエピタキシャル成長する。こ
のようにして得られたＡｌ電極層４は優れた耐マイグレ
ーション性を示す。
形成される。より詳細には、最小原子間隔が０．２８６
ｎｍで面心立方構造のＡｌを、Ｔｉ原子８が配列された
下地電極層５上に成膜すると、図３（ｂ）において濃度
の比較的低い網かけを施した円によって図解的に示すよ
うに、Ａｌ原子９の結晶の（１１１）面がＴｉの（００
１）面に平行になるようにエピタキシャル成長する。こ
のようにして得られたＡｌ電極層４は優れた耐マイグレ
ーション性を示す。
【００３８】さらに、図３（ｂ）に示すように、Ａｌ原
子９の入り方によって、圧電基板２のＺ軸方向に延びる
軸を回転軸として、互いに１８０°回転させたような２
種の結晶方位を持った結晶構造を有するＡｌ電極層４が
成膜される。このような結晶構造は、一般に双晶と呼ば
れる。上述の２種の結晶方位は、それぞれ、１／２の確
率で現れ、得られたＡｌ電極層４は、太い破線１０で示
すような位置に結晶粒界すなわち双晶面を有する多結晶
となる。
子９の入り方によって、圧電基板２のＺ軸方向に延びる
軸を回転軸として、互いに１８０°回転させたような２
種の結晶方位を持った結晶構造を有するＡｌ電極層４が
成膜される。このような結晶構造は、一般に双晶と呼ば
れる。上述の２種の結晶方位は、それぞれ、１／２の確
率で現れ、得られたＡｌ電極層４は、太い破線１０で示
すような位置に結晶粒界すなわち双晶面を有する多結晶
となる。
【００３９】なお、図３（ｂ）では、図示を簡単化する
ため、Ｔｉ原子８を１原子層分だけ図示したが、実際に
は、数ないし数１００の原子層が形成される。
ため、Ｔｉ原子８を１原子層分だけ図示したが、実際に
は、数ないし数１００の原子層が形成される。
【００４０】図３（ｂ）において、Ａｌ結晶の（２０
０）、（０２０）および（００２）方向が矢印で示され
ている。なお、実際には、これらの軸は、図３（ｃ）の
紙面上にはなく、約３５°紙面より手前側に向いてい
る。
０）、（０２０）および（００２）方向が矢印で示され
ている。なお、実際には、これらの軸は、図３（ｃ）の
紙面上にはなく、約３５°紙面より手前側に向いてい
る。
【００４１】このようにして、図１に示すように、６４
°Ｙ−ＸカットのＬｉＮｂＯ3 基板からなる圧電基板２
上に、そのＺ面６に平行に（１１１）面が成長した、双
晶構造を有するＡｌ電極層４を得ることができる。
°Ｙ−ＸカットのＬｉＮｂＯ3 基板からなる圧電基板２
上に、そのＺ面６に平行に（１１１）面が成長した、双
晶構造を有するＡｌ電極層４を得ることができる。
【００４２】一般に、Ａｌ電極層における結晶粒界の存
在は、弾性表面波素子の耐電力性を劣化させると言われ
ている。これは、ストレスマイグレーションによって、
結晶粒界を通じて、Ａｌが自己拡散し、ヒロックやボイ
ドと呼ばれる欠陥が成長するからである。しかしなが
ら、この実施形態に従って得られた多結晶のＡｌ電極層
４にあっては、結晶粒界は１原子間隔以下であり、この
結晶粒界を通じての自己拡散は実質的に起こらない。
在は、弾性表面波素子の耐電力性を劣化させると言われ
ている。これは、ストレスマイグレーションによって、
結晶粒界を通じて、Ａｌが自己拡散し、ヒロックやボイ
ドと呼ばれる欠陥が成長するからである。しかしなが
ら、この実施形態に従って得られた多結晶のＡｌ電極層
４にあっては、結晶粒界は１原子間隔以下であり、この
結晶粒界を通じての自己拡散は実質的に起こらない。
【００４３】一方、金属の機械的強度については、単結
晶よりは多結晶の方が高い。これは、金属の塑性変形メ
カニズムによる。すなわち、塑性変形は、外力（弾性表
面波素子の分野にあっては、圧電効果による振動）等に
よる結晶のすべり変形を生じさせるが、単結晶では、最
も活動しやすいすべり系の活動だけで引き起こされるの
に対し、多結晶では、複数のすべり系の活動が要求され
ることに起因する（参考文献：丸善「金属便覧」改訂５
版・第３３７〜３４３頁）。このようなことから、塑性
変形の起きにくさは、ストレスマイグレーションによる
電極破壊の起きにくさにもつながり、粒径の小さい電極
構造が高い耐電力性をもたらす。
晶よりは多結晶の方が高い。これは、金属の塑性変形メ
カニズムによる。すなわち、塑性変形は、外力（弾性表
面波素子の分野にあっては、圧電効果による振動）等に
よる結晶のすべり変形を生じさせるが、単結晶では、最
も活動しやすいすべり系の活動だけで引き起こされるの
に対し、多結晶では、複数のすべり系の活動が要求され
ることに起因する（参考文献：丸善「金属便覧」改訂５
版・第３３７〜３４３頁）。このようなことから、塑性
変形の起きにくさは、ストレスマイグレーションによる
電極破壊の起きにくさにもつながり、粒径の小さい電極
構造が高い耐電力性をもたらす。
【００４４】これらのことから、Ａｌ電極層４を、双晶
構造を持つ配向膜とすることによって、結晶粒界を通じ
ての電極構成原子の自己拡散によるヒロックやボイドの
成長を防ぐ効果と、塑性変形のしにくさに起因する高耐
電力性とを併せ持つ、非常に耐電力性に優れたものとす
ることができる。
構造を持つ配向膜とすることによって、結晶粒界を通じ
ての電極構成原子の自己拡散によるヒロックやボイドの
成長を防ぐ効果と、塑性変形のしにくさに起因する高耐
電力性とを併せ持つ、非常に耐電力性に優れたものとす
ることができる。
【００４５】また、上述した実施形態では、圧電基板２
として、６４°Ｙ−ＸカットのＬｉＮｂＯ3 基板を用い
たが、この発明は、圧電性を有するあらゆる基板に対し
ても、あるいは、非圧電性基板上に圧電性薄膜を形成し
た基板に対しても有効である。もちろん、この発明は、
６４°Ｙ−ＸカットのＬｉＴａＯ3 基板や低カット角の
ＬｉＮｂＯ3 基板またはＬｉＴａＯ3 基板に対しても有
効である。
として、６４°Ｙ−ＸカットのＬｉＮｂＯ3 基板を用い
たが、この発明は、圧電性を有するあらゆる基板に対し
ても、あるいは、非圧電性基板上に圧電性薄膜を形成し
た基板に対しても有効である。もちろん、この発明は、
６４°Ｙ−ＸカットのＬｉＴａＯ3 基板や低カット角の
ＬｉＮｂＯ3 基板またはＬｉＴａＯ3 基板に対しても有
効である。
【００４６】また、Ａｌ電極層４の材料としてＡｌを用
いたが、耐電力性向上に効果がある添加物、たとえば、
Ｃｕ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｍｏ等をＡｌに微量添加した合金を
用いてもよい。
いたが、耐電力性向上に効果がある添加物、たとえば、
Ｃｕ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｍｏ等をＡｌに微量添加した合金を
用いてもよい。
【００４７】また、下地電極層５の材料として、Ｔｉを
用いたが、Ｔｉを主成分とする合金を用いても、さらに
は、Ａｌの結晶性向上に効果がある他の金属、たとえ
ば、ＣｒまたはＣｒを主成分とする合金を用いてもよ
い。
用いたが、Ｔｉを主成分とする合金を用いても、さらに
は、Ａｌの結晶性向上に効果がある他の金属、たとえ
ば、ＣｒまたはＣｒを主成分とする合金を用いてもよ
い。
【００４８】なお、ＬｉＮｂＯ3 またはＬｉＴａＯ3 な
どからなる圧電基板の酸処理については、たとえば、Ka
kio et al. "Japan Journal of Applied Physics," Vo
l.36,pp.3064-3067 (1997)に掲載されているように、Ｌ
ｉＮｂＯ3 またはＬｉＴａＯ 3 のＬｉ原子をＨで置換す
るプロトン交換法が知られている。プロトン交換法にお
いても、リン酸や安息香酸など、この発明に係るエッチ
ング処理において用いられる酸性溶液と同等のものが用
いられるが、プロトン交換は、圧電基板表面に高屈折率
層を形成し、バルク波の放射を抑制する目的で行なわれ
るものである。上記文献では、バルク波抑制の効果によ
って、弾性表面波フィルタの挿入損失を低減できること
が報告されている。
どからなる圧電基板の酸処理については、たとえば、Ka
kio et al. "Japan Journal of Applied Physics," Vo
l.36,pp.3064-3067 (1997)に掲載されているように、Ｌ
ｉＮｂＯ3 またはＬｉＴａＯ 3 のＬｉ原子をＨで置換す
るプロトン交換法が知られている。プロトン交換法にお
いても、リン酸や安息香酸など、この発明に係るエッチ
ング処理において用いられる酸性溶液と同等のものが用
いられるが、プロトン交換は、圧電基板表面に高屈折率
層を形成し、バルク波の放射を抑制する目的で行なわれ
るものである。上記文献では、バルク波抑制の効果によ
って、弾性表面波フィルタの挿入損失を低減できること
が報告されている。
【００４９】これに対して、この発明に係るエッチング
処理の目的は、リン酸などの溶液処理によって、エピタ
キシャル成長の「鍵」となる基板表面のＺ面テラスを露
出させて、エピタキシャル成長を実現し、優れた耐電力
性を得る点にある。したがって、この発明に係るエッチ
ング処理は、プロトン交換とは、同様の溶液を用いるも
のの、期待する効果が全く異なっており、本質的に異な
っていると言える。
処理の目的は、リン酸などの溶液処理によって、エピタ
キシャル成長の「鍵」となる基板表面のＺ面テラスを露
出させて、エピタキシャル成長を実現し、優れた耐電力
性を得る点にある。したがって、この発明に係るエッチ
ング処理は、プロトン交換とは、同様の溶液を用いるも
のの、期待する効果が全く異なっており、本質的に異な
っていると言える。
【００５０】
【実験例】この発明の実施例に係る弾性表面波フィルタ
を作製するため、まず、６４°Ｙ−ＸカットのＬｉＮｂ
Ｏ3 圧電性基板を、リン酸溶液に浸漬し、基板表面に存
在する厚さ数ｎｍの加工変質層を取り除くとともに、基
板表面のＹ面を選択的にエッチングする前処理を行なっ
た。
を作製するため、まず、６４°Ｙ−ＸカットのＬｉＮｂ
Ｏ3 圧電性基板を、リン酸溶液に浸漬し、基板表面に存
在する厚さ数ｎｍの加工変質層を取り除くとともに、基
板表面のＹ面を選択的にエッチングする前処理を行なっ
た。
【００５１】次に、電子ビーム蒸着法により、Ｔｉから
なる下地電極層を、基板温度５０℃において、５ｎｍの
厚さとなるように形成し、続いて、ＡｌからなるＡｌ電
極層を、２００ｎｍの厚さとなるように形成した。この
ようにして、Ａｌ電極層を、その結晶の（１１１）面が
圧電基板におけるＬｉＮｂＯ3 のＺ軸に垂直となるよう
に、エピタキシャル成長させることができた。
なる下地電極層を、基板温度５０℃において、５ｎｍの
厚さとなるように形成し、続いて、ＡｌからなるＡｌ電
極層を、２００ｎｍの厚さとなるように形成した。この
ようにして、Ａｌ電極層を、その結晶の（１１１）面が
圧電基板におけるＬｉＮｂＯ3 のＺ軸に垂直となるよう
に、エピタキシャル成長させることができた。
【００５２】次いで、上述の下地電極層およびＡｌ電極
層からなる電極をフォトリソグラフィ技術およびドライ
エッチング技術を用いて、インタディジタル形状に加工
し、実施例に係る弾性表面波フィルタを得た。
層からなる電極をフォトリソグラフィ技術およびドライ
エッチング技術を用いて、インタディジタル形状に加工
し、実施例に係る弾性表面波フィルタを得た。
【００５３】上述の実施例による電極に備えるＡｌ電極
層のＸＲＤ極点図が図４に示されている。図４にある６
箇所の点は、Ａｌの（００２）面からの反射信号の検出
を示している。信号の検出点が６回対称を示すことか
ら、Ａｌの結晶が、Ａｌの（１１１）軸を中心に１８０
°回転したような２種の結晶方位をもつ双晶構造である
ことがわかる。
層のＸＲＤ極点図が図４に示されている。図４にある６
箇所の点は、Ａｌの（００２）面からの反射信号の検出
を示している。信号の検出点が６回対称を示すことか
ら、Ａｌの結晶が、Ａｌの（１１１）軸を中心に１８０
°回転したような２種の結晶方位をもつ双晶構造である
ことがわかる。
【００５４】比較例として、リン酸による処理を行なわ
ず、ＴｉおよびＡｌの成膜を、基板温度２００℃におい
て行なったところ、エピタキシャル膜は得られず、Ａｌ
の（１１１）面が基板に垂直に成長する１軸配向膜とな
った。この比較例のＸＲＤ極点図を図５に示す。
ず、ＴｉおよびＡｌの成膜を、基板温度２００℃におい
て行なったところ、エピタキシャル膜は得られず、Ａｌ
の（１１１）面が基板に垂直に成長する１軸配向膜とな
った。この比較例のＸＲＤ極点図を図５に示す。
【００５５】耐電力性の比較を行なったところ、実施例
に係る弾性表面波フィルタは、比較例に係る弾性表面波
フィルタと比較すると、一定電力を加えたときの故障発
生に至る時間が１０００倍以上と長くなった。
に係る弾性表面波フィルタは、比較例に係る弾性表面波
フィルタと比較すると、一定電力を加えたときの故障発
生に至る時間が１０００倍以上と長くなった。
【００５６】
【発明の効果】以上のように、この発明に係る弾性表面
波素子の製造方法によれば、少なくとも一方主面が圧電
性材料をもって構成された圧電基板を用意し、圧電性材
料の特定の結晶面を選択的にエッチングするように、結
晶面によってエッチング速度が異なるエッチング方法を
用いて、圧電基板の圧電性材料をもって構成された少な
くとも一方主面をエッチング処理した後で、圧電基板の
エッチング処理された主面上に、Ａｌを主成分とするＡ
ｌ電極層を含む電極を形成するようにしているので、圧
電基板上に形成される電極に備えるＡｌ電極層を、エピ
タキシャル成長した配向膜であって、双晶構造を有する
多結晶膜とすることができる。
波素子の製造方法によれば、少なくとも一方主面が圧電
性材料をもって構成された圧電基板を用意し、圧電性材
料の特定の結晶面を選択的にエッチングするように、結
晶面によってエッチング速度が異なるエッチング方法を
用いて、圧電基板の圧電性材料をもって構成された少な
くとも一方主面をエッチング処理した後で、圧電基板の
エッチング処理された主面上に、Ａｌを主成分とするＡ
ｌ電極層を含む電極を形成するようにしているので、圧
電基板上に形成される電極に備えるＡｌ電極層を、エピ
タキシャル成長した配向膜であって、双晶構造を有する
多結晶膜とすることができる。
【００５７】したがって、電極のストレスマイグレーシ
ョンによるヒロックやボイドの発生が抑えられ、弾性表
面波素子の耐電力性を飛躍的に改善することができる。
ョンによるヒロックやボイドの発生が抑えられ、弾性表
面波素子の耐電力性を飛躍的に改善することができる。
【００５８】Ａｌ電極層と圧電基板との間に、たとえば
ＴｉおよびＣｒの少なくとも一方を主成分とする下地電
極層が設けられていると、Ａｌ電極層におけるＡｌの結
晶性をより向上させることができる。
ＴｉおよびＣｒの少なくとも一方を主成分とする下地電
極層が設けられていると、Ａｌ電極層におけるＡｌの結
晶性をより向上させることができる。
【図１】この発明の一実施形態による製造方法によって
得られた弾性表面波素子１の一部を示す断面図である。
得られた弾性表面波素子１の一部を示す断面図である。
【図２】図１に示した圧電基板２の表面を図解的に示す
断面図であり、エッチング処理した後に露出されるＺ面
６を示している。
断面図であり、エッチング処理した後に露出されるＺ面
６を示している。
【図３】図２に示したＺ面６の平面図であり、（ａ）
は、その上に配列される酸素原子７を図解的に示し、
（ｂ）は、さらにその上に配列されるＴｉ原子８および
さらにその上に配列されるＡｌ原子９を図解的に示して
いる。
は、その上に配列される酸素原子７を図解的に示し、
（ｂ）は、さらにその上に配列されるＴｉ原子８および
さらにその上に配列されるＡｌ原子９を図解的に示して
いる。
【図４】この発明の特定の実施例に係るＡｌ電極層のＸ
ＲＤ極点図である。
ＲＤ極点図である。
【図５】比較例に係るＡｌ電極層のＸＲＤ極点図であ
る。
る。
１ 弾性表面波素子
２ 圧電基板
３ 電極
４ Ａｌ電極層
５ 下地電極層
６ 圧電基板のＺ面
８ Ｔｉ原子
９ Ａｌ原子
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０３Ｈ 9/145 Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｃ
9/25 41/18 １０１Ａ
(72)発明者 井上 和裕
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） 5F043 AA37 BB25 GG10
5J097 AA26 GG03 GG04 HA02 HA03
KK09
Claims (9)
- 【請求項１】 少なくとも一方主面が圧電性材料をもっ
て構成された圧電基板を用意する工程と、 前記圧電性材料の表面の特定の結晶面を選択的にエッチ
ングするように、結晶面によってエッチング速度が異な
るエッチング方法を用いて、前記圧電基板の前記圧電性
材料をもって構成された少なくとも一方主面をエッチン
グ処理する工程と、 前記圧電基板のエッチング処理された主面上に、Ａｌを
主成分とするＡｌ電極層を含む電極を形成する工程とを
備える、弾性表面波素子の製造方法。 - 【請求項２】 前記圧電基板は、ＬｉＮｂＯ3 またはＬ
ｉＴａＯ3 の単結晶からなる、請求項１に記載の弾性表
面波素子の製造方法。 - 【請求項３】 前記エッチング方法として、ウエットエ
ッチングが用いられ、前記ウエットエッチングでのエッ
チャントとして、リン酸、ピロリン酸、安息香酸、オク
タン酸、塩酸、硝酸、硫酸、フッ酸、緩衝フッ酸（ＢＨ
Ｆ）および硫酸水素カリウムから選ばれた少なくとも１
種が用いられる、請求項１または２に記載の弾性表面波
素子の製造方法。 - 【請求項４】 前記電極を形成する工程は、前記Ａｌ電
極層と前記圧電基板との間に、前記Ａｌ電極層の結晶性
を向上させるための下地電極層を形成する工程を含む、
請求項１ないし３のいずれかに記載の弾性表面波素子の
製造方法。 - 【請求項５】 前記下地電極層は、ＴｉおよびＣｒの少
なくとも一方を含む、請求項４に記載の弾性表面波素子
の製造方法。 - 【請求項６】 前記圧電基板は、Ｙ−ＸカットのＬｉＮ
ｂＯ3 またはＬｉＴａＯ3 の単結晶からなり、前記エッ
チング処理する工程は、前記圧電基板の表面のＹ面を選
択的にエッチングし、それによって、前記圧電基板の表
面のＺ面テラスを露出させる工程を含む、請求項２ない
し５のいずれかに記載の弾性表面波素子の製造方法。 - 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかに記載の製
造方法によって得られた、前記圧電基板と前記圧電基板
上に形成された前記Ａｌ電極層を含む前記電極とを備え
る、弾性表面波素子。 - 【請求項８】 前記Ａｌ電極層は、エピタキシャル成長
した配向膜であり、かつ双晶構造を有する多結晶膜であ
る、請求項７に記載の弾性表面波素子。 - 【請求項９】 請求項６に記載の製造方法によって得ら
れた、前記圧電基板と前記圧電基板上に形成された前記
Ａｌ電極層を含む前記電極とを備える、弾性表面波素子
であって、 前記Ａｌ電極層を構成する結晶が、その（１１１）面の
法線方向と前記圧電基板を構成する結晶のＺ軸とが概ね
一致するように、一定方向に配向する結晶方位を有して
いる、弾性表面波素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001257603A JP2003069357A (ja) | 2001-08-28 | 2001-08-28 | 弾性表面波素子の製造方法および弾性表面波素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001257603A JP2003069357A (ja) | 2001-08-28 | 2001-08-28 | 弾性表面波素子の製造方法および弾性表面波素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003069357A true JP2003069357A (ja) | 2003-03-07 |
Family
ID=19085238
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001257603A Pending JP2003069357A (ja) | 2001-08-28 | 2001-08-28 | 弾性表面波素子の製造方法および弾性表面波素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003069357A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1467483A2 (en) * | 2003-04-11 | 2004-10-13 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method for manufacturing a surface acoustic wave device |
| CN109150128A (zh) * | 2017-06-27 | 2019-01-04 | 日本电波工业株式会社 | 声表面波元件及其制造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999016168A1 (fr) * | 1997-09-22 | 1999-04-01 | Tdk Corporation | Appareil a ondes acoustiques de surface et procede de fabrication de cet appareil |
| WO2000024123A1 (fr) * | 1998-10-16 | 2000-04-27 | Seiko Epson Corporation | Dispositif a ondes acoustiques de surface |
-
2001
- 2001-08-28 JP JP2001257603A patent/JP2003069357A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP1467483A2 (en) * | 2003-04-11 | 2004-10-13 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method for manufacturing a surface acoustic wave device |
| EP1467483A3 (en) * | 2003-04-11 | 2005-03-16 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method for manufacturing a surface acoustic wave device |
| KR100560073B1 (ko) | 2003-04-11 | 2006-03-13 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | 탄성 표면파 소자의 제조 방법 |
| US7213322B2 (en) | 2003-04-11 | 2007-05-08 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method for manufacturing surface acoustic wave device |
| CN109150128A (zh) * | 2017-06-27 | 2019-01-04 | 日本电波工业株式会社 | 声表面波元件及其制造方法 |
| CN109150128B (zh) * | 2017-06-27 | 2023-08-18 | Ndk声表滤波器股份有限公司 | 声表面波元件及其制造方法 |
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