JP2007028297A

JP2007028297A - Ｓａｗデバイスの製造方法

Info

Publication number: JP2007028297A
Application number: JP2005208715A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Ishikawa; 賀津雄石川; Takuya Owaki; 卓弥大脇
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-07-19
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2007-02-01

Abstract

【課題】損失劣化などの影響を生じない高品質な酸化膜を形成することができるＳＡＷデバイスの製造方法を提供すること。
【解決手段】圧電基板３２上にＩＤＴ電極３３を形成した後で、前記圧電基板の主としてＩＤＴ電極上に二酸化珪素による保護膜を形成するようにしたＳＡＷデバイスの製造方法であって、チャンバー内に、不活性ガスを導入するとともに、該チャンバー内に酸素を同時に導入しながらスパッタリングにより前記二酸化珪素膜を成膜することにより形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＳＡＷデバイスの製造方法の改良に関するものである。

近年、携帯電話やテレビ受像機等の電子部品や通信部品において、共振子や帯域フィルタ等として弾性表面波装置（以下、「ＳＡＷ（ＳｕｒｆａｃｅＡｃｏｕｓｔｉｃＷａｖｅ）デバイスという」）が使用されている。
このＳＡＷデバイスは、例えば図１０に示すように構成されている（特許文献１参照）。

図１０において、ＳＡＷデバイス１は、例えば、複数のセラミック基板（例えば、グリーンシート）を積層して形成した収容容器であるパッケージ２の内側に設けられる空間Ｓ１内にＳＡＷチップ７を収容固定し、ロウ材３を利用して図示しない蓋体により気密封止することにより製造される。

このようなＳＡＷデバイス１のＳＡＷチップ７は、圧電基板５の上に、少なくとも一対のすだれ状電極もしくは櫛型電極（ＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ））６を形成したものである。そして、該ＳＡＷチップ７をパッケージ２の内側底面４に固定するとともに、ＳＡＷチップ７のＩＤＴ６の端子を図示しないパッケージ２の内部の電極端子とワイヤボンディングなどにより接続する。これにより、パッケージ２の外部から、該パッケージ２の実装端子（図示せず）を介して、ＳＡＷチップ７に駆動電流が供給できるようにされる。

さらに、ＳＡＷデバイス１では、少なくともそのＩＤＴ６の表面に二酸化珪素の保護膜（絶縁膜）８を形成するようにしている。これにより、例えば異物対策、耐湿性などの環境性能が向上したＳＡＷデバイス１を得ることができるものである。

特開２００４−２３２０１

しかしながら、図１０のようなＳＡＷデバイス１において、上述した二酸化珪素膜８をスパッタリングにて成膜する工程に際しては、以下のような問題がある。
すなわち、成膜工程において、なんらかの理由によりＳｉリッチとなってしまい、二酸化珪素膜８の品質が悪くなり、製品の品質にも影響ができる。
つまりこの場合、ＳＡＷデバイスの共振子ではＱ値が劣化し、ＳＡＷフィルタでは挿入損失が劣化するという問題がある。

この発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、挿入損失劣化などの影響を生じない高品質な酸化膜を形成することができるＳＡＷデバイスの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的は、第１の発明によれば、圧電基板上にＩＤＴ電極を形成した後で、前記圧電基板の主としてＩＤＴ電極上に二酸化珪素による保護膜を形成するようにしたＳＡＷデバイスの製造方法であって、チャンバー内に、不活性ガスを導入するとともに、該チャンバー内に酸素を同時に導入しながらスパッタリングにより前記二酸化珪素膜を成膜することにより形成するＳＡＷデバイスの製造方法により、達成される。

第１の発明の構成によれば、チャンバー内でのスパッタリングに際して、不活性ガスのイオン化されたガス分子が、ターゲットに当たり、ターゲットを構成する分子が反跳する反応において、Ｓｉリッチになる状態であっても、酸素が導入されることにより、その酸素分子がＳｉと適切に結合するので、二酸化珪素膜が適切に形成される。
その結果、ＳＡＷデバイスにおいてはＱ値や損失の劣化が防止され、品質が良好に維持される。

第２の発明は、第１の発明の構成において、前記酸素を０．３ｓｃｃｍないし５ｓｃｃｍ導入することを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、前記酸素流量を０．３ｓｃｃｍ以上とすることで、比較的十分なＱ値が得られる。また、前記酸素流量が５ｓｃｃｍを超えると、相当程度スパッタリングレートが低下する。

第３の発明は、第１または第２の発明の構成において、前記二酸化珪素膜が４００オングストローム以下の膜厚に形成されることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、前記二酸化珪素膜が４００オングストロームを超えると、挿入損失の劣化が急激に生じる。

第４の発明は、第３の発明の構成において、前記二酸化珪素膜が５００オングストローム以下の膜厚に形成されることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、前記二酸化珪素膜が５００オングストロームを超えると、挿入損失の劣化が無視できないレベルとなる。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明のＳＡＷデバイスの第１の実施形態を示す概略分解斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線概略断面図である。
これらの図において、ＳＡＷデバイス３０は、ＳＡＷチップ（弾性表面波チップ）３１と、このＳＡＷチップ３１を収容する収容容器としての例えばパッケージ４１を有している。
ＳＡＷチップ３１は、図１に示されているように、圧電基板３２と、すだれ状電極であるＩＤＴ（櫛形電極）３３及び反射器３４，３４を備えている。
圧電基板３２は、圧電材料として、例えば、水晶，リチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ₃），リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ₃）等の単結晶基板やＳｉ基板へＺｎＯ成膜した基板等の多層膜基板等を使用することができる。この実施形態では、例えば、水晶基板を用いている。

ＩＤＴ３３及び反射器３４は、圧電基板３２の一面である能動面に、アルミニウムやチタン等の導体金属を蒸着あるいはスパッタリング等により薄膜状に形成した上で、後述するように、例えば、フォトリソグラフィの手法を用いて、すだれ状となるように形成されている。
具体的には、ＩＤＴ３３は、それぞれ複数の電極指が所定のピッチで並設されて長手方向の各基端部が短絡するように形成された一対の櫛歯状の電極の各櫛歯の先端側が対向され、所定距離隔てて該櫛歯部分が互い違いに入り込むように形成され、図示するように対となる構成とされている。

ＩＤＴ３３には、圧電基板３２の例えば側縁部に形成された端子部３６，３６が設けられている。この端子部３６，３６は、パッケージ４１側に形成された電極部４２，４２に対して、例えばワイヤボンディングにより接続されている。この電極部４２，４２は、図示省略しているが、パッケージ４１内部を通って、該パッケージ４１の底面などに形成した実装端子と接続されている。ＳＡＷデバイス３０は、この実装端子を介して電気信号と弾性表面波（ＳＡＷ）との間の変換を行う機能を有する。

ＩＤＴ３３の両側には、反射器３４，３４が設けられている。反射器３４は、複数の導体ストリップが、ＩＤＴ３３と同じように、所定のピッチで並設されて長手方向の各両端部が短絡されるように形成されている。
そして、例えば、同一構成の２つの反射器３４，３４は、その導体ストリップがＩＤＴ３３の電極指と平行になるように、かつＩＤＴ３３を、弾性表面波の伝搬方向、すなわち図１の矢印Ｔ方向で示す方向であるＩＤＴ３３の電極指の長手方向に対して、直交する方向に所定距離隔てて挟み込むように形成されている。この反射器３４，３４は、ＩＤＴ３３から伝搬してくる弾性表面波を反射して、弾性表面波のエネルギーを内部に閉じこめる機能を有する。

このようなＩＤＴ３３と反射器３４，３４は電極パターンにより一体に形成されており、その表面には、二酸化珪素による保護膜３７により被覆されている。図３には、図２のＢの部分が拡大されており、保護膜３７の被覆の状態が大きく示されている。
また、図２に示すように、パッケージ４１は、内部に不活性ガスなどを充填してロウ材４３を介して蓋体４５により気密に封止されている。

このような構成において、電気信号が、上記外部端子を介してＩＤＴ３３に入力されると、圧電効果により弾性表面波に変換される。この弾性表面波は、矢印Ｔ方向、すなわち、ＩＤＴ３３の電極指の長手方向に対して直交方向に伝搬され、ＩＤＴ３３の両側から反射器３４，３４に放射される。このとき、圧電基板３２の材質、電極の厚みや電極の幅等で決定される伝搬速度とＩＤＴ３３の電極指の電極周期ｄ0 に等しい波長を持つ弾性表面波が、最も強く励振される。この弾性表面波は、反射器３４，３４により多段反射されてＩＤＴ３３に戻され、共振周波数付近の周波数（動作周波数）の電気信号に変換されてＩＤＴ３３から実装端子（外部電極）を介して出力される。

図４は、ＳＡＷデバイス３０の製造方法の一例を示すフローチャートであり、図５および図６は図４のフローチャートに沿った工程を説明する主要な工程図である。
図４において、まず、図１で説明した圧電基板３２を形成するための圧電ウエハ１０を用意する（ＳＴ１１）。図５（ａ）に圧電ウエハ１０としての水晶ウエハを示す。
次に、図５（ｂ）に示すように、水晶ウエハ１０の一面に電極膜１１を蒸着もしくはスパッタリングにより形成する（ＳＴ１２）。電極膜１１は、例えばアルミニウムを成膜することにより形成することができる。

次いで、図５（ｃ）に示すように、マスク１２を用意し、図５（ｄ）に示すように、図１および図２で説明したＩＤＴ３３、反射器３４，３４を形成する領域に対応したレジストパターンを形成し、露光・現像する。これによって、フォトリソグラフィの手法を用いて、マスキングされていない箇所をエッチングプロセスにより除去し、ＩＤＴ３３、反射器３４，３４となるアルミパターン（電極パターン）を形成する（ＳＴ１３）。

続いて、保護膜としての二酸化珪素膜を形成する工程を行う（ＳＴ１４）。
図６は、この二酸化珪素膜としての図１および図２で説明した保護膜３７の成膜の様子を示す概略図である。
図６（ｅ）に示すチャンバー１５を利用したスパッタリング装置には、例えば、イオンビームスパッタリング装置や、マグネトロンスパッタリング装置などがあり、種々の形態のものが使用できるが、ＲＦスパッタ、マグネトロンスパッタなどが適している。
本実施形態では、例えば、ＲＦスパッタによって、スパッタリングを行っている。
チャンバー１５内には、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）のターゲット１６が配置されている。

チャンバー１５内は矢印Ｃに示すように、真空ポンプなどを用いて所定の真空度にされる。ターゲット１６として二酸化珪素が配置され、ターゲット１６とチャンバー１５との間には３．５ｋｗ（キロワット）程度の電界を形成する。
チャンバー１５内には、不活性ガスである例えばアルゴン（Ａｒ）ガスが導入され、イオン化されるこの場合、例えばアルゴン導入量は、２０（ｓｃｃｍ）程度である。さらに、チャンバー１５内には同時に酸素（Ｏ_２）が導入される。

酸素を導入する理由は、成膜の過程でＳｉリッチとなり、成膜状態に悪影響が出て、膜質が悪くなることを防止するためである。
ここで、気体導入量としての上記［ｓｃｃｍ」の「ｃｃｍ」は、「ｃｃ（ｃｍ^３）／ｍｉｎ」であり、１分間の流量を「ｃｃ」単位で表すものである。また、「ｓｃｃｍ」は、ｓｔａｎｄａｒｄｃｃ／ｍｉｎ、１ａｔｍ（大気圧としての１０１３ｈＰａ）、０度（摂氏）あるいは一定温度で規格化された「ｃｃｍ」である。

次いで、保護膜としての二酸化珪素膜３７を成膜後、これを図１の端子部３６，３６の領域などから除去する必要があるために、フォトリソグラフィにより除去し（ＳＴ１５）、図６（ｆ）に示すように保護膜が形成された圧電基板を個々のＳＡＷチップのサイズに切断（ＳＴ１６）する。
続いて、図６（ｇ）に示されているようにパッケージ４１の底面に対して接着剤などを用いて固定し、図１に示すように、ワイヤボンディングなどにより必要な電気的接続を行う（ＳＴ１７）。最後に図２で説明した蓋体４５を接合してパッケージ４１を気密に封止することにより、ＳＡＷデバイス３０が完成する（図６（ｈ）参照）。

かくして、上述の実施形態では、チャンバー１５内でのスパッタリングに際して、アルゴンガスのイオン化されたガス分子が、ターゲット１６に当たり、ターゲットを構成する分子が反跳する反応において、Ｓｉリッチになる状態であっても、酸素が導入されることにより、その酸素分子がＳｉと適切に結合するので、二酸化珪素膜が適切に形成される。
その結果、ＳＡＷデバイス３０においてはＱ値や挿入損失の劣化が防止され、品質が良好に維持される。

ここで、図７は、スパッタリング中の酸素流量と、製品のＱ値の関係を示すグラフであり、図８はスパッタリング中の酸素流量と、スパッタリングレート（成膜スピード）の関係を示すグラフである。
図７より、酸素流量を０．３（ｓｃｃｍ）以上とすることで、１００００程度の比較的十分なＱ値が得られる。また、図８より、酸素流量が５（ｓｃｃｍ）を超えると、相当程度スパッタリングレートが低下する。

さらに、図９は、保護膜としての二酸化珪素の膜厚に対して、製品の挿入損失を比較した表である。図示されているように、二酸化珪素膜が４００オングストロームを超えると、挿入損失の劣化が急激に生じる。また、二酸化珪素膜が、さらに５００オングストロームを超えると、挿入損失の劣化が無視できないレベルとなる。

本発明は上述の実施形態に限定されない。
本発明の対象となるＳＡＷデバイスは、共振子やフィルターなどの名称にかかわらず、ＳＡＷチップを利用したあらゆるＳＡＷデバイスに適用することができる。また、ＳＡＷデバイスに用いるＳＡＷチップは、実施形態で説明したものの他、複数対のＩＤＴを備えているものを含む。また、反射器は形成しないＳＡＷチップも含む。
上述の実施形態の各条件や各構成は適宜その一部を省略し、あるいは言及しない他の構成と組み合わせることが可能である。

本発明の実施形態に係る製造方法により製造されるＳＡＷデバイスの一例を示す概略平面図。図１のＡ−Ａ線概略断面図。図２の一部拡大図。図１のＳＡＷデバイスの製造方法の一例のフローチャート。図１のＳＡＷデバイスの製造工程例を示す図。図１のＳＡＷデバイスの製造工程例を示す図。図１のＳＡＷデバイスの保護膜の成膜工程における酸素流量と製品Ｑ値の関係を示すグラフ。図１のＳＡＷデバイスの保護膜の成膜工程における酸素流量と成膜スピードの関係を示すグラフ。図１のＳＡＷデバイスの保護膜の成膜工程における酸素流量と製品の挿入損失の関係を示すグラフ。従来のＳＡＷデバイスの構成例を示す図。

符号の説明

３０・・・ＳＡＷデバイス、３１・・・ＳＡＷチップ、３３・・・ＩＤＴ、３４・・・反射器、３７・・・保護膜（二酸化珪素膜）、４１・・・パッケージ、４５・・・蓋体

Claims

圧電基板上にＩＤＴ電極を形成した後で、前記圧電基板の主としてＩＤＴ電極上に二酸化珪素による保護膜を形成するようにしたＳＡＷデバイスの製造方法であって、
チャンバー内に、不活性ガスを導入するとともに、該チャンバー内に酸素を同時に導入しながらスパッタリングにより前記二酸化珪素膜を成膜することにより形成することを特徴とするＳＡＷデバイスの製造方法。
前記酸素を０．３ｓｃｃｍないし５ｓｃｃｍ導入することを特徴とする請求項１に記載のＳＡＷデバイスの製造方法。
前記二酸化珪素膜が４００オングストローム以下の膜厚に形成されることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のＳＡＷデバイスの製造方法。
前記二酸化珪素膜が５００オングストローム以下の膜厚に形成されることを特徴とする請求項３に記載のＳＡＷデバイスの製造方法。