JP3539419B2 - 弾性表面波装置とその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＬｉＴａＯ３などの圧電単結晶基板の上にストレスマイグレーション耐性の高い（１１１）高配向アルミニウム（Ａｌ）膜若しくはＡｌ合金膜の電極膜を設けた弾性表面波装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
弾性表面波装置において、圧電基板上に形成したアルミニウム（以下、Ａｌと略す）若しくはＡｌ合金（例えば、ＡｌＣｕ）からなるインタディジタル電極の結晶方位を（１１１）配向とすることで、配向していないものや（３１１）配向のものと比較して、ストレスマイグレーション耐性が著しく向上することが知られている。
【０００３】
例えば、特開平５−１８３３７３号公報（以下、従来例１と称す）では、圧電基板であるＬｉＴａＯ３基板上に（１１１）配向したＡｌ若しくはＡｌ合金膜を直接形成する技術が開示されている。具体的には、（１１１）配向したＡｌ若しくはＡｌ合金膜を形成する１つの方法としてイオンビームスパッタを用いている。このプロセス条件として、イオン電流１００ｍＡ、加速電圧１４００ｅＶとし、さらに圧電基板を１４０℃に加熱して成膜することで（１１１）配向膜を形成する。
【０００４】
また、図１３は、例えば特開２００１−９４３８２号公報に示された従来の弾性表面波装置（以下、従来例２と称す）を示す断面図である。図において、１００は圧電基板であるＬｉＴａＯ３基板、１０１はインターディジタル電極であり、金属層１０１ａ上に金属層１０１ｂを積層した構造を有し（１１１）高配向している。１０１ａは高周波スパッタ法によって非晶質で積層された金属層であって、タンタル、ニオブ、チタンなどからなる。１０１ｂは（１１１）高配向するＡｌ若しくはその合金からなる金属層である。
【０００５】
従来例２では、（１１１）高配向するＡｌ若しくはその合金からなるインターディジタル電極１０１を得るために、インターディジタル電極１０１の表面層となる金属層１０１ｂの下に非晶質の金属層１０１ａを形成する。この非晶質の金属層１０１ａによって、ＬｉＴａＯ３基板１００の結晶格子と格子不整合することによる影響が遮断され、（１１１）高配向する金属層１０１ｂを形成することができる。非晶質の金属層１０１ａを得る条件として、その膜厚を５００ｎｍ以下としたり、高周波スパッタ法を用いて成膜する。
【０００６】
また、的確に非晶質の金属層１０１ａを形成して、その上に（１１１）高配向したインターディジタル電極１０１を形成する１つの方法として、高周波スパッタを用いて非晶質の金属層１０１ａを形成した後に真空破壊せずに連続して直流スパッタで金属層１０１ｂを形成することが述べられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の弾性表面波装置は以上のように構成されているので、従来例１では、圧電基板上に電極膜を直接形成することから、これらの結晶格子間の格子不整合による影響を受けるため、Ａｌ若しくはＡｌ合金電極膜を（１１１）高配向としても十分に耐電力寿命を向上させることができないという課題があった。
【０００８】
また、従来例１では、安定して（１１１）高配向したＡｌ若しくはＡｌ合金電極膜を得るためにはイオンビームスパッタなどのような高価な装置や成膜時に基板加熱（１４０℃）が必要であるという課題もある。
【０００９】
さらに、従来例２においても、非晶質の金属層１０１ａのみでＬｉＴａＯ３基板１００の結晶格子との格子不整合による影響を抑制することから、Ａｌ若しくはＡｌ合金電極膜を（１１１）高配向としても十分に耐電力寿命を向上させることができないという課題があった。
【００１０】
例えば、従来例２の弾性表面波装置では、直流スパッタで圧電基板上に（１１１）高配向したＡｌ若しくはＡｌ合金電極膜を直接成膜したものと比較して、耐電力寿命の向上効果が約８０倍程度と決して高くない。
【００１１】
また、従来例２では、金属層１０１ａの非晶質膜を安定して成膜するためには、非晶質膜を形成するための高周波スパッタと、（１１１）高配向したＡｌ若しくはＡｌ合金電極膜を得るための直流スパッタとが、真空破壊せずに連続して行えるような特殊な真空成膜装置が必要であるという課題もある。
【００１２】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、圧電基板と電極膜との結晶格子間の格子不整合を緩和する２種類以上の金属薄膜を交互に積層してなる多層下地膜を設けることで、安価なマグネトロン直流スパッタ装置や電子ビーム真空蒸着装置を用いて基板加熱することなく作成することができる上に、従来より優れたストレスマイグレーション耐性つまり耐電力寿命を有する弾性表面波装置及びその製造方法を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る弾性表面波装置は、圧電単結晶基板と、この基板上に金属材を用いて形成された弾性表面波を発生するためのインターディジタル電極膜と、この電極膜と上記基板との間に形成され、上記電極膜の金属材と同一材の第１金属薄膜と上記電極膜の金属材と異なる金属材の第２金属薄膜とを交互に積層してなり、上記基板及び上記電極膜の各結晶格子と整合するように上記第１及び第２金属薄膜の膜厚を設定した多層下地膜とを備え、上記インターディジタル電極膜を、その表面の結晶方位が一方向に配向する金属膜から構成し、上記多層下地膜の各金属薄膜の膜厚を０．５乃至５ｎｍの範囲としたものである。
【００１４】
この発明に係る弾性表面波装置は、多層下地膜が第２金属薄膜を圧電単結晶基板及びインターディジタル電極膜のそれぞれに隣接させたものである。
【００１７】
この発明に係る弾性表面波装置は、インターディジタル電極膜がアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなり、多層下地膜の第１金属薄膜にアルミニウム若しくはアルミニウム合金薄膜を用い、第２金属薄膜にチタン薄膜を用いたものである。
【００１９】
この発明に係る弾性表面波装置は、多層下地膜が少なくともチタン薄膜を２層以上、アルミニウム若しくはアルミニウム合金薄膜を１層以上積層してなるものである。
【００２０】
この発明に係る弾性表面波装置は、圧電単結晶基板がタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）又はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）の単結晶からなるものである。
【００２１】
この発明に係る弾性表面波装置の製造方法は、圧電単結晶基板上に、インターディジタル電極膜の金属材と同一材の第１金属薄膜と上記電極膜の金属材と異なる金属材の第２金属薄膜とを、上記基板及び上記電極膜の各結晶格子と整合するように各膜厚を０．５乃至５ｎｍの範囲に設定しながら交互に積層して多層下地膜を形成する下地形成ステップと、上記多層下地膜上に結晶方位が一方向に配向した金属膜からなる上記電極膜を形成する電極形成ステップとを備えるものである。
【００２２】
この発明に係る弾性表面波装置の製造方法は、電極形成ステップにて、結晶方位が一方向に配向したアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる電極膜を形成するものである。
【００２３】
この発明に係る弾性表面波装置の製造方法は、下地形成ステップにて、第１金属薄膜としてアルミニウム若しくはアルミニウム合金薄膜、第２金属薄膜としてチタン薄膜を積層して多層下地膜を形成するものである。
【００２４】
この発明に係る弾性表面波装置の製造方法は、下地形成ステップにて、チタン薄膜を最下層として多層下地膜を形成するものである。
【００２５】
この発明に係る弾性表面波装置の製造方法は、圧電単結晶基板の結晶面を選択するにあたり、圧電単結晶基板、多層下地膜及びインターディジタル電極膜を表現する結晶格子モデルを用い、上記結晶格子モデルの各層間の格子整合度について上記電極膜の結晶方位が一方向に配向する度合及び上記電極膜に加わる応力負荷の度合に関連付けた値を予め設定しておき、当該格子整合度に応じて結晶面を選択する選択ステップを備え、下地形成ステップにて、上記結晶面上に上記多層下地基板を形成するものである。
【００２６】
この発明に係る弾性表面波装置の製造方法は、選択ステップにて、圧電単結晶としてＬｉＴａＯ ３ を用い、その結晶方位についてＸ軸を中心にＹ軸からＺ軸方向への回転角範囲３５°乃至４５°のいずれかのカット面で規定される結晶面を格子整合度に応じて選択するものである。
また、この発明に係る弾性表面波装置の製造方法は、選択ステップにて、圧電単結晶としてＬｉＮｂＯ ３ を用い、その結晶方位についてＸ軸を中心にＹ軸からＺ軸方向への回転角範囲６３°乃至７３°のいずれかのカット面で規定される結晶面を格子整合度に応じて選択するものである。
【００２７】
この発明に係る弾性表面波装置の製造方法は、下地形成ステップにて形成された多層下地膜を加熱する下地加熱ステップを備えるものである。
【００２８】
この発明に係る弾性表面波装置の製造方法は、電極膜の電極パターンの形成にリフトオフ法を用いるものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による弾性表面波装置を示す断面図である。図において、１は圧電基板であって、例えばＬｉＴａＯ３単結晶を使用する。２は多層下地膜で、図示の例ではＴｉ薄膜２ａとＡｌ（若しくはＡｌ合金）薄膜２ｂとを交互に積層して形成されている。３はインターディジタル電極膜（電極膜）であって、多層下地膜２上に形成される。
【００３０】
先ず、図１に示す弾性表面波装置の製造方法について説明する。
図２は図１中の弾性表面波装置の製造工程を示す図である。先ず、図２（ａ）の工程で圧電基板１（例えば、ＬｉＴａＯ３基板）を洗浄する（ウェット洗浄）。次に、図２（ｂ）の工程にて、例えばＴｉ及びＡｌＣｕのターゲットを備えたマグネトロン直流スパッタ装置に上記ＬｉＴａＯ３基板１を装填し、室温にてＴｉ膜、ＡｌＣｕ膜、Ｔｉ膜と交互に積層して多層下地膜を形成する（下地形成ステップ）。この際、積層の順番としては、例えばＴｉ膜から始める。
【００３１】
この後、場合によって、図２（ｃ）の工程に進んで、スパッタ装置内において、多層下地膜２を形成したＬｉＴａＯ３基板１を加熱する（下地加熱ステップ）。これによって、Ｔｉ薄膜２ａとＡｌ（若しくはＡｌ合金）薄膜２ｂの結晶性が向上する（図中、結晶性が向上したことを示すため、加熱後のＴｉ薄膜２ａとＡｌ（若しくはＡｌ合金）薄膜２ｂにそれぞれ符号２ａ−１、２ｂ−１を付した）。ただし、この工程は必要に応じて導入すればよく、後述するように熱処理工程の有無による効果はわずかであった。
【００３２】
続いて、図２（ｄ）の工程に進んで、スパッタ装置から上記ＬｉＴａＯ３基板１を取り出さずに、多層下地膜２をの上に連続して所望の膜厚のＡｌＣｕ膜をインターディジタル電極膜３としてスパッタ成膜する（電極形成ステップ）。
【００３３】
ところで、本発明の根幹となるＡｌ（若しくはＡｌ合金）膜と圧電基板１との間に多層下地膜２を挟むという技術的思想は、圧電基板１の格子寸法と（１１１）Ａｌ（若しくはＡｌ合金）膜２ｂの格子寸法との関係から導き出されたものである。
【００３４】
図３は実施の形態１による弾性表面波装置の結晶格子モデルを示す図である。図において、４は３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板の酸素原子、５はＴｉ（００１）膜のＴｉ原子、６はＡｌ（１１１）膜のＡｌ原子である。ここで、格子整合のモデルとしては、＜１００＞方向でＬｉＴａＯ３の基本サイズの格子を考え、これと直角な方向には基本サイズの２倍の超格子を考えた。この格子モデルにおいて、各格子整合性の値は下記の通りになる。
【００３５】
＜１２１＞（電子出願の関係上、図３と表記が異なる部分があるが同一の指数値を示している）方向で、Ｔｉ（００１）／／ＬｉＴａＯ３（ＴｉとＬｉＴａＯ３の酸素原子との格子整合性）が−１．２％であり、Ａｌ（１１１）／／Ｔｉ（００１）（ＡｌとＴｉとの格子整合性）が−３．１％であり、Ａｌ（１１１）／／ＬｉＴａＯ３（ＡｌとＬｉＴａＯ３の酸素原子との格子整合性）が−４．２％である。一方、＜１００＞方向で、Ｔｉ（００１）／／ＬｉＴａＯ３が−０．８％であり、Ａｌ（１１１）／／Ｔｉ（００１）が−２．９％であり、Ａｌ（１１１）／／ＬｉＴａＯ３が−３．７％である。
【００３６】
図３に示すように、＜１００＞方向に関しては、ＡｌとＬｉＴａＯ３の格子不整合が−３．７％と大きいのに対して、ＴｉとＬｉＴａＯ３とは−０．８％と格子不整合性の値が小さい。一方、＜１００＞方向と直角な方向（ほぼ、＜１２１＞方向に相当する）では、２倍の超格子を考えるので、やはり、ＡｌとＬｉＴａＯ３の格子不整合が−４．２％と大きく、ＴｉとＬｉＴａＯ３とは−１．２％と格子不整合が小さくなる。
【００３７】
これらの格子不整合性を考慮すると、高配向（１１１）Ａｌ（若しくはＡｌ合金）膜を得るには、極めて膜厚の薄いＴｉ膜と、極めて膜厚の薄いＡｌ（若しくはＡｌ合金）膜とを多層に積層した多層下地膜をＡｌ（若しくはＡｌ合金）からなる電極膜と圧電基板との間に設けることが効果的であることが推測できる。
【００３８】
また、＜１００＞方向と直角な方向（ほぼ＜１２１＞方向に相当する）に生じるＡｌ（若しくはＡｌ合金）膜の内部応力に関しては、上述のように、ＡｌとＬｉＴａＯ３の格子不整合性の値が大きなマイナス値となっており、格子不整合性を緩和する多層下地膜を適用せずに直接にＬｉＴａＯ３基板上にＡｌ（若しくはＡｌ合金）膜を形成すると、その膜には強い引っ張り応力が発生することが予想される。
【００３９】
さらに、上述のように、ＡｌとＴｉの格子不整合性の値もその次に大きなマイナス値となっており、Ｔｉ単層下地膜を設けると若干引っ張り応力が緩和されるものの、やはりＡｌ（若しくはＡｌ合金）膜には引っ張り応力が発生することが予想される。
【００４０】
Ａｌ（若しくはＡｌ合金）膜の内部応力の存在は、引っ張り応力であれ、圧縮応力であれ、ストレスマイグレーション耐性を劣化させることが知られており、内部応力をできるだけ低減させることが望ましい。
【００４１】
以上のことから、＜１００＞方向と直角な方向（ほぼ＜１２１＞方向に相当する）に関しても、＜１００＞方向と同様に、高配向（１１１）Ａｌ（若しくはＡｌ合金）膜を得るためには、極めて膜厚の薄いＴｉ膜と、極めて膜厚の薄いＡｌ（若しくはＡｌ合金）膜とを多層に積層した多層下地膜をＡｌ（若しくはＡｌ合金）からなる電極膜と圧電基板との間に設けることが効果的であることが推測できる。
【００４２】
さらに、このような格子不整合を緩和できる多層下地膜の適用は、Ａｌ（若しくはＡｌ合金）膜の内部応力の低減にも効果的であることが推測できる。
【００４３】
次に、実施の形態１による弾性表面波装置における（１１１）高配向Ａｌ合金膜の結晶性評価について説明する。この評価実験は、本発明の効果を明らかにするために異なる成膜方法との比較という観点で行った。なお、後述するＡｌＣｕは、Ｃｕ濃度が０．５ｗｔ％のものを用いた。比較した成膜方法の内容を以下に示す。
【００４４】
成膜方法Ｉ 洗浄した３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板をスパッタ装置に装填し、Ｔｉ膜（膜厚４０Å）、ＡｌＣｕ膜（膜厚１５Å）、Ｔｉ膜（膜厚１０Å）、ＡｌＣｕ膜（膜厚１５Å）、Ｔｉ膜（膜厚１０Å）と連続して積層して、多層下地膜を形成する。続いて、スパッタ装置内で基板を１００℃に加熱した後に、ＡｌＣｕ膜を膜厚３９７０Åで成膜する。
【００４５】
成膜方法ＩＩ 洗浄した３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板をスパッタ装置に装填し、Ｔｉ膜（膜厚４０Å）、ＡｌＣｕ膜（膜厚１５Å）、Ｔｉ膜（膜厚１０Å）、ＡｌＣｕ膜（膜厚１５Å）、Ｔｉ膜（膜厚１０Å）と連続して積層して、多層下地膜を形成する。続いて、基板加熱無しにＡｌＣｕ膜を膜厚３９７０Åで成膜する。
【００４６】
成膜方法ＩＩＩ 洗浄した３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板をスパッタ装置に装填し、Ｔｉ膜（膜厚６０Å）を積層して、単層下地膜を形成する。続いて、基板加熱無しにＡｌＣｕ膜を膜厚４０００Åで成膜する。
【００４７】
成膜方法ＩＶ 洗浄した３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板をスパッタ装置に装填し、ＡｌＣｕ膜を膜厚４０００Åで成膜する。
【００４８】
以上の評価実験はすべて同じマグネトロン直流スパッタ装置を用いた。ところで、多層下地膜のＴｉ膜とＡｌＣｕ膜の膜厚については、マグネトロン直流スパッタ装置の膜厚コントロールの可能な範囲を選ぶ必要がある。
【００４９】
また、多層下地膜の役割は圧電基板の結晶とＡｌ（１１１）配向膜の結晶との格子定数の差異を緩和させることを狙っており、その観点から容易に歪むことが可能なようにＴｉ膜、ＡｌＣｕ膜ともにできるだけ薄いことが望ましい。
【００５０】
以上の点から、多層下地膜のＴｉ膜とＡｌＣｕ膜の各々１層の膜厚は５から５０Å（０．５から５ｎｍ）の範囲内に設定する。さらに、多層下地膜の層数については、以下でも説明するが、少なくともＴｉ膜３層とＡｌＣｕ膜２層の計５層あればその下地膜の上に形成されたＡｌＣｕ膜の（１１１）配向性が著しく向上する。
【００５１】
図４はＸ線回折ロッキングカーブ測定時の圧電基板の結晶方位と測定系の関係を示す図であり、（ａ）は＜１００＞方向に直交する平面上でＸ線を入射した場合を示し、（ｂ）は＜１００＞方向に平行する平面上でＸ線を入射した場合を示している。図に示すように、圧電基板の結晶方位とＸ線回折測定系の関係について、２つの異なる測定構成でロッキングカーブを測定した。ここで、図４（ａ）に示す構成を測定構成Ｉ、図４（ｂ）に示す構成を測定構成ＩＩと称することとする。
【００５２】
図５は上述した各成膜方法で形成したＡｌＣｕ膜（電極膜）についてＸ線回折測定によって得られたロッキングカーブのピーク強度と半値幅の関係を示すグラフ図であり、（ａ）は図４（ａ）の測定構成Ｉによる結果を示し、（ｂ）は図４（ｂ）の測定構成ＩＩによる結果を示している。図において、黒丸記号のプロットがピーク強度を示しており、黒塗り四角記号のプロットが各ピークの半値幅を示している。ここで、ピーク強度が大きく半値幅が小さいほどＡｌ（１１１）の配向性が良好であることを意味している。
【００５３】
図６は上述した成膜方法ＩＩ、ＩＶで形成したＡｌＣｕ膜（電極膜）のロッキングカーブを示す図であり、（ａ）は成膜方法ＩＶによるロッキングカーブ、（ｂ）は成膜方法ＩＩによるロッキングカーブを示している。成膜方法ＩＶによるＡｌＣｕ単層膜を３６°回転Ｙ−ＸのＬｉＴａＯ３基板上に積むだけでは、Ｘ線回折測定によって得られる２θプロファイルに（１１１）配向のピークしか認められない。しかしながら、図５及び図６から明らかなように、成膜方法ＩＶについてのロッキングカーブは、２つの極めてブロードなピークを有している。つまり、配向していると言えるレベルのロッキングカーブが得られなかった。
【００５４】
一方、成膜方法ＩＩＩのようにＴｉ単層の下地膜をＡｌＣｕ膜とＬｉＴａＯ３基板の間に挟むと、図５に示すように、成膜方法Ｉ、ＩＩに比べると大幅に配向性が劣るものの、Ａｌ（１１１）配向していると言えるレベルとなる。
【００５５】
そして、成膜方法Ｉ、ＩＩのように（Ｔｉ／ＡｌＣｕ）多層下地膜を適用すると、図５に示すように、成膜方法ＩＩＩのＴｉ単層下地膜の場合と比較して、ロッキングカーブのピーク強度で２倍弱、半値幅で半分となる（測定構成ＩＩでは半値幅に差が無かった）。このように、成膜方法Ｉ、ＩＩによれば、極めて配向性に優れたＡｌ（１１１）高配向膜を得ることができる。
【００５６】
なお、成膜方法Ｉ、ＩＩの比較で、スパッタ装置内で多層下地膜を１００℃加熱するかどうかは、加熱をした成膜方法Ｉによる方のロッキングカーブピーク強度がわずかに大きくなったが、半値幅では差がみられなかった。
【００５７】
以上のように、多層下地膜を設けることで、インターディジタル電極膜の結晶配向性を著しく向上させることができる。
【００５８】
上述した多層下地膜において、インターディジタル電極膜の結晶配向性の向上という見地からみれば、多層下地膜を構成する層数を多くする方が圧電基板からの影響を遮断することができ望ましい。しかしながら、電極膜全体に対するＴｉ層の膜厚割合が増加すると、電極膜の抵抗が増加してしまう。
この結果、例えばＴｉ層の膜厚割合が大きく、高抵抗となった電極膜を有する弾性表面波フィルタを構成すると、そのフィルタ特性の損失が増加してしまうという不具合が生じる。このため、多層下地膜の層数については、耐電力寿命向上の観点以外に、作成しようとする弾性表面波装置の特性仕様を勘案して選定する必要がある。
【００５９】
ここで、上述した説明を振り返ると、多層下地膜をＴｉ膜とＡｌＣｕ膜で形成する場合、それらの各膜厚を５から５０Åという非常に薄い範囲に設定し、少なくともＴｉ膜が３層、ＡｌＣｕ膜が２層の計５層で構成することで、多層下地膜上に形成されるＡｌＣｕからなる電極膜の（１１１）配向性を著しく向上させることができることを明らかにしている。
【００６０】
このように、本発明では、多層下地膜を構成する各膜の膜厚が薄く、上部に形成される電極膜の配向性を向上させるために必要な層数も５層程度からで良い。これにより、上記構成条件を弾性表面波フィルタに適用することで、電極膜の比抵抗を小さくすることができると共に、損失の小さいフィルタ特性を実現することができる。
【００６１】
なお、多層下地膜をＴｉ膜２層、Ａｌ（若しくはＡｌ合金）膜１層で構成しても、上述したＴｉ膜を３層、ＡｌＣｕ膜を２層の計５層で構成した場合ほどは電極膜の（１１１）配向性を向上させることはできない。しかしながら、成膜方法ＩＶによる下地膜の無いＡｌ（若しくはＡｌ合金）膜を電極膜としたものや成膜方法ＩＩＩによるＴｉ単層の下地膜を有する電極膜と比較すれば、電極膜の配向性が優れることは言うまでもない。
【００６２】
次に、圧電基板の結晶方位の選定方法について説明する。
先ず、３６°回転Ｙ−Ｘ以外の結晶方位を有するＬｉＴａＯ３基板を用いた場合を説明する。
図７は４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板を用いた実施の形態１による弾性表面波装置の結晶格子モデルを示す図であり、４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３の酸素原子とＴｉ（００１）膜、Ａｌ（１１１）膜の原子のそれぞれの格子配置を示している。格子整合のモデルとしては、３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板の場合と同様に、＜１００＞方向でＬｉＴａＯ３の基本サイズの格子を考え、これと直角な方向には基本サイズの２倍の超格子を考えた。なお、図３と同一構成要素には同一符号を付している。この格子モデルにおいて、各格子整合性の値は下記の通りになる。
【００６３】
＜１３１＞（電子出願の関係上、図７と表記が異なる部分があるが同一の指数値を示している）方向で、Ｔｉ（００１）／／ＬｉＴａＯ３（ＴｉとＬｉＴａＯ３の酸素原子との格子整合性）が４．３％であり、Ａｌ（１１１）／／Ｔｉ（００１）（ＡｌとＴｉとの格子整合性）が−３．１％であり、Ａｌ（１１１）／／ＬｉＴａＯ３（ＡｌとＬｉＴａＯ３の酸素原子との格子整合性）が１．１％である。
【００６４】
一方、＜１００＞方向で、Ｔｉ（００１）／／ＬｉＴａＯ３が−０．８％であり、Ａｌ（１１１）／／Ｔｉ（００１）が−２．９％であり、Ａｌ（１１１）／／ＬｉＴａＯ３が−３．７％である。
【００６５】
図７に示すように、＜１００＞方向に関しては、格子整合の関係は３６°回転Ｙ−Ｘと同様に、ＡｌとＬｉＴａＯ３の格子不整合が−３．７％と大きいのに対して、ＴｉとＬｉＴａＯ３とは−０．８％と格子不整合の値が小さい。一方、＜１００＞方向と直角な方向（ほぼ、＜１３１＞方向に相当する）では、ＡｌとＬｉＴａＯ３の格子不整合が１．１％と小さく、ＴｉとＬｉＴａＯ３とは４．３％と大きくなっている。
【００６６】
これらの格子不整合性を考慮すると、４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板では、Ａｌ（若しくはＡｌ合金）電極膜とＬｉＴａＯ３基板との間に、Ｔｉ単層膜を挟むだけでは、格子不整合による影響を十分に遮断することができない。
【００６７】
このため、４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板では、Ａｌ（若しくはＡｌ合金）電極膜とＬｉＴａＯ３基板との間に、本発明の多層下地膜を挟むことによって、はじめて格子不整合による影響を十分に遮断することができ、高配向（１１１）Ａｌ膜（ないしはＡｌ合金）膜を得ることができる。
【００６８】
また、＜１００＞方向と直角な方向（ほぼ＜１３１＞方向に相当する）に生じるＡｌ（若しくはＡｌ合金）膜の内部応力に関しては、上述のように、ＡｌとＬｉＴａＯ３の格子不整合性の値は１．１％とわずかに圧縮応力が発生することが予想される。しかし、その値は小さいため、３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３では強い引っ張り応力を生じてストレスマイグレーション耐性の低下につながることが懸念され、多層下地膜を適用して格子不整合を緩和させることで引っ張り応力を低減しているのと対象的に、４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３では、はじめから問題とならないことが予想される。
【００６９】
つまり、格子不整合に起因したＡｌ（若しくはＡｌ合金）膜の内部応力に関しては、多層下地膜を適用するにしても、３６°回転Ｙ−Ｘと４２°回転Ｙ−Ｘの比較という観点では、後者の４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３の方が有利と考えられる。
【００７０】
ここで、４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板についても、上述した各成膜方法で試料を作成し、３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板の場合と同様な評価試験を行った結果について説明する。
図８は上述した各成膜方法で形成したＡｌＣｕ膜（電極膜）についてＸ線回折測定によって得られたロッキングカーブのピーク強度と半値幅の関係を示すグラフ図であり、（ａ）は図４（ａ）の測定構成Ｉによる結果を示し、（ｂ）は図４（ｂ）の測定構成ＩＩによる結果を示している。図において、黒丸記号のプロットがピーク強度を示しており、黒塗り四角記号のプロットが各ピークの半値幅を示している。ここで、「配向しない」とあるのは、Ｘ線回折測定によって得られた２θプロファイルにおいて、（１１１）ピークに加えて（１１０）ピークも認められ、（１１１）に優先して配向しなかったことを意味している。また、「配向性低」とあるのは、２θプロファイルにおいて（１１１）ピークのみが認められたものの、ロッキングカーブは極めてブロードであり、配向性が低かったことを意味している。
【００７１】
図８から明らかなように、成膜方法Ｉ、ＩＩによって多層下地膜を形成したものは、測定構成Ｉ、ＩＩのいずれにおいても、成膜方法ＩＩＩやＩＶと比較してロッキングカーブのピーク強度が大きく、且つ半値幅が小さいことから、電極膜の配向性が著しく向上していることがわかる。
【００７２】
ここで、上述した各成膜方法による膜構成を有する弾性表面波フィルタ（バンドパスフィルタ）を試作し、それぞれの電気特性を評価した結果について説明する。試料となる弾性表面波フィルタは、上述した各成膜方法によって電極膜上にレジストパターンを形成したのち、ドライエッチングにて所望のインターディジタル電極パターンを形成したものを用いた。具体的には、１２７個の８００ＭＨｚ帯の２重モードのインターディジタル電極からなる弾性表面波フィルタを製作した。
【００７３】
図９は上述した各成膜方法による電極膜を有する弾性表面波フィルタの電気特性を示すグラフ図であり、（ａ）は各成膜方法と帯域中心周波数ｆ０のばらつきとの関係を示し、（ｂ）は各成膜方法とピークロスとの関係を示している。図において、白丸記号のプロットが３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板による結果を示しており、白塗り四角記号のプロットが４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板による結果を示している。ここで、「ｆ０ばらつき」とは、バンドパスフィルタの帯域中心周波数ｆ０の弾性表面波フィルタチップ間のばらつきを意味している。また、「ｐｌｏｓｓ平均値」とは、上記弾性表面波フィルタ（バンドパスフィルタ）のピークロス値の１２７個の平均値を意味している。なお、各成膜方法の間で比較するために、成膜方法ＩＶ（ＡｌＣｕ単層の電極膜）による弾性表面波フィルタのｆ０ばらつき及びｐｌｏｓｓ平均値を基準にして各成膜方法によるものの結果を規格化している。
【００７４】
図９に示すように、成膜方法ＩＩＩ（Ｔｉ単層下地膜を適用したもの）によるものと、本発明に対応する成膜方法Ｉ、ＩＩ（多層下地膜を適用したもの）によるもののいずれも、成膜方法ＩＶ（ＡｌＣｕ単層電極膜を適用したもの）による従来の弾性表面波装置に比べて、ｆ０ばらつきを３０〜４０％減少することができるという効果を確認した。
【００７５】
これは、下記の２つの要因が考えられる。
先ず、成膜方法ＩＩＩ及び本発明に対応する成膜方法Ｉ、ＩＩによって、Ａｌ（１１１）配向性が向上するのと同時に、ＡｌＣｕ電極膜が結晶的に安定するために、電極膜の膜質のばらつきが減少し、結果的に電気特性としてのｆ０ばらつきが減少することが考えられる。
【００７６】
この他に、ＬｉＴａＯ３基板の上にＴｉ層をはじめに成膜する構成として、ＡｌＣｕ電極膜をＬｉＴａＯ３基板に直接接触させないようにしたことから、ＡｌＣｕ電極膜からＬｉＴａＯ３基板へ及ぼす影響、特にＡｌＣｕ電極膜中のＣｕが不均一にＬｉＴａＯ３基板に拡散してＬｉＴａＯ３基板の表面弾性波伝搬特性に影響することが抑制されたためと考えられる。
【００７７】
図９（ｂ）に示すように、ｐｌｏｓｓ平均値では、成膜方法ＩＩＩ及び本発明に対応する成膜方法Ｉ、ＩＩによって、２〜４％低減されている。これは、ＡｌＣｕ電極膜の結晶性が従来のＡｌＣｕ単層電極膜に比べて向上したことにより、電極膜の比抵抗が減少したことと関係しているものと考えられる。
【００７８】
このように、多層下地膜を適用した本発明の弾性表面波装置は、従来のものと比較して格段に電気特性が向上していることがわかる。
【００７９】
次に、本発明の多層下地膜を用いた成膜方法Ｉ、ＩＩで形成した電極膜を有する９００ＭＨｚ帯の２重モードの弾性表面波フィルタ（バンドパスフィルタ）を試作し、耐電力寿命の評価を行った結果について説明する。ここでも、比較のために、成膜方法ＩＶによる同一構成の弾性表面波フィルタを試作した。
【００８０】
図１０は上述した評価試験に使用した耐電力寿命評価システムの構成を示す図である。図において、７は信号発生器、８は増幅器、９はカプラ、１０はアイソレータ、１１は試料加熱用のオーブン、１２は試料となる弾性表面波フィルタを実装するＤＵＴ基板、１３はネットワークアナライザ、１４は電力計、１５は該システムの各構成要素を試験内容に沿うように制御するコンピュータである。
【００８１】
試験内容としては、試料である弾性表面波フィルタを実装したＤＵＴ基板１２を、オーブン１１で１２５℃の温度条件下におき、３０ｄＢｍのパワーの信号を該弾性表面波フィルタに印加した。この条件下で、電力計１４で得られる弾性表面波フィルタの損失値をコンピュータ１５が逐次取得し、その経時変化を求める。また、適時、ネットワークアナライザ１３を用いて、フィルタ波形の確認を行なった。
【００８２】
図１１は図１０中の耐電力寿命評価システムが取得した弾性表面波フィルタの損失の経時変化を示すグラフ図である。図において、黒丸記号のプロットは、４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板と成膜方法Ｉの組み合わせによる弾性表面波フィルタを示し、白丸記号のプロットは、４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板と成膜方法ＩＩの組み合わせによる弾性表面波フィルタを示している。また、黒塗りの四角記号のプロットは、３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板と成膜方法Ｉの組み合わせによる弾性表面波フィルタを示し、白塗り四角記号のプロットは、３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板と成膜方法ＩＩの組み合わせによる弾性表面波フィルタを示している。最後に、クロス記号のプロットは、４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板と成膜方法ＩＶの組み合わせによる弾性表面波フィルタを示している。ここで、損失の劣化量が０．５ｄＢに達する時間をその弾性表面波フィルタの寿命と定義した。
【００８３】
図１１に示すように、成膜方法ＩＶによる４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板上にＡｌＣｕ単層電極膜を形成してなる弾性表面波フィルタは、およそ２０分で寿命に達した（図中、クロス記号プロット参照）。図には示さなかったが、同じく成膜方法ＩＶによる３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板上にＡｌＣｕ単層電極膜を形成してなる弾性表面波フィルタも、同様に２０分程度で寿命に達した。
【００８４】
これに対して、成膜方法Ｉによる多層下地膜を介してＡｌＣｕ電極膜を４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板上に形成してなる弾性表面波フィルタでは、寿命が５９０時間となった（図中、黒丸記号プロット参照）。また、同様に成膜方法Ｉで試作した、膜構成がＡｌＣｕ電極膜／多層下地膜／３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板である弾性表面波フィルタでは、寿命が７９時間であった（図中、黒塗り四角記号のプロット参照）。
【００８５】
さらに、成膜方法ＩＩによる多層下地膜を介してＡｌＣｕ電極膜を４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板上に形成してなる弾性表面波フィルタでは、寿命が４５０時間となった（図中、白丸記号プロット参照）。また、同様に、成膜方法ＩＩによる膜構成がＡｌＣｕ電極膜／多層下地膜／３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板である弾性表面波フィルタでは、寿命が４９時間であった（図中、白塗り四角記号のプロット参照）。
【００８６】
このように、ＡｌＣｕ単層電極膜からなる弾性表面波フィルタと、本発明に対応する成膜方法Ｉ、ＩＩによる多層下地膜を適用した弾性表面波フィルタとの耐電力寿命を比較すると、下記に示すように著しい向上が見られた。
【００８７】
（１） 膜方法Ｉによる多層下地膜を介してＡｌＣｕ電極膜を３６°回転Ｙ−ＸＬｉＴａＯ３基板上に形成してなる弾性表面波フィルタで、耐電力寿命が２３７倍となった。
（２） 成膜方法Ｉによる多層下地膜を介してＡｌＣｕ電極膜を４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板上に形成してなる弾性表面波フィルタで、耐電力寿命が１７７０倍となった。
（３） 成膜方法ＩＩによる多層下地膜を介してＡｌＣｕ電極膜を３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板上に形成してなる弾性表面波フィルタで、耐電力寿命が１４７倍となった。
（４） 成膜方法ＩＩによる多層下地膜を介してＡｌＣｕ電極膜を４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板上に形成してなる弾性表面波フィルタで、耐電力寿命が１３５０倍となった。
【００８８】
これらの値は、従来例２による弾性表面波フィルタが耐電力寿命をおよそ８０倍向上させた場合と比較しても、著しく耐電力寿命の向上が図られていることがわかる。
【００８９】
また、電子ビーム蒸着のＡｌ（若しくはＡｌ合金）電極膜の耐電力性が、スパッタ成膜によるものより、一桁以上低いことが一般的に知られている。本発明の説明においては、その点を考慮して、同じマグネトロン直流スパッタ装置で成膜した上で、本発明の多層下地膜の適用効果を検討している。逆に言えば、電子ビーム蒸着での電極膜と比べるとすれば、上に示した耐電力寿命向上効果が１桁以上大きくなることとなる。例えば、マグネトロン直流スパッタを用いて成膜方法Ｉによる多層下地膜を介してＡｌＣｕ電極膜を４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板上に形成してなる弾性表面波フィルタでは、電子ビーム蒸着を用いて成膜方法ＩＶによるＡｌＣｕ単層電極膜を４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板上に形成してなる弾性表面波フィルタに比較して、耐電力寿命が１７７００倍以上となると予想される。
【００９０】
上記評価結果において、３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板を用いたものが、４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板を用いたものより、耐電力寿命が短くなっている。これは、下記のような要因が考えられる。
【００９１】
先ず、Ｘ線回折による電極膜の結晶性の比較をしやすくするために、ＡｌＣｕ電極膜の膜厚を４０００Å付近に設定したことが挙げられる。つまり、この膜厚では、ＬｉＴａＯ３基板の伝搬損が４２°回転Ｙ−Ｘに比べて３６°回転Ｙ−Ｘの方が大きく、その損失発生の反作用として電極膜に応力負荷が加わり寿命が短くなったものと考えられる。実際に、弾性表面波装置の初期ロス値は、ＬｉＴａＯ３の結晶方位が３６°回転Ｙ−Ｘのものが４２°回転Ｙ−Ｘのものよりも約０．４ｄＢほど劣っていた。
【００９２】
この耐電力寿命に関する圧電単結晶基板の結晶方位依存性は、次の設計指針を示唆している。つまり、弾性表面波フィルタ（例えばバンドバスフィルタの場合）を設計する際に、必要な通過帯域幅や帯域内ロス、帯域外減衰量などのフィルタの要求仕様を考慮して、インターディジタル電極膜の膜厚やピッチ、線幅などを選定するが、この際に、要求される耐電力寿命の観点から、適正な圧電単結晶基板の結晶方位を選定する必要があるということである。もっと具体的に言えば、電極膜の膜厚を４０００Å付近に設定するのであれば、ＬｉＴａＯ３基板の結晶方位は４２°回転Ｙ−Ｘ付近が望ましく、電極膜の膜厚を２０００Å付近に設定するのであれば、３８°回転Ｙ−Ｘ付近が望ましい。なお、３６°回転Ｙ−Ｘの場合は、電極膜の抵抗が問題とならない範囲の例えば１０００〜１５００Å付近が望ましいものと考えられる。
【００９３】
この設計指針を、より一般的に言い換えれば、圧電基板は、圧電単結晶の弾性表面波の振動に起因して伝搬損の反作用として発生する多層下地膜を介してＡｌ（若しくはＡｌ合金）電極膜に加わる応力負荷が所定レベル以下となる結晶面を選定する必要があるということである。
【００９４】
また、耐電力寿命の圧電単結晶基板の結晶方位依存性の原因として、その他の要因として、電極膜の内部応力が関与していると考えられる。３６°回転Ｙ−ＸＬｉＴａＯ３基板や４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板を用いた弾性表面波装置の弾性表面波（擬似表面波）の伝搬方向はＸ方向、つまり、＜１００＞方向であるが、このとき、基板の結晶格子の振動方向は上記伝搬方向である＜１００＞方向と直角な方向となる横波である（特に、＜００１＞方向が優勢である）。
【００９５】
したがって、耐電力寿命の観点からは、（１１１）高配向のＡｌ（若しくはＡｌ合金）電極膜の＜１００＞方向と直角な方向の内部応力が小さいことが望ましい。
【００９６】
ところで、図３及び図７の結晶格子モデルで説明したように、＜１００＞方向と直角な方向では、３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板の場合、ＡｌとＬｉＴａＯ３基板の格子不整合が−４．２％と大きく、電極膜に強い引っ張り応力を発生させる原因となる。一方、４２°Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板の場合、ＡｌとＬｉＴａＯ３基板の格子不整合は１．１％と小さく、電極膜にはわずかの圧縮内部応力しか発生させない。つまり、本発明の多層下地膜をＡｌ（若しくはＡｌ合金）電極膜とＬｉＴａＯ３基板の間に挟み込むことで、格子不整合が緩和され、結果として、電極膜の内部応力も緩和されることになる。
【００９７】
しかしながら、もともと内部応力の発生が小さい４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板は、３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板よりも、耐電力寿命の観点で有利であると考えられる。
【００９８】
以上のように、本発明の多層下地膜を圧電単結晶基板とＡｌ若しくはＡｌ合金膜との間に挟むことで、著しい耐電力寿命向上効果を得られることがわかった。また、圧電単結晶の結晶方位を、電極膜の膜厚やピッチ、線幅などを考慮して、３５°から４５°の回転角のＹ−ＸカットＬｉＴａＯ３のうち、本発明を適用する弾性表面波装置の仕様に合わせて回転角度を選定することで、著しい耐電力寿命性能を持つ所望の弾性表面波装置を実現することができる。
【００９９】
具体的に説明すると、各結晶方位の圧電基板に対して多層下地膜を適用した結晶格子モデル及びその試作品に対するＸ線回折などによる配向性の測定結果を利用することで、上述したように圧電基板の結晶方位に対応付けて電極膜の配向性及び内部応力の度合を求めることができる。また、圧電基板の結晶方位と電極膜の膜厚やピッチ、線幅などから、圧電単結晶の弾性表面波の振動に起因して多層下地膜を介して電極膜に加わる伝搬損の反作用としての応力負荷の度合を求めることができる。
【０１００】
これら圧電基板の結晶方位に応じた電極膜の配向性や内部応力や応力負荷の度合を規定した弾性表面波装置の電気特性や耐電力寿命などを求め、これらの結果をデータベース化しておく。データベース化する方法としては、弾性表面波装置の電気特性や耐電力寿命などの情報に対応付けて、その圧電基板の結晶方位に応じた配向性や内部応力や応力負荷の度合の所定レベルを設定する。これらのデータを用いて、弾性表面波装置の仕様に合わせて所望の電気特性や耐電力寿命を有する弾性表面波装置を提供することができる。
【０１０１】
上記例では、圧電基板としてＬｉＴａＯ３について説明したが、ＬｉＮｂＯ３についても６３°から７３°の回転角のＹ−Ｘカットのものから、同様にして弾性表面波装置の仕様に合致する回転角度を選定することができる。
【０１０２】
以上のように、この実施の形態１によれば、圧電基板とＡｌ若しくはＡｌ合金の電極膜との間に、Ｔｉ膜とＡｌ若しくはＡｌ合金膜とを交互に成膜した多層下地膜を設けたので、結晶方位が一方向に配向したＡｌ若しくはＡｌ合金電極膜を形成することができることから、ストレスマイグレーション耐性を著しく向上させることができる。
【０１０３】
また、多層下地膜を適用した結晶格子モデルを利用して配向性と共に電極膜に生じる内部応力についても知見を得ることができることから、所望の仕様に合致する弾性表面波装置を提供することができると共に、その耐電力寿命を従来のものと比較して格段に向上させることができる。
【０１０４】
さらに、電極膜が高配向して結晶的に安定となることから、弾性表面波装置の電気特性のばらつきを低減することができる。
【０１０５】
なお、上記実施の形態１では、ＡｌＣｕ膜の（１１１）高配向膜を形成する例を説明したが、ＡｌＣｕのかわりに、ＡｌＭｇやＡｌＬｉなど他のＡｌ合金を用いても同様の効果がある。
【０１０６】
また、上記実施の形態１では、電極膜を（１１１）高配向させる例について説明したが、この他の配向面として、例えば（１１０）配向させたものでも、電極膜の圧電基板上に直接形成したものより耐電力寿命を向上させることができる。
【０１０７】
さらに、上記実施の形態１では、多層下地膜をＴｉ及びＡｌ（若しくはＡｌ合金）の２種類の金属薄膜によって構成する例を示したが、その他の金属薄膜を用いても良く、また、多層下地膜を適用する結晶格子モデルとして表現できるものであれば、２種類以上の金属薄膜で構成しても良い。
【０１０８】
実施の形態２．
図１２はこの発明の実施の形態２による弾性表面波装置の製造工程を示す図である。この図に沿って実施の形態２による弾性表面波装置の製造方法について説明する。
【０１０９】
先ず、図１２（ａ）の工程にて、洗浄した圧電基板１（例えばＬｉＴａＯ３基板）にレジスト１６を塗布し、露光現像して所望のリフトオフ用のレジストパターンを形成する。次に、図１２（ｂ）の工程にて、Ｔｉの電子ビーム蒸着源、Ａｌ（若しくはＡｌ合金）の電子ビーム蒸着源とを備えた真空蒸着装置に、上記基板１を装填し、ＴｉとＡｌ（若しくはＡｌ合金）を交互に蒸着して多層下地膜２を形成する（下地形成ステップ）。
【０１１０】
このとき、ＴｉからはじめてＴｉで終わるようにする。各層の膜厚は上記実施の形態１においても説明したように、各々５〜５０Å（０．５〜５ｎｍ）の範囲とし、少なくともＴｉ層２ａが３層以上、Ａｌ（若しくはＡｌ合金）層２ｂが２層以上とする。
【０１１１】
続いて、図１２（ｃ）の工程に進んで、多層下地膜２の上に所望の膜厚でＡｌ（若しくはＡｌ合金）膜をインターディジタル電極膜３として蒸着する（電極形成ステップ）。これらの一連の蒸着に際しては、レジストパターンの変形・変質を抑制するため、基板加熱は一切行わない。
【０１１２】
最後に、図１２（ｄ）のリフトオフ工程において、インターディジタル電極となる部分以外の蒸着膜とレジスト１６をウェット除去して所望のパターン形成をしたインターディジタル電極を得る。
【０１１３】
以上のように、この実施の形態２によれば、多層下地膜２を適用することによって基板加熱を行わなくても（１１１）高配向のＡｌ（若しくはＡｌ合金）膜を得ることができる。
【０１１４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、圧電基板と電極膜との間に設けられ、これらの結晶格子間の格子不整合を緩和する２種類以上の金属薄膜（例えば、チタン薄膜及びアルミニウム若しくはアルミニウム合金薄膜）を交互に積層してなる多層下地膜を備えるので、多層下地膜によって圧電基板と電極膜との格子不整合による影響を十分に遮断することができることから、結晶方位が一方向に高配向した電極膜を形成することができ、ストレスマイグレーション耐性、すなわち耐電力寿命を著しく向上させることができるという効果がある。また、電極膜が高配向して結晶的に安定となることから、弾性表面波装置の電気特性のばらつきを低減することもできるという効果がある。
【０１１５】
この発明によれば、多層下地膜の各薄膜の１層の膜厚を０．５乃至５ｎｍの範囲とするので、多層下地膜が非常に薄いことから圧電基板に与える影響を低減することができ、これによる特性変化を抑制することができるという効果がある。また、多層下地膜にＴｉなどを使用する場合、電極膜の比抵抗を低減できるという効果がある。
【０１１６】
この発明によれば、圧電基板が、電極膜を構成する金属膜の結晶方位が一方向に配向する度合と、圧電単結晶の弾性表面波の振動に起因して多層下地膜を介して上記電極膜に加わる応力負荷が所定レベル以下となる結晶面を有するので、その耐電力寿命を従来のものと比較して格段に向上させることができるという効果がある。
【０１１７】
この発明によれば、電極膜がアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる場合、多層下地膜の最下層をチタン薄膜とするので、電極膜の構成原子が圧電基板に拡散することを抑制することができ、圧電基板の伝搬特性への影響を押さえることができるという効果がある。
【０１１８】
この発明によれば、多層下地膜が少なくともチタン薄膜を２層以上、アルミニウム若しくはアルミニウム合金膜を１層以上積層してなるので、多層下地膜が非常に薄いことから圧電基板に与える影響を低減することができ、これによる特性変化を抑制することができる。また、非常に薄い多層下地膜であっても高配向の電極膜を得ることができるという効果がある。
【０１１９】
この発明によれば、圧電基板上に、該圧電基板と電極膜との結晶格子間の格子不整合を緩和する２種類以上の金属薄膜を交互に積層して多層下地膜を形成し、該多層下地膜上に電極膜を形成するので、簡単な成膜工程にて結晶方位が一方向に高配向した電極膜を得ることができることから、安価なマグネトロン直流スパッタ装置や電子ビーム蒸着装置などを用いても、ストレスマイグレーション耐性、すなわち、耐電力寿命を著しく向上させた弾性表面波装置を製作することができるという効果がある。
【０１２０】
この発明によれば、多層下地膜を加熱して構成薄膜の結晶性を向上させるので、電極膜の配向性を向上させることができるという効果がある。
【０１２１】
この発明によれば、電極膜の電極パターンの形成にリフトオフ法を用いるので、基板加熱を行うことなく、結晶方位が高配向した電極を有する弾性表面波装置を提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による弾性表面波装置を示す断面図である。
【図２】図１中の弾性表面波装置の製造工程を示す図である。
【図３】実施の形態１による弾性表面波装置の結晶格子モデルを示す図である。
【図４】Ｘ線回折ロッキングカーブ測定時の圧電基板の結晶方位と測定系の関係を示す図である。
【図５】各成膜方法で形成したＡｌＣｕ膜（電極膜）についてＸ線回折測定によって得られたロッキングカーブのピーク強度と半値幅の関係を示すグラフ図である。
【図６】成膜方法ＩＩ、ＩＶで形成したＡｌＣｕ膜（電極膜）のロッキングカーブを示す図である。
【図７】実施の形態１による弾性表面波装置の結晶格子モデルの他例を示す図である。
【図８】各成膜方法で形成したＡｌＣｕ膜（電極膜）についてＸ線回折測定によって得られたロッキングカーブのピーク強度と半値幅の関係を示すグラフ図である。
【図９】各成膜方法による電極膜を有する弾性表面波フィルタの電気特性を示すグラフ図である。
【図１０】耐電力寿命評価システムの構成を示す図である。
【図１１】弾性表面波フィルタの損失の経時変化を示すグラフ図である。
【図１２】この発明の実施の形態２による弾性表面波装置の製造工程を示す図である。
【図１３】従来の弾性表面波装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 圧電基板、２ 多層下地膜、２ａ，２ａ−１ Ｔｉ薄膜、２ｂ，２ｂ−１Ａｌ（若しくはＡｌ合金）薄膜、３ インターディジタル電極膜（電極膜）、４ 酸素原子、５ Ｔｉ原子、６ Ａｌ原子、７ 信号発生器、８ 増幅器、９カプラ、１０ アイソレータ、１１ オーブン、１２ ＤＵＴ基板、１３ ネットワークアナライザ、１４ 電力計、１５ コンピュータ、１６ レジスト。
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＬｉＴａＯ３などの圧電単結晶基板の上にストレスマイグレーション耐性の高い（１１１）高配向アルミニウム（Ａｌ）膜若しくはＡｌ合金膜の電極膜を設けた弾性表面波装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
弾性表面波装置において、圧電基板上に形成したアルミニウム（以下、Ａｌと略す）若しくはＡｌ合金（例えば、ＡｌＣｕ）からなるインタディジタル電極の結晶方位を（１１１）配向とすることで、配向していないものや（３１１）配向のものと比較して、ストレスマイグレーション耐性が著しく向上することが知られている。
【０００３】
例えば、特開平５−１８３３７３号公報（以下、従来例１と称す）では、圧電基板であるＬｉＴａＯ３基板上に（１１１）配向したＡｌ若しくはＡｌ合金膜を直接形成する技術が開示されている。具体的には、（１１１）配向したＡｌ若しくはＡｌ合金膜を形成する１つの方法としてイオンビームスパッタを用いている。このプロセス条件として、イオン電流１００ｍＡ、加速電圧１４００ｅＶとし、さらに圧電基板を１４０℃に加熱して成膜することで（１１１）配向膜を形成する。
【０００４】
また、図１３は、例えば特開２００１−９４３８２号公報に示された従来の弾性表面波装置（以下、従来例２と称す）を示す断面図である。図において、１００は圧電基板であるＬｉＴａＯ３基板、１０１はインターディジタル電極であり、金属層１０１ａ上に金属層１０１ｂを積層した構造を有し（１１１）高配向している。１０１ａは高周波スパッタ法によって非晶質で積層された金属層であって、タンタル、ニオブ、チタンなどからなる。１０１ｂは（１１１）高配向するＡｌ若しくはその合金からなる金属層である。
【０００５】
従来例２では、（１１１）高配向するＡｌ若しくはその合金からなるインターディジタル電極１０１を得るために、インターディジタル電極１０１の表面層となる金属層１０１ｂの下に非晶質の金属層１０１ａを形成する。この非晶質の金属層１０１ａによって、ＬｉＴａＯ３基板１００の結晶格子と格子不整合することによる影響が遮断され、（１１１）高配向する金属層１０１ｂを形成することができる。非晶質の金属層１０１ａを得る条件として、その膜厚を５００ｎｍ以下としたり、高周波スパッタ法を用いて成膜する。
【０００６】
また、的確に非晶質の金属層１０１ａを形成して、その上に（１１１）高配向したインターディジタル電極１０１を形成する１つの方法として、高周波スパッタを用いて非晶質の金属層１０１ａを形成した後に真空破壊せずに連続して直流スパッタで金属層１０１ｂを形成することが述べられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の弾性表面波装置は以上のように構成されているので、従来例１では、圧電基板上に電極膜を直接形成することから、これらの結晶格子間の格子不整合による影響を受けるため、Ａｌ若しくはＡｌ合金電極膜を（１１１）高配向としても十分に耐電力寿命を向上させることができないという課題があった。
【０００８】
また、従来例１では、安定して（１１１）高配向したＡｌ若しくはＡｌ合金電極膜を得るためにはイオンビームスパッタなどのような高価な装置や成膜時に基板加熱（１４０℃）が必要であるという課題もある。
【０００９】
さらに、従来例２においても、非晶質の金属層１０１ａのみでＬｉＴａＯ３基板１００の結晶格子との格子不整合による影響を抑制することから、Ａｌ若しくはＡｌ合金電極膜を（１１１）高配向としても十分に耐電力寿命を向上させることができないという課題があった。
【００１０】
例えば、従来例２の弾性表面波装置では、直流スパッタで圧電基板上に（１１１）高配向したＡｌ若しくはＡｌ合金電極膜を直接成膜したものと比較して、耐電力寿命の向上効果が約８０倍程度と決して高くない。
【００１１】
また、従来例２では、金属層１０１ａの非晶質膜を安定して成膜するためには、非晶質膜を形成するための高周波スパッタと、（１１１）高配向したＡｌ若しくはＡｌ合金電極膜を得るための直流スパッタとが、真空破壊せずに連続して行えるような特殊な真空成膜装置が必要であるという課題もある。
【００１２】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、圧電基板と電極膜との結晶格子間の格子不整合を緩和する２種類以上の金属薄膜を交互に積層してなる多層下地膜を設けることで、安価なマグネトロン直流スパッタ装置や電子ビーム真空蒸着装置を用いて基板加熱することなく作成することができる上に、従来より優れたストレスマイグレーション耐性つまり耐電力寿命を有する弾性表面波装置及びその製造方法を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る弾性表面波装置は、圧電単結晶基板と、この基板上に金属材を用いて形成された弾性表面波を発生するためのインターディジタル電極膜と、この電極膜と上記基板との間に形成され、上記電極膜の金属材と同一材の第１金属薄膜と上記電極膜の金属材と異なる金属材の第２金属薄膜とを交互に積層してなり、上記基板及び上記電極膜の各結晶格子と整合するように上記第１及び第２金属薄膜の膜厚を設定した多層下地膜とを備え、上記インターディジタル電極膜を、その表面の結晶方位が一方向に配向する金属膜から構成し、上記多層下地膜の各金属薄膜の膜厚を０．５乃至５ｎｍの範囲としたものである。
【００１４】
この発明に係る弾性表面波装置は、多層下地膜が第２金属薄膜を圧電単結晶基板及びインターディジタル電極膜のそれぞれに隣接させたものである。
【００１７】
この発明に係る弾性表面波装置は、インターディジタル電極膜がアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなり、多層下地膜の第１金属薄膜にアルミニウム若しくはアルミニウム合金薄膜を用い、第２金属薄膜にチタン薄膜を用いたものである。
【００１９】
この発明に係る弾性表面波装置は、多層下地膜が少なくともチタン薄膜を２層以上、アルミニウム若しくはアルミニウム合金薄膜を１層以上積層してなるものである。
【００２０】
この発明に係る弾性表面波装置は、圧電単結晶基板がタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）又はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）の単結晶からなるものである。
【００２１】
この発明に係る弾性表面波装置の製造方法は、圧電単結晶基板上に、インターディジタル電極膜の金属材と同一材の第１金属薄膜と上記電極膜の金属材と異なる金属材の第２金属薄膜とを、上記基板及び上記電極膜の各結晶格子と整合するように各膜厚を０．５乃至５ｎｍの範囲に設定しながら交互に積層して多層下地膜を形成する下地形成ステップと、上記多層下地膜上に結晶方位が一方向に配向した金属膜からなる上記電極膜を形成する電極形成ステップとを備えるものである。
【００２２】
この発明に係る弾性表面波装置の製造方法は、電極形成ステップにて、結晶方位が一方向に配向したアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる電極膜を形成するものである。
【００２３】
この発明に係る弾性表面波装置の製造方法は、下地形成ステップにて、第１金属薄膜としてアルミニウム若しくはアルミニウム合金薄膜、第２金属薄膜としてチタン薄膜を積層して多層下地膜を形成するものである。
【００２４】
この発明に係る弾性表面波装置の製造方法は、下地形成ステップにて、チタン薄膜を最下層として多層下地膜を形成するものである。
【００２５】
この発明に係る弾性表面波装置の製造方法は、圧電単結晶基板の結晶面を選択するにあたり、圧電単結晶基板、多層下地膜及びインターディジタル電極膜を表現する結晶格子モデルを用い、上記結晶格子モデルの各層間の格子整合度について上記電極膜の結晶方位が一方向に配向する度合及び上記電極膜に加わる応力負荷の度合に関連付けた値を予め設定しておき、当該格子整合度に応じて結晶面を選択する選択ステップを備え、下地形成ステップにて、上記結晶面上に上記多層下地基板を形成するものである。
【００２６】
この発明に係る弾性表面波装置の製造方法は、選択ステップにて、圧電単結晶としてＬｉＴａＯ ３ を用い、その結晶方位についてＸ軸を中心にＹ軸からＺ軸方向への回転角範囲３５°乃至４５°のいずれかのカット面で規定される結晶面を格子整合度に応じて選択するものである。
また、この発明に係る弾性表面波装置の製造方法は、選択ステップにて、圧電単結晶としてＬｉＮｂＯ ３ を用い、その結晶方位についてＸ軸を中心にＹ軸からＺ軸方向への回転角範囲６３°乃至７３°のいずれかのカット面で規定される結晶面を格子整合度に応じて選択するものである。
【００２７】
この発明に係る弾性表面波装置の製造方法は、下地形成ステップにて形成された多層下地膜を加熱する下地加熱ステップを備えるものである。
【００２８】
この発明に係る弾性表面波装置の製造方法は、電極膜の電極パターンの形成にリフトオフ法を用いるものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による弾性表面波装置を示す断面図である。図において、１は圧電基板であって、例えばＬｉＴａＯ３単結晶を使用する。２は多層下地膜で、図示の例ではＴｉ薄膜２ａとＡｌ（若しくはＡｌ合金）薄膜２ｂとを交互に積層して形成されている。３はインターディジタル電極膜（電極膜）であって、多層下地膜２上に形成される。
【００３０】
先ず、図１に示す弾性表面波装置の製造方法について説明する。
図２は図１中の弾性表面波装置の製造工程を示す図である。先ず、図２（ａ）の工程で圧電基板１（例えば、ＬｉＴａＯ３基板）を洗浄する（ウェット洗浄）。次に、図２（ｂ）の工程にて、例えばＴｉ及びＡｌＣｕのターゲットを備えたマグネトロン直流スパッタ装置に上記ＬｉＴａＯ３基板１を装填し、室温にてＴｉ膜、ＡｌＣｕ膜、Ｔｉ膜と交互に積層して多層下地膜を形成する（下地形成ステップ）。この際、積層の順番としては、例えばＴｉ膜から始める。
【００３１】
この後、場合によって、図２（ｃ）の工程に進んで、スパッタ装置内において、多層下地膜２を形成したＬｉＴａＯ３基板１を加熱する（下地加熱ステップ）。これによって、Ｔｉ薄膜２ａとＡｌ（若しくはＡｌ合金）薄膜２ｂの結晶性が向上する（図中、結晶性が向上したことを示すため、加熱後のＴｉ薄膜２ａとＡｌ（若しくはＡｌ合金）薄膜２ｂにそれぞれ符号２ａ−１、２ｂ−１を付した）。ただし、この工程は必要に応じて導入すればよく、後述するように熱処理工程の有無による効果はわずかであった。
【００３２】
続いて、図２（ｄ）の工程に進んで、スパッタ装置から上記ＬｉＴａＯ３基板１を取り出さずに、多層下地膜２をの上に連続して所望の膜厚のＡｌＣｕ膜をインターディジタル電極膜３としてスパッタ成膜する（電極形成ステップ）。
【００３３】
ところで、本発明の根幹となるＡｌ（若しくはＡｌ合金）膜と圧電基板１との間に多層下地膜２を挟むという技術的思想は、圧電基板１の格子寸法と（１１１）Ａｌ（若しくはＡｌ合金）膜２ｂの格子寸法との関係から導き出されたものである。
【００３４】
図３は実施の形態１による弾性表面波装置の結晶格子モデルを示す図である。図において、４は３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板の酸素原子、５はＴｉ（００１）膜のＴｉ原子、６はＡｌ（１１１）膜のＡｌ原子である。ここで、格子整合のモデルとしては、＜１００＞方向でＬｉＴａＯ３の基本サイズの格子を考え、これと直角な方向には基本サイズの２倍の超格子を考えた。この格子モデルにおいて、各格子整合性の値は下記の通りになる。
【００３５】
＜１２１＞（電子出願の関係上、図３と表記が異なる部分があるが同一の指数値を示している）方向で、Ｔｉ（００１）／／ＬｉＴａＯ３（ＴｉとＬｉＴａＯ３の酸素原子との格子整合性）が−１．２％であり、Ａｌ（１１１）／／Ｔｉ（００１）（ＡｌとＴｉとの格子整合性）が−３．１％であり、Ａｌ（１１１）／／ＬｉＴａＯ３（ＡｌとＬｉＴａＯ３の酸素原子との格子整合性）が−４．２％である。一方、＜１００＞方向で、Ｔｉ（００１）／／ＬｉＴａＯ３が−０．８％であり、Ａｌ（１１１）／／Ｔｉ（００１）が−２．９％であり、Ａｌ（１１１）／／ＬｉＴａＯ３が−３．７％である。
【００３６】
図３に示すように、＜１００＞方向に関しては、ＡｌとＬｉＴａＯ３の格子不整合が−３．７％と大きいのに対して、ＴｉとＬｉＴａＯ３とは−０．８％と格子不整合性の値が小さい。一方、＜１００＞方向と直角な方向（ほぼ、＜１２１＞方向に相当する）では、２倍の超格子を考えるので、やはり、ＡｌとＬｉＴａＯ３の格子不整合が−４．２％と大きく、ＴｉとＬｉＴａＯ３とは−１．２％と格子不整合が小さくなる。
【００３７】
これらの格子不整合性を考慮すると、高配向（１１１）Ａｌ（若しくはＡｌ合金）膜を得るには、極めて膜厚の薄いＴｉ膜と、極めて膜厚の薄いＡｌ（若しくはＡｌ合金）膜とを多層に積層した多層下地膜をＡｌ（若しくはＡｌ合金）からなる電極膜と圧電基板との間に設けることが効果的であることが推測できる。
【００３８】
また、＜１００＞方向と直角な方向（ほぼ＜１２１＞方向に相当する）に生じるＡｌ（若しくはＡｌ合金）膜の内部応力に関しては、上述のように、ＡｌとＬｉＴａＯ３の格子不整合性の値が大きなマイナス値となっており、格子不整合性を緩和する多層下地膜を適用せずに直接にＬｉＴａＯ３基板上にＡｌ（若しくはＡｌ合金）膜を形成すると、その膜には強い引っ張り応力が発生することが予想される。
【００３９】
さらに、上述のように、ＡｌとＴｉの格子不整合性の値もその次に大きなマイナス値となっており、Ｔｉ単層下地膜を設けると若干引っ張り応力が緩和されるものの、やはりＡｌ（若しくはＡｌ合金）膜には引っ張り応力が発生することが予想される。
【００４０】
Ａｌ（若しくはＡｌ合金）膜の内部応力の存在は、引っ張り応力であれ、圧縮応力であれ、ストレスマイグレーション耐性を劣化させることが知られており、内部応力をできるだけ低減させることが望ましい。
【００４１】
以上のことから、＜１００＞方向と直角な方向（ほぼ＜１２１＞方向に相当する）に関しても、＜１００＞方向と同様に、高配向（１１１）Ａｌ（若しくはＡｌ合金）膜を得るためには、極めて膜厚の薄いＴｉ膜と、極めて膜厚の薄いＡｌ（若しくはＡｌ合金）膜とを多層に積層した多層下地膜をＡｌ（若しくはＡｌ合金）からなる電極膜と圧電基板との間に設けることが効果的であることが推測できる。
【００４２】
さらに、このような格子不整合を緩和できる多層下地膜の適用は、Ａｌ（若しくはＡｌ合金）膜の内部応力の低減にも効果的であることが推測できる。
【００４３】
次に、実施の形態１による弾性表面波装置における（１１１）高配向Ａｌ合金膜の結晶性評価について説明する。この評価実験は、本発明の効果を明らかにするために異なる成膜方法との比較という観点で行った。なお、後述するＡｌＣｕは、Ｃｕ濃度が０．５ｗｔ％のものを用いた。比較した成膜方法の内容を以下に示す。
【００４４】
成膜方法Ｉ 洗浄した３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板をスパッタ装置に装填し、Ｔｉ膜（膜厚４０Å）、ＡｌＣｕ膜（膜厚１５Å）、Ｔｉ膜（膜厚１０Å）、ＡｌＣｕ膜（膜厚１５Å）、Ｔｉ膜（膜厚１０Å）と連続して積層して、多層下地膜を形成する。続いて、スパッタ装置内で基板を１００℃に加熱した後に、ＡｌＣｕ膜を膜厚３９７０Åで成膜する。
【００４５】
成膜方法ＩＩ 洗浄した３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板をスパッタ装置に装填し、Ｔｉ膜（膜厚４０Å）、ＡｌＣｕ膜（膜厚１５Å）、Ｔｉ膜（膜厚１０Å）、ＡｌＣｕ膜（膜厚１５Å）、Ｔｉ膜（膜厚１０Å）と連続して積層して、多層下地膜を形成する。続いて、基板加熱無しにＡｌＣｕ膜を膜厚３９７０Åで成膜する。
【００４６】
成膜方法ＩＩＩ 洗浄した３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板をスパッタ装置に装填し、Ｔｉ膜（膜厚６０Å）を積層して、単層下地膜を形成する。続いて、基板加熱無しにＡｌＣｕ膜を膜厚４０００Åで成膜する。
【００４７】
成膜方法ＩＶ 洗浄した３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板をスパッタ装置に装填し、ＡｌＣｕ膜を膜厚４０００Åで成膜する。
【００４８】
以上の評価実験はすべて同じマグネトロン直流スパッタ装置を用いた。ところで、多層下地膜のＴｉ膜とＡｌＣｕ膜の膜厚については、マグネトロン直流スパッタ装置の膜厚コントロールの可能な範囲を選ぶ必要がある。
【００４９】
また、多層下地膜の役割は圧電基板の結晶とＡｌ（１１１）配向膜の結晶との格子定数の差異を緩和させることを狙っており、その観点から容易に歪むことが可能なようにＴｉ膜、ＡｌＣｕ膜ともにできるだけ薄いことが望ましい。
【００５０】
以上の点から、多層下地膜のＴｉ膜とＡｌＣｕ膜の各々１層の膜厚は５から５０Å（０．５から５ｎｍ）の範囲内に設定する。さらに、多層下地膜の層数については、以下でも説明するが、少なくともＴｉ膜３層とＡｌＣｕ膜２層の計５層あればその下地膜の上に形成されたＡｌＣｕ膜の（１１１）配向性が著しく向上する。
【００５１】
図４はＸ線回折ロッキングカーブ測定時の圧電基板の結晶方位と測定系の関係を示す図であり、（ａ）は＜１００＞方向に直交する平面上でＸ線を入射した場合を示し、（ｂ）は＜１００＞方向に平行する平面上でＸ線を入射した場合を示している。図に示すように、圧電基板の結晶方位とＸ線回折測定系の関係について、２つの異なる測定構成でロッキングカーブを測定した。ここで、図４（ａ）に示す構成を測定構成Ｉ、図４（ｂ）に示す構成を測定構成ＩＩと称することとする。
【００５２】
図５は上述した各成膜方法で形成したＡｌＣｕ膜（電極膜）についてＸ線回折測定によって得られたロッキングカーブのピーク強度と半値幅の関係を示すグラフ図であり、（ａ）は図４（ａ）の測定構成Ｉによる結果を示し、（ｂ）は図４（ｂ）の測定構成ＩＩによる結果を示している。図において、黒丸記号のプロットがピーク強度を示しており、黒塗り四角記号のプロットが各ピークの半値幅を示している。ここで、ピーク強度が大きく半値幅が小さいほどＡｌ（１１１）の配向性が良好であることを意味している。
【００５３】
図６は上述した成膜方法ＩＩ、ＩＶで形成したＡｌＣｕ膜（電極膜）のロッキングカーブを示す図であり、（ａ）は成膜方法ＩＶによるロッキングカーブ、（ｂ）は成膜方法ＩＩによるロッキングカーブを示している。成膜方法ＩＶによるＡｌＣｕ単層膜を３６°回転Ｙ−ＸのＬｉＴａＯ３基板上に積むだけでは、Ｘ線回折測定によって得られる２θプロファイルに（１１１）配向のピークしか認められない。しかしながら、図５及び図６から明らかなように、成膜方法ＩＶについてのロッキングカーブは、２つの極めてブロードなピークを有している。つまり、配向していると言えるレベルのロッキングカーブが得られなかった。
【００５４】
一方、成膜方法ＩＩＩのようにＴｉ単層の下地膜をＡｌＣｕ膜とＬｉＴａＯ３基板の間に挟むと、図５に示すように、成膜方法Ｉ、ＩＩに比べると大幅に配向性が劣るものの、Ａｌ（１１１）配向していると言えるレベルとなる。
【００５５】
そして、成膜方法Ｉ、ＩＩのように（Ｔｉ／ＡｌＣｕ）多層下地膜を適用すると、図５に示すように、成膜方法ＩＩＩのＴｉ単層下地膜の場合と比較して、ロッキングカーブのピーク強度で２倍弱、半値幅で半分となる（測定構成ＩＩでは半値幅に差が無かった）。このように、成膜方法Ｉ、ＩＩによれば、極めて配向性に優れたＡｌ（１１１）高配向膜を得ることができる。
【００５６】
なお、成膜方法Ｉ、ＩＩの比較で、スパッタ装置内で多層下地膜を１００℃加熱するかどうかは、加熱をした成膜方法Ｉによる方のロッキングカーブピーク強度がわずかに大きくなったが、半値幅では差がみられなかった。
【００５７】
以上のように、多層下地膜を設けることで、インターディジタル電極膜の結晶配向性を著しく向上させることができる。
【００５８】
上述した多層下地膜において、インターディジタル電極膜の結晶配向性の向上という見地からみれば、多層下地膜を構成する層数を多くする方が圧電基板からの影響を遮断することができ望ましい。しかしながら、電極膜全体に対するＴｉ層の膜厚割合が増加すると、電極膜の抵抗が増加してしまう。
この結果、例えばＴｉ層の膜厚割合が大きく、高抵抗となった電極膜を有する弾性表面波フィルタを構成すると、そのフィルタ特性の損失が増加してしまうという不具合が生じる。このため、多層下地膜の層数については、耐電力寿命向上の観点以外に、作成しようとする弾性表面波装置の特性仕様を勘案して選定する必要がある。
【００５９】
ここで、上述した説明を振り返ると、多層下地膜をＴｉ膜とＡｌＣｕ膜で形成する場合、それらの各膜厚を５から５０Åという非常に薄い範囲に設定し、少なくともＴｉ膜が３層、ＡｌＣｕ膜が２層の計５層で構成することで、多層下地膜上に形成されるＡｌＣｕからなる電極膜の（１１１）配向性を著しく向上させることができることを明らかにしている。
【００６０】
このように、本発明では、多層下地膜を構成する各膜の膜厚が薄く、上部に形成される電極膜の配向性を向上させるために必要な層数も５層程度からで良い。これにより、上記構成条件を弾性表面波フィルタに適用することで、電極膜の比抵抗を小さくすることができると共に、損失の小さいフィルタ特性を実現することができる。
【００６１】
なお、多層下地膜をＴｉ膜２層、Ａｌ（若しくはＡｌ合金）膜１層で構成しても、上述したＴｉ膜を３層、ＡｌＣｕ膜を２層の計５層で構成した場合ほどは電極膜の（１１１）配向性を向上させることはできない。しかしながら、成膜方法ＩＶによる下地膜の無いＡｌ（若しくはＡｌ合金）膜を電極膜としたものや成膜方法ＩＩＩによるＴｉ単層の下地膜を有する電極膜と比較すれば、電極膜の配向性が優れることは言うまでもない。
【００６２】
次に、圧電基板の結晶方位の選定方法について説明する。
先ず、３６°回転Ｙ−Ｘ以外の結晶方位を有するＬｉＴａＯ３基板を用いた場合を説明する。
図７は４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板を用いた実施の形態１による弾性表面波装置の結晶格子モデルを示す図であり、４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３の酸素原子とＴｉ（００１）膜、Ａｌ（１１１）膜の原子のそれぞれの格子配置を示している。格子整合のモデルとしては、３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板の場合と同様に、＜１００＞方向でＬｉＴａＯ３の基本サイズの格子を考え、これと直角な方向には基本サイズの２倍の超格子を考えた。なお、図３と同一構成要素には同一符号を付している。この格子モデルにおいて、各格子整合性の値は下記の通りになる。
【００６３】
＜１３１＞（電子出願の関係上、図７と表記が異なる部分があるが同一の指数値を示している）方向で、Ｔｉ（００１）／／ＬｉＴａＯ３（ＴｉとＬｉＴａＯ３の酸素原子との格子整合性）が４．３％であり、Ａｌ（１１１）／／Ｔｉ（００１）（ＡｌとＴｉとの格子整合性）が−３．１％であり、Ａｌ（１１１）／／ＬｉＴａＯ３（ＡｌとＬｉＴａＯ３の酸素原子との格子整合性）が１．１％である。
【００６４】
一方、＜１００＞方向で、Ｔｉ（００１）／／ＬｉＴａＯ３が−０．８％であり、Ａｌ（１１１）／／Ｔｉ（００１）が−２．９％であり、Ａｌ（１１１）／／ＬｉＴａＯ３が−３．７％である。
【００６５】
図７に示すように、＜１００＞方向に関しては、格子整合の関係は３６°回転Ｙ−Ｘと同様に、ＡｌとＬｉＴａＯ３の格子不整合が−３．７％と大きいのに対して、ＴｉとＬｉＴａＯ３とは−０．８％と格子不整合の値が小さい。一方、＜１００＞方向と直角な方向（ほぼ、＜１３１＞方向に相当する）では、ＡｌとＬｉＴａＯ３の格子不整合が１．１％と小さく、ＴｉとＬｉＴａＯ３とは４．３％と大きくなっている。
【００６６】
これらの格子不整合性を考慮すると、４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板では、Ａｌ（若しくはＡｌ合金）電極膜とＬｉＴａＯ３基板との間に、Ｔｉ単層膜を挟むだけでは、格子不整合による影響を十分に遮断することができない。
【００６７】
このため、４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板では、Ａｌ（若しくはＡｌ合金）電極膜とＬｉＴａＯ３基板との間に、本発明の多層下地膜を挟むことによって、はじめて格子不整合による影響を十分に遮断することができ、高配向（１１１）Ａｌ膜（ないしはＡｌ合金）膜を得ることができる。
【００６８】
また、＜１００＞方向と直角な方向（ほぼ＜１３１＞方向に相当する）に生じるＡｌ（若しくはＡｌ合金）膜の内部応力に関しては、上述のように、ＡｌとＬｉＴａＯ３の格子不整合性の値は１．１％とわずかに圧縮応力が発生することが予想される。しかし、その値は小さいため、３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３では強い引っ張り応力を生じてストレスマイグレーション耐性の低下につながることが懸念され、多層下地膜を適用して格子不整合を緩和させることで引っ張り応力を低減しているのと対象的に、４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３では、はじめから問題とならないことが予想される。
【００６９】
つまり、格子不整合に起因したＡｌ（若しくはＡｌ合金）膜の内部応力に関しては、多層下地膜を適用するにしても、３６°回転Ｙ−Ｘと４２°回転Ｙ−Ｘの比較という観点では、後者の４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３の方が有利と考えられる。
【００７０】
ここで、４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板についても、上述した各成膜方法で試料を作成し、３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板の場合と同様な評価試験を行った結果について説明する。
図８は上述した各成膜方法で形成したＡｌＣｕ膜（電極膜）についてＸ線回折測定によって得られたロッキングカーブのピーク強度と半値幅の関係を示すグラフ図であり、（ａ）は図４（ａ）の測定構成Ｉによる結果を示し、（ｂ）は図４（ｂ）の測定構成ＩＩによる結果を示している。図において、黒丸記号のプロットがピーク強度を示しており、黒塗り四角記号のプロットが各ピークの半値幅を示している。ここで、「配向しない」とあるのは、Ｘ線回折測定によって得られた２θプロファイルにおいて、（１１１）ピークに加えて（１１０）ピークも認められ、（１１１）に優先して配向しなかったことを意味している。また、「配向性低」とあるのは、２θプロファイルにおいて（１１１）ピークのみが認められたものの、ロッキングカーブは極めてブロードであり、配向性が低かったことを意味している。
【００７１】
図８から明らかなように、成膜方法Ｉ、ＩＩによって多層下地膜を形成したものは、測定構成Ｉ、ＩＩのいずれにおいても、成膜方法ＩＩＩやＩＶと比較してロッキングカーブのピーク強度が大きく、且つ半値幅が小さいことから、電極膜の配向性が著しく向上していることがわかる。
【００７２】
ここで、上述した各成膜方法による膜構成を有する弾性表面波フィルタ（バンドパスフィルタ）を試作し、それぞれの電気特性を評価した結果について説明する。試料となる弾性表面波フィルタは、上述した各成膜方法によって電極膜上にレジストパターンを形成したのち、ドライエッチングにて所望のインターディジタル電極パターンを形成したものを用いた。具体的には、１２７個の８００ＭＨｚ帯の２重モードのインターディジタル電極からなる弾性表面波フィルタを製作した。
【００７３】
図９は上述した各成膜方法による電極膜を有する弾性表面波フィルタの電気特性を示すグラフ図であり、（ａ）は各成膜方法と帯域中心周波数ｆ０のばらつきとの関係を示し、（ｂ）は各成膜方法とピークロスとの関係を示している。図において、白丸記号のプロットが３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板による結果を示しており、白塗り四角記号のプロットが４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板による結果を示している。ここで、「ｆ０ばらつき」とは、バンドパスフィルタの帯域中心周波数ｆ０の弾性表面波フィルタチップ間のばらつきを意味している。また、「ｐｌｏｓｓ平均値」とは、上記弾性表面波フィルタ（バンドパスフィルタ）のピークロス値の１２７個の平均値を意味している。なお、各成膜方法の間で比較するために、成膜方法ＩＶ（ＡｌＣｕ単層の電極膜）による弾性表面波フィルタのｆ０ばらつき及びｐｌｏｓｓ平均値を基準にして各成膜方法によるものの結果を規格化している。
【００７４】
図９に示すように、成膜方法ＩＩＩ（Ｔｉ単層下地膜を適用したもの）によるものと、本発明に対応する成膜方法Ｉ、ＩＩ（多層下地膜を適用したもの）によるもののいずれも、成膜方法ＩＶ（ＡｌＣｕ単層電極膜を適用したもの）による従来の弾性表面波装置に比べて、ｆ０ばらつきを３０〜４０％減少することができるという効果を確認した。
【００７５】
これは、下記の２つの要因が考えられる。
先ず、成膜方法ＩＩＩ及び本発明に対応する成膜方法Ｉ、ＩＩによって、Ａｌ（１１１）配向性が向上するのと同時に、ＡｌＣｕ電極膜が結晶的に安定するために、電極膜の膜質のばらつきが減少し、結果的に電気特性としてのｆ０ばらつきが減少することが考えられる。
【００７６】
この他に、ＬｉＴａＯ３基板の上にＴｉ層をはじめに成膜する構成として、ＡｌＣｕ電極膜をＬｉＴａＯ３基板に直接接触させないようにしたことから、ＡｌＣｕ電極膜からＬｉＴａＯ３基板へ及ぼす影響、特にＡｌＣｕ電極膜中のＣｕが不均一にＬｉＴａＯ３基板に拡散してＬｉＴａＯ３基板の表面弾性波伝搬特性に影響することが抑制されたためと考えられる。
【００７７】
図９（ｂ）に示すように、ｐｌｏｓｓ平均値では、成膜方法ＩＩＩ及び本発明に対応する成膜方法Ｉ、ＩＩによって、２〜４％低減されている。これは、ＡｌＣｕ電極膜の結晶性が従来のＡｌＣｕ単層電極膜に比べて向上したことにより、電極膜の比抵抗が減少したことと関係しているものと考えられる。
【００７８】
このように、多層下地膜を適用した本発明の弾性表面波装置は、従来のものと比較して格段に電気特性が向上していることがわかる。
【００７９】
次に、本発明の多層下地膜を用いた成膜方法Ｉ、ＩＩで形成した電極膜を有する９００ＭＨｚ帯の２重モードの弾性表面波フィルタ（バンドパスフィルタ）を試作し、耐電力寿命の評価を行った結果について説明する。ここでも、比較のために、成膜方法ＩＶによる同一構成の弾性表面波フィルタを試作した。
【００８０】
図１０は上述した評価試験に使用した耐電力寿命評価システムの構成を示す図である。図において、７は信号発生器、８は増幅器、９はカプラ、１０はアイソレータ、１１は試料加熱用のオーブン、１２は試料となる弾性表面波フィルタを実装するＤＵＴ基板、１３はネットワークアナライザ、１４は電力計、１５は該システムの各構成要素を試験内容に沿うように制御するコンピュータである。
【００８１】
試験内容としては、試料である弾性表面波フィルタを実装したＤＵＴ基板１２を、オーブン１１で１２５℃の温度条件下におき、３０ｄＢｍのパワーの信号を該弾性表面波フィルタに印加した。この条件下で、電力計１４で得られる弾性表面波フィルタの損失値をコンピュータ１５が逐次取得し、その経時変化を求める。また、適時、ネットワークアナライザ１３を用いて、フィルタ波形の確認を行なった。
【００８２】
図１１は図１０中の耐電力寿命評価システムが取得した弾性表面波フィルタの損失の経時変化を示すグラフ図である。図において、黒丸記号のプロットは、４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板と成膜方法Ｉの組み合わせによる弾性表面波フィルタを示し、白丸記号のプロットは、４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板と成膜方法ＩＩの組み合わせによる弾性表面波フィルタを示している。また、黒塗りの四角記号のプロットは、３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板と成膜方法Ｉの組み合わせによる弾性表面波フィルタを示し、白塗り四角記号のプロットは、３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板と成膜方法ＩＩの組み合わせによる弾性表面波フィルタを示している。最後に、クロス記号のプロットは、４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板と成膜方法ＩＶの組み合わせによる弾性表面波フィルタを示している。ここで、損失の劣化量が０．５ｄＢに達する時間をその弾性表面波フィルタの寿命と定義した。
【００８３】
図１１に示すように、成膜方法ＩＶによる４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板上にＡｌＣｕ単層電極膜を形成してなる弾性表面波フィルタは、およそ２０分で寿命に達した（図中、クロス記号プロット参照）。図には示さなかったが、同じく成膜方法ＩＶによる３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板上にＡｌＣｕ単層電極膜を形成してなる弾性表面波フィルタも、同様に２０分程度で寿命に達した。
【００８４】
これに対して、成膜方法Ｉによる多層下地膜を介してＡｌＣｕ電極膜を４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板上に形成してなる弾性表面波フィルタでは、寿命が５９０時間となった（図中、黒丸記号プロット参照）。また、同様に成膜方法Ｉで試作した、膜構成がＡｌＣｕ電極膜／多層下地膜／３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板である弾性表面波フィルタでは、寿命が７９時間であった（図中、黒塗り四角記号のプロット参照）。
【００８５】
さらに、成膜方法ＩＩによる多層下地膜を介してＡｌＣｕ電極膜を４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板上に形成してなる弾性表面波フィルタでは、寿命が４５０時間となった（図中、白丸記号プロット参照）。また、同様に、成膜方法ＩＩによる膜構成がＡｌＣｕ電極膜／多層下地膜／３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板である弾性表面波フィルタでは、寿命が４９時間であった（図中、白塗り四角記号のプロット参照）。
【００８６】
このように、ＡｌＣｕ単層電極膜からなる弾性表面波フィルタと、本発明に対応する成膜方法Ｉ、ＩＩによる多層下地膜を適用した弾性表面波フィルタとの耐電力寿命を比較すると、下記に示すように著しい向上が見られた。
【００８７】
（１） 膜方法Ｉによる多層下地膜を介してＡｌＣｕ電極膜を３６°回転Ｙ−ＸＬｉＴａＯ３基板上に形成してなる弾性表面波フィルタで、耐電力寿命が２３７倍となった。
（２） 成膜方法Ｉによる多層下地膜を介してＡｌＣｕ電極膜を４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板上に形成してなる弾性表面波フィルタで、耐電力寿命が１７７０倍となった。
（３） 成膜方法ＩＩによる多層下地膜を介してＡｌＣｕ電極膜を３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板上に形成してなる弾性表面波フィルタで、耐電力寿命が１４７倍となった。
（４） 成膜方法ＩＩによる多層下地膜を介してＡｌＣｕ電極膜を４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板上に形成してなる弾性表面波フィルタで、耐電力寿命が１３５０倍となった。
【００８８】
これらの値は、従来例２による弾性表面波フィルタが耐電力寿命をおよそ８０倍向上させた場合と比較しても、著しく耐電力寿命の向上が図られていることがわかる。
【００８９】
また、電子ビーム蒸着のＡｌ（若しくはＡｌ合金）電極膜の耐電力性が、スパッタ成膜によるものより、一桁以上低いことが一般的に知られている。本発明の説明においては、その点を考慮して、同じマグネトロン直流スパッタ装置で成膜した上で、本発明の多層下地膜の適用効果を検討している。逆に言えば、電子ビーム蒸着での電極膜と比べるとすれば、上に示した耐電力寿命向上効果が１桁以上大きくなることとなる。例えば、マグネトロン直流スパッタを用いて成膜方法Ｉによる多層下地膜を介してＡｌＣｕ電極膜を４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板上に形成してなる弾性表面波フィルタでは、電子ビーム蒸着を用いて成膜方法ＩＶによるＡｌＣｕ単層電極膜を４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板上に形成してなる弾性表面波フィルタに比較して、耐電力寿命が１７７００倍以上となると予想される。
【００９０】
上記評価結果において、３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板を用いたものが、４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板を用いたものより、耐電力寿命が短くなっている。これは、下記のような要因が考えられる。
【００９１】
先ず、Ｘ線回折による電極膜の結晶性の比較をしやすくするために、ＡｌＣｕ電極膜の膜厚を４０００Å付近に設定したことが挙げられる。つまり、この膜厚では、ＬｉＴａＯ３基板の伝搬損が４２°回転Ｙ−Ｘに比べて３６°回転Ｙ−Ｘの方が大きく、その損失発生の反作用として電極膜に応力負荷が加わり寿命が短くなったものと考えられる。実際に、弾性表面波装置の初期ロス値は、ＬｉＴａＯ３の結晶方位が３６°回転Ｙ−Ｘのものが４２°回転Ｙ−Ｘのものよりも約０．４ｄＢほど劣っていた。
【００９２】
この耐電力寿命に関する圧電単結晶基板の結晶方位依存性は、次の設計指針を示唆している。つまり、弾性表面波フィルタ（例えばバンドバスフィルタの場合）を設計する際に、必要な通過帯域幅や帯域内ロス、帯域外減衰量などのフィルタの要求仕様を考慮して、インターディジタル電極膜の膜厚やピッチ、線幅などを選定するが、この際に、要求される耐電力寿命の観点から、適正な圧電単結晶基板の結晶方位を選定する必要があるということである。もっと具体的に言えば、電極膜の膜厚を４０００Å付近に設定するのであれば、ＬｉＴａＯ３基板の結晶方位は４２°回転Ｙ−Ｘ付近が望ましく、電極膜の膜厚を２０００Å付近に設定するのであれば、３８°回転Ｙ−Ｘ付近が望ましい。なお、３６°回転Ｙ−Ｘの場合は、電極膜の抵抗が問題とならない範囲の例えば１０００〜１５００Å付近が望ましいものと考えられる。
【００９３】
この設計指針を、より一般的に言い換えれば、圧電基板は、圧電単結晶の弾性表面波の振動に起因して伝搬損の反作用として発生する多層下地膜を介してＡｌ（若しくはＡｌ合金）電極膜に加わる応力負荷が所定レベル以下となる結晶面を選定する必要があるということである。
【００９４】
また、耐電力寿命の圧電単結晶基板の結晶方位依存性の原因として、その他の要因として、電極膜の内部応力が関与していると考えられる。３６°回転Ｙ−ＸＬｉＴａＯ３基板や４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板を用いた弾性表面波装置の弾性表面波（擬似表面波）の伝搬方向はＸ方向、つまり、＜１００＞方向であるが、このとき、基板の結晶格子の振動方向は上記伝搬方向である＜１００＞方向と直角な方向となる横波である（特に、＜００１＞方向が優勢である）。
【００９５】
したがって、耐電力寿命の観点からは、（１１１）高配向のＡｌ（若しくはＡｌ合金）電極膜の＜１００＞方向と直角な方向の内部応力が小さいことが望ましい。
【００９６】
ところで、図３及び図７の結晶格子モデルで説明したように、＜１００＞方向と直角な方向では、３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板の場合、ＡｌとＬｉＴａＯ３基板の格子不整合が−４．２％と大きく、電極膜に強い引っ張り応力を発生させる原因となる。一方、４２°Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板の場合、ＡｌとＬｉＴａＯ３基板の格子不整合は１．１％と小さく、電極膜にはわずかの圧縮内部応力しか発生させない。つまり、本発明の多層下地膜をＡｌ（若しくはＡｌ合金）電極膜とＬｉＴａＯ３基板の間に挟み込むことで、格子不整合が緩和され、結果として、電極膜の内部応力も緩和されることになる。
【００９７】
しかしながら、もともと内部応力の発生が小さい４２°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板は、３６°回転Ｙ−Ｘ ＬｉＴａＯ３基板よりも、耐電力寿命の観点で有利であると考えられる。
【００９８】
以上のように、本発明の多層下地膜を圧電単結晶基板とＡｌ若しくはＡｌ合金膜との間に挟むことで、著しい耐電力寿命向上効果を得られることがわかった。また、圧電単結晶の結晶方位を、電極膜の膜厚やピッチ、線幅などを考慮して、３５°から４５°の回転角のＹ−ＸカットＬｉＴａＯ３のうち、本発明を適用する弾性表面波装置の仕様に合わせて回転角度を選定することで、著しい耐電力寿命性能を持つ所望の弾性表面波装置を実現することができる。
【００９９】
具体的に説明すると、各結晶方位の圧電基板に対して多層下地膜を適用した結晶格子モデル及びその試作品に対するＸ線回折などによる配向性の測定結果を利用することで、上述したように圧電基板の結晶方位に対応付けて電極膜の配向性及び内部応力の度合を求めることができる。また、圧電基板の結晶方位と電極膜の膜厚やピッチ、線幅などから、圧電単結晶の弾性表面波の振動に起因して多層下地膜を介して電極膜に加わる伝搬損の反作用としての応力負荷の度合を求めることができる。
【０１００】
これら圧電基板の結晶方位に応じた電極膜の配向性や内部応力や応力負荷の度合を規定した弾性表面波装置の電気特性や耐電力寿命などを求め、これらの結果をデータベース化しておく。データベース化する方法としては、弾性表面波装置の電気特性や耐電力寿命などの情報に対応付けて、その圧電基板の結晶方位に応じた配向性や内部応力や応力負荷の度合の所定レベルを設定する。これらのデータを用いて、弾性表面波装置の仕様に合わせて所望の電気特性や耐電力寿命を有する弾性表面波装置を提供することができる。
【０１０１】
上記例では、圧電基板としてＬｉＴａＯ３について説明したが、ＬｉＮｂＯ３についても６３°から７３°の回転角のＹ−Ｘカットのものから、同様にして弾性表面波装置の仕様に合致する回転角度を選定することができる。
【０１０２】
以上のように、この実施の形態１によれば、圧電基板とＡｌ若しくはＡｌ合金の電極膜との間に、Ｔｉ膜とＡｌ若しくはＡｌ合金膜とを交互に成膜した多層下地膜を設けたので、結晶方位が一方向に配向したＡｌ若しくはＡｌ合金電極膜を形成することができることから、ストレスマイグレーション耐性を著しく向上させることができる。
【０１０３】
また、多層下地膜を適用した結晶格子モデルを利用して配向性と共に電極膜に生じる内部応力についても知見を得ることができることから、所望の仕様に合致する弾性表面波装置を提供することができると共に、その耐電力寿命を従来のものと比較して格段に向上させることができる。
【０１０４】
さらに、電極膜が高配向して結晶的に安定となることから、弾性表面波装置の電気特性のばらつきを低減することができる。
【０１０５】
なお、上記実施の形態１では、ＡｌＣｕ膜の（１１１）高配向膜を形成する例を説明したが、ＡｌＣｕのかわりに、ＡｌＭｇやＡｌＬｉなど他のＡｌ合金を用いても同様の効果がある。
【０１０６】
また、上記実施の形態１では、電極膜を（１１１）高配向させる例について説明したが、この他の配向面として、例えば（１１０）配向させたものでも、電極膜の圧電基板上に直接形成したものより耐電力寿命を向上させることができる。
【０１０７】
さらに、上記実施の形態１では、多層下地膜をＴｉ及びＡｌ（若しくはＡｌ合金）の２種類の金属薄膜によって構成する例を示したが、その他の金属薄膜を用いても良く、また、多層下地膜を適用する結晶格子モデルとして表現できるものであれば、２種類以上の金属薄膜で構成しても良い。
【０１０８】
実施の形態２．
図１２はこの発明の実施の形態２による弾性表面波装置の製造工程を示す図である。この図に沿って実施の形態２による弾性表面波装置の製造方法について説明する。
【０１０９】
先ず、図１２（ａ）の工程にて、洗浄した圧電基板１（例えばＬｉＴａＯ３基板）にレジスト１６を塗布し、露光現像して所望のリフトオフ用のレジストパターンを形成する。次に、図１２（ｂ）の工程にて、Ｔｉの電子ビーム蒸着源、Ａｌ（若しくはＡｌ合金）の電子ビーム蒸着源とを備えた真空蒸着装置に、上記基板１を装填し、ＴｉとＡｌ（若しくはＡｌ合金）を交互に蒸着して多層下地膜２を形成する（下地形成ステップ）。
【０１１０】
このとき、ＴｉからはじめてＴｉで終わるようにする。各層の膜厚は上記実施の形態１においても説明したように、各々５〜５０Å（０．５〜５ｎｍ）の範囲とし、少なくともＴｉ層２ａが３層以上、Ａｌ（若しくはＡｌ合金）層２ｂが２層以上とする。
【０１１１】
続いて、図１２（ｃ）の工程に進んで、多層下地膜２の上に所望の膜厚でＡｌ（若しくはＡｌ合金）膜をインターディジタル電極膜３として蒸着する（電極形成ステップ）。これらの一連の蒸着に際しては、レジストパターンの変形・変質を抑制するため、基板加熱は一切行わない。
【０１１２】
最後に、図１２（ｄ）のリフトオフ工程において、インターディジタル電極となる部分以外の蒸着膜とレジスト１６をウェット除去して所望のパターン形成をしたインターディジタル電極を得る。
【０１１３】
以上のように、この実施の形態２によれば、多層下地膜２を適用することによって基板加熱を行わなくても（１１１）高配向のＡｌ（若しくはＡｌ合金）膜を得ることができる。
【０１１４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、圧電基板と電極膜との間に設けられ、これらの結晶格子間の格子不整合を緩和する２種類以上の金属薄膜（例えば、チタン薄膜及びアルミニウム若しくはアルミニウム合金薄膜）を交互に積層してなる多層下地膜を備えるので、多層下地膜によって圧電基板と電極膜との格子不整合による影響を十分に遮断することができることから、結晶方位が一方向に高配向した電極膜を形成することができ、ストレスマイグレーション耐性、すなわち耐電力寿命を著しく向上させることができるという効果がある。また、電極膜が高配向して結晶的に安定となることから、弾性表面波装置の電気特性のばらつきを低減することもできるという効果がある。
【０１１５】
この発明によれば、多層下地膜の各薄膜の１層の膜厚を０．５乃至５ｎｍの範囲とするので、多層下地膜が非常に薄いことから圧電基板に与える影響を低減することができ、これによる特性変化を抑制することができるという効果がある。また、多層下地膜にＴｉなどを使用する場合、電極膜の比抵抗を低減できるという効果がある。
【０１１６】
この発明によれば、圧電基板が、電極膜を構成する金属膜の結晶方位が一方向に配向する度合と、圧電単結晶の弾性表面波の振動に起因して多層下地膜を介して上記電極膜に加わる応力負荷が所定レベル以下となる結晶面を有するので、その耐電力寿命を従来のものと比較して格段に向上させることができるという効果がある。
【０１１７】
この発明によれば、電極膜がアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる場合、多層下地膜の最下層をチタン薄膜とするので、電極膜の構成原子が圧電基板に拡散することを抑制することができ、圧電基板の伝搬特性への影響を押さえることができるという効果がある。
【０１１８】
この発明によれば、多層下地膜が少なくともチタン薄膜を２層以上、アルミニウム若しくはアルミニウム合金膜を１層以上積層してなるので、多層下地膜が非常に薄いことから圧電基板に与える影響を低減することができ、これによる特性変化を抑制することができる。また、非常に薄い多層下地膜であっても高配向の電極膜を得ることができるという効果がある。
【０１１９】
この発明によれば、圧電基板上に、該圧電基板と電極膜との結晶格子間の格子不整合を緩和する２種類以上の金属薄膜を交互に積層して多層下地膜を形成し、該多層下地膜上に電極膜を形成するので、簡単な成膜工程にて結晶方位が一方向に高配向した電極膜を得ることができることから、安価なマグネトロン直流スパッタ装置や電子ビーム蒸着装置などを用いても、ストレスマイグレーション耐性、すなわち、耐電力寿命を著しく向上させた弾性表面波装置を製作することができるという効果がある。
【０１２０】
この発明によれば、多層下地膜を加熱して構成薄膜の結晶性を向上させるので、電極膜の配向性を向上させることができるという効果がある。
【０１２１】
この発明によれば、電極膜の電極パターンの形成にリフトオフ法を用いるので、基板加熱を行うことなく、結晶方位が高配向した電極を有する弾性表面波装置を提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による弾性表面波装置を示す断面図である。
【図２】図１中の弾性表面波装置の製造工程を示す図である。
【図３】実施の形態１による弾性表面波装置の結晶格子モデルを示す図である。
【図４】Ｘ線回折ロッキングカーブ測定時の圧電基板の結晶方位と測定系の関係を示す図である。
【図５】各成膜方法で形成したＡｌＣｕ膜（電極膜）についてＸ線回折測定によって得られたロッキングカーブのピーク強度と半値幅の関係を示すグラフ図である。
【図６】成膜方法ＩＩ、ＩＶで形成したＡｌＣｕ膜（電極膜）のロッキングカーブを示す図である。
【図７】実施の形態１による弾性表面波装置の結晶格子モデルの他例を示す図である。
【図８】各成膜方法で形成したＡｌＣｕ膜（電極膜）についてＸ線回折測定によって得られたロッキングカーブのピーク強度と半値幅の関係を示すグラフ図である。
【図９】各成膜方法による電極膜を有する弾性表面波フィルタの電気特性を示すグラフ図である。
【図１０】耐電力寿命評価システムの構成を示す図である。
【図１１】弾性表面波フィルタの損失の経時変化を示すグラフ図である。
【図１２】この発明の実施の形態２による弾性表面波装置の製造工程を示す図である。
【図１３】従来の弾性表面波装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 圧電基板、２ 多層下地膜、２ａ，２ａ−１ Ｔｉ薄膜、２ｂ，２ｂ−１Ａｌ（若しくはＡｌ合金）薄膜、３ インターディジタル電極膜（電極膜）、４ 酸素原子、５ Ｔｉ原子、６ Ａｌ原子、７ 信号発生器、８ 増幅器、９カプラ、１０ アイソレータ、１１ オーブン、１２ ＤＵＴ基板、１３ ネットワークアナライザ、１４ 電力計、１５ コンピュータ、１６ レジスト。
Claims (14)
- 圧電単結晶基板と、この基板上に金属材を用いて形成された弾性表面波を発生するためのインターディジタル電極膜と、この電極膜と上記基板との間に形成され、上記電極膜の金属材と同一材の第１金属薄膜と上記電極膜の金属材と異なる金属材の第２金属薄膜とを交互に積層してなり、上記基板及び上記電極膜の各結晶格子と整合するように上記第１及び第２金属薄膜の膜厚を設定した多層下地膜とを備え、上記インターディジタル電極膜を、その表面の結晶方位が一方向に配向する金属膜から構成し、上記多層下地膜の各金属薄膜の膜厚を０．５乃至５ｎｍの範囲とした弾性表面波装置。
- 多層下地膜は、第２金属薄膜を圧電単結晶基板及びインターディジタル電極膜のそれぞれに隣接させたことを特徴とする請求項１記載の弾性表面波装置。
- インターディジタル電極膜は、アルミニウム若しくはアルミニウム合金からなり、多層下地膜は、第１金属薄膜としてアルミニウム若しくはアルミニウム合金薄膜を用い、第２金属薄膜としてチタン薄膜を用いたことを特徴とする請求項１または２記載の弾性表面波装置。
- 多層下地膜は、少なくともチタン薄膜を２層以上、アルミニウム若しくはアルミニウム合金薄膜を１層以上積層してなることを特徴とする請求項３記載の弾性表面波装置。
- 圧電単結晶基板は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ ３ ）又はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ ３ ）の単結晶からなることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の弾性表面波装置。
- 圧電単結晶基板上に弾性表面波を発生させるためのインターディジタル電極膜を設けた弾性表面波装置の製造方法において、上記圧電単結晶基板上に、上記電極膜の金属材と同一材の第１金属薄膜と上記電極膜の金属材と異なる金属材の第２金属薄膜とを、上記基板及び上記電極膜の各結晶格子と整合するように各膜厚を０．５乃至５ｎｍの範囲に設定しながら交互に積層して多層下地膜を形成する下地形成ステップと、上記多層下地膜上に結晶方位が一方向に配向した金属膜からなる上記電極膜を形成する電極形成ステップとを備えたことを特徴とする弾性表面波装置の製造方法。
- 電極形成ステップにて、結晶方位が一方向に配向したアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる電極膜を形成することを特徴とする請求項６記載の弾性表面波装置の製造方法。
- 下地形成ステップにて、第１金属薄膜としてアルミニウム若しくはアルミニウム合金薄膜、第２金属薄膜としてチタン薄膜を積層して多層下地膜を形成することを特徴とする請求項７記載の弾性表面波装置の製造方法。
- 下地形成ステップにて、チタン薄膜を最下層として多層下地膜を形成することを特徴とする請求項８記載の弾性表面波装置の製造方法。
- 圧電単結晶基板の結晶面を選択するにあたり、圧電単結晶基板、多層下地膜及びインターディジタル電極膜を表現する結晶格子モデルを用い、上記結晶格子モデルの各層間の格子整合度について上記電極膜の結晶方位が一方向に配向する度合及び上記電極膜に加わる応力負荷の度合に関連付けた値を予め設定しておき、当該格子整合度に応じて結晶面を選択する選択ステップを備え、下地形成ステップにて、上記結晶面上に上記多層下地基板を形成することを特徴とする請求項６記載の弾性表面波装置の製造方法。
- 選択ステップにて、圧電単結晶としてＬｉＴａＯ ３ を用い、その結晶方位についてＸ軸を中心にＹ軸からＺ軸方向への回転角範囲３５度乃至４５度のいずれかのカット面で規定される結晶面を格子整合度に応じて選択することを特徴とする請求項１０記載の弾性表面波装置の製造方法。
- 選択ステップにて、圧電単結晶としてＬｉＮｂＯ ３ を用い、その結晶方位についてＸ軸を中心にＹ軸からＺ軸方向への回転角範囲６３度乃至７３度のいずれかのカット面で規定される結晶面を格子整合度に応じて選択することを特徴とする請求項１０記載の弾性表面波装置の製造方法。
- 下地形成ステップにて形成された多層下地膜を加熱する下地加熱ステップを備えたことを特徴とする請求項６から請求項１２のうちのいずれか１項記載の弾性表面波装置の製造方法。
- 電極膜の電極パターンの形成にリフトオフ法を用いることを特徴とする請求項６から請求項１３のうちのいずれか１項記載の弾性表面波装置の製造方法。
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