JP3420357B2 - 弾性表面波素子の製造方法 - Google Patents
弾性表面波素子の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、四ほう酸リチウム単結
晶基板を用いた弾性表面波装置の製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】弾性表面波共振子は基本波による直接発
振が得られ、且つ高いＱが得られる上、その共振特性を
圧電基板表面に形成する電極設計により決められるとい
う特徴がある。 【０００３】このような性質上、ＶＨＦ〜ＵＨＦ帯の周
波数領域で動作可能な共振子を小型軽量に形成するのに
適しており、この周波数帯を利用するＴＶのＲＦモジュ
レータや各種無線電話、通信機器に応用されている。 【０００４】一方、弾性表面波フィルタも、上記周波数
帯の中間周波フィルタとしてＡＶ機器や通信機器に広く
用いられているのは周知の通りである。 【０００５】上記弾性表面波素子の基板材料としては、
チタン酸鉛（ＰＴ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）、タンタル酸リチウム（ＬＴ）、ニオブ酸リチウム
（ＬＮ）、水晶など種々の圧電性材料が用いられてお
り、これら従来の材料は、例えばＰＴ、ＰＺＴは焼結体
でありコスト的に有利であるが耐熱性が低い、ＬＮは電
気機械結合係数が大きいが温度係数も大きい、水晶は温
度特性は良好であるが電気機械結合係数が小さく挿入損
失が大きいなど一長一短があるが、用途に合わせて使い
分けられてきた。 【０００６】例えば、通信機分野で使用される弾性表面
波フィルタには、厳しい温度特性の仕様に適合させるべ
く、水晶が多用されてきた。 【０００７】しかしながら、移動体通信の分野におい
て、アナログ通信からデジタル通信へ移行する動きにあ
るが、この場合に用いられる弾性表面波フィルタは、温
度係数が小さいことと同時に、比帯域を大きく取る必要
から電気機械結合係数も大きくなければならず、従来の
圧電材料では対応が困難であった。 【０００８】その中で、四ほう酸リチウム（以下、単に
ＬＢＯという）は電気機械結合係数が大きく、結晶方位
を例えば４５゜Ｘカットとし、伝播方向をＺ方向に選択
することによって温度係数を小さくできるというような
特徴があるため、デジタル移動体通信用の周波数２５０
ＭＨｚ程度の中間周波バンドパスフィルタ等への応用が
考えられている。 【０００９】また、ＬＢＯは表面波の反射効率が大きい
という特徴があり、共振子や共振器型フィルタでは反射
の本数を少なくできることから、基板サイズを従来より
も１０〜２０％小型化することができる。 【００１０】以上のように、ＬＢＯは弾性表面波素子の
基板材料として可能性を秘めた材料である反面、その取
扱いが難しいという問題がある。すなわち、ＬＢＯは酸
や水に溶解する性質がある。そのために製造工程におい
ては種々の配慮が必要になる。例えば、電極パターン形
成工程においては、エッチング法は基板表面がエッチン
グ液に侵されるために採用できず、リフトオフ法が用い
られる。 【００１１】また、周波数（共振子では共振周波数、フ
ィルタでは帯域を代表する中心周波数）の調整工程も問
題となる。一般に弾性表面波素子を製造する場合、量産
時の歩留まりを高めるために周波数調整工程が不可欠に
なる。これを弾性表面波共振子を例に取って説明する
と、１組の弾性表面波共振子はすだれ状の励振電極と一
対の反射電極とで構成されているが、所定の周波数特性
を得るには、電極ピッチはほぼ圧電基板の音速を周波数
で割った値で決められる。実際の表面波では電極膜が質
量を持つため、そのままでは伝播速度が所定値より小さ
くなる。従って素子を設計する際はこのことを考慮して
最適な膜厚を選択し、電極パターンを設計するが、実際
には電極パターン幅、電極膜厚み、基板のカット方位な
ど、工程上や材料のばらつきにより周波数が所定値から
分布を持ったものになる。そのために、電極パターン形
成後に周波数調整を行うのである。 【００１２】この周波数調整は電極パターン形成後に電
極膜厚みを操作することで行う方法が知られている。電
極膜をエッチングしてその厚みを薄くすれば伝播速度が
大きくなって周波数が上がるし、また電極膜上に、実際
には素子の表面の全面にスパッタリングによってＳｉＯ
2 膜を形成しても周波数が上がる。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のＳｉＯ
2 膜を被着形成しても周波数が上がるように調整する場
合、ＳｉＯ2 膜の膜厚が増加してもこれによる周波数の
変化量が小さいため、スパッタリングなどによる成膜時
間が長時間化してしまう。 【００１４】また、ＳｉＯ2 は、水分を吸着する性質
（水分吸着性）をもつ材料であるため、上述のように水
でエンチッグされやすいＬＢＯ基板においては、ＬＢＯ
基板とＳｉＯ2 膜との界面がＳｉＯ2 に吸着された水分
により侵されてしまい、例えば周波数が変動してしまう
ことがあった。 【００１５】本発明は上述の問題点に鑑みて案出された
ものであり、その目的はＬＢＯ基板を用いた弾性表面波
素子の周波数の調整が簡単且つ確実に行え、且つその調
整が極めて短時間で行え、さらに周波数の調整後に、周
波数の変動が皆無となる弾性表面波装置の製造方法を提
供することにある。 【００１６】 【課題を解決するための手段】本発明は、各素子領域に
電極パターンを形成した大型四ほう酸リチウム単結晶基
板を切断してなる弾性表面波素子を、基板に接合及び電
気的に接続し、蓋体で気密封止した弾性表面波装置の製
造方法であって、前記大型四ほう酸リチウム単結晶基板
の各素子領域に、所望周波数特性より低い周波数特性と
なるように電極パターンを形成する工程と、前記各素子
領域毎に切断して弾性表面波素子を形成する工程と、前
記弾性表面波素子を、素子表面が露出するように前記基
板に接合及び電気的に接続する工程と、前記弾性表面波
素子を基板に接合及び電気的に接続した状態で、周波数
特性が所定値となるよう電極パターンを形成した素子表
面に、Ｓｉ3Ｎ4膜を被着する工程と、前記弾性表面波素
子を基板と蓋体とで気密封止する工程と、からなる弾性
表面波装置の製造方法である。 【００１７】 【作用】本発明は、ＬＢＯ基板上に予め所期の周波数に
比較して低くなるようにＡｌなどの電極パターンを形成
した弾性表面波素子を、電極パターン形成後、気密容器
を構成する基板に実装した状態で、弾性表面波素子のＬ
ＢＯ基板の表面に、Ｓｉ3Ｎ4膜を形成し、その膜厚に比
例して上昇する周波数の変化を利用して、所定周波数に
調整するものである。 【００１８】特に、ＬＢＯ基板上に形成するＳｉ3 Ｎ4
膜は、従来のＳｉＯ2 膜に比較して、周波数の変化量を
大きくすることができるため、周波数の調整が短時間で
行える。 【００１９】ＬＢＯ基板上に、Ｓｉ3 Ｎ4 膜やＳｉＯ2
膜を形成することによって周波数が上昇するのは、例え
ば表層媒質（Ｓｉ3 Ｎ4 膜、又はＳｉＯ2 膜）と下層媒
質（ＬＢＯ基板）との横波速度の関係によるものと考え
られる。即ち、表層媒質の横波速度をＶｓ2 、下層媒質
の横波速度をＶｓ1 とした時、Ｖｓ2 ＞Ｖｓ1 の時に
は、存在する表面波のモードは１種類となり、この表面
波の速度は、表層媒質の厚みが０の時、下層媒質のレイ
リー波速度Ｖｒ1 に一致し、表層媒質の厚みが厚くなる
に従って伝搬速度が次第に速くなる。ここで、表層媒質
としてのＳｉ3 Ｎ4 膜とＳｉＯ2 膜との横波速度が異な
るため、周波数の変動量に差が生じるものと考えられ
る。 【００２０】また、水分吸着性の観点から、Ｓｉ3 Ｎ4
膜は、ＳｉＯ2 膜に比較して水分吸着性が殆どないない
ため、Ｓｉ3 Ｎ4 膜をＬＢＯ基板上に被着形成しても、
水分などを吸着しないため、ＬＢＯ基板の表面が、水分
などによって侵される（周波数が低下してしまう）こと
がなく、所定周波数が維持できる。 【００２１】 【実施例】以下、本発明の弾性表面波装置の製造方法
を、図面に基づいて詳説する。 【００２２】図１（ａ）〜（ｇ）の主要工程における断
面図に沿って説明する。尚、図１（ａ）〜図１（ｅ）ま
では、複数の弾性表面波素子、例えば弾性表面波共振
子、弾性表面波フィルタなどが複数素子抽出できる大型
ＬＢＯ基板を示し、図１（ｆ）〜図１（ｇ）は、複数の
弾性表面波素子に切断した後のＬＢＯ基板を示してい
る。また、製造工程で気密容器に実装する工程を必要と
するが、図面上では省略した。 【００２３】まず、厚みを所定値に設定し、且つ表面を
完全に研磨した４５゜ＸカットのＬＢＯ基板１を準備す
る。 【００２４】次に、図１（ａ）に示すように、ＬＢＯ基
板１０の表面全面にスピンコートによりポジ型のレジス
ト層２を塗布形成する。 【００２５】次に、図１（ｂ）に示すように、露光処理
を行う。具体的には、複数の素子に対応するネガの電極
パターンを形成したマスク３を基板１０に密着させて紫
外線４を露光する。マスク３の３ａ部分は電極形成部分
に対応した透光部であり、３ｂ部分は遮光部である。 【００２６】次に、図１（ｃ）に示すように、レジスト
パターン現像を行う。具体的には、ポジ型レジスト用現
像液に基板を浸漬することにより、露光部すなわち電極
形成部分のみのレジスト層２が溶解除去され、レジスト
パターン２ｂを形成する。 【００２７】次に、図１（ｄ）に示すように、電極パタ
ーンとなる金属層を被着形成する。 【００２８】具体的には、レジストパターン２ｂが形成
されたＬＢＯ基板１０全面に、例えばＡｌを蒸着して、
電極層となる金属層を被膜形成する。金属層は、ＬＢＯ
基板１０表面に直接被着する金属層５ａと、レジストパ
ターン２ｂ上に被着する金属層５ｂとがある。なお、金
属層は、Ａｌに限らず、金などを使用しても良い。 【００２９】次に、図１（ｅ）に示すように、リフトオ
フ法によって、レジストパターン２ｂを除去して、所定
形状の電極パターンの形成を行う。具体的には、金属層
５ａ、５ｂが被着されたＬＢＯ基板１０をレジスト剥離
液中に投入し、所定の超音波を与えことによって、レジ
ストパターン２ｂとその上に被着した金属層５ｂを除去
し、ＬＢＯ基板１０上に、レジストパターン２ｂによっ
て所定形状に規制された金属層５ａのみ残存させる。 【００３０】尚、各素子の周波数は、金属層５ａの線幅
や金属層５ａの膜厚になどによって決定されるため、図
１（ｂ）〜図１（ｄ）の工程で周波数を充分に考慮し
て、レジスト膜２の露光・現像及び金属層の被着を行う
必要がある。特に、重要なことは、最終的に得たい所期
の周波数に対して、図１（ｅ）の工程が終了した時点の
周波数を０．１〜０．２％程度小さくなるように設計す
ることである。 【００３１】次に、図１（ｆ）に示すように、個々の素
子を抽出するため、ＬＢＯ基板１０を切断する。具体的
には、ダイシング装置により図１（ｅ）の点線部分で切
断して個別素子毎に切断する。そして、各素子の周波数
を測定して、周波数の目標値からのずれ量に応じて数段
階のグループに層別する。 【００３２】その後、図に示していないが、気密容器に
各弾性表面波素子をマウントする。気密性容器とは、例
えば、セラミックからなる基板と蓋体とから成り、基板
の一主面には、弾性表面波素子と機械的に接合する領
域、弾性表面波素子の電極と電気的に接続する電極パッ
ド、この電極パッドと導通し、外部の配線基板などに接
続するための端子電極などが形成されている。このよう
な気密容器の基板の所定位置に、上述の工程を経て形成
された弾性表面波素子を接合して、弾性表面波素子の電
極と基板の接続用電極パッド間に導電性接着材やワイヤ
ボンディング細線などによって電気的に接続を行う。
尚、この工程での実装とは、弾性表面波素子表面が露出
するように、気密容器の基板に接着するまでであり、後
述する図１（ｇ）に示す工程が終了した後に、気密容器
の蓋体でもって気密封止を行う。 【００３３】また、気密容器として、リード端子が植設
された金属製ステムと金属製キャップとを用いる場合、
金属製ステムの所定位置に素子を接着して、素子の電極
とリード端子との間をワイヤボンディング細線によって
電気的に接続を行う。 【００３４】次に、図１（ｇ）に示すように、気密容器
の例えばとなる基板上に実装されたＬＢＯ素子１の表面
に、所定膜厚のＳｉ3Ｎ4膜を形成して、周波数の調整処
理を行う。 【００３５】別された１グループの素子群をまとめてこ
の素子群の弾性表面波素子１に対して、容器を構成する
基板に実装された状態で素子１の表面に夫々に所定膜厚
のＳｉ3Ｎ4膜６を被着形成し、膜厚に比例する周波数の
上昇を利用して所期の周波数値に調整を行う。 【００３６】具体的なＳｉ3 Ｎ4 膜６の形成方法とし
て、例えばスパッタリング方法、プラズマＣＶＤ方法な
どが挙げられる。これは、層別された１グループの素子
１群をまとめて整列治具に配置して、例えばスパッタリ
ング装置に投入する。尚、整列治具は、素子１の表面が
露出するように、気密容器を固定するとともに、スパッ
タリング装置の外部の周波数測定装置と素子１の電極、
または気密容器の端子電極とが電気的に接続するように
なっている。 【００３７】そして、スパッタのターゲットとしてＳｉ
3Ｎ4焼結体を用い、真空排気後、Ａｒなどの不活性ガス
を流入して、所定ガス圧で高周波電力を印加して、スパ
ッタリングを行う。これにより、Ｓｉ3Ｎ4膜６は、所定
電極パターンの金属層５ａ及び所定電極パターンの金属
層５ａ間から露出するＬＢＯ基板上、即ち弾性表面波素
子１の表面にＳｉ3Ｎ4膜６を形成する。 【００３８】このＳｉ3 Ｎ4 膜６の膜厚が増加するに従
い、表層媒質の横波速度などが変化して、結果として周
波数が上昇する。このＳｉ3 Ｎ4 膜６の形成時に周波数
を測定装置で測定し、所期の周波数となった時点で形成
を終了する。 【００３９】尚、プラズマＣＤＶ方法で、Ｓｉ3 Ｎ4 膜
６を形成する場合、治具に整列した素子１をグロー放電
分解装置に投入し、グロー放電分解装置の内部に、シラ
ン（ＳｉＨ4 ）ガスとアンモニア（ＮＨ3 ）ガスとを導
入して、所定ガス圧でグロー放電を行う。 【００４０】以上の製造方法によれば、ＬＢＯ基板を用
いた弾性表面波素子１上に、所定膜厚のＳｉ3Ｎ4膜６を
形成することにより、周波数の調整が簡単に行うことが
できる。 【００４１】また、Ｓｉ3 Ｎ4 の水分吸着性は、ＳｉＯ
2 に比較して極めて低いため、製造工程中で外部から何
等かの原因によって、湿気などが与えられた場合であっ
ても、Ｓｉ3 Ｎ4 膜６中に水分が吸着することがないた
め、この水分によるＬＢＯ基板が侵されることが一切な
く、調整を行った周波数が変動することが一切ない。 【００４２】また、Ｓｉ3 Ｎ4 膜６は、ＳｉＯ2 膜の被
着形成による周波数の変動量が大きいため、Ｓｉ3 Ｎ4
膜の形成による周波数の調整が迅速に行うことができ
る。 【００４３】この点について、本発明者らは、本発明の
ようにターゲットにＳｉ3 Ｎ4 を用いてスパッタリング
してＳｉ3 Ｎ4 膜を形成した場合の周波数の変動量と、
比較例として、ターゲットにＳｉ2 Ｏを用いてスパッタ
リングしてＳｉＯ2 膜を形成した場合の周波数の変動量
とを測定した。尚、素子としては、共振器型フィルタを
例とするので、周波数はフィルタ帯域を代表する中心周
波数で示す。 【００４４】図２（ａ）、（ｂ）は、ターゲットにＳｉ
3 Ｎ4 を用いてスパッタリングを行った場合のスパッタ
時間に対する中心周波数の変化量を示す特性図である。
尚、図２（ａ）は高周波出力を２００Ｗに設定した場
合、図２（ｂ）は同じく４００Ｗに設定した場合を示
す。 【００４５】また、図３（ａ）、（ｂ）は、ターゲット
にＳｉＯ2 を用いてスパッタリングを行った場合のスパ
ッタ時間に対する中心周波数の変化量を示す特性図であ
る。 【００４６】尚、図３（ａ）は高周波出力を２００Ｗに
設定した場合、図３（ｂ）は同じく４００Ｗに設定した
場合を示す。 【００４７】図２（ａ）、図３（ａ）を比較すると、例
えばスパッタ時間、２分間で、本発明のようにＳｉ3 Ｎ
4 膜では、中心周波数を約３００ｋＨｚを上昇させるこ
とができるものの、ＳｉＯ2 膜では、中心周波数を約５
０ｋＨｚしか上昇させることができない。 【００４８】また、図２（ｂ）、図３（ｂ）も同様で、
例えばスパッタ時間、２分間で、本発明のようにＳｉ3
Ｎ4 膜では、中心周波数を約１０００ｋＨｚを上昇させ
ることができるものの、ＳｉＯ2 膜では、中心周波数を
約１５０ｋＨｚしか上昇させることができない。 【００４９】また、図２（ａ）、図２（ｂ）のように、
例えばスパッタリングにおいて、高周波出力値によるス
パッタ時間と周波数の変動量との関係を標準化しておけ
ば、周波数の変化量の推測ができ、例えば、図１（ｇ）
のＳｉ3 Ｎ4 膜６の成膜中での周波数の測定を省略する
ことができ、所期の周波数に近づいた時点で周波数の測
定・確認のみとすることができる。 【００５０】なお、気密容器の封止に関して、上述の表
面実装に対応するように気密容器のセラミック基板上に
ＬＢＯ基板を用いた弾性表面波素子１を実装した場合、
弾性表面波素子１を内部に封止するように、セラミック
製蓋体とセラミック基板とを低融点ガラスや金属層を介
してシーム溶接などによって気密封止する。 【００５１】また、金属製ステム基板に弾性表面波素子
１を実装した場合、金属製キャップとステム基板とを抵
抗溶接などによって気密封止する。尚、封止した気密容
器の内部空間は、Ｎ2、Ａｒ、Ｈｅなどの不活性ガスを
充填する。 【００５２】ここで、本発明は、弾性表面波素子１の表
面にＳｉ3Ｎ4膜６が形成されているので、気密性封止の
信頼性が、金属製気密容器に比較して、一般的に低いと
される表面実装型のセラミック基板の容器を、積極的に
用いても、特性を安定的に維持することができる。 【００５３】また、上述の実験では、共振型フィルタを
用いておこなっているが、共振子の共振周波数について
も同様の傾向を示し、本発明は、ＬＢＯ基板を用いた弾
性表面波素子、たとえば、フィルタ、共振子などに広く
用いることができる。 【００５４】 【発明の効果】本発明によれば、電極パターン形成後の
弾性表面波素子上に、所定膜厚のＳｉ3 Ｎ4 膜を被着形
成することにより、周波数を上げて所期値に簡単に調整
することができる。 【００５５】また、Ｓｉ3 Ｎ4 膜を被着形成することに
より、周波数の変化量を大きくすることができるため、
周波数の調整に要する時間を短縮することができる。 【００５６】さらに、水分にエッチングされやすいＬＢ
Ｏ基板において、特に水分吸着性が殆ど皆無のＳｉ3Ｎ4
膜を被着形成することにより、周波数の調整後に周波数
のドリフトが発生することがなくなり、安定した周波数
特性を維持することができる。 【００５７】
晶基板を用いた弾性表面波装置の製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】弾性表面波共振子は基本波による直接発
振が得られ、且つ高いＱが得られる上、その共振特性を
圧電基板表面に形成する電極設計により決められるとい
う特徴がある。 【０００３】このような性質上、ＶＨＦ〜ＵＨＦ帯の周
波数領域で動作可能な共振子を小型軽量に形成するのに
適しており、この周波数帯を利用するＴＶのＲＦモジュ
レータや各種無線電話、通信機器に応用されている。 【０００４】一方、弾性表面波フィルタも、上記周波数
帯の中間周波フィルタとしてＡＶ機器や通信機器に広く
用いられているのは周知の通りである。 【０００５】上記弾性表面波素子の基板材料としては、
チタン酸鉛（ＰＴ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）、タンタル酸リチウム（ＬＴ）、ニオブ酸リチウム
（ＬＮ）、水晶など種々の圧電性材料が用いられてお
り、これら従来の材料は、例えばＰＴ、ＰＺＴは焼結体
でありコスト的に有利であるが耐熱性が低い、ＬＮは電
気機械結合係数が大きいが温度係数も大きい、水晶は温
度特性は良好であるが電気機械結合係数が小さく挿入損
失が大きいなど一長一短があるが、用途に合わせて使い
分けられてきた。 【０００６】例えば、通信機分野で使用される弾性表面
波フィルタには、厳しい温度特性の仕様に適合させるべ
く、水晶が多用されてきた。 【０００７】しかしながら、移動体通信の分野におい
て、アナログ通信からデジタル通信へ移行する動きにあ
るが、この場合に用いられる弾性表面波フィルタは、温
度係数が小さいことと同時に、比帯域を大きく取る必要
から電気機械結合係数も大きくなければならず、従来の
圧電材料では対応が困難であった。 【０００８】その中で、四ほう酸リチウム（以下、単に
ＬＢＯという）は電気機械結合係数が大きく、結晶方位
を例えば４５゜Ｘカットとし、伝播方向をＺ方向に選択
することによって温度係数を小さくできるというような
特徴があるため、デジタル移動体通信用の周波数２５０
ＭＨｚ程度の中間周波バンドパスフィルタ等への応用が
考えられている。 【０００９】また、ＬＢＯは表面波の反射効率が大きい
という特徴があり、共振子や共振器型フィルタでは反射
の本数を少なくできることから、基板サイズを従来より
も１０〜２０％小型化することができる。 【００１０】以上のように、ＬＢＯは弾性表面波素子の
基板材料として可能性を秘めた材料である反面、その取
扱いが難しいという問題がある。すなわち、ＬＢＯは酸
や水に溶解する性質がある。そのために製造工程におい
ては種々の配慮が必要になる。例えば、電極パターン形
成工程においては、エッチング法は基板表面がエッチン
グ液に侵されるために採用できず、リフトオフ法が用い
られる。 【００１１】また、周波数（共振子では共振周波数、フ
ィルタでは帯域を代表する中心周波数）の調整工程も問
題となる。一般に弾性表面波素子を製造する場合、量産
時の歩留まりを高めるために周波数調整工程が不可欠に
なる。これを弾性表面波共振子を例に取って説明する
と、１組の弾性表面波共振子はすだれ状の励振電極と一
対の反射電極とで構成されているが、所定の周波数特性
を得るには、電極ピッチはほぼ圧電基板の音速を周波数
で割った値で決められる。実際の表面波では電極膜が質
量を持つため、そのままでは伝播速度が所定値より小さ
くなる。従って素子を設計する際はこのことを考慮して
最適な膜厚を選択し、電極パターンを設計するが、実際
には電極パターン幅、電極膜厚み、基板のカット方位な
ど、工程上や材料のばらつきにより周波数が所定値から
分布を持ったものになる。そのために、電極パターン形
成後に周波数調整を行うのである。 【００１２】この周波数調整は電極パターン形成後に電
極膜厚みを操作することで行う方法が知られている。電
極膜をエッチングしてその厚みを薄くすれば伝播速度が
大きくなって周波数が上がるし、また電極膜上に、実際
には素子の表面の全面にスパッタリングによってＳｉＯ
2 膜を形成しても周波数が上がる。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のＳｉＯ
2 膜を被着形成しても周波数が上がるように調整する場
合、ＳｉＯ2 膜の膜厚が増加してもこれによる周波数の
変化量が小さいため、スパッタリングなどによる成膜時
間が長時間化してしまう。 【００１４】また、ＳｉＯ2 は、水分を吸着する性質
（水分吸着性）をもつ材料であるため、上述のように水
でエンチッグされやすいＬＢＯ基板においては、ＬＢＯ
基板とＳｉＯ2 膜との界面がＳｉＯ2 に吸着された水分
により侵されてしまい、例えば周波数が変動してしまう
ことがあった。 【００１５】本発明は上述の問題点に鑑みて案出された
ものであり、その目的はＬＢＯ基板を用いた弾性表面波
素子の周波数の調整が簡単且つ確実に行え、且つその調
整が極めて短時間で行え、さらに周波数の調整後に、周
波数の変動が皆無となる弾性表面波装置の製造方法を提
供することにある。 【００１６】 【課題を解決するための手段】本発明は、各素子領域に
電極パターンを形成した大型四ほう酸リチウム単結晶基
板を切断してなる弾性表面波素子を、基板に接合及び電
気的に接続し、蓋体で気密封止した弾性表面波装置の製
造方法であって、前記大型四ほう酸リチウム単結晶基板
の各素子領域に、所望周波数特性より低い周波数特性と
なるように電極パターンを形成する工程と、前記各素子
領域毎に切断して弾性表面波素子を形成する工程と、前
記弾性表面波素子を、素子表面が露出するように前記基
板に接合及び電気的に接続する工程と、前記弾性表面波
素子を基板に接合及び電気的に接続した状態で、周波数
特性が所定値となるよう電極パターンを形成した素子表
面に、Ｓｉ3Ｎ4膜を被着する工程と、前記弾性表面波素
子を基板と蓋体とで気密封止する工程と、からなる弾性
表面波装置の製造方法である。 【００１７】 【作用】本発明は、ＬＢＯ基板上に予め所期の周波数に
比較して低くなるようにＡｌなどの電極パターンを形成
した弾性表面波素子を、電極パターン形成後、気密容器
を構成する基板に実装した状態で、弾性表面波素子のＬ
ＢＯ基板の表面に、Ｓｉ3Ｎ4膜を形成し、その膜厚に比
例して上昇する周波数の変化を利用して、所定周波数に
調整するものである。 【００１８】特に、ＬＢＯ基板上に形成するＳｉ3 Ｎ4
膜は、従来のＳｉＯ2 膜に比較して、周波数の変化量を
大きくすることができるため、周波数の調整が短時間で
行える。 【００１９】ＬＢＯ基板上に、Ｓｉ3 Ｎ4 膜やＳｉＯ2
膜を形成することによって周波数が上昇するのは、例え
ば表層媒質（Ｓｉ3 Ｎ4 膜、又はＳｉＯ2 膜）と下層媒
質（ＬＢＯ基板）との横波速度の関係によるものと考え
られる。即ち、表層媒質の横波速度をＶｓ2 、下層媒質
の横波速度をＶｓ1 とした時、Ｖｓ2 ＞Ｖｓ1 の時に
は、存在する表面波のモードは１種類となり、この表面
波の速度は、表層媒質の厚みが０の時、下層媒質のレイ
リー波速度Ｖｒ1 に一致し、表層媒質の厚みが厚くなる
に従って伝搬速度が次第に速くなる。ここで、表層媒質
としてのＳｉ3 Ｎ4 膜とＳｉＯ2 膜との横波速度が異な
るため、周波数の変動量に差が生じるものと考えられ
る。 【００２０】また、水分吸着性の観点から、Ｓｉ3 Ｎ4
膜は、ＳｉＯ2 膜に比較して水分吸着性が殆どないない
ため、Ｓｉ3 Ｎ4 膜をＬＢＯ基板上に被着形成しても、
水分などを吸着しないため、ＬＢＯ基板の表面が、水分
などによって侵される（周波数が低下してしまう）こと
がなく、所定周波数が維持できる。 【００２１】 【実施例】以下、本発明の弾性表面波装置の製造方法
を、図面に基づいて詳説する。 【００２２】図１（ａ）〜（ｇ）の主要工程における断
面図に沿って説明する。尚、図１（ａ）〜図１（ｅ）ま
では、複数の弾性表面波素子、例えば弾性表面波共振
子、弾性表面波フィルタなどが複数素子抽出できる大型
ＬＢＯ基板を示し、図１（ｆ）〜図１（ｇ）は、複数の
弾性表面波素子に切断した後のＬＢＯ基板を示してい
る。また、製造工程で気密容器に実装する工程を必要と
するが、図面上では省略した。 【００２３】まず、厚みを所定値に設定し、且つ表面を
完全に研磨した４５゜ＸカットのＬＢＯ基板１を準備す
る。 【００２４】次に、図１（ａ）に示すように、ＬＢＯ基
板１０の表面全面にスピンコートによりポジ型のレジス
ト層２を塗布形成する。 【００２５】次に、図１（ｂ）に示すように、露光処理
を行う。具体的には、複数の素子に対応するネガの電極
パターンを形成したマスク３を基板１０に密着させて紫
外線４を露光する。マスク３の３ａ部分は電極形成部分
に対応した透光部であり、３ｂ部分は遮光部である。 【００２６】次に、図１（ｃ）に示すように、レジスト
パターン現像を行う。具体的には、ポジ型レジスト用現
像液に基板を浸漬することにより、露光部すなわち電極
形成部分のみのレジスト層２が溶解除去され、レジスト
パターン２ｂを形成する。 【００２７】次に、図１（ｄ）に示すように、電極パタ
ーンとなる金属層を被着形成する。 【００２８】具体的には、レジストパターン２ｂが形成
されたＬＢＯ基板１０全面に、例えばＡｌを蒸着して、
電極層となる金属層を被膜形成する。金属層は、ＬＢＯ
基板１０表面に直接被着する金属層５ａと、レジストパ
ターン２ｂ上に被着する金属層５ｂとがある。なお、金
属層は、Ａｌに限らず、金などを使用しても良い。 【００２９】次に、図１（ｅ）に示すように、リフトオ
フ法によって、レジストパターン２ｂを除去して、所定
形状の電極パターンの形成を行う。具体的には、金属層
５ａ、５ｂが被着されたＬＢＯ基板１０をレジスト剥離
液中に投入し、所定の超音波を与えことによって、レジ
ストパターン２ｂとその上に被着した金属層５ｂを除去
し、ＬＢＯ基板１０上に、レジストパターン２ｂによっ
て所定形状に規制された金属層５ａのみ残存させる。 【００３０】尚、各素子の周波数は、金属層５ａの線幅
や金属層５ａの膜厚になどによって決定されるため、図
１（ｂ）〜図１（ｄ）の工程で周波数を充分に考慮し
て、レジスト膜２の露光・現像及び金属層の被着を行う
必要がある。特に、重要なことは、最終的に得たい所期
の周波数に対して、図１（ｅ）の工程が終了した時点の
周波数を０．１〜０．２％程度小さくなるように設計す
ることである。 【００３１】次に、図１（ｆ）に示すように、個々の素
子を抽出するため、ＬＢＯ基板１０を切断する。具体的
には、ダイシング装置により図１（ｅ）の点線部分で切
断して個別素子毎に切断する。そして、各素子の周波数
を測定して、周波数の目標値からのずれ量に応じて数段
階のグループに層別する。 【００３２】その後、図に示していないが、気密容器に
各弾性表面波素子をマウントする。気密性容器とは、例
えば、セラミックからなる基板と蓋体とから成り、基板
の一主面には、弾性表面波素子と機械的に接合する領
域、弾性表面波素子の電極と電気的に接続する電極パッ
ド、この電極パッドと導通し、外部の配線基板などに接
続するための端子電極などが形成されている。このよう
な気密容器の基板の所定位置に、上述の工程を経て形成
された弾性表面波素子を接合して、弾性表面波素子の電
極と基板の接続用電極パッド間に導電性接着材やワイヤ
ボンディング細線などによって電気的に接続を行う。
尚、この工程での実装とは、弾性表面波素子表面が露出
するように、気密容器の基板に接着するまでであり、後
述する図１（ｇ）に示す工程が終了した後に、気密容器
の蓋体でもって気密封止を行う。 【００３３】また、気密容器として、リード端子が植設
された金属製ステムと金属製キャップとを用いる場合、
金属製ステムの所定位置に素子を接着して、素子の電極
とリード端子との間をワイヤボンディング細線によって
電気的に接続を行う。 【００３４】次に、図１（ｇ）に示すように、気密容器
の例えばとなる基板上に実装されたＬＢＯ素子１の表面
に、所定膜厚のＳｉ3Ｎ4膜を形成して、周波数の調整処
理を行う。 【００３５】別された１グループの素子群をまとめてこ
の素子群の弾性表面波素子１に対して、容器を構成する
基板に実装された状態で素子１の表面に夫々に所定膜厚
のＳｉ3Ｎ4膜６を被着形成し、膜厚に比例する周波数の
上昇を利用して所期の周波数値に調整を行う。 【００３６】具体的なＳｉ3 Ｎ4 膜６の形成方法とし
て、例えばスパッタリング方法、プラズマＣＶＤ方法な
どが挙げられる。これは、層別された１グループの素子
１群をまとめて整列治具に配置して、例えばスパッタリ
ング装置に投入する。尚、整列治具は、素子１の表面が
露出するように、気密容器を固定するとともに、スパッ
タリング装置の外部の周波数測定装置と素子１の電極、
または気密容器の端子電極とが電気的に接続するように
なっている。 【００３７】そして、スパッタのターゲットとしてＳｉ
3Ｎ4焼結体を用い、真空排気後、Ａｒなどの不活性ガス
を流入して、所定ガス圧で高周波電力を印加して、スパ
ッタリングを行う。これにより、Ｓｉ3Ｎ4膜６は、所定
電極パターンの金属層５ａ及び所定電極パターンの金属
層５ａ間から露出するＬＢＯ基板上、即ち弾性表面波素
子１の表面にＳｉ3Ｎ4膜６を形成する。 【００３８】このＳｉ3 Ｎ4 膜６の膜厚が増加するに従
い、表層媒質の横波速度などが変化して、結果として周
波数が上昇する。このＳｉ3 Ｎ4 膜６の形成時に周波数
を測定装置で測定し、所期の周波数となった時点で形成
を終了する。 【００３９】尚、プラズマＣＤＶ方法で、Ｓｉ3 Ｎ4 膜
６を形成する場合、治具に整列した素子１をグロー放電
分解装置に投入し、グロー放電分解装置の内部に、シラ
ン（ＳｉＨ4 ）ガスとアンモニア（ＮＨ3 ）ガスとを導
入して、所定ガス圧でグロー放電を行う。 【００４０】以上の製造方法によれば、ＬＢＯ基板を用
いた弾性表面波素子１上に、所定膜厚のＳｉ3Ｎ4膜６を
形成することにより、周波数の調整が簡単に行うことが
できる。 【００４１】また、Ｓｉ3 Ｎ4 の水分吸着性は、ＳｉＯ
2 に比較して極めて低いため、製造工程中で外部から何
等かの原因によって、湿気などが与えられた場合であっ
ても、Ｓｉ3 Ｎ4 膜６中に水分が吸着することがないた
め、この水分によるＬＢＯ基板が侵されることが一切な
く、調整を行った周波数が変動することが一切ない。 【００４２】また、Ｓｉ3 Ｎ4 膜６は、ＳｉＯ2 膜の被
着形成による周波数の変動量が大きいため、Ｓｉ3 Ｎ4
膜の形成による周波数の調整が迅速に行うことができ
る。 【００４３】この点について、本発明者らは、本発明の
ようにターゲットにＳｉ3 Ｎ4 を用いてスパッタリング
してＳｉ3 Ｎ4 膜を形成した場合の周波数の変動量と、
比較例として、ターゲットにＳｉ2 Ｏを用いてスパッタ
リングしてＳｉＯ2 膜を形成した場合の周波数の変動量
とを測定した。尚、素子としては、共振器型フィルタを
例とするので、周波数はフィルタ帯域を代表する中心周
波数で示す。 【００４４】図２（ａ）、（ｂ）は、ターゲットにＳｉ
3 Ｎ4 を用いてスパッタリングを行った場合のスパッタ
時間に対する中心周波数の変化量を示す特性図である。
尚、図２（ａ）は高周波出力を２００Ｗに設定した場
合、図２（ｂ）は同じく４００Ｗに設定した場合を示
す。 【００４５】また、図３（ａ）、（ｂ）は、ターゲット
にＳｉＯ2 を用いてスパッタリングを行った場合のスパ
ッタ時間に対する中心周波数の変化量を示す特性図であ
る。 【００４６】尚、図３（ａ）は高周波出力を２００Ｗに
設定した場合、図３（ｂ）は同じく４００Ｗに設定した
場合を示す。 【００４７】図２（ａ）、図３（ａ）を比較すると、例
えばスパッタ時間、２分間で、本発明のようにＳｉ3 Ｎ
4 膜では、中心周波数を約３００ｋＨｚを上昇させるこ
とができるものの、ＳｉＯ2 膜では、中心周波数を約５
０ｋＨｚしか上昇させることができない。 【００４８】また、図２（ｂ）、図３（ｂ）も同様で、
例えばスパッタ時間、２分間で、本発明のようにＳｉ3
Ｎ4 膜では、中心周波数を約１０００ｋＨｚを上昇させ
ることができるものの、ＳｉＯ2 膜では、中心周波数を
約１５０ｋＨｚしか上昇させることができない。 【００４９】また、図２（ａ）、図２（ｂ）のように、
例えばスパッタリングにおいて、高周波出力値によるス
パッタ時間と周波数の変動量との関係を標準化しておけ
ば、周波数の変化量の推測ができ、例えば、図１（ｇ）
のＳｉ3 Ｎ4 膜６の成膜中での周波数の測定を省略する
ことができ、所期の周波数に近づいた時点で周波数の測
定・確認のみとすることができる。 【００５０】なお、気密容器の封止に関して、上述の表
面実装に対応するように気密容器のセラミック基板上に
ＬＢＯ基板を用いた弾性表面波素子１を実装した場合、
弾性表面波素子１を内部に封止するように、セラミック
製蓋体とセラミック基板とを低融点ガラスや金属層を介
してシーム溶接などによって気密封止する。 【００５１】また、金属製ステム基板に弾性表面波素子
１を実装した場合、金属製キャップとステム基板とを抵
抗溶接などによって気密封止する。尚、封止した気密容
器の内部空間は、Ｎ2、Ａｒ、Ｈｅなどの不活性ガスを
充填する。 【００５２】ここで、本発明は、弾性表面波素子１の表
面にＳｉ3Ｎ4膜６が形成されているので、気密性封止の
信頼性が、金属製気密容器に比較して、一般的に低いと
される表面実装型のセラミック基板の容器を、積極的に
用いても、特性を安定的に維持することができる。 【００５３】また、上述の実験では、共振型フィルタを
用いておこなっているが、共振子の共振周波数について
も同様の傾向を示し、本発明は、ＬＢＯ基板を用いた弾
性表面波素子、たとえば、フィルタ、共振子などに広く
用いることができる。 【００５４】 【発明の効果】本発明によれば、電極パターン形成後の
弾性表面波素子上に、所定膜厚のＳｉ3 Ｎ4 膜を被着形
成することにより、周波数を上げて所期値に簡単に調整
することができる。 【００５５】また、Ｓｉ3 Ｎ4 膜を被着形成することに
より、周波数の変化量を大きくすることができるため、
周波数の調整に要する時間を短縮することができる。 【００５６】さらに、水分にエッチングされやすいＬＢ
Ｏ基板において、特に水分吸着性が殆ど皆無のＳｉ3Ｎ4
膜を被着形成することにより、周波数の調整後に周波数
のドリフトが発生することがなくなり、安定した周波数
特性を維持することができる。 【００５７】
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｇ）は本発明の弾性表面波素子の製
造方法の主要工程における断面図である。 【図２】本発明の製造方法に用いるＳｉ3 Ｎ4 膜のスパ
ッタリング時間と中心周波数の変動量を示す特性図であ
り、（ａ）は高周波出力２００Ｗ時の、（ｂ）は高周波
出力４００Ｗ時の特性図である。 【図３】ＳｉＯ2 膜のスパッタリング時間と中心周波数
の変動量を示す特性図であり、（ａ）は高周波出力２０
０Ｗ時の、（ｂ）は高周波出力４００Ｗ時の特性図であ
る。 【符号の説明】 １０・・・ＬＢＯ基板 ５ａ・・・電極パターンの金属層 ６・・・・Ｓｉ3 Ｎ4 膜
造方法の主要工程における断面図である。 【図２】本発明の製造方法に用いるＳｉ3 Ｎ4 膜のスパ
ッタリング時間と中心周波数の変動量を示す特性図であ
り、（ａ）は高周波出力２００Ｗ時の、（ｂ）は高周波
出力４００Ｗ時の特性図である。 【図３】ＳｉＯ2 膜のスパッタリング時間と中心周波数
の変動量を示す特性図であり、（ａ）は高周波出力２０
０Ｗ時の、（ｂ）は高周波出力４００Ｗ時の特性図であ
る。 【符号の説明】 １０・・・ＬＢＯ基板 ５ａ・・・電極パターンの金属層 ６・・・・Ｓｉ3 Ｎ4 膜
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−232684（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−259802（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−301210（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−150512（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H03H 3/08 - 3/10
H03H 9/145
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 各素子領域に電極パターンを形成した大
型四ほう酸リチウム単結晶基板を切断してなる弾性表面
波素子を、基板に接合及び電気的に接続し、蓋体で気密
封止した弾性表面波装置の製造方法であって、 前記大型四ほう酸リチウム単結晶基板の各素子領域に、
所望 周波数特性より低い周波数特性となるように電極パ
ターンを形成する工程と、 前記各素子領域毎に切断して弾性表面波素子を形成する
工程と、 前記弾性表面波素子を、素子表面が露出するように前記
基板に接合及び電気的に接続する工程と、 前記弾性表面波素子を基板に接合及び電気的に接続した
状態で、 周波数特性が所定値となるよう電極パターンを
形成した素子表面に、Ｓｉ3Ｎ4膜を被着する工程と、前記弾性表面波素子を基板と蓋体とで気密封止する工程
と 、 からなる弾性表面波装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26516394A JP3420357B2 (ja) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | 弾性表面波素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26516394A JP3420357B2 (ja) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | 弾性表面波素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08125478A JPH08125478A (ja) | 1996-05-17 |
| JP3420357B2 true JP3420357B2 (ja) | 2003-06-23 |
Family
ID=17413491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26516394A Expired - Fee Related JP3420357B2 (ja) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | 弾性表面波素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3420357B2 (ja) |
-
1994
- 1994-10-28 JP JP26516394A patent/JP3420357B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08125478A (ja) | 1996-05-17 |
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