JP3659155B2 - 弾性表面波装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【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
【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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