JP5880520B2 - 弾性波装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、共振子や帯域フィルタなどに用いられている弾性波装置及びその製造方法に関する。より詳細には、本発明は、圧電基板上において、第1,第2の積層金属膜が形成されている弾性波装置及びその製造方法に関する。
従来、携帯電話機等の小型化に伴って、用いられている帯域フィルタにおいても、小型化が求められている。この種の帯域フィルタとしては、弾性表面波などの弾性波を利用した弾性波装置が広く用いられている。
下記の特許文献1には、弾性波装置の一例が開示されている。特許文献1に記載の弾性波装置では、LiTaO基板100上において、IDT電極を含む第1の電極111の一部に重なるように第2の電極121が積層されている。第1及び第2の電極111,121は積層金属膜からなる。第1の電極111では、NiCr膜112上に順にPt膜113、Ti膜114、AlCu膜115が積層されており、AlCu膜115上にTi膜116が積層されている。第2の電極121を構成している積層金属膜の最下層はTi膜122とされている。
特許文献1では、第1の電極のTi膜と、第2の電極のTi膜とが接触するため、コンタクト抵抗を低めることができるとされている。
他方、下記の特許文献2に記載の弾性表面波装置では、電極がAlCuエピタキシャル膜及びAlCuエピタキシャル膜上に積層されたTi膜とを有する積層金属膜からなる。ここでは、このような積層金属膜では、高温処理に晒されるとCuのヒロックが生じるため、低温で処理する必要がある旨が示されている。
特許第5131117号公報 WO09/150786
弾性波装置では、小型化に伴って、耐電力性の向上が強く求められている。特許文献1に記載の弾性波装置では、前述したコンタクト抵抗を低減することができるものの、耐電力性は十分ではなかった。
なお、特許文献2には、AlCuエピタキシャル膜を有する積層金属膜を用いた弾性表面波装置は開示されているものの、複数の積層金属膜を積層した構造におけるコンタクト抵抗や耐電力性については言及されていない。
本発明の目的は、耐電力性において優れており、さらに第1,第2の電極間のコンタクト抵抗が低い電極積層構造を有する弾性波装置及びその製造方法を提供することにある。
本発明に係る弾性波装置は、主面を有する圧電基板と、前記圧電基板の前記主面上に設けられており、少なくとも3層の金属膜を下層から上層に積層してなる第1の積層金属膜からなり、少なくともIDT電極を含む第1の電極とを備え、前記第1の積層金属膜が、最上層としてのTi膜を含み、該Ti膜のTi結晶の(001)面の法線方向と、前記圧電基板を形成する圧電体の結晶のZ軸とが一致するように一定方向に配向する結晶方位を有する。
本発明に係る弾性波装置のある特定の局面では、前記圧電基板の主面上に設けられており、複数の金属膜を下層から上層に積層してなる第2の積層金属膜からなる第2の電極をさらに備え、前記第2の積層金属膜の最下層の金属膜が、前記第1の電極の最上層の金属膜に重なり合っている部分により、第1の電極と第2の電極とが電気的に接続されているコンタクト部が形成されており、前記第1の積層金属膜が、エピタキシャル膜と、前記最上層膜としてのTi膜とを有し、前記第2の積層金属膜が、最下層膜としてTi膜を有する。
本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記第1の積層金属膜の最上層のTi膜がエピタキシャル膜である。
本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記第2の積層金属膜の最下層膜としてのTi膜が多結晶膜であり、該最下層膜としてのTi膜上にAl層膜が設けられており、前記第1の積層金属膜の前記最上層膜であり、エピタキシャル膜であるTi膜と、前記第2の積層金属膜の前記最下層である、多結晶膜のTi膜とが、層間Ti−Ti接合層を形成する。
本発明に係る弾性波装置のさらに別の特定の局面では、前記エピタキシャル膜が、Al,AlCu及びPtからなる群から選択される1つの材料から形成される。好ましくは、上記エピタキシャル膜は、AlCuからなる。
本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記第1の積層金属膜の前記最上層のTi膜の膜厚が、30Å以上の範囲内とされている。
本発明に係る弾性波装置の製造方法は、圧電基板上に複数の金属膜を積層し第1の積層金属膜からなる第1の電極を形成する工程と、前記第1の積層金属膜に重なる部分を有するように複数の金属膜を積層し、第2の積層金属膜を形成する工程とを備え、前記第1の積層金属膜の形成に際し、エピタキシャル膜を形成し、最上層としてTi膜を形成し、前記第2の積層金属膜の形成に際し、最下層にTi膜を形成する、弾性波装置の製造方法である。
本発明に係る弾性波装置の製造方法のある特定の局面では、圧電基板上に複数の金属膜を積層し第1の積層金属膜からなる第1の電極を300℃以下で形成する工程と、前記第1の積層金属膜に重なる部分を有するように複数の金属膜を積層し、第2の積層金属膜を300℃以下で形成する工程とをさらに備え、前記第1の積層金属膜の形成に際し、AlCuからなる前記エピタキシャル膜を形成した後、最上層としてTi膜を形成し、前記第2の積層金属膜の形成に際し、最下層にTi膜を形成する。
本発明に係る弾性波装置及びその製造方法によれば、第1の電極が、AlCuエピタキシャルであるため、IDT電極を含む第1の電極において、耐電力性を大幅に高めることが可能となる。しかも、コンタクト部においては第1の積層金属膜の最上層としてのTi膜のTi結晶の(001)面の法線方向と、圧電基板を形成する圧電体の結晶のZ軸とが一致するように、一定方向に配向する結晶方位を有するため、コンタクト抵抗を効果的に低めることが可能となる。
本発明の一実施形態に係る弾性波装置の要部を示す部分正面断面図である。 本発明の一実施形態に係る弾性波装置の模式的平面図である。 本発明の一実施形態において、コンタクト部における最上層のTi膜の厚みと、コンタクト抵抗との関係を示す図である。 本発明の一実施形態の弾性波装置における熱処理温度と、コンタクト抵抗との関係を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る弾性波装置において形成されている立体交差配線部分を示す部分切欠き平面図である。 従来の弾性波装置の電極構造を示す略図的断面図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
図2は、本発明の一実施形態に係る弾性波装置としての弾性表面波装置を示す平面図である。
弾性表面波装置1は、圧電基板2を有する。圧電基板2としては、LiTaOやLiNbOなどの圧電単結晶または圧電セラミックスからなる基板を用いることができる。本実施形態では、圧電基板2は、LiTaOからなる。
圧電基板2上に、IDT電極3が形成されている。IDT電極3は、複数本の第1の電極指4と、複数本の第2の電極指5とを有する。第1の電極指4と第2の電極指5とが互いに間挿し合っている。また、複数本の第1の電極指4の先端と、電極指の延びる方向において対向するように複数本の第1のダミー電極6が設けられている。第2の電極指5の先端と電極指の延びる方向において、対向するように第2のダミー電極7が設けられている。
複数本の第1の電極指4及び第2のダミー電極7の基端が一方のバスバーに接続されている。また、第2の電極指5及び第1のダミー電極6の基端が他方のバスバーに接続されている。
本実施形態では、圧電基板2上に、上記IDT電極3を含む第1の電極11が形成されている。この第1の電極11は、IDT電極3に電気的に接続されている配線パターン16〜18及び電極パッド13〜15に至るように設けられている。さらに、第1の電極11の一部に重なるように第2の電極12が積層されている。
上記バスバー上及び配線パターン16〜18並びに電極パッド13〜15上においては、第2の電極12が第1の電極11上に積層されている。
第1の電極11は第1の積層金属膜からなり、第2の電極12は第2の積層金属膜からなる。
図1に示すように、本実施形態では、第1の電極11が下から順に、Ti膜11a、AlCuエピタキシャル膜11b及びTi膜11cをこの順序で積層した構造を有する。第1の電極11において、AlCuエピタキシャル膜11bは、Cuを0.2重量%以上含んでいる。
Ti膜11cは、AlCuエピタキシャル膜11b上に積層されており、本実施形態ではエピタキシャル膜である。もっとも、Ti膜11cは必ずしもエピタキシャル膜でなくともよい。
第2の電極12は、下から順に、Ti膜12a及びAlCu膜12bを積層した構造を有する。図1から明らかなように、IDT電極3の電極指部分では、上記第1の金属膜11のみによりIDT電極3の電極指が形成されている。
本実施形態の弾性表面波装置1では、第1の金属膜11において、AlCuエピタキシャル膜11bがエピタキシャル膜であるため、耐電力性を効果的に高めることができる。すなわち、弾性表面波装置1の小型化に伴って、放熱性が悪化する。そのため、耐電力性が低下するおそれがある。
これに対して、本実施形態では、AlCu多結晶膜に比べ、耐電力性を10以上大きくし得るAlCuエピタキシャル膜11bが用いられている。従って、耐電力性を大幅に高めることが可能となる。加えて、第1の電極11の最上層のTi膜11c上に第2の電極12のTi膜12aが積層されて、コンタクト部が構成されている。従って、コンタクト抵抗も効果的に低めることができる。
よって、本実施形態によれば、耐電力性の向上と、コンタクト抵抗の低減とを図ることが可能となる。
好ましくは、AlCuエピタキシャル膜11bにおけるCu含有割合は0.2重量%以上であることが望ましい。それによって、耐電力性をより一層高めることができる。なお、Cu濃度が高すぎるとエピタキシャル膜の形成が難しくなることがある。従って、Cu濃度は10重量%以下であることが好ましい。
なお、前述した特許文献1では、圧電基板上に形成されたNiCr膜上にAlCu膜が積層されている。NiCr膜の構造はアモルファスとなるため、特許文献1におけるAlCu膜はエピタキシャル膜とはなり得ない。詳細には、圧電基板上に形成されたアモルファスの膜であるNiCr膜上に積層されるAlCu膜のAlの結晶の(111)面の法線方向と、最上層としてのTi膜のTiの結晶の(001)面の法線方向とを圧電体の結晶のZ軸方向に一致させられない。従って、前述したように特許文献1では、本実施形態のような耐電力性を高めることはできない。
なお、Ti膜の上限は特に限定されないが、製造方法等を考慮すると、40nm程度である。
図3は、上記最上層のTi膜11cの膜厚とコンタクト抵抗との関係を示す図である。このコンタクト抵抗は、コンタクト部の面積が20μm×20μmの領域における抵抗値を示す。図3から明らかなように、最上層のTi膜11cの厚みが増加するにつれてコンタクト抵抗が低くなることがわかる。特に、Ti膜11cの厚みが30Å以上になると、コンタクト抵抗が低くなりほぼ一定となることがわかる。従って、好ましくは、コンタクト抵抗をより一層低めることができるので、Ti膜11cの厚みは30Å以上であることが望ましい。
上記実施形態において、LiTaO材料から形成した圧電基板の主面に、圧電基板側からTi/AlCu/Tiの順に、それぞれ厚み120Å/1500Å/50Åの順でエピタキシャル膜からなる第1の電極を形成した。さらに第1の電極上に順に、Ti/AlCuの順に、それぞれ厚み400Å/26000Åからなる第2の電極を形成した。上記実施形態であるTi膜11cがエピタキシャル膜である場合、コンタクト部のコンタクト抵抗値は281mΩであった。これに対して、比較例として、最上層としてのTi膜11cを多結晶膜としたことを除いては同様に構成された弾性波装置では、コンタクト部のコンタクト抵抗値は294mΩであった。従って、Ti膜11cがエピタキシャル膜であることよってコンタクト抵抗をより一層低めることができる。なお、コンタクト抵抗値としては、コンタクト部の面積が20μm×20μmの領域における4端子法によって測定された抵抗値を用いた。
図4の実線は、上記実施形態におけるコンタクト部のコンタクト抵抗と温度との関係を示し、破線は比較のために用意した弾性波装置におけるコンタクト部のコンタクト抵抗と温度との関係を示す。この比較例では、最上層のTi膜11cが設けられておらず、AlCu膜上に直接第2の電極のTi膜が積層されている構造である。
図4の破線では、温度が300℃以下ではコンタクト抵抗が高いのに対し、上記実施形態のようにTi膜と接触している実施形態では、温度の如何に関わらずコンタクト抵抗が約250mΩとほぼ一定であり、低いことがわかる。従って、上記比較例では、300℃以上の高温で処理することによりコンタクト抵抗を低めることができるが、300℃より低い温度で熱処理しても、コンタクト抵抗を低めることができない。これに対して、上記実施形態では、200℃程度、すなわち300℃以下の温度で熱処理したとしても、コンタクト抵抗を十分に低めることができる。
他方、AlCuエピタキシャル膜では、300℃を超える温度の熱処理に晒されると、双晶結晶格子中のCuが凝集してCuによるヒロックが生じるという問題がある。
従って、本実施形態では、上記のような低温の熱処理でもコンタクト抵抗を低めることができるので、AlCuエピタキシャル膜11bにおけるCuヒロックの発生を効果的に抑制することができる。特に、図5に示す層間絶縁膜22を用いた立体交差配線部21を有する弾性波装置に適用した場合、本発明はより効果的である。図5に示す立体交差配線部21では、層間絶縁膜22が、下方の配線パターン23上に積層されている。そして、層間絶縁膜22上に上方の配線パターン24が積層されている。配線パターン23と配線パターン24とが、層間絶縁膜22により絶縁されている。このような層間絶縁膜22は、熱硬化性樹脂で形成することが望ましい。それによって十分な強度を得ることができる。
上記熱硬化性樹脂からなる層間絶縁膜22の熱硬化に際し、本実施形態によれば、熱硬
化温度が300℃以下の場合であっても、第1の電極11と第2の電極12とのコンタク
ト抵抗を十分に低くすることができる。これに対して上記比較例では、熱硬化温度が低い
場合には、コンタクト抵抗を十分に低めることができない。さらに、コンタクト抵抗を低
めようとして、別途300℃以の熱負荷を与えた場合には、前述したCuのヒロックが
生じる。
よって、本発明によれば、層間絶縁膜22を構成する熱硬化性樹脂として、硬化温度が300℃以下の熱硬化性樹脂を用いることができる。それによって、Cuヒロックの発生を効果的に抑制することができる。よって、例えば硬化温度が220〜270℃程度の熱硬化性ポリイミドの熱硬化性樹脂を好適に用いることができる。
なお、図5では立体交差配線部21につき説明したが、立体交差配線部21ではなく、熱硬化性樹脂を用い、熱硬化させる他の部分を有する弾性波装置においても、同様に、本発明を効果的に利用することができる。すなわち、熱硬化性樹脂の硬化温度を300℃以下としても、第1の電極11と第2の電極12とのコンタクト抵抗を十分に低めることができると共に、Cuヒロックの発生を効果的に抑制することができる。
また、圧電基板2が焦電性の低い圧電材料からなる場合、300℃を超える高温に晒されると焦電性が回復するおそれがある。本発明の弾性波装置では、上記の300℃を超える高温で熱処理する必要がないため、このような焦電性の回復も防止することができる。
次に上記実施形態の弾性表面波装置1の製造方法の一例を説明する。
まず、圧電基板2を用意する。圧電基板2上に、IDT電極3、電極パッド13〜15及び配線パターン16〜18の平面形状となるように第1の電極11を形成する。より具体的には、スパッタ法または蒸着法などにより、Ti膜11a、AlCuエピタキシャル膜11b及びTi膜11cについて、AlCu膜はAl結晶の(111)面の法線方向及びTi膜11a及びTi膜11cのTi結晶の(001)面の法線方向と圧電基板2の結晶のZ軸とを一致させるように、一定方向に配向する結晶方位を有するように成膜し、パターニングする。これにより、エピタキシャル膜であるTi膜11a、AlCuエピタキシャル膜11b及びTi膜11cが得られる。なお、Ti膜11aの厚みは本実施形態では12nm、AlCuエピタキシャル膜11bの厚みは150nm、Ti膜11cの厚みは4nmとした。もっとも、厚みはこの特定の厚みに限定されるものではない。ここで、圧電体の結晶のZ軸は、圧電材料の結晶についてオイラー角の初期値として与えるX軸、Y軸、Z軸の内の1つの結晶軸であるZ軸である。
また、AlCuエピタキシャル膜11bは、XRD極点図において、6回対称スポットが現れる双晶構造のエピタキシャル膜として成長させた。Cu濃度は0.2重量%以上とした。
上記Ti膜11a,11c及びAlCuエピタキシャル膜11bは、マスクを圧電基板2上に積層し、真空蒸着法により金属膜形成した。もっとも、スパッタ法などの適宜の金属膜形成方法を用いることができる。金属膜のパターニングを実施する方法としては、フォトリソグラフィー法などを用いることができる。
次に、第1の電極11上に、第2の電極12を形成する。第2の電極12の形成に際しては、Ti膜12a及びAlCu膜12bをこの順序で成膜した。本実施形態では、Ti膜12aの膜厚を10nm、AlCu膜12bの膜厚を400nmとした。
なお、Ti膜12a及びAlCu膜12bの膜厚はこれに限定されるものではない。上記Ti膜12a及びAlCu膜12bの成膜方法は特に限定されず、スパッタ法や真空蒸着法などを適宜用いることができる。
次に、第1の電極11と第2の電極12のコンタクト部のコンタクト抵抗を低減するために、弾性表面波装置1全体を270℃程度の温度で2時間加熱した。このようにしてコンタクト抵抗を低減させる。すなわちコンタクト部のコンタクト抵抗は上記熱処理により低めることができる。
本実施形態の製造方法では、上記各工程は、全て300℃以下の温度で実施することができる。従って、Cuヒロックの発生を抑制することができる。
なお、実際に弾性表面波装置1を製造するに際しては、バンプなどの外部接続端子を形成したり、絶縁膜による保護膜を形成したりするが、これらの他の工程についても300℃以下の温度で実施することが望ましい。それによって、圧電基板として焦電性が低い圧電材料を用い、焦電性の高温下における回復を抑制することができる。また、Cuヒロックの発生を抑制することができる。
上記実施形態では、第1の電極11は、Ti膜11a/AlCuエピタキシャル膜11b/Ti膜11cの積層構造とされていた。AlCuエピタキシャル膜11bに代えて別の金属膜によるエピタキシャル膜であってもよい。具体的には、AlCuエピタキシャル膜11bに代えて、Alエピタキシャル膜、あるいはPtエピタキシャル膜を用いることができる。さらに最上層がTi膜11cである限り、第1の電極11の積層構造は特に限定されない。すなわち、下方のTi膜11aは設けられずともよい。さらに、AlCuエピタキシャル膜11bとTi膜11cとの間の他のエピタキシャル膜である金属膜が積層されていてもよい。
第2の電極12については、最下層がTi膜12aである限り特に限定されない。すなわち、第2の電極12の最下層としてのTi膜上にAlCu膜12b以外の金属膜を積層してもよく、またAlCu膜12b上にさらに他の金属膜を積層してもよい。また、AlCu膜12bはエピタキシャル膜である必要はない。
なお、本発明は、上記のように、圧電基板上に第1,第2の電極を積層した構造に特徴を有するものであり、IDT電極を含む弾性波装置の機能部分は特に限定されない。従って、様々なフィルタや共振子などを本発明に従って構成することができる。
1…弾性表面波装置
2…圧電基板
3…IDT電極
4,5…第1,第2の電極指
6,7…第1,第2のダミー電極
11…第1の電極
11a,11c…Ti膜
11b…AlCuエピタキシャル膜
12…第2の電極
12a…Ti膜
12b…AlCu膜
13〜15…電極パッド
16〜18…配線パターン
21…立体交差配線部
22…層間絶縁膜
23,24…配線パターン

Claims (11)

  1. 主面を有する圧電基板と、
    前記圧電基板の前記主面上に設けられており、少なくとも3層の金属膜を下層から上層に積層してなる第1の積層金属膜からなり、少なくともIDT電極を含む第1の電極とを備え、
    前記第1の積層金属膜が、最上層としてのTi膜を含み、該Ti膜のTi結晶の(001)面の法線方向と前記圧電基板を形成する圧電体の結晶のZ軸とが一致するように一定方向に配向する結晶方位を有し、
    前記圧電基板の主面上に設けられており、複数の金属膜を下層から上層に積層してなる第2の積層金属膜からなる第2の電極をさらに備え、
    前記第2の積層金属膜の最下層の金属膜が、前記第1の電極の最上層の金属膜に重なり合っている部分により、第1の電極と第2の電極とが電気的に接続されているコンタクト部が形成されており、前記第1の積層金属膜が、AlCuからなるエピタキシャル膜と、前記最上層膜としてのエピタキシャル膜であるTi膜とを有し、前記第2の積層金属膜が、最下層膜としてTi膜を有する、弾性波装置。
  2. 前記第2の積層金属膜の前記最下層膜としてのTi膜上にAl層膜が設けられており、
    前記第1の積層金属膜の前記最上層膜であり、エピタキシャル膜であるTi膜と、前記第2の積層金属膜の前記最下層である、多結晶膜のTi膜とが、層間Ti−Ti接合層を形成する、請求項に記載の弾性波装置。
  3. 前記AlCuからなるエピタキシャル膜におけるCu濃度が、0.2重量%以上である、請求項1または2に記載の弾性波装置。
  4. 前記Cu濃度が、10重量%以下である、請求項3に記載の弾性波装置。
  5. 前記最上層膜としてのエピタキシャル膜であるTi膜の膜厚が、30Å以上である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  6. 前記最上層膜としてのエピタキシャル膜であるTi膜の膜厚が、40nm以下である、請求項5に記載の弾性波装置。
  7. 圧電基板上に複数の金属膜を積層し第1の積層金属膜からなる第1の電極を形成する工程と、
    前記第1の積層金属膜に重なる部分を有するように複数の金属膜を積層し、第2の積層金属膜を形成する工程とを備え、
    前記第1の積層金属膜の形成に際し、エピタキシャル膜を形成し、最上層としてTi膜を形成し、
    前記第2の積層金属膜の形成に際し、最下層にTi膜を形成し、
    圧電基板上に複数の金属膜を積層し第1の積層金属膜からなる第1の電極を300℃以下で形成する工程と、
    前記第1の積層金属膜に重なる部分を有するように複数の金属膜を積層し、第2の積層金属膜を300℃以下で形成する工程とをさらに備え、
    前記第1の積層金属膜の形成に際し、AlCuからなる前記エピタキシャル膜を形成した後、前記最上層膜としてエピタキシャル膜であるTi膜を形成し、
    300℃以下の硬化温度である熱硬化性樹脂の層間絶縁膜が、下方の配線パターン上に積層され、前記層間絶縁膜上に上方の配線パターンが積層される工程を備える、弾性波装置の製造方法。
  8. 前記AlCuからなるエピタキシャル膜におけるCu濃度が、0.2重量%以上である、請求項7に記載の弾性波装置の製造方法。
  9. 前記Cu濃度が、10重量%以下である、請求項8に記載の弾性波装置の製造方法。
  10. 前記最上層膜としてのエピタキシャル膜であるTi膜の膜厚が、30Å以上である、請求項7〜9のいずれか1項に記載の弾性波装置の製造方法。
  11. 前記最上層膜としてのエピタキシャル膜であるTi膜の膜厚が、40nm以下である、請求項10に記載の弾性波装置の製造方法。
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