JP3659155B2 - 弾性表面波装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、弾性表面波装置の製造プロセスに関し、特に周波数調整後の周波数特性を安定させる弾性表面波装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、特開平8−125485号のようにSH波を主成分とする弾性表面波を用いるために、水晶からなる圧電基板上に密度の大きなAu薄膜やTa薄膜、W薄膜等を用いてIDTを形成した弾性表面波装置が提案されている。
【0003】
このような弾性表面波装置は、次のような工程を経て製造される。まず、工程1では、水晶からなるウエハを用意する。工程2ではウエハの上面に蒸着、スパッタリング等によりTaやAu,W等を主成分とする金属膜を形成する。工程3では、金属膜の不要な部分をエッチングにより除去し、複数のIDTと複数の反射器からなるパターンを多数形成する。工程4では、IDTと反射器の組み合わせを1つの弾性表面波素子としてIDTや反射器の形成されていない部分でウエハを切断する。工程5では、分割された弾性表面波素子をパッケージに収納し、パッケージの電極とIDTに接続されたボンディングパッドとをボンディングワイヤーにより電気的に接続する。工程6では、弾性表面波素子のIDT及び反射器をエッチングすることにより、周波数特性を所望の値となるように調整し、その後、パッケージに蓋をして封止する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような周波数調整の際に、エッチングによってIDT及び反射器または圧電基板等の表面がトリミングされるため、それらの表面が活性化し、不安定な状態となる。そのため、周波数調整後に大気放置すると、活性化した電極表面が変質して電極質量が増加することになり周波数f0が下がることになる。特に、上記Au等の金属薄膜によってIDTを形成した場合には、電極質量の変化が大きく、周波数への影響も大きくなる。
【0005】
また、大気中での電極表面の変質による周波数の変化は時間の対数に比例しており、周波数調整直後では周波数変化が大きく、その後徐々に電極表面の変質の度合いが減少していくため、周波数f0の変化もそれに伴い徐々に減少していく傾向にある。
【0006】
したがって、周波数調整直後にパッケージに蓋をして封止すると、急激に周波数が変化している状態で封止することになり、周波数調整からパッケージ封止までの時間は各弾性表面波装置ごとに一定ではなく、また周波数調整によるトリミング量も各弾性表面波装置ごとに一定ではないので、弾性表面波装置ごとに周波数f0が大きくバラつくという問題を有していた。
【0007】
また、大気中に放置するだけ、あるいは単に熱処理するだけでは、周波数調整後の周波数変化の進行が止まらず、周波数調整後の周波数変化分が予測出来ないため、適正な周波数調整が行えないという問題を有していた。
【0008】
本発明の目的は、周波数調整後に活性化されたIDT等の電極表面を安定させ、周波数f0が安定した状態でパッケージ内に封止することができ、かつ周波数特性が所望の値になるように微調を行うことができる弾性表面波装置の製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係る弾性表面波装置の製造方法は、圧電基板と、該圧電基板上に形成されたIDTとを少なくとも有する弾性表面波装置の製造方法において、前記圧電基板を用意する工程と、前記圧電基板上に電極薄膜を形成する工程と、前記電極薄膜をエッチングして前記IDTを形成する工程と、前記圧電基板及び前記IDTをトリミングして周波数を調整する工程と、前記IDT表面を変質させて安定させる工程と、を備えている。
【0010】
本発明の請求項2に係る弾性表面波装置の製造方法は、前記IDTを有する圧電基板がパッケージ内で気密封止されるものであって、前記IDT表面を変質させて安定させる工程の後に、前記圧電基板がパッケージ内で気密封止される工程を備えている。すなわち、圧電基板のパッケージ内での気密封止前に、IDT表面を急速に変質させ、それによってIDT表面が安定化した後(周波数特性が安定化した後)に、圧電基板をパッケージ内に気密封止するので、各弾性表面波装置の特性にばらつきが生じない。
【0011】
本発明の請求項3に係る弾性表面波装置の製造方法は、前記IDT表面を安定させる工程が、パッケージ内に収納されていない状態でなされている。これによって、圧電基板をパッケージ内に固定するためのダイボンド材への影響を考慮する必要が無いので、IDT表面を安定させる工程において用いられる熱処理温度が85℃〜300℃までの範囲で可能になり、短時間でのIDT表面の安定化が可能となる。
【0012】
本発明の請求項4に係る弾性表面波装置の製造方法は、前記IDT表面を安定させる工程が、酸素雰囲気中または大気雰囲気中で前記IDTを加熱することにより前記IDT表面を酸化させる工程である。
【0013】
本発明の請求項5に係る弾性表面波装置の製造方法は、前記IDT表面を安定させる工程が、窒素雰囲気中で前記IDTを加熱することにより前記IDT表面を窒化させる工程である。
【0014】
本発明の請求項6に係る弾性表面波装置の製造方法は、前記IDT表面を酸化または窒化させる工程において、加熱温度または加熱時間を所望の値に設定することにより、周波数の微調を行っている。
【0015】
本発明の請求項7に係る弾性表面波装置の製造方法は、前記周波数を調整する工程において前記圧電基板及び前記IDTのトリミングはイオンを物理的に衝突させて行っている。
【0016】
以上のように、本発明では、IDT表面を酸化または窒化させることにより、IDT表面を安定化させて周波数調整後の周波数の変動を抑えている。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を用いて説明する。
図1は、本発明の弾性表面波装置の製造方法を示す工程図である。以下、順を追って、各工程の説明をする。
【0018】
工程1では、水晶からなるウエハ10を図1(a)に示すように用意する。工程2では図1(b)に示すように、ウエハ10の上面に蒸着、スパッタリング等によりTaを主成分とする金属膜11を形成する。工程3では、金属膜11の不要な部分をエッチングにより除去し、図1(c)に示すように複数のIDT2と複数の反射器3からなるパターンを多数形成する。なお、この段階でウエハ10上のパターンをRIEで減厚し、周波数調整を行うようにしても良い。工程4では、図1(d)に示すようにIDT2と反射器3の組み合わせを1つの弾性表面波素子1としてIDT2や反射器3の形成されていない部分でウエハ10を切断する。工程5では、図1(e)に示すように、分割された弾性表面波素子1をパッケージ4に収納し、パッケージ4の電極5とIDT2とをボンディングワイヤー6により電気的に接続する。工程6では、弾性表面波素子1のIDT2及び反射器3、圧電基板10aをイオンでエッチングすることにより、周波数特性を所望の値となるように調整する。周波数調整の後、酸素雰囲気中で熱処理することにより、周波数調整のエッチングによって活性化されたIDT等の電極の表面を加速的に酸化させる。その後、パッケージ4に蓋をして封止する。なお、大気は窒素・酸素両方を含むが、酸化反応の方が主であるため、酸素雰囲気中での熱処理に代えて大気中で熱処理してもよい。
【0019】
周波数調整から熱処理までについてさらに詳細に説明する。図2はRIE(リアクティブ・イオン・エッチング)によって周波数調整した弾性表面波装置の電極状態を示す断面図である。なお、図1と同じ部分には同じ符号を付し詳細な説明は省略する。
【0020】
図2(a)に示すように圧電基板10a上のIDT2の表面には大気中での酸化等により変質層2aが生じている。図1に示した工程6の周波数調整工程においてRIEによりIDT2がトリミングされるため、図2(b)に示すようにIDT2の上表面の変質層2aが無くなる。そのため、IDT2の上表面は活性化される。この時、トリミングの手法としてRIE(リアクティブ・イオン・エッチング)を用いたのは、RIEでは反応ガスにトリミングしたい材質を反応させてエッチングしているため、例えば、IDT及び反射器のみ、あるいは圧電基板のみといった選択的なエッチングが可能であるからである。また、IDT2の側表面の変質層2aが残留しているのは、RIEが異方性のエッチングであるため、IDT2の厚み方向のみトリミングされるからである。
【0021】
このような周波数調整の後、酸素雰囲気中で熱処理しIDT2表面に安定した酸化膜からなる変質層2bを図2(c)に示すように形成し、IDT2の表面を安定化させている。この時、熱処理の温度は、例えばパッケージ状態ではダイボンド材への影響を考慮して85℃〜150℃程度にしている。弾性表面波素子状態であれば、ダイボンド材への影響を考慮する必要が無いので85℃〜300℃まで可能であり、パッケージ状態に比べてより高温での熱処理が可能なため、より短時間での酸化が可能である。ここで、熱処理による周波数変化量を、周波数調整直後の周波数変化分から設定しており、周波数調整時の周波数は、この変化分を考慮して行っている。
【0022】
次に本実施形態の周波数変化について図3を用いて説明する。
図3は周波数調整後、熱処理した時の周波数変化を示す特性図である。測定に用いた弾性表面波装置は、水晶基板上にTaによるIDTを形成し、125℃で熱処理したものを用いている。なお、周波数調整後、12時間おいて熱処理を行っている。すなわち、図3において経過時間12hrの時点より熱処理を行っている。黒四角は24時間、白丸は48時間、黒三角は96時間、十字は192時間熱処理したものであり、各熱処理時間毎に5つの弾性表面波装置を測定している。
【0023】
図3に示すように、周波数調整の後12時間後まではほぼ同じように周波数が変化しており、例えば黒四角で表わされる、さらに24時間熱処理したものは、その後ほぼ−20kHz付近で安定している。また、十字で表わされる192時間熱処理したものは−30kHz付近で安定している。以上のように熱処理により酸化膜からなる変質層をIDT表面に形成したものは、このような変質層形成後は周波数特性が安定していることがわかる。
【0024】
また、熱処理の時間を設定することによって周波数の変化量を制御することが可能であることは図3から明かである。同様に、熱処理の温度を適当な値に設定することで周波数の変化量を制御することも可能である。したがって、この熱処理工程を変質層形成の条件をコントロールすることで周波数調整後の微調として用いることができる。
【0025】
次に、本発明の第2の実施形態について図を用いて説明する。
図4は逆スパッタやイオンガン等の非選択的エッチングによって周波数調整した弾性表面波装置の電極状態を示す断面図である。なお、各工程については図1と同じであり、図1と同じ部分には同じ符号を付し詳細な説明を省略し、周波数調整から熱処理までの部分についてのみ説明する。
【0026】
図4(a)に示すように圧電基板10a上のIDT2の表面には大気中での酸化等により変質層2aが生じている。図1に示した工程5の周波数調整工程においてスパッタやイオンガンのように被対象物にイオンを直接衝突させる手法によりIDT2がトリミングされるため、図4(b)に示すようにIDT2の上表面の変質層2aがすべて無くなり、側表面の変質層2aもトリミングされることにより、IDT2の表面は活性化される。なお、図2と異なり、IDT2の側表面の変質層2aもトリミングされているのは、スパッタやイオンガンの場合、等方性のエッチングに近いため、IDT2の側表面が若干トリミングされるからである。したがって、図2の場合に比べて、側表面も若干活性化するため、表面の変質による周波数の変動は図2の場合に比べてより深刻な問題となる。
【0027】
また、圧電基板10aの表面も同時にトリミングされているが、圧電基板10aの圧電材料とIDT2等の電極材料がそれぞれ周波数f0に与える影響の度合いが異なれば周波数調整となりうる。例えば、圧電基板の材料である水晶よりも比重の大きいTa等の電極材料でIDT等を形成した場合は、圧電基板の削られる量に対する周波数への影響に比べて、IDT等の電極が削られる量に対する周波数への影響の方が大きいため、全体として、IDT等の電極が削られることによって周波数が変化する方向に周波数が変動する。
【0028】
このような周波数調整の後、窒素雰囲気中で熱処理しIDT2表面に安定した窒化膜からなる変質層2cを図4(c)に示すように形成し、IDT2の表面を安定化させている。この時、熱処理の温度は第1の実施形態と同様にパッケージ内に配置された状態で85℃〜150℃で行っている。本実施形態の窒化膜からなる変質層2cも、第1の実施形態の酸化膜からなる変質層2bと同様にその時間、温度を制御することにより周波数を微調することが可能である。
【0029】
また、本実施形態の窒化膜からなる変質層2cは、第1の実施形態で用いた酸化膜からなる変質層2bに比較して、熱処理工程における周波数変動が小さい状態で、安定した特性を得ることができる。IDTの電極材料としてTaを使用すると、酸化させた場合はTa2O5からなる変質層になるが、窒化させた場合はTaNになる。Ta2O5の場合、一つのTa原子当りOは2.5であり、TaNの場合一つのTa原子当りNは1である。Ta原子当りの重量比でO×2.5:N×1=40:14となるため、O×2.5のほうがN×1に比べて2.9倍も重い。したがって、周波数の変化は酸化の方が大きく窒化の方が特性変化が小さい。逆に周波数を大きく変化させたい場合は酸化を用いれば良い。
【0030】
なお、第1、第2の実施形態では、弾性表面波装置として図1に示すような2段の縦結合型弾性表面波フィルタを例に挙げて説明したがこれに限るものではなく、弾性表面波共振子や横結合型弾性表面波フィルタ、ラダー型フィルタやラチス型フィルタ、またはこれらのフィルタや共振子を複合した複合フィルタや共用器等どのような弾性表面波装置であっても適用できることは当然である。
【0031】
また、第1、第2の実施形態では、圧電基板として水晶基板を用い、IDTの材料としてTaを用いたがこれに限るものではなく、圧電基板としてはタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ランガサイト、ランガナイト、酸化亜鉛等どのようなものでもよく、IDTの材料としては、Au,Ag,Ta,Mo,Cu,Ni,Cr,Zn,W,Al,Pt等弾性表面波装置の電極材料として用いられるものであればどのようなものでも適用できる。
【0032】
また、SH波を主成分とする弾性表面波を用いた弾性表面波装置に本発明の製造方法を適用した場合、SH波を主成分とする弾性表面波を用いた弾性表面波装置の方が、通常のレイリー波に比べてIDT等の電極に用いられる電極材料の比重の周波数に対する影響が大きいため、周波数を安定させるという効果は、より顕著に現れる。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、周波数調整後の活性化した電極表面に酸化や窒化等の変質層を急速に形成することにより、弾性表面波装置の特性を安定させることができる。そのため、周波数の変化が少ない安定な状態にしてパッケージ封止することができるので、周波数調整の精度を向上させることができる。
【0034】
また、熱処理によって急速に特性を安定させているため、短時間で安定した周波数が得られ、パッケージ封止までの時間を短縮することができる。したがって、弾性表面波装置の製造工程にかかる時間を短縮できる。
【0035】
さらに、熱処理の温度・時間を所望の値に設定することにより周波数の変化量を制御できるため、周波数調整後に周波数の微調を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態を説明するための弾性表面波装置の製造工程図である。
【図2】第1の実施形態に係る周波数調整から熱処理までにおける弾性表面波装置の電極状態を示す断面図である。
【図3】第1の実施形態における弾性表面波装置の周波数変化を示す特性図である。
【図4】第2の実施形態に係る周波数調整から熱処理までにおける弾性表面波装置の電極状態を示す断面図である。
【符号の説明】
1 弾性表面波素子
2 IDT
3 反射器
4 パッケージ
5 パッケージの電極
6 ワイヤ
10 ウエハ
10a 圧電基板
11 金属膜
Claims (7)
- 圧電基板と、該圧電基板上に形成されたIDTとを少なくとも有する弾性表面波装置の製造方法において、
前記圧電基板を用意する工程と、
前記圧電基板上に電極薄膜を形成する工程と、
前記電極薄膜をエッチングして前記IDTを形成する工程と、
前記圧電基板及び前記IDTをトリミングして周波数を調整する工程と、
前記IDT表面を変質させて安定させる工程と、
を備えることを特徴とする弾性表面波装置の製造方法。 - 前記IDTを有する圧電基板はパッケージ内で気密封止されるものであって、前記IDT表面を変質させて安定させる工程の後に、前記圧電基板がパッケージ内で気密封止される工程を備えることを特徴とする請求項1記載の弾性表面波装置の製造方法。
- 前記IDT表面を安定させる工程が、パッケージ内に収納されていない状態でなされることを特徴とする請求項1または請求項2記載の弾性表面波装置の製造方法。
- 前記IDT表面を安定させる工程は、酸素雰囲気中または大気雰囲気中で前記IDTを加熱することにより前記IDT表面を酸化させる工程であることを特徴とする請求項1〜請求項3記載の弾性表面波装置の製造方法。
- 前記IDT表面を安定させる工程は、窒素雰囲気中で前記IDTを加熱することにより前記IDT表面を窒化させる工程であることを特徴とする請求項1〜請求項3記載の弾性表面波装置の製造方法。
- 前記IDT表面を酸化または窒化させる工程において、加熱温度または加熱時間を所望の値に設定することにより、周波数の微調を行うことを特徴とする請求項4または請求項5記載の弾性表面波装置の製造方法。
- 前記周波数を調整する工程において前記圧電基板及び前記IDTのトリミングはイオンを物理的に衝突させて行うことを特徴とする請求項1〜請求項6記載の弾性表面波装置の製造方法。
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