JP4060090B2 - 弾性表面波素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弾性表面波（以下、「ＳＡＷ」という。）素子（以下、「デバイス」という。）、特に、弾性表面波フィルタの電極膜の構造に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来のＳＡＷデバイスの電極は、例えば、特開平９−６９７４８号公報に示されている。図７は、従来例の構成図である。以下、この公報の内容を図７に基づいて説明する。
【０００３】
従来、中心周波数１．５ＧＨｚ帯フィルタにおいて、電極線幅を約０．７μｍに形成したＳＡＷデバイスに大きな電力を印加すると、弾性表面波によって生じる歪が電極膜に応力を発生させ、その応力が電極膜の限界応力を越えると電極材料であるアルミニウム（Ａｌ）原子が結晶粒界を移動し、その結果突起（ヒロック）と空隙（ボイド）を発生させて電極の破壊が生じ、ＳＡＷデバイスの特性の劣化に至ることから、電極材料として銅（Ｃｕ）を添加したＡｌ合金膜を用いることが行われ、Ａｌ単独膜に比べて大きな電力印加に耐えるものが作成されている。また、さらにチタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）等を添加して電極膜の強化を図ることも行われていた。
【０００４】
しかしながら、上記従来技術では、携帯用電話機の送信段に使用するために必要とされる電力に対して、充分な耐電力性と低挿入損失は得られていなかった。例えば、アナログセルラー電話機では１Ｗ以上の電力印加に耐え、かつ挿入損失も現在多く使われている誘電体フィルタと同程度の値に小さくすることが必要であるが得られていなかった。
【０００５】
また、大電力印加に耐えるようにするためには添加する金属の割合を増加させれば良いが、同時に合金膜の比抵抗も増加してしまい挿入損失の増加になる。
【０００６】
このような認識に基づいて、大電力印加に耐え、かつ挿入損失の増加も防止できるインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）電極を用いたＳＡＷデバイスを目的とした、先行技術思想が提示されている。
【０００７】
この先行技術の基本は圧電体基板の表面上に設けたＩＤＴ電極が、Ａｌ膜と、このＡｌ膜よりも大きな弾性定数を有する導電体材料よりなる膜とを交互に積層してなり、かつ前記導電体材料よりなる膜とＡｌ膜の各々の積層数が少なくとも２層以上の構成とした点にある。
【０００８】
さらに、Ａｌ膜の各層の厚さが１５０ｎｍ以下で、かつ、このＡｌ膜よりも大きな弾性定数を有する導電体材料よりなる膜の各層の厚さをＡｌ膜の厚さよりも薄く形成したことで、配線抵抗の増加を防止し、かつ電極の機械的強度の増加を図り、ヒロックやボイドの発生を防止し、大きな電力印加に耐えるようにしたものである。
【０００９】
またさらに、上記先行技術は、積層した電極の最表面層がＡｌ膜であり、かつその膜厚を５０ｎｍ以下とするか、または積層した電極の最表面層がＡｌ膜よりも大きな弾性定数を有する導電体材料よりなる膜とすることで、最表面層に生じるヒロックやボイドの発生を防止して、大電力印加に強い構造としたものである。
【００１０】
上記「ヒロック」や「ボイド」の発生原因は以下のように考えられている。
【００１１】
表面弾性波素子を励振したときに圧電体基板に歪が生じ、この歪によりＩＤＴ電極に応力が加わり、応力が膜の限界応力を越えると電極中のＡｌ原子が粒界を伝わって表面に移動してヒロックを生じる。Ａｌ原子が表面に移動すると膜中にはＡｌ原子のボイドが発生する。このヒロックやボイドが多く発生していくと電極膜が破壊されるとともに、周波数の変動や挿入損失の増大が生じてＳＡＷデバイスとしては使用に耐えられなくなる。
【００１２】
このＡｌ原子の移動によるヒロックやボイドの発生は、膜の機械的強度が大きくなるほど生じ難く、またＡｌ膜を構成する粒径が小さいほど生じ難くなり、さらに粒界表面にＣｕ、Ｔｉ等の原子が析出すると抑制されることは従来から知られており、各種の材料の添加が試みられてきた。しかしながら、添加材料の濃度を増加すると膜の比抵抗が増大して挿入損失の大幅な増加につながるために添加量には限界があった。
【００１３】
また、実験によれば以下のことが認められた、とある。即ち、添加材料の濃度を増加させても単一合金膜の場合、圧電基板と電極との界面から電極の表面まで結晶粒界は連続的に存在している。電極に加わる応力がこの合金電極の限界応力以上になれば、Ａｌは結晶粒界を通じて電極表面にまで原子移動が生じ、ヒロックを発生してしまうことが認められた。
【００１４】
この先行技術は、このような知見に基づき、Ａｌ膜をこれらの材料よりも大きな弾性定数を有する材料で層状に分割することで、Ａｌ膜の粒径の拡大を防止するとともに、Ａｌ原子が粒界を通じて電極表面に移動することを防止するものとなっている。
【００１５】
さらに、Ａｌ膜の間にこれらよりも大きな弾性定数を有する材料を積層することで電極膜全体の弾性的強度を大きくさせて大きな応力印加でも破壊されにくくなるようにしたものである。また、積層するＡｌ膜の各層の厚さが厚い場合には励振による応力でＡｌ原子は横方向への移動が生じサイドヒロックを発生する。このサイドヒロックは電極の劣化につながるとともに、隣のＩＤＴ電極と接触するとショート不良となる。
【００１６】
この防止に対しては、積層するＡｌ膜の厚さを薄くすることが効果的であり、実験より送信段に使うための１Ｗ以上の電力印加に耐えるためには１５０ｎｍ以下、望ましくは１００ｎｍ以下とすることがよいことを見いだしている。また、Ａｌ膜よりも大きな弾性定数を有する導電体材料は一般にＡｌ膜よりも密度が大きいことからできるだけ薄く形成することが望ましく、少なくともＡｌ膜よりも薄く形成することで配線抵抗増大を防止することができる、とするものである。
【００１７】
まとめると、以下のようになる。
【００１８】
圧電基板と、前記圧電基板の表面上に供給された櫛型のＩＤＴ電極とから構成されたＳＡＷデバイスにおいて、前記ＩＤＴ電極は、第１の材料膜及び第２の材料膜から構成されており、前記第１の材料膜はＡｌだけで構成され、前記第２の材料膜は、前記第１の材料膜よりも大きな弾性定数を有する、即ち、硬い１つの導電材料のみから構成されている。
【００１９】
前記ＩＤＴ電極は、前記第１の材料膜と前記第２の材料膜とのそれぞれの複数膜から構成されている。前記第１の材料膜は約１５０ｎｍ以下の厚さを有しており、前記第２の材料膜は前記第１の材料膜の前記厚さより薄い厚さを有する。換言すると、バリアメタルは抵抗値が大きいので、薄く形成する。この結果、前記第２の材料膜は薄いことから高周波での影響は少ない。
【００２０】
図７（ａ）〜（ｃ）は上記従来例の積層構成電極の積層数を変えた場合の断面概略図である。図に示した断面はＩＤＴ電極の１本のみを示したものである。３１〜３３、３５〜３８、４０〜４５はＡｌ膜で、５１〜５２、５３〜５５、５６〜６０はＡｌ膜よりも弾性定数の大きな導電性材料膜であり、図７（ａ）では３１〜３３と５１〜５２を含めてＩＤＴ電極２を構成している。図７（ｂ）では、３５〜３８と５３〜５５を含めてＩＤＴ電極２を構成している。図７（ｃ）では、４０〜４５と５６〜６０でＩＤＴ電極２を構成している。
【００２１】
また、１は圧電体基板であり、本実施例ではＬｉ酸Ｔａを用いた。２はＩＤＴ電極である。
【００２２】
特徴的なのは、電極構成をＡｌ−１Ｗｔ％Ｔｉ合金膜、Ａｌ−１Ｗｔ％Ｃｕ合金膜を用いたときにはヒロックが発生している点にある。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の膜構成では、材料構成をＡｌのみの膜とそれより弾性定数の高いものとを導体材料を変え交互に積層すると耐電力特性が向上すると述べているが、従来技術では述べられていない自然酸化膜や絶縁膜などについては全く検討されておらず、容易に作成できる効果的な手段を除外するものであった。
【００２４】
本発明は、上記問題点に鑑み、従来技術では述べられていない自然酸化膜や絶縁膜などについて広く検討し、耐電力特性の向上を図ると共にヒロックやボイドの発生の阻止を図った弾性表面波素子を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、以下の解決手段を採用する。
（１）弾性表面波素子において、圧電基板と、ＣｒまたはＴｉからなる下地層と、ＡｌとＣｕからなる合金層と、自然酸化膜層と、Ａｌ以外の金属からなる金属層とを有し、前記圧電基板上に、前記下地層、前記合金層、前記自然酸化膜層、前記金属層が順次積層されている構造を有することを特徴とする。
（２）弾性表面波素子において、圧電基板と、ＣｒまたはＴｉからなる下地層と、ＡｌとＣｕからなる第１の合金層と、自然酸化膜層と、ＡｌとＣｕからなる第２の合金層と、Ａｌ以外の金属からなる金属層とを有し、前記圧電基板上に、前記下地層、前記第１の合金層、前記自然酸化膜層、前記第２の合金層、前記金属層が順次積層されている構造を有することを特徴とする。
（３）弾性表面波素子において、圧電基板と、ＣｒまたはＴｉからなる下地層と、ＡｌとＣｕからなる第１の合金層と、Ａｌ以外の金属からなる金属層と、自然酸化膜層と、ＡｌとＣｕからなる第２の合金層とを有し、前記圧電基板上に、前記下地層、前記第１の合金層、前記金属層、前記自然酸化膜層、前記第２の合金層が順次積層されている構造を有することを特徴とする。
（４）弾性表面波素子において、圧電基板と、ＣｒまたはＴｉからなる下地層と、ＡｌとＣｕからなる合金層と、自然酸化膜層と、Ａｌ以外の金属からなる金属層とを有し、前記圧電基板上に、前記下地層が形成され、前記下地層上に、前記合金層と前記自然酸化膜層とが交互に積層され、前記合金層上に、前記金属層が形成されていることを特徴とする。
（５）弾性表面波素子において、圧電基板と、ＡｌとＣｕからなる合金層と、ＡｌとＣｕ以外の金属からなる第１の金属層と、ＡｌとＣｕ以外の金属からなり、前記第１の金属層とは成分が異なる第２の金属層と、自然酸化膜層とを有し、前記圧電基板上に、前記第１の金属層、前記自然酸化膜層、前記第２の金属層、前記合金層を順次積層された構造を有することを特徴とする。
（６）上記（１）乃至（５）記載の弾性表面波素子において、前記合金層は、スパッタリングによって形成されたものであることを特徴とする。
（７）上記（１）乃至（４）記載の弾性表面波素子において、前記金属層は、Ｔｉからなることを特徴とする。
（８）上記（５）記載の弾性表面波素子において、前記第１の金属層はＣｒからなり、前記第２の金属層はＴｉからなることを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態、即ち、材料層の異なる電極層構成を以下図に基づいて詳細に説明する。
【００２７】
（第１実施例）
〈電極層構成が、基板側から上層に向けて、ＣｒまたはＴｉからなる下地層／ＡｌとＣｕからなる合金層／酸化膜層／Ａｌ以外の金属からなる金属層を積層する場合〉：
図１は、本発明の第１実施例の構成図である。
【００２８】
第１実施例の場合、電極層構成は、基本的には、ＬｉＴａＯ₃ 基板６上に、基板側から上層に向けて、ＣｒまたはＴｉからなる下地層４１／ＡｌとＣｕからなる合金層、例えばＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１（以下、Ａｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１で説明する）／自然酸化膜層３１／Ａｌ以外の金属からなる金属層、例えばＴｉ層２１（以下、Ｔｉ層２１で説明する）からなる積層構造をとり、実用上、前記積層構造の上にさらに、ＡｌとＣｕからなる合金層としてのＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１／自然酸化膜層３１／Ａｌ以外の金属からなる金属層としてのＴｉ層２１／ＡｌとＣｕからなる合金層としてのＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１からなる積層構造をとる。
【００２９】
（第１実施例の製造方法）
ＬｉＴａＯ₃ 基板６上に、ＣｒまたはＴｉからなる下地層４１を１５０Åスパッタリングで形成する。このＣｒまたはＴｉからなる下地層４１上に連続してＡｌとＣｕからなる合金層としてのＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１をスパッタリングで形成する。この状態でウエハを一度大気に暴露し前記Ａｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１の表面を酸化し、自然酸化膜層３１を形成する。
【００３０】
さらに前記自然酸化膜層３１上に連続してＡｌ以外の金属からなる金属層としてのＴｉ層２１をスパッタリングで形成する。前記Ｔｉ膜２１上に連続してＡｌとＣｕからなる合金層としてのＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１をスパッタリングで形成する。この状態でウエハを一度大気に暴露し前記Ａｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１の表面を酸化し、自然酸化膜３１を形成する。
【００３１】
さらに前記自然酸化膜３１上に連続してＡｌ以外の金属からなる金属層としてのＴｉ層２１をスパッタリングで形成する。次に前記Ｔｉ層２１上に連続してＡｌとＣｕからなる合金層としてのＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１をスパッタリングで形成する。
【００３２】
なお、大気に暴露する工程は、チャンバー内を大気に連通することにより、同じチャンバーで大気に暴露することが可能となる。
【００３３】
このようにしてＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層膜１１とＴｉ層２１との中間層に自然酸化膜層３１を形成する。
【００３４】
次に、この電極膜構成をエッチングしてＳＡＷデバイスの櫛歯状電極及び反射器とそれぞれを結ぶ導体パターンを形成する。
（ヒロック・ボイドの抑制）
ＳＡＷフィルタにおける耐電力特性のメカニズムは、第１に高周波振動による電極のヒロック、ボイドの発生に起因する。
【００３５】
単純にスパッタリング等で電極膜を形成した場合は、メタル形成が単一方向でなくさまざまな方向に向いている。
【００３６】
即ち、スパッタリングは成膜のスピードが早いので、結晶面が揃わない状態で成膜する。これに対し、スパッタリング以外の方法で成膜スピードを遅くしてゆっくり成膜すると、配向性が良くなり結晶面が揃うようになる。
【００３７】
このため、前記のようにスパッタリング等で電極膜を形成した場合電極膜が安定状態ではない。粒子の移動に要する活性化エネルギーが小さくなっており、すぐにヒロック、ボイドが発生する。
【００３８】
Ａｌの自然酸化物、即ちアルミナＡｌ₂ Ｏ₃ は絶縁物である。このためＡｌまたはＡｌ合金の粒子の移動が前記自然酸化膜でストップしヒロックやボイドを抑制することができる。自然酸化膜は薄く作るので高周波ではコンデンサになり導通する。
【００３９】
（第１実施例の効果）
本発明の第１実施例では、ＬｉＴａＯ₃ 基板６上にＣｒまたはＴｉからなる下地層４１をスパッタリング又は蒸着等で形成し、連続して前記Ａｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１を積層する。この時点で大気に暴露しＡｌの自然酸化膜層３１を形成する。
【００４０】
Ａｌの自然酸化膜層であるアルミナＡｌ₂ Ｏ₃ は絶縁物であり、セラミックなどに使用されている材料で安定性にすぐれている。即ち、一旦アルミナＡｌ₂ Ｏ₃ にしたらＡｌまたはＡｌ合金に戻ることは難しい。このため、Ａｌ又はＡｌ合金の粒子の移動が前記自然酸化膜層３１でストップし、即ち、Ａｌ又はＡｌ合金の粒子が前記自然酸化膜層３１を突き破りにくくなり（Ａｌ以外の金属でもそれなりに効果があるが、アルミナＡｌ₂ Ｏ₃ は顕著に効果がある。）、ヒロックやボイドを抑制することができる。
【００４１】
自然酸化膜層３１はほとんど表層で形成され薄いので、高周波ではＡｌ又はＡｌ合金の導体とＴｉの導体とに挿まれた部分に絶縁物があることになり、コンデンサを形成して電気を通過することができる。さらに導体内でコンデンサの容量成分を形成できるため、回路形成を小型にすることができる。即ち、ＳＡＷデバイスの出力インピーダンスが特定の値に決まっていることから、通常は、電極間隔や電極高さ等が制約されるが、前記のように導体内でコンデンサの容量成分を形成できると、前記電極間隔や電極高さ等に対する制約が少なくなり、電極構造の設計に自由度が増し、結果として回路構成が小型となる。
【００４２】
その後さらに、「Ａｌ以外の金属からなる金属層としてのＴｉ層２１、ＡｌとＣｕからなる合金層としてのＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１をスパッタリング等で積層し大気に暴露し前記Ａｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１表面を自然酸化膜層３１で覆う」第２回目の暴露工程を実施する。この暴露工程は何回繰り返しても良い。最後にＡｌ以外の金属からなる金属層としてのＴｉ層２１およびＡｌとＣｕからなる合金層としてのＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１を積層して終了する。その後、ホトリソグラフ・エッチング工程を経て櫛歯状電極を形成する工程をとる。この一連の工程中の大気に暴露する工程は複数の膜付け装置を併用できるため量産化に効果がある。即ち、１つのチャンバー内には６〜７個のターゲットしか配置できないが、一連の工程中に大気に暴露する工程があると、そのとき他のチャンバーに移動することができるため、大気に暴露する工程分だけチャンバーを余分に使用することが可能になる。
【００４３】
大気に暴露する工程は、チャンバー内を大気に連通することによっても行うことができ、その時は同じチャンバーで大気に暴露することが可能となるので、容易に自然酸化膜層を作成できるため工程が簡素化できる。
【００４４】
ターゲット材料をある程度変更すると新たなチャンバーが必要となるが、本発明では材料膜の種類が少ないので、ターゲット数が少なくなり、従って少ないチャンバーで実施可能となる。
【００４５】
（第２実施例）
〈電極層構成が、基板側から上層に向けて、ＣｒまたはＴｉからなる下地層／ＡｌとＣｕからなる第１の合金層／酸化膜層／ＡｌとＣｕからなる第２の合金層／Ａｌ以外の金属からなる金属層を積層する場合〉：
図２は、本発明の第２実施例の構成図である。
【００４６】
第２実施例の場合、電極層構成は、基本的には、ＬｉＴａＯ₃ 基板６上に、基板側から上層に向けて、ＣｒまたはＴｉからなる下地層４１／ＡｌとＣｕからなる第１の合金層、例えばＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１（以下、Ａｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１で説明する）／自然酸化膜層３１／ＡｌとＣｕからなる第２の合金層、例えばＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１（以下、Ａｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１で説明する）／Ａｌ以外の金属からなる金属層、例えばＴｉ層２１（以下、Ｔｉ層２１で説明する）からなる積層構造をとり、実用上、前記積層構造の上にさらに、ＡｌとＣｕからなる第１の合金層としてのＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１／自然酸化膜層３１／ＡｌとＣｕからなる第２の合金層としてのＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１／Ａｌ以外の金属からなる金属層としてのＴｉ層２１／ＡｌとＣｕからなる第１の合金層としてのＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ膜１１層／自然酸化膜層３１／ＡｌとＣｕからなる第２の合金層としてのＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ膜１１層からなる積層構造をとる。
【００４７】
（第２実施例の製造方法）
ＬｉＴａＯ₃ 基板６上に、ＣｒまたはＴｉからなる下地層４１を１５０Åスパッタリングで形成する。前記ＣｒまたはＴｉからなる下地層４１上に連続してＡｌとＣｕからなる第１の合金層としてのＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１をスパッタリングで形成する。
【００４８】
この状態でウエハを一度大気に暴露し前記Ａｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１の表面を酸化し、自然酸化膜層３１を形成する。
【００４９】
さらに自然酸化膜層３１上に連続してＡｌとＣｕからなる第２の合金層となるＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１をスパッタリングで形成する。
【００５０】
続いて、前記第２の合金層となるＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１上にＡｌ以外の金属からなる金属層としてのＴｉ層２１をスパッタリングで形成する。
【００５１】
前記Ｔｉ層２１上に連続して前記第１の合金層となるＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１をスパッタリングで形成する。この状態でウエハを一度大気に暴露し前記Ａｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ膜１１の表面を酸化し、自然酸化膜層３１を形成する。自然酸化膜層３１上に連続して第２の合金層となる前記Ａｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１をスパッタリングで形成する。続いて前記Ａｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１上にＡｌ以外の金属からなる金属層としてのＴｉ層２１をスパッタリングで形成する。このＴｉ層２１上に連続して第１の合金層となるＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１をスパッタリングで形成する。この状態でウエハを一度大気に暴露し前記第１の合金層となるＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１の表面を酸化し、自然酸化膜層３１を形成する。自然酸化膜層３１上に連続して第２のＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１をスパッタリングで形成する。
【００５２】
このようにして２層のＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ膜１１層間に自然酸化膜層３１を形成する。
【００５３】
なお、大気に暴露する工程は、チャンバー内を大気に連通することにより、同じチャンバーで大気に暴露することが可能となる。
【００５４】
図２に示す本発明の第２実施例では、ＣｒまたはＴｉからなる下地層４１をＬｉＴａＯ₃ 基板６の上に形成し、続けて第１の合金層となるＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１を形成する。その時点で大気に暴露し表面を酸化する。「さらに、第２の合金層となるＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１を形成し、Ａｌ以外の金属からなる金属層としてのＴｉ層２１を設ける。さらに続けて第１の合金層となるＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１を形成し、その時点で大気に暴露し表面を酸化し自然酸化膜層３１を形成する。」
前記「さらに、・・・自然酸化膜層３１を形成する。」の暴露工程を複数回繰り返し最後にＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金膜層１１を表面に膜付けする。
【００５５】
（ヒロック・ボイドの抑制）
第２実施例は前記第１実施例と同じ動作をする。即ち、Ａｌの自然酸化物、即ちアルミナＡｌ₂ Ｏ₃ は絶縁物である。このためＡｌまたはＡｌ合金の粒子の移動が前記自然酸化膜層３１でストップしヒロックやボイドを抑制することができる。自然酸化膜層３１は薄く作るので高周波ではコンデンサになり導通する。
【００５６】
（第２実施例の効果）
上記第１実施例の効果と同じ効果を奏する。その他に、自然酸化膜層３１は同じＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１の層間に設けられるので、特性が安定する。
【００５７】
（第３実施例）
〈電極層構成が、基板側から上層に向けて、ＣｒまたはＴｉからなる下地層／ＡｌとＣｕからなる合金層／Ａｌ以外の金属からなる金属層／酸化膜層を積層する場合〉：
図３は、本発明の第３実施例の構成図である。
【００５８】
第３実施例の場合、電極層構成は、基本的には、ＬｉＴａＯ₃ 基板６上に、基板側から上層に向けて、ＣｒまたはＴｉからなる下地層４１／ＡｌとＣｕからなる合金層、例えばＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１（以下、Ａｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１で説明する）／Ａｌ以外の金属からなる金属層、例えばＴｉ層２１（以下、Ｔｉ層２１で説明する）／自然酸化膜層３１からなる積層構造をとり、実用上、さらにＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１／Ａｌ以外の金属からなる金属層としてのＴｉ層２１／自然酸化膜層３１／Ａｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１／Ａｌ以外の金属からなる金属層としてのＴｉ層２１からなる積層構造をとる。
【００５９】
（第３実施例の製造方法）
ＬｉＴａＯ₃ 基板６上に、ＣｒまたはＴｉからなる下地層４１を１５０Åスパッタリングで形成する。このＣｒまたはＴｉからなる下地層４１上に連続して
Ａｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１をスパッタリングで形成する。さらに、このＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１上に連続してＡｌ以外の金属からなる金属層としてのＴｉ層２１をスパッタリングで形成する。この状態でウエハを一度大気に暴露し前記Ｔｉ層２１の表面を酸化し、自然酸化膜層３１を形成する。
【００６０】
前記自然酸化膜層３１上にＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１をスパッタリングで形成する。次に、Ａｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１上にＡｌ以外の金属からなる金属層としてのＴｉ層２１をスパッタリングで形成する。この状態でウエハを一度大気に暴露し前記Ｔｉ層２１の表面を酸化し、自然酸化膜層３１を形成する。
【００６１】
この自然酸化膜層３１上に連続してＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１をスパッタリングで形成する。さらに前記Ａｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１上にＡｌ以外の金属からなる金属層としてのＴｉ層２１をスパッタリングで形成する。
【００６２】
なお、大気に暴露する工程は、チャンバー内を大気に連通することにより、同じチャンバーで大気に暴露することが可能となる。
【００６３】
図３に示す本発明の第３実施例では、ＣｒまたはＴｉからなる下地層４１をＬｉＴａＯ₃ 基板６の上に形成し続けてＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１を形成する。次にＴｉ層２１を設けその時点で大気に暴露し前記Ｔｉ層２１の表面を酸化する。
【００６４】
「その上にＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１を設け、続けてＴｉ層２１を形成し、この状態でウエハを一度大気に暴露し前記Ｔｉ層２１の表面を酸化し、自然酸化膜層３１を形成する。」
上記「その上に・・・自然酸化膜層３１を形成する。」までの暴露工程を複数回繰り返し最後にＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１を形成し、つづけてＴｉ層２１を形成し最表層とする。
【００６５】
（ヒロック・ボイドの抑制）
第３実施例は前記第１実施例と同じ動作をする。Ａｌの自然酸化物、即ちアルミナＡｌ₂ Ｏ₃ は絶縁物である。このためＡｌまたはＡｌ合金の粒子の移動が前記自然酸化膜層３１でストップしヒロックやボイドを抑制することができる。自然酸化膜層３１は薄く作るので高周波ではコンデンサになり導通する。
【００６６】
（第３実施例の効果）
上記第１実施例の効果と同じ効果を奏する。
【００６７】
（第４実施例）
〈電極層構成が、基板側から上層に向けて、ＣｒまたはＴｉからなる下地層／ＡｌとＣｕからなる合金層／酸化膜層／ＡｌとＣｕからなる合金層／酸化膜層／ＡｌとＣｕからなる合金層／Ａｌ以外の他の金属からなる金属層を積層する場合〉：
図４は、本発明の第４実施例の構成図である。
【００６８】
第４実施例の場合、電極層構成は、基本的には、ＬｉＴａＯ₃ 基板６上に、基板側から上層に向けて、ＣｒまたはＴｉからなる下地層４１／ＡｌとＣｕからなる合金層、例えばＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１（以下、Ａｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１で説明する）／自然酸化膜層３１／ＡｌとＣｕからなる合金層としてのＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１／自然酸化膜層３１／ＡｌとＣｕからなる合金層としてのＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１／Ａｌ以外の金属からなる金属層、例えばＴｉ層２１（以下、Ｔｉ層２１で説明する）からなる積層構造をとる。
【００６９】
（第４実施例の製造方法）
ＬｉＴａＯ₃ 基板６上に、ＣｒまたはＴｉからなる下地層４１を１５０Åスパッタリングで形成する。このＣｒまたはＴｉからなる下地層４１上に連続してＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１をスパッタリングで形成する。この状態でウエハを一度大気に暴露しＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１の表面を酸化し、自然酸化膜層３１を形成する。
【００７０】
さらにこの自然酸化膜層３１上に連続してＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１をスパッタリングで形成する。この状態でウエハを一度大気に暴露し前記Ａｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１の表面を酸化し、自然酸化膜層３１を形成する。
【００７１】
次に前記自然酸化膜層３１上に連続してＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１をスパッタリングで形成する。さらにこのＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１上に連続してＡｌ以外の金属からなる金属層としてのＴｉ層２１をスパッタリングで形成する。
【００７２】
なお、大気に暴露する工程は、チャンバー内を大気に連通することにより、同じチャンバーで大気に暴露することが可能となる。
【００７３】
このようにして２層のＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１層の間に自然酸化膜層３１を形成する。
【００７４】
次に、この電極層構成をエッチングしてＳＡＷデバイスの櫛歯状電極及び反射器とそれぞれを結ぶ導体パターンを形成する。
【００７５】
図４に示す本発明の第４実施例では、ＬｉＴａＯ₃ 基板６の上にＣｒまたはＴｉからなる下地層４１を形成し、続けてＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１を設ける。その時点で大気に暴露し表面を酸化する。「さらにＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１を膜付けし、その時点で大気に暴露し表面を酸化し、自然酸化膜層３１を形成する。」
上記「さらにＡｌ・・・ 自然酸化膜層３１を形成する。」までの暴露工程を複数回繰り返し、最後にＴｉ層２１を表面に形成する。
【００７６】
（ヒロック・ボイドの抑制）
第４実施例は前記第１実施例と同じ動作をする。即ち、Ａｌの自然酸化物、即ちアルミナＡｌ₂ Ｏ₃ は絶縁物である。このためＡｌまたはＡｌ合金の粒子の移動が前記自然酸化膜層３１でストップしヒロックやボイドを抑制することができる。自然酸化膜層３１は薄く作るので高周波ではコンデンサになり導通する。
【００７７】
（第４実施例の効果）
上記第１実施例の効果と同じ効果を奏する。その他に、自然酸化膜層３１は同じＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１の層間に設けられるので、特性が安定する。
【００７８】
（第１参考例）
〈電極層構成が、基板側から上層に向けて、ＡｌとＣｕ以外の金属からなる第１の金属層／ＡｌとＣｕ以外の金属からなり、前記第１の金属層とは成分が異なる第２の金属層／ＡｌとＣｕからなる合金層を積層する場合〉：
図５は、本発明の第１参考例の構成図である。
【００７９】
第１参考例の場合、電極層構成は、基本的には、ＬｉＴａＯ₃ 基板６上に、基板側から上層に向けて、ＡｌとＣｕ以外の金属からなる第１の金属層、例えば、Ｃｒ層５１（以下、Ｃｒ層５１で説明する）／ＡｌとＣｕ以外の金属からなり、前記第１の金属層とは成分が異なる第２の金属層、例えばＴｉ層２１（以下、Ｔｉ層２１で説明する）／Ａｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１の積層構造をとり、実用上、さらにＡｌとＣｕ以外の金属からなる第１の金属層としてのＣｒ層５１／ＡｌとＣｕ以外の金属からなり、前記第１の金属層とは成分が異なる第２の金属層としてのＴｉ層２１／Ａｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１／ＡｌとＣｕ以外の金属からなる第１の金属層としてのＣｒ層５１／ＡｌとＣｕ以外の金属からなり、前記第１の金属層とは成分が異なる第２の金属層としてのＴｉ層２１／Ａｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１からなる積層構造をとる。
【００８０】
（第１参考例の製造方法）
第５図は、本発明の第１参考例で、ＬｉＴａＯ₃ 基板６上にＡｌとＣｕ以外の金属からなる第１の金属層としてのＣｒ層５１を形成し、続けて前記Ｃｒ層５１上にＡｌとＣｕ以外の金属からなり、前記第１の金属層とは成分が異なる第２の金属層としてのＴｉ層２１を設ける。続けて前記Ｔｉ層２１上にＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１をスパッタリングで形成する。次に、このＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１上に連続してＡｌとＣｕ以外の金属からなる第１の金属層としてのＣｒ層５１を形成し、続けてこのＣｒ層５１上にＡｌとＣｕ以外の金属からなり、前記第１の金属層とは成分が異なる第２の金属層としてのＴｉ層２１を設けてバリアメタルを２層化する。
【００８１】
「さらに続けてこのＴｉ層２１上にＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１をスパッタリングで形成する。このＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１上にＡｌとＣｕ以外の金属からなる第１の金属層としてのＣｒ層５１を膜付けする。続けて前記Ｃｒ層５１上にＡｌとＣｕ以外の金属からなり、前記第１の金属層とは成分が異なる第２の金属層としてのＴｉ層２１を膜付けし、バリアメタルを２層化する」。この「さらに続けて・・・２層化する」工程を複数回繰り返し最後にＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１を表面に形成する。
【００８２】
バリアメタルは多数さまざまなメタルを組み合わせ積層しても良い。バリアメタルの材料はＡｌのヒロックが純粋なＡｌ部分の移動により生じるため他のメタルはどのメタルでも良い。
【００８３】
前記バリアメタルの組み合わせによりエレクトロマイグレーションとストレスマイグレーションのどちらも抑制が可能で必要に応じてコントロール可能となる。
【００８４】
（ヒロック・ボイドの抑制）
第１参考例によれば、Ｃｒ層とＴｉ層からなるバリアメタル層によりＡｌまたはＡｌ合金の粒子の移動がストップしヒロックやボイドを抑制することができる。
【００８５】
（第１参考例の効果）
バリアメタルによるヒロックの抑制はメタル種類により効果が異なるがバリアメタルの積層は薄いバリアメタルで効果が得られる。
【００８６】
メタルの組み合わせによりエレクトロマイグレーションとストレスマイグレーションのどちらも抑制が可能で必要に応じてコントロールできる。
【００８７】
（第５実施例）
〈電極層構成が、基板側から上層に向けて、ＡｌとＣｕ以外の金属からなる第１の金属層／酸化膜層／ＡｌとＣｕ以外の金属からなり、前記第１の金属層とは成分が異なる第２の金属層／ＡｌとＣｕからなる合金層を積層する場合〉：
図６は、本発明の第５実施例の構成図である。
【００８８】
第５実施例の場合、電極層構成は、基本的には、ＬｉＴａＯ₃ 基板６上に、基板側から上層に向けて、ＡｌとＣｕ以外の金属からなる第１の金属層、例えばＣｒ層５１（以下、Ｃｒ層５１として説明する）／自然酸化膜層３１／ＡｌとＣｕ以外の金属からなり、前記第１の金属層とは成分が異なる第２の金属層、例えばＴｉ層２１（以下、Ｔｉ層２１で説明する）／ＡｌとＣｕからなる合金層、例えばＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１（以下、Ａｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１）からなる積層構造をとり、実用上さらにＡｌとＣｕ以外の金属からなる第１の金属層としてのＣｒ層５１／自然酸化膜層３１／ＡｌとＣｕ以外の金属からなり、前記第１の金属層とは成分が異なる第２の金属層としてのＴｉ層２１／Ａｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１／ＡｌとＣｕ以外の金属からなる第１の金属層としてのＣｒ層５１／自然酸化膜層３１／ＡｌとＣｕ以外の金属からなり、前記第１の金属層とは成分が異なる第２の金属層としてのＴｉ層２１／Ａｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１からなる積層構造をとる。
【００８９】
（第５実施例の製造方法）
ＬｉＴａＯ₃ 基板６上に、ＡｌとＣｕ以外の金属からなる第１の金属層としてのＣｒ層５１を１５０Åスパッタリングで形成する。この状態でウエハを一度大気に暴露し前記Ｃｒ層５１上に連続して自然酸化膜層３１を形成する。この自然酸化膜層３１上に連続してＡｌとＣｕ以外の金属からなり、前記第１の金属層とは成分が異なる第２の金属層としてのＴｉ層２１をスパッタリングで形成する。次に、前記Ｔｉ層２１上にＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１をスパッタリングで形成する。このＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１にＡｌとＣｕ以外の金属からなる第１の金属層としてのＣｒ層５１をスパッタリングで形成する。
【００９０】
この状態でウエハを一度大気に暴露し前記Ｃｒ層５１の表面を酸化し、自然酸化膜層３１を形成する。
【００９１】
さらに自然酸化膜層３１上に連続してＡｌとＣｕ以外の金属からなり、前記第１の金属層とは成分が異なる第２の金属層としてのＴｉ層２１をスパッタリングで形成する。このＴｉ層２１上に連続してＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１をスパッタリングで形成する。次に、このＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１にＡｌとＣｕ以外の金属からなる第１の金属層としてのＣｒ層５１をスパッタリングで形成する。この状態でウエハを一度大気に暴露し前記Ｃｒ層５１の表面を酸化し、自然酸化膜層３１を形成する。
【００９２】
さらにこの自然酸化膜層３１上に連続してＡｌとＣｕ以外の金属からなり、前記第１の金属層とは成分が異なる第２の金属層としてのＴｉ層２１をスパッタリングで形成する。次にこのＴｉ層２１上に連続してＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１をスパッタリングで形成する。
【００９３】
なお、大気に暴露する工程は、チャンバー内を大気に連通することにより、同じチャンバーで大気に暴露することが可能となる。
【００９４】
このようにしてＣｒ層５１とＴｉ層２１との間に自然酸化膜層３１を形成する。
【００９５】
次に、この電極層構成をエッチングしてＳＡＷデバイスの櫛歯状電極及び反射器とそれぞれを結ぶ導体パターンを形成する。
【００９６】
図６に示す本発明の第５実施例では、ＬｉＴａＯ₃ 基板６の上にＣｒ層５１を形成し、その時点で大気に暴露し表面を酸化し、自然酸化膜層３１を形成し、続けてＴｉ層２１を設ける。「続けて、Ａｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１を形成する。さらに続けてＣｒ層５１を形成する。その時点で大気に暴露し表面を酸化する。続けてＴｉ層２１を設ける」。この「続けて、Ａｌ・・・Ｔｉ層２１を設ける」工程を複数回繰り返し、最後にＡｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ合金層１１を表面に形成する。
【００９７】
（ヒロック・ボイドの抑制）
第５実施例によれば、Ｃｒ層５１とＴｉ層２１からなるバリアメタル層により、また、自然酸化膜層３１により、ＡｌまたはＡｌ合金の粒子の移動がストップしヒロックやボイドを抑制することができる。
【００９８】
（第５実施例の効果）
自然酸化膜層３１および例えばＣｒ層５１とＴｉ層２１からなるバリアメタルによるヒロックの抑制は自然酸化膜層３１およびメタルの種類により効果が異なるが自然酸化膜層３１およびバリアメタルの積層膜層は薄い自然酸化膜層３１およびバリアメタル層で効果が得られる。
【００９９】
メタルの組み合わせによりエレクトロマイグレーションとストレスマイグレーションのどちらも抑制が可能で必要に応じてコントロールできる。
【０１００】
（他の実施の態様）
Ａｌ層より弾性定数の大きい材料としてＴｉ、Ｃｕ、Ｃｒの他にパラジウム、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、ハフニウム、パナジウム、ニッケル、銀等の単一金属や炭化チタン、ニッケルクロム、窒化チタン等があり、これらも同様に使用できる。
【０１０１】
基板としては、ニオブ酸リチウム基板や４硼酸リチウム基板あるいは水晶基板等の単結晶基板やサファイア基板上に設けた酸化亜鉛膜を用いた圧電体基板が使用できる。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明は、積層電極中に、自然酸化膜層、バリアメタルを挿入したので、ヒロックおよびボイドの発生を抑制することができる。
【０１０３】
また、Ａｌ膜とＡｌ膜よりも弾性定数の大きな導電性材料の膜を積層形成することにより耐電力特性を向上することができる。また、挿入抵抗を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例の構成図である。
【図２】 本発明の第２実施例の構成図である。
【図３】 本発明の第３実施例の構成図である。
【図４】 本発明の第４実施例の構成図である。
【図５】 本発明の第１参考例の構成図である。
【図６】 本発明の第５実施例の構成図である。
【図７】 従来例の構成図である。
【符号の説明】
６ ＬｉＴａＯ₃ 基板
１１ Ａｌ−０．５Ｗｔ％Ｃｕ膜
２１ Ｔｉ層
３１ 自然酸化膜層
４１ ＣｒまたはＴｉからなる下地層
５１ Ｃｒ層

Claims (8)

1. 圧電基板と、ＣｒまたはＴｉからなる下地層と、ＡｌとＣｕからなる合金層と、自然酸化膜層と、Ａｌ以外の金属からなる金属層とを有し、前記圧電基板上に、前記下地層、前記合金層、前記自然酸化膜層、前記金属層が順次積層されている構造を有することを特徴とする弾性表面波素子。
2. 圧電基板と、ＣｒまたはＴｉからなる下地層と、ＡｌとＣｕからなる第１の合金層と、自然酸化膜層と、ＡｌとＣｕからなる第２の合金層と、Ａｌ以外の金属からなる金属層とを有し、前記圧電基板上に、前記下地層、前記第１の合金層、前記自然酸化膜層、前記第２の合金層、前記金属層が順次積層されている構造を有することを特徴とする弾性表面波素子。
3. 圧電基板と、ＣｒまたはＴｉからなる下地層と、ＡｌとＣｕからなる第１の合金層と、Ａｌ以外の金属からなる金属層と、自然酸化膜層と、ＡｌとＣｕからなる第２の合金層とを有し、前記圧電基板上に、前記下地層、前記第１の合金層、前記金属層、前記自然酸化膜層、前記第２の合金層が順次積層されている構造を有することを特徴とする弾性表面波素子。
4. 圧電基板と、ＣｒまたはＴｉからなる下地層と、ＡｌとＣｕからなる合金層と、自然酸化膜層と、Ａｌ以外の金属からなる金属層とを有し、前記圧電基板上に、前記下地層が形成され、前記下地層上に、前記合金層と前記自然酸化膜層とが交互に積層され、前記合金層上に、前記金属層が形成されていることを特徴とする弾性表面波素子。
5. 圧電基板と、ＡｌとＣｕからなる合金層と、ＡｌとＣｕ以外の金属からなる第１の金属層と、ＡｌとＣｕ以外の金属からなり、前記第１の金属層とは成分が異なる第２の金属層と、自然酸化膜層とを有し、前記圧電基板上に、前記第１の金属層、前記自然酸化膜層、前記第２の金属層、前記合金層を順次積層された構造を有することを特徴とする弾性表面波素子。
6. 前記合金層は、スパッタリングによって形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至５記載の弾性表面波素子。
7. 前記金属層は、Ｔｉからなることを特徴とする請求項１乃至４記載の弾性表面波素子。
8. 前記第１の金属層はＣｒからなり、前記第２の金属層はＴｉからなることを特徴とする請求項５記載の弾性表面波素子。

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