JP3624535B2

JP3624535B2 - Ｓａｗデバイスおよびその製造方法

Info

Publication number: JP3624535B2
Application number: JP08368396A
Authority: JP
Inventors: 敬三郎倉増; 厚佐々木; 了一高山; 宗子 ▲高▼橋; 清春山下; 淳中西
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-04-05
Filing date: 1996-04-05
Publication date: 2005-03-02
Anticipated expiration: 2016-04-05
Also published as: JPH09275323A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＳＡＷデバイスおよびその製造方法に関するもので、より詳しくはインターデジタルトランスデューサ電極の保護膜及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＡＷデバイスは圧電基板の表面上にＡｌよりなる櫛形形状の電極を設けたトランスデューサ部からなり、この電極部は通常露出した状態でパッケージに気密封止して使用される。
【０００３】
通信需要の増大につれて使用する周波数が高周波帯になってきているが、この高周波用のＳＡＷデバイスはタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）やニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）のような電気機械結合係数の大きな基板を用い、かつ微細な櫛形電極を形成して構成される。
【０００４】
図７に共振器構造のＳＡＷデバイスの基本構成を示す。１１は圧電基板で高周波用ＳＡＷデバイスでは先述のＬｉＴａＯ_３またはＬｉＮｂＯ_３が用いられている。１２は入力電極、１３は出力電極、１４，１５は反射器電極であり、これら入力電極１２、出力電極１３及び反射器電極１４，１５でトランスデューサ部が構成されている。図示したトランスデューサ構成は２ポートタイプであるが、ＳＡＷデバイス構成は１ポートタイプや横モードあるいは縦モード等の電極構成や、これらの基本のトランスデューサ部をラダー構成としたラダー型、あるいはトランスバーサルタイプ等の構成もある。しかし、トランスデューサ部の電極の配線ピッチ等については、目標とする周波数で決まり、設計方法ではあまり変化しない。したがって、従来の技術の課題については図７の構成で十分説明できる。なお、図７においては本発明の説明上特に必要がないために、パッケージやワイヤリード線等は図示していない。
【０００５】
通信周波数帯の高周波化にともないＳＡＷデバイスのインターデジタルトランスデューサ電極の線幅や線間もサブミクロンが要求されるようになってきている。表面波が伝搬する面は非常に敏感であるために通常は保護膜等は形成せず、露出したままで気密封止されて使用されている。しかし、このパッケージ中に存在する微小な金属屑がインターデジタルトランスデューサ電極上に落ちると電極間のショート不良を発生し、フィルタとして使用できなくなるという問題があった。特にこのショート不良の発生は何時発生するかを予測し難く、最終ユーザ段階でも発生する点で大きな問題であった。さらに、高周波になるにつれ、線幅や線間隔が小さくなり、より微細な金属屑でもショート不良となる問題があった。この防止策として、ＳｉＯ_２膜をＳＡＷデバイス電極上に形成する方法や、ポリイミドを塗布する方法が提案されているが、ショート防止効果を出すに必要な膜厚を取ろうとすると、ＳＡＷ特性が大きく変化してしまう問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこの金属屑の付着によるショート不良を２層構成の保護膜により防止し、信頼性を向上したＳＡＷデバイスおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そしてこの目的を達成するために本発明は、圧電基板と、この圧電基板の表面上に設けた櫛形形状の電極層よりなるトランスデューサ部と、少なくともこのトランスデューサ部上に形成した保護膜を含み、この保護膜は上層がシリコンカーバイドまたはシリコンで下層が酸化炭化珪素または酸化珪素膜の２層構成としたものであり、これにより金属屑の付着によるショート不良を防止し、信頼性を向上したＳＡＷデバイスが得られる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、圧電基板と、この圧電基板の表面上に設けた櫛形形状の電極層よりなるトランスデューサ部と、少なくともこのトランスデューサ部上に形成した保護膜を含み、この保護膜は上層がシリコンカーバイド膜で下層が酸化珪素または酸化炭化珪素膜よりなる２層構成のＳＡＷデバイスであり、金属屑によるショート防止に充分な膜厚で、かつＳＡＷデバイスの特性に与える影響を小さくする作用を有する。
【０００９】
本発明の請求項２に記載の発明は、圧電基板と、この圧電基板の表面上に設けた櫛形形状の電極層よりなるトランスデューサ部と、少なくともこのトランスデューサ部上に形成した保護膜を含み、この保護膜は上層がシリコン膜で下層が酸化珪素膜の２層構造のＳＡＷデバイスであり、金属屑によるショート防止に充分な膜厚で、かつＳＡＷデバイスの特性に与える影響を小さくする作用を有する。
【００１０】
本発明の請求項３に記載の発明は、圧電基板の表面上に櫛形形状の電極層よりなるトランスデューサ部を形成した後に、この基板を真空装置内に配置してシリコンカーバイドをターゲットとしてアルゴンと酸素または水の混合ガス中でスパッタして酸化炭化珪素または酸化珪素膜を形成した後に、アルゴンガスまたはアルゴンガスと水素ガス中でスパッタしてシリコンカーバイド膜を形成する請求項１記載のＳＡＷデバイスの製造方法であり、シリコンカーバイドまたはシリコン膜は水素を適量混合して成膜することによりその比抵抗を任意に制御可能であることから、櫛形電極の電極間距離に応じて添加する水素量を可変することで最適な膜特性を制御できる作用を有する。
【００１１】
本発明の請求項４に記載の発明は、圧電基板の表面上に櫛形形状の電極層よりなるトランスデューサ部を形成した後に、この基板を真空装置内に配置してシリコンをターゲットとしてアルゴンと酸素または水の混合ガス中でスパッタして酸化珪素膜を形成した後に、アルゴンガスまたはアルゴンガスと水素ガス中でスパッタしてシリコン膜を形成する請求項２記載のＳＡＷデバイスの製造方法であり、シリコンカーバイドまたはシリコン膜は水素を適量混合して成膜することによりその比抵抗を任意に制御可能であることから、櫛形電極の電極間距離に応じて添加する水素量を可変することで最適な膜特性を制御できる作用を有する。
【００１２】
本発明の請求項５に記載の発明は、圧電基板の表面上に櫛形形状の電極層よりなるトランスデューサ部を形成した後に、この基板を真空装置内に配置して酸化珪素をターゲットとしてスパッタ成膜し酸化珪素膜を形成し、その後連続してシリコンカーバイドまたはシリコンをターゲットとしてスパッタを行いシリコンカーバイドまたはシリコン膜を形成する請求項１または請求項２記載のＳＡＷデバイスの製造方法であり、シリコンカーバイドまたはシリコン膜は水素を適量混合して成膜することによりその比抵抗を任意に制御可能であることから、櫛形電極の電極間距離に応じて添加する水素量を可変することで最適な膜特性を制御できる作用を有する。
【００１３】
本発明の請求項６に記載の発明は、圧電基板の表面上に櫛形形状の電極層よりなるトランスデューサ部を形成した後に、この基板を真空装置内に配置して電子ビーム蒸着により酸化珪素膜を形成し、その後連続的にシリコンカーバイド膜またはシリコン膜を成膜する請求項１または請求項２記載のＳＡＷデバイスの製造方法であり、蒸着による成膜方式で行うことにより金属屑によるショート防止に充分な膜厚で、かつＳＡＷ特性に与える影響を小さくできる構成の膜を膜厚測定を行いながら高精度に成膜できる作用を有する。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図６を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１に本発明の実施の形態によるＳＡＷデバイスのインターデジタルトランスデューサ電極部の断面構造を示す。１は圧電体基板、２１はインターデジタルトランスデューサ電極を構成するアルミニウム電極で、２２は本実施の形態１，２および３で作成した保護膜である。本実施の形態１のＳＡＷフィルタは下記のようにして作成した。まず、図２に示すようなパターン構成（ａ）とその等価回路構成（ｂ）を有する８７２ＭＨｚのラダータイプのＳＡＷフィルタを用いた。１は圧電体基板で、本実施の形態では３６°Ｙ−Ｘタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）を用いた。２はインターデジタルトランスデューサ電極、３は反射器電極で、これらはアルミニウム膜より作成されている。この基板を高周波スパッタ装置にセットし、酸素ガスを１０％含むアルゴンガス中、室温でスパッタ成膜して約１０ｎｍの厚さの酸化炭化珪素膜を作成した。その後、引き続いてアルゴンガスのみでスパッタしてシリコンカーバイド膜を形成することで、図１に示すＳＡＷフィルタを作成した。
【００１５】
比較のために、同一のフィルタ構造の基板上にシリコンカーバイド膜のみと酸化珪素膜のみを形成した試料も作成した。このように保護膜を形成した基板を所定のサイズにダイシングし、パッケージに組み込んだ後に、ＳＡＷフィルタ特性とショート防止効果を測定した。図３に、成膜した膜厚（トータル膜厚）と周波数変化および挿入損失の増加量を測定した結果を示す。図３からわかるように、酸化珪素膜のみを形成した試料５２では、挿入損失の増加は小さいが、周波数変化が大きい。一方、シリコンカーバイド膜のみを形成した試料５１では、周波数変化は小さいが、挿入損失の増加量が大きい結果が得られた。それに対して、本発明のシリコンカーバイド膜と酸化炭化珪素膜の２層構造よりなる保護膜５３では、挿入損失及び周波数変化量ともに小さな値が得られた。
【００１６】
これらの膜について、金属屑が落下したときのショート防止効果を比較評価した結果を（表１）に示す。評価方法は、約２０μｍの大きさのＮｉ粒子をインターデジタルトランスデューサ電極上に数個落とした後に、Ｃ−Ｖチャージ法により両電極間の絶縁性が破壊される電圧で比較評価した。
【００１７】
【表１】

【００１８】
保護膜の効果はＳｉＣやＳｉＯ_２膜でも有るが、挿入損失や周波数変動量も含めて考えれば、本発明の２層構造膜が有利であることは明白である。
【００１９】
なお、本実施の形態１では下層膜は酸化炭化珪素膜としたが、酸化珪素膜でも特に問題はない。この酸化珪素膜の作成方法として、酸化珪素をターゲットとして成膜しても良いし、シリコンカーバイドをターゲットとして酸素ガスと放電電力を適正に選ぶことで作成する事も可能である。また、上層のシリコンカーバイド膜は水素を添加することで膜の比抵抗を可変できることから、設計内容により適当に選択することが可能である。
【００２０】
また、シリコンを上層に用いて、下層に酸化珪素膜を用いても同様の効果が得られる。この場合にも、シリコン膜を作成するときに水素ガスを添加して成膜すると比抵抗を可変できることは説明するまでもない。
【００２１】
下層膜及び上層膜の厚さは特に限定されるものではなく、基板材料や電極ピッチ等により最適な値を選択することができる。
【００２２】
（実施の形態２）
本実施の形態２では図４に示すようなパターン構成のＳＡＷフィルタ上に保護膜を形成した。基板はＬｉＮｂＯ_３を用い、中心周波数は９０２ＭＨｚで電極設計は縦モード方式である。この基板上に上層がＳｉＣ膜で、下層が酸化珪素膜をスパッタリングで作成した。このフィルタの挿入損失と周波数変動量を測定した結果を図５に示す。なお、図５では比較のためにシリコンカーバイド膜のみと酸化珪素膜のみを成膜した結果も示す。図５からわかるように、酸化珪素膜５２を設けた場合には周波数変動が大きい。一方、シリコンカーバイド膜５１を形成した場合には、挿入損失が大きい結果が得られた。それに対して、シリコンカーバイド膜を上層とし、酸化珪素膜を下層とした２層構成の保護膜５５の場合には、挿入損失、周波数変動量ともに小さな値が得られた。さらに、この場合についてもショート防止効果を確認するために、Ｎｉ粒子をインターデジタルトランスデューサ電極上に落とし、同様にＣ−Ｖチャージ法によりショート発生電圧を評価した。評価した試料の膜厚は約３０ｎｍであった。結果を（表２）に示す。
【００２３】
【表２】

【００２４】
（表２）からわかるように、ショート防止に対してはどの保護膜も効果があったが、ＳＡＷフィルタ特性を含めると本発明のＳｉＣ／ＳｉＯ_ｘ構成の膜が最も望ましい結果であった。
【００２５】
なお、上層のシリコンカーバイド膜は水素を添加することで膜の比抵抗を可変できることから、ＳＡＷデバイスの設計仕様により最適な水素の量を選択することが可能である。
【００２６】
また、シリコンを上層に用いて、下層に酸化珪素膜を用いても同様の効果が得られる。この場合にも、シリコン膜を作成するときに水素ガスを添加して成膜すると比抵抗を可変できることは説明するまでもない。
【００２７】
（実施の形態３）
本実施の形態３では、水晶基板上にインターデジタルトランスデューサ電極が設けられている中心周波数が１３０ＭＨｚのＩＦフィルタを用いた。この基板上にシリコン膜を上層とし、酸化珪素膜を下層とした２層構造の保護膜を設けた。比較のために、シリコン膜のみと酸化珪素膜のみの試料も作成した。このようにして作成したＳＡＷフィルタの特性を評価した結果を図６に示す。図６からわかるように、シリコン膜５７のみでは周波数の変動が大きく、また酸化珪素膜５２でも周波数の変動が大きい。これに対して、シリコン膜と酸化珪素膜の２層構成膜５８では周波数変動が小さい結果が得られている。この場合にも、ショート防止効果について評価した。この結果を（表３）に示す。
【００２８】
【表３】

【００２９】
水晶基板の場合には、すべての保護膜で挿入損失の増加があるために、ショート防止のために形成できる膜厚は他の場合よりは異なる。このために、膜厚として２０ｎｍの試料で評価した。コートしなかった試料では、１Ｖ以下に対して、保護膜を形成した試料では３０Ｖ以上の破壊電圧を有しており、保護膜の効果ははっきりしていた。
【００３０】
なお、本実施の形態のすべてにわたって、電極材料としてはＡｌを用いたが、本発明はＡｌに限定されるものでなく、一般に使用されているＡｌ合金電極などでも同じ効果が得られる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明は圧電基板の表面上に設けた櫛形形状の電極層よりなるトランスデューサ部上に形成した２層構造の保護膜構成としたものであり、ＳＡＷフィルタ特性の変動を少なくしてショート防止ができる効果を有すると共に、保護膜の成膜時に添加する水素量を制御することでＳＡＷデバイスの設計仕様に適した膜が形成でき、高品質で信頼性の高いＳＡＷデバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のＳＡＷフィルタのトランスデューサ部の断面図
【図２】本発明の実施の形態１に用いたＳＡＷフィルタのパターン構成と等価回路構成図
【図３】本発明の実施の形態１による周波数変化量と挿入損失の増加量を測定した結果を示す図
【図４】本発明の実施の形態２に用いたＳＡＷフィルタのパターン構成図
【図５】本発明の実施の形態２による周波数変化量と挿入損失の増加量を測定した結果を示す図
【図６】本発明の実施の形態３による周波数変化量と挿入損失の増加量を測定した結果を示す図
【図７】従来のＳＡＷデバイスの基本構成図
【符号の説明】
１圧電体基板
２インターデジタルトランスデューサ電極
３反射器電極
２１電極
２２保護膜
５１シリコンカーバイド（ＳｉＣ）
５２酸化珪素（ＳｉＯ_２）
５３シリコンカーバイド／酸化炭化珪素（ＳｉＣ／ＳｉＣ_ｘＯ_ｙ）
５５シリコンカーバイド／酸化珪素（ＳｉＣ／ＳｉＯ_ｘ）
５７シリコン（Ｓｉ）
５８シリコン／酸化珪素（Ｓｉ／ＳｉＯ_ｘ）

Claims

圧電基板と、この圧電基板の表面上に設けた櫛形形状の電極層よりなるトランスデューサ部と、少なくともこのトランスデューサ部上に形成した保護膜を含み、この保護膜は上層がシリコンカーバイド膜で、下層が酸化珪素または酸化炭化珪素膜よりなる２層構成であるＳＡＷデバイス。
圧電基板と、この圧電基板の表面上に設けた櫛形形状の電極層よりなるトランスデューサ部と、少なくともこのトランスデューサ部上に形成した保護膜を含み、この保護膜は上層がシリコン膜で下層が酸化珪素膜の２層構成であるＳＡＷデバイス。
圧電基板の表面上に櫛形形状の電極層よりなるトランスデューサ部を形成した後に、この基板を真空装置内に配置してシリコンカーバイドをターゲットとしてアルゴンと酸素または水の混合ガス中でスパッタして酸化炭化珪素または酸化珪素膜を形成した後に、アルゴンガスまたはアルゴンガスと水素ガス中でスパッタしてシリコンカーバイド膜を形成する請求項１記載のＳＡＷデバイスの製造方法。
圧電基板の表面上に櫛形形状の電極層よりなるトランスデューサ部を形成した後に、この基板を真空装置内に配置してシリコンをターゲットとしてアルゴンと酸素または水の混合ガス中でスパッタして酸化珪素膜を形成した後に、アルゴンガスまたはアルゴンガスと水素ガス中でスパッタしてシリコン膜を形成する請求項２記載のＳＡＷデバイスの製造方法。
圧電基板の表面上に櫛形形状の電極層よりなるトランスデューサ部を形成した後に、この基板を真空装置内に配置して酸化珪素をターゲットとしてスパッタ成膜し酸化珪素膜を形成し、その後連続してシリコンカーバイドまたはシリコンをターゲットとしてスパッタを行いシリコンカーバイドまたはシリコン膜を形成する請求項１または請求項２記載のＳＡＷデバイスの製造方法。
圧電基板の表面上に櫛形形状の電極層よりなるトランスデューサ部を形成した後に、この基板を真空装置内に配置して電子ビーム蒸着により酸化珪素膜を形成し、その後連続的にシリコンカーバイド膜またはシリコン膜を成膜する請求項１または請求項２記載のＳＡＷデバイスの製造方法。