JP2005057666A - Ｓａｗチップの製造方法およびその製造方法により製造したｓａｗチップ並びにｓａｗデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 同一のウエハから製造されるＳＡＷチップ間の共振周波数のばらつきを小さくできるようにする。
【解決手段】 ウエハの表面にアルミニウムまたはアルミニウム系合金の金属膜を成膜する（ステップ５２ａ）。その後、金属膜の上にレジスト膜を形成してパターニングする（ステップ５０ｂ）。次に、レジスト膜をマスクにして金属膜をエッチングしてＩＤＴ電極を形成し（ステップ５０ｃ）、ウエハに多数のＳＡＷ素子を形成する。次に、ＩＤＴ電極による共振周波数を測定して目標共振周波数との偏差を求め（ステップ５２）、この偏差を零にできる陽極酸化膜の膜厚を求める（ステップ５４）。さらに、ＩＤＴ電極を陽極酸化してＩＤＴ電極の表面に所定膜厚の陽極酸化膜を形成して共振周波数の調整を行なう（ステップ５６）。その後、ウエハをダイシングしてＳＡＷ素子をＳＡＷチップにする（ステップ５８）。
【選択図】 図１

Description

本発明は、弾性表面波（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ：ＳＡＷ）を利用したＳＡＷチップの製造方法に係り、特にＳＡＷ素子の周波数調整に好適なＳＡＷチップの製造方法、およびその製造方法により製造したＳＡＷチップ並びにＳＡＷデバイスに関する。

通信機器、コンピュータ、時計等の様々な電子機器において、共振子、フィルタなどの電子部品としてＳＡＷチップを用いたＳＡＷデバイスが使用されている。ＳＡＷチップは、水晶やタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）などの圧電材料から形成されている。特に、近年は、電子機器の高性能化に伴って高精度なＳＡＷデバイスが要求され、温度特性に優れ、エッチングや機械加工等の形状加工を容易に行なうことができる水晶が、ＳＡＷチップを形成する圧電材料として使用されている。

ＳＡＷチップは、周知のように水晶などの圧電基板の表面に金属からなる櫛型のＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極を有している。このＩＤＴ電極は、圧電基板の表面にスパッタリングやＣＶＤによってアルミニウムなどの金属薄膜を形成したのち、金属薄膜をフォトエッチングして形成する。また、ＳＡＷチップのＩＤＴ電極を構成している電極指のピッチと共振周波数との間に一定の関係があるが、電極の厚み、幅が変化すると、共振周波数も変化する。そして、圧電材料のウエハに形成したＳＡＷ素子は、形成した金属薄膜の膜厚のばらつき、ＩＤＴ電極の形成誤差などにより、共振周波数が目標とする共振周波数からずれるのが一般的である。このため、ＳＡＷチップを製造する場合、各ＳＡＷチップの共振周波数を調整する必要がある。そこで、従来は、特許文献１に記載されているように、圧電材料のウエハに形成したＳＡＷ素子のＩＤＴ電極をエッチングし、共振周波数の調整を行なっていた。

すなわち、特許文献１に記載の共振周波数の調整方法は、圧電基板（ウエハ）に目標膜厚よりも厚く金属膜を成膜し、これをエッチングして圧電基板に複数のＳＡＷ素子のＩＤＴ電極を形成する。その後、ＳＡＷ素子の共振周波数を測定し、測定共振周波数と目標とする目標共振周波数との差から電極のエッチング厚みを求め、ＩＤＴ電極をエッチングして求めた厚み分薄くし、ＳＡＷ素子の共振周波数を高くして目標共振周波数となるように調整する。
特開平１０−１３１７８号公報

ところが、特許文献１に記載のように、ＩＤＴ電極をエッチングして共振周波数を調整する場合、エッチング量にばらつきを生じ、ＳＡＷ素子の共振周波数を目標共振周波数に調整することが容易でない。すなわち、アルミニウムからなる電極を塩素（Ｃｌ_２）などのガスを用いてエッチングする場合、図９に示したように、エッチング処理の開始当初は、電極の表面が酸化されて酸化物が形成され、その後、エッチングされるようになる。この酸化物の形成は、電極の表面状態によって異なり、図９の曲線Ａ、Ｂ、Ｃに示したように、電極の表面状態によってエッチングの開始時点が異なってくる。このため、エッチング処理の開始から経過した時間が同じであったとしても、エッチング量がばらつき、周波数調整後の共振周波数のばらつきが大きくなってしまう。

本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、同一のウエハから製造されるＳＡＷチップ間の共振周波数のばらつきを小さくできるようにすることを目的としている。
また、本発明は、電極間の短絡を防止できるようにすることを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明に係るＳＡＷチップの製造方法は、圧電基板の表面にアルミニウムまたはアルミニウム系合金からなるＩＤＴ電極を形成する電極形成工程と、前記ＩＤＴ電極による共振周波数を測定し、測定共振周波数と目標共振周波数との偏差を求める偏差演算工程と、前記ＩＤＴ電極の表面を陽極酸化し、求めた前記偏差に応じた厚みの酸化膜を形成する周波数調整工程と、を有することを特徴としている。

アルミニウムまたはアルミニウム系合金からなるＩＤＴ電極は、表面を陽極酸化すると、酸素が取り込まれて電極が重くなるとともに、電極の厚みと幅とが大きくなる。このため、ＳＡＷチップのＩＤＴ電極をアルミニウムまたはアルミニウム系合金によって形成し、ＩＤＴ電極の表面を陽極酸化すると、ＳＡＷチップの共振周波数が低下する。しかも、陽極酸化によって形成される酸化膜（陽極酸化膜）の膜厚は、陽極酸化するときの電圧に依存し、酸化膜の膜厚を高い精度で制御することができる。

そこで、ＩＤＴ電極を形成する場合、予め陽極酸化膜の膜厚、すなわち陽極酸化処理をする電圧と共振周波数の変動量（シフト量）との関係を求めておき、ＳＡＷチップの共振周波数が目標共振周波数より高くなるようにＩＤＴ電極を形成する。その後、形成したＩＤＴ電極による共振周波数を測定して測定共振周波数と目標共振周波数との偏差を求め、この偏差に応じた厚みの陽極酸化膜をＩＤＴ電極の表面に形成し、ＳＡＷチップの共振周波数を低下させる。これにより、ＳＡＷチップ間における共振周波数のばらつきを小さくすることができる。しかも、ＩＤＴ電極は、表面が絶縁体である陽極酸化膜によって覆われるため、金属粒子などの異物がＩＤＴ電極に付着したとしても、電極間における短絡を防止することができる。

周波数調整工程は、複数のＳＡＷ素子が形成してあるウエハに対して行なうことができる。共振周波数の調整を行なう場合、ＳＡＷ素子をウエハから分割してＳＡＷチップにする前に行なえば、多数のＳＡＷ素子の周波数調整を１度に行なうことができる。しかも、同一ウエハ内のＳＡＷ素子は、ＩＤＴ電極の膜厚、電極幅が近似しているため、同一の陽極酸化の条件で共振周波数の調整を行なうことにより、高精度な周波数調整が可能で、個々のＳＡＷチップの周波数調整を行なう必要がない。また、高精度のＳＡＷデバイスを形成する場合であっても、ウエハに形成したＳＡＷ素子間における共振周波数のばらつきが小さいため、ＳＡＷデバイスにおける共振周波数の調整を容易に行なえるとともに、歩留まりを向上することができる。

陽極酸化は、ＩＤＴ電極の接続パッド部をマスクして行なうとよい。接続パッド部は、ＳＡＷ素子の特性を測定、検査する際に、測定機器のプローブを接触させる部分であり、酸化膜を除去する工程を省くことができる。

そして、本発明に係るＳＡＷチップは、上記のいずれかのＳＡＷチップの製造方法により製造したことを特徴としている。これにより、上記の作用効果を得ることができる。また、本発明に係るＳＡＷデバイスは、上記のＳＡＷチップを有することを特徴としている。

本発明に係るＳＡＷチップの製造方法およびその製造方法により製造したＳＡＷチップ並びにＳＡＷデバイスの好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。
図３は、本発明の実施の形態に係るＳＡＷチップの一例を示す説明図であって、（１）は平面図であり、（２）は（１）のＡ−Ａ線に沿った一部断面図である。図３（１）に示したように、ＳＡＷチップ１０は、水晶などの圧電基板１２の上面中央部にＩＤＴ電極１４が形成してある。ＩＤＴ電極１４は、一対の櫛型電極１６（１６ａ、１６ｂ）から構成してあって、一方の櫛型電極１６ａの各電極指１８ａ間に、他方の櫛型電極１６ｂの電極指１８ｂが挿入され、すだれ状に形成してある。また、ＳＡＷチップ１０は、ＩＤＴ電極１４の長手方向両側にすだれ状に形成した反射器２０（２０ａ、２０ｂ）を備えている。そして、各櫛型電極１６は、配線パターン２２（２２ａ、２２ｂ）を介して各反射器２０の外側に設けた接続パッド部２４（２４ａ、２４ｂ）に接続してある。

このＳＡＷチップ１０は、例えばＳＡＷ共振子などのＳＡＷデバイスに使用され、櫛型電極１６ａ、１６ｂ間に所定周波数の電圧を印加することにより、ＩＤＴ電極１４の長手方向に弾性表面波が伝播する。各反射器２０は、伝播してくる表面波を反射し、振動エネルギーを閉じ込めて共振させる。そして、ＳＡＷチップ１０の共振周波数は、基本的にＩＤＴ電極１４の電極指１８のピッチによって定まる。しかし、共振周波数は、周知のように、ＩＤＴ電極１４の電極指１８の厚み（高さ）、幅によって変動する。このため、実施形態のＳＡＷチップ１０は、図３（２）に示したように、各電極指１８がアルミニウムまたはアルミニウム−銅（Ａｌ−Ｃｕ）、アルミニウム−ケイ素（Ａｌ−Ｓｉ）などのアルミニウム系合金からなる電極本体２５と、共振周波数を調整するために電極本体２５の表面に形成した所定厚みの陽極酸化膜２６とからなっている。

図１は、上記のＳＡＷチップ１０の製造方法を示すフローチャートであり、図２はその工程図である。ＳＡＷチップ１０の製造は、まず、図１のステップ５０に示した電極形成工程を行ない、圧電基板の表面にＩＤＴ電極１４を形成する。電極形成工程は、ステップ５０ａ〜５０ｃからなっている。すなわち、図１のステップ５０ａと図２（１）とに示したように、圧電基板である水晶などのウエハ３０の表面（上面）全体に電極用の金属膜３２を成膜する。金属膜３２は、実施形態の場合、アルミニウムまたはアルミニウム−銅（Ａｌ−Ｃｕ）、アルミニウム−ケイ素（Ａｌ−Ｓｉ）などのアルミニウム系合金から形成してある。そして、金属膜３２は、後述するように共振周波数の調整を行なうため、ＩＤＴ電極１４を形成したときの共振周波数が目標共振周波数より高くなるような厚みに成膜する。

次に、図１のステップ５０ｂ、図２（２）に示したように、金属膜３２の上にフォトレジストを塗布し、乾燥させてレジスト膜を形成する。そして、フォトリソグラフィ法を用いてレジスト膜を露光、現像、ベーキングして所定の形状３４にパターニングする。その後、塩素ガス（Ｃｌ_２）や塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）などのエッチングガスを用いて、所定形状のレジスト膜３４をマスクにして金属膜３２をエッチングし、金属膜３２をパターニングする（図１ステップ５０ｃ、図２（３）参照）。さらに、金属膜３２の上に残存しているレジスト膜３４を除去する（図２（４）参照）。これにより、ＩＤＴ電極１４の電極本体２５が形成される。また、この電極形成工程においては、反射器２０や配線パターン２２、接続パッド部２４などが同時に形成される。これにより、ウエハ３０に多数のＳＡＷ素子が形成される。

次に、図１のステップ５２に示したように、偏差演算工程を行なう。この偏差演算工程は、ウエハ３０に形成したＳＡＷ素子のＩＤＴ電極１４による共振周波数を測定し、測定した共振周波数と目標共振周波数との偏差を求める。ＳＡＷ素子の共振周波数の測定は、ウエハ３０に形成した多数のＳＡＷ素子から複数位置のＳＡＷ素子を適宜に選択し、選択したＳＡＷ素子の接続パッド部２４に周波数測定器のプローブを接触させて行なう。そして、例えば複数の測定共振周波数の平均値と目標共振周波数との偏差を求めたら、この偏差を零にするための陽極酸化膜の膜厚を演算する（図１ステップ５４）。

陽極酸化膜の膜厚は、陽極酸化の条件によって定まっており、例えばリン酸アンモニウム系電解液を用い、ある一定の電圧でアルミニウムなどの金属に対して陽極酸化処理を行なった場合、図４に示したように、膜厚が処理時間とともに増加し、最終的に陽極酸化電圧で定まる一定の限界膜厚になる。この陽極酸化膜の限界膜厚は、陽極酸化電圧との間に一定の関係があり、アルミニウムの場合、陽極酸化電圧をＶとすると、約１４オングストローム／Ｖである。したがって、図５に示したように、陽極酸化電圧を高くするにしたがって、形成される陽極酸化膜の膜厚が厚くなる。

一方、ＳＡＷ素子においては、共振周波数がＩＤＴ電極の電極指のピッチによって定まるため、高周波になるほど電極指の幅が狭くなる。このため、共振周波数の異なるＳＡＷ素子のＩＤＴ電極に同じ膜厚の陽極酸化膜を形成した場合であっても、共振周波数によって周波数の変動量（シフト量）が変化する。図６は、その一例を示したものである。この図６は、横軸が陽極酸化膜の膜厚をオングストロームによって示しており、縦軸がＭＨｚを単位とした共振周波数のシフト量を示している。また、図６において実線は共振周波数が２００ＭＨｚのＳＡＷ素子の場合であり、破線が共振周波数３００ＭＨｚ、一点鎖線が共振周波数４００ＭＨｚのＳＡＷ素子の場合を示している。図６から明らかなように、陽極酸化膜の膜厚を大きくすると、共振周波数のシフト量が大きくなる。また、共振周波数が高いほど周波数のシフト量が大きくなることがわかる。

そこで、実施形態においては、予めＳＡＷ素子の共振周波数に対する陽極酸化膜の膜厚と周波数シフト量との関係を実験などによって求めておく。そして、図１のステップ５２において求めた測定共振周波数と目標共振周波数との偏差に基づいて、共振周波数を考慮して偏差を零にするための陽極酸化膜の膜厚を演算する（ステップ５４）。さらに、この膜厚を得るための陽極酸化電圧を求め、図１のステップ５６に示したように、リン酸アンモニウムなどの電解液により、ＩＤＴ電極１４を陽極酸化して周波数調整工程を行なう。これにより、ＩＤＴ電極１４は、図２（５）に示したように、表面が所定の膜厚を有する陽極酸化膜２６によって覆われる。

このようにして陽極酸化により周波数の調整を行なうと、図７に示したように、従来のＩＤＴ電極１４をエッチングして周波数の調整を行なう場合と比較して、各ＳＡＷ素子間における共振周波数のばらつきを小さくすることができる。この図７は、同一のウエハ内に形成した多数のＳＡＷ素子間における、周波数調整後の共振周波数のばらつき状態を示したもので、（１）がウエハ全体を陽極酸化した実施形態の結果を示し、（２）がウエハ全体をエッチングした従来の結果を示している。図７に示されているように、実施形態の陽極酸化による周波数調整は、共振周波数のばらつきを従来のエッチングによる周波数調整に比較して１／３程度にすることができる。これは、陽極酸化膜の膜厚は、陽極酸化電圧に依存し、所望の厚さの陽極酸化膜を容易に形成できることによる。しかも、ＩＤＴ電極１４の表面が絶縁体である陽極酸化膜２６によって覆われているため、ＩＤＴ電極１４の表面に金属粒子などの異物が付着したとしても、電極指１８ａ、１８ｂ間における短絡を防止することができる。

なお、ＩＤＴ電極１４を陽極酸化する場合、図３に示した接続パッド部２４の部分をフォトレジストによって覆い、接続パッド部２４が陽極酸化されないようにする。これにより、ＳＡＷ素子の特性検査をするときに、測定器のプローブを接触させる接続パッド部２４の陽極酸化膜を除去する工程を省くことができる。

上記のようにしてＳＡＷ素子が形成されたウエハ３０は、図１のステップ５８に示したように、ダイシングされて各ＳＡＷ素子が図３に示したＳＡＷチップ１０にされる。そして、このようにして得た各ＳＡＷチップ１０は、上記したように共振周波数が目標共振周波数の近傍となっているため、個々に周波数調整をする必要がなく、歩留まりを大幅に向上することができる。

上記のようにして製造したＳＡＷチップ１０は、図８（１）に示したベース６０に収容してＳＡＷデバイスであるＳＡＷ共振子にされる。ベース６０は、例えばセラミックシートを複数積層して形成してあり、ＳＡＷチップ１０を収容するキャビティ６２を有する箱状をなしている。ＳＡＷチップ１０は、同図（２）に示したように、ＩＤＴ電極１４が形成されていない下面が接着剤６４によってベース６０の底面に接合される。その後、ＳＡＷチップ１０は、同図（３）に示したように、接続パッド部２４がアルミニウムや金からなるワイヤ６６を介して、ベース６０に設けた電極パターンに電気的に接続される。さらに、ＳＡＷチップ１０を収容したベース６０は、真空または窒素雰囲気中に搬入され、図８（４）に示したように、上端に例えば金属製の蓋体６８が配置される。この蓋体６８は、ベース６０の上面にシーム溶接などにより接合される。これにより、ＳＡＷチップ１０を収容したベース６０の内部が真空または窒素雰囲気に封止され、ＳＡＷ共振子７０が完成する。なお、図８（３）に示したワイヤボンディングをした段階において、必要に応じてＳＡＷチップ１０にプラズマを照射し、ＩＤＴ電極１４又は、圧電基板３０をプラズマエッチングにして周波数調整をし、より高精度のＳＡＷ共振子とすることができる。

上記のＳＡＷ共振子７０は、携帯電話機や各種測定器、コンピュータ、通信機器などの電子機器に使用することができる。また、前記実施形態においては、共振型について説明したが、トランスバーサル型であってもよいし、共振子でなくフィルタであってもよい。

実施の形態に係るＳＡＷチップの製造方法のフローチャートである。 実施の形態に係るＳＡＷチップの製造工程図の説明図である。 実施の形態に係るＳＡＷチップの説明図である。 陽極酸化の処理時間と陽極酸化膜厚との関係を示す模式図である。 陽極酸化電圧と陽極酸化膜厚との関係を示す図である。 共振周波数に対する陽極酸化膜厚と周波数シフトとの関係を示す図である。 実施形態と従来との周波数調整後における周波数のばらつきの比較図である。 実施の形態に係るＳＡＷ共振子の製造工程の説明図である。 従来のエッチングによる周波数調整のばらつきを説明する図である。

符号の説明

１０………ＳＡＷチップ、１２………圧電基板、１４………ＩＤＴ電極、２０ａ、２０ｂ………反射器、１８ａ、１８ｂ………電極指、２４ａ、２４ｂ………接続パッド部、２５………電極本体、２６………陽極酸化膜、３０………圧電基板（ウエハ）、３２………金属膜、６０………ベース、６８………蓋体、７０………ＳＡＷデバイス（ＳＡＷ共振子）。

Claims (5)

1. 圧電基板の表面にアルミニウムまたはアルミニウム系合金からなるＩＤＴ電極を形成する電極形成工程と、
   前記ＩＤＴ電極による共振周波数を測定し、測定共振周波数と目標共振周波数との偏差を求める偏差演算工程と、
   前記ＩＤＴ電極の表面を陽極酸化し、求めた前記偏差に応じた厚みの酸化膜を形成する周波数調整工程と、
   を有することを特徴とするＳＡＷチップの製造方法。
2. 請求項１に記載のＳＡＷチップの製造方法において、
   前記周波数調整工程は、複数のＳＡＷ素子が形成してあるウエハに対して行なうことを特徴とするＳＡＷチップの製造方法。
3. 請求項１または請求項２に記載のＳＡＷチップの製造方法において、
   前記陽極酸化は、前記ＩＤＴ電極の接続パッド部をマスクして行なうことを特徴とするＳＡＷチップの製造方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のＳＡＷチップの製造方法により製造したことを特徴とするＳＡＷチップ。
5. 請求項４に記載のＳＡＷチップを有することを特徴とするＳＡＷデバイス。

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