JPH06158274A - 表面波素子とその製造方法 - Google Patents
表面波素子とその製造方法Info
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- JPH06158274A JPH06158274A JP31041092A JP31041092A JPH06158274A JP H06158274 A JPH06158274 A JP H06158274A JP 31041092 A JP31041092 A JP 31041092A JP 31041092 A JP31041092 A JP 31041092A JP H06158274 A JPH06158274 A JP H06158274A
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- Japan
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- aluminum
- film
- aluminum nitride
- surface acoustic
- acoustic wave
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- Pending
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 窒化アルミニウム膜を用いる表面弾性波フル
ターや共振器等の表面弾性波素子の性能を向上する。 【構成】 耐熱性基板上にＰＶＤやＣＶＤのような気相
析出法により窒化アルミニウム膜を形成し、熱処理を施
すことにより膜中の応力や不純物等を除く。この表面に
アルミニウム等の電極を形成することにより、窒化アル
ミニウムの圧電性を利用した表面弾性波素子を作製す
る。とくに窒化アルミニウム膜の形成においてとくに反
応性イオンプレーティング法を用いる。 【効果】 この表面弾性波素子は鋭い発振または共振周
波数を有すると同時に強度特性に優れている。また、高
音速の伝播速度を持つことから特に高周波用素子におい
て優れた特性を発揮し、配線幅も他材料に比べ大きくす
ることができるため製造過程においても優れている。
ターや共振器等の表面弾性波素子の性能を向上する。 【構成】 耐熱性基板上にＰＶＤやＣＶＤのような気相
析出法により窒化アルミニウム膜を形成し、熱処理を施
すことにより膜中の応力や不純物等を除く。この表面に
アルミニウム等の電極を形成することにより、窒化アル
ミニウムの圧電性を利用した表面弾性波素子を作製す
る。とくに窒化アルミニウム膜の形成においてとくに反
応性イオンプレーティング法を用いる。 【効果】 この表面弾性波素子は鋭い発振または共振周
波数を有すると同時に強度特性に優れている。また、高
音速の伝播速度を持つことから特に高周波用素子におい
て優れた特性を発揮し、配線幅も他材料に比べ大きくす
ることができるため製造過程においても優れている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、表面弾性波を利用した
共振器、表面弾性波フィルター、表面弾性波コンボルバ
ー、表面波光デバイス等の表面波素子とその製造方法に
関する。
共振器、表面弾性波フィルター、表面弾性波コンボルバ
ー、表面波光デバイス等の表面波素子とその製造方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、表面弾性波を利用した共振器や表
面波フィルターなどをはじめとする表面波素子用材料と
しては、圧電性を有するＬiＴａＯ3、ＬiＮｂＯ3，水晶
等の単結晶が広く用いられていたが、これらに加えて用
途の多用化に伴い、ＺｎＯ薄膜をサファイヤ等の基板に
形成したものも実用化されている。また、無線通信等で
用いられる高周波帯表面波フィルターへの応用を図るた
め、音速の大きな窒化アルミニウム膜をサファイヤ基板
上に作成したものが検討されている。
面波フィルターなどをはじめとする表面波素子用材料と
しては、圧電性を有するＬiＴａＯ3、ＬiＮｂＯ3，水晶
等の単結晶が広く用いられていたが、これらに加えて用
途の多用化に伴い、ＺｎＯ薄膜をサファイヤ等の基板に
形成したものも実用化されている。また、無線通信等で
用いられる高周波帯表面波フィルターへの応用を図るた
め、音速の大きな窒化アルミニウム膜をサファイヤ基板
上に作成したものが検討されている。
【０００３】一般に、表面波素子では圧電材料の表面に
いわゆる櫛型電極を数十〜数百組形成するが、必要とす
る周波数は櫛型電極の電極間距離と圧電材料の音速によ
り決められる。近年においては無線通信等で用いられる
表面波フィルター等の表面波素子では数百ＭＨｚ〜数Ｇ
Ｈｚの高周波帯のものが必要とされている。このような
高周波帯、たとえば１ＧＨｚの表面波フィルター等を代
表的な単結晶材料であるＬiＮｂＯ3で作製する場合、音
速が約３５００ｍ／ｓｅｃであることから櫛型電極の配
線と配線の中心間距離を約１．５μｍとなり、その形成
が極めて難しくなる。
いわゆる櫛型電極を数十〜数百組形成するが、必要とす
る周波数は櫛型電極の電極間距離と圧電材料の音速によ
り決められる。近年においては無線通信等で用いられる
表面波フィルター等の表面波素子では数百ＭＨｚ〜数Ｇ
Ｈｚの高周波帯のものが必要とされている。このような
高周波帯、たとえば１ＧＨｚの表面波フィルター等を代
表的な単結晶材料であるＬiＮｂＯ3で作製する場合、音
速が約３５００ｍ／ｓｅｃであることから櫛型電極の配
線と配線の中心間距離を約１．５μｍとなり、その形成
が極めて難しくなる。
【０００４】一方、圧電材料中最も大きな音速を有する
窒化アルミニウムでは、音速を約６０００ｍ／ｓｅｃ有
しているため上記の距離を約２．５μｍとなり上記材料
に比べ比較的簡単に形成できる。しかしながら、この優
れた特性を有する窒化アルミニウムは素子を形成するの
に必要な大きさの単結晶として得ることができないた
め、サファイヤ等の基板上に薄膜として用いるのが一般
的である。
窒化アルミニウムでは、音速を約６０００ｍ／ｓｅｃ有
しているため上記の距離を約２．５μｍとなり上記材料
に比べ比較的簡単に形成できる。しかしながら、この優
れた特性を有する窒化アルミニウムは素子を形成するの
に必要な大きさの単結晶として得ることができないた
め、サファイヤ等の基板上に薄膜として用いるのが一般
的である。
【０００５】一方、窒化アルミニウムの薄膜を形成する
方法としては、化学気相析出法（以下ＣＶＤ法と呼ぶ）
と物理蒸着法（以下ＰＶＤ法と呼ぶ）とがある。前者の
ＣＶＤ法では、アルミニウム源として塩化アルミニウ
ム、臭化アルミニウム等のハロゲン化アルミニウムやト
リメチルアルミニウムなどの有機金属（アルミニウム）
化合物を用い、窒素源として窒素ガス、アンモニアガス
等が用いられ、これに水素ガス等を反応ガスやキャリヤ
ーガスとして加えたものを原料ガスとする。これらの原
料ガスはＣＶＤ装置中で適当な比率で導入され、熱や放
電プラズマをエネルギー源として化学反応を起こさせ基
板上に窒化アルミニウム膜を形成するのである。
方法としては、化学気相析出法（以下ＣＶＤ法と呼ぶ）
と物理蒸着法（以下ＰＶＤ法と呼ぶ）とがある。前者の
ＣＶＤ法では、アルミニウム源として塩化アルミニウ
ム、臭化アルミニウム等のハロゲン化アルミニウムやト
リメチルアルミニウムなどの有機金属（アルミニウム）
化合物を用い、窒素源として窒素ガス、アンモニアガス
等が用いられ、これに水素ガス等を反応ガスやキャリヤ
ーガスとして加えたものを原料ガスとする。これらの原
料ガスはＣＶＤ装置中で適当な比率で導入され、熱や放
電プラズマをエネルギー源として化学反応を起こさせ基
板上に窒化アルミニウム膜を形成するのである。
【０００６】一方、ＰＶＤ法ではスパッタリング法とイ
オンプレーティング法が広く用いられている。スパッタ
リング法では、ターゲット材料として金属アルミニウム
を用い、アルゴンの高周波放電等によりアルミニウムを
スパッタリングし、アルゴンに添加された窒素等の窒素
源ガスと反応させ、窒化アルミニウムを合成し、基板上
に析出するという方法が一般的に行われている。
オンプレーティング法が広く用いられている。スパッタ
リング法では、ターゲット材料として金属アルミニウム
を用い、アルゴンの高周波放電等によりアルミニウムを
スパッタリングし、アルゴンに添加された窒素等の窒素
源ガスと反応させ、窒化アルミニウムを合成し、基板上
に析出するという方法が一般的に行われている。
【０００７】イオンプレーティング法では、金属アルミ
ニウムを電子ビームで蒸発すると同時に放電プラズマを
発生することにより窒素ガスと反応させることにより基
板上に窒化アルミニウム膜を形成するのである。
ニウムを電子ビームで蒸発すると同時に放電プラズマを
発生することにより窒素ガスと反応させることにより基
板上に窒化アルミニウム膜を形成するのである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記のような方法で表
面波素子材料として優れた特性を有している窒化アルミ
ニウム膜はすでに作製されているが、いくつかの課題が
残されている。すなわち、ＣＶＤ法で作製する場合、上
述のような腐食性の強いハロゲン化合物や毒性、引火性
の高い有機金属化合物などを使用するといった欠点に加
え副生成物による汚染という課題である。また、これら
のアルミニウム源ガスは蒸気圧が低いため気化やガス輸
送さらに装置の大型化といった課題も有していた。
面波素子材料として優れた特性を有している窒化アルミ
ニウム膜はすでに作製されているが、いくつかの課題が
残されている。すなわち、ＣＶＤ法で作製する場合、上
述のような腐食性の強いハロゲン化合物や毒性、引火性
の高い有機金属化合物などを使用するといった欠点に加
え副生成物による汚染という課題である。また、これら
のアルミニウム源ガスは蒸気圧が低いため気化やガス輸
送さらに装置の大型化といった課題も有していた。
【０００９】一方、ＰＶＤ法、とくに反応性イオンプレ
ーティング法ではアルミニウム源に金属アルミニウム、
窒素源に窒素ガスを用いるので原料的には問題が少なか
ったが、窒化アルミニウム膜を合成するために放電プラ
ズマを利用する。このため合成される窒化アルミニウム
膜中には大きな残留応力や歪が存在しており、この膜を
表面波素子として用いる場合、性能や信頼性に問題があ
った。
ーティング法ではアルミニウム源に金属アルミニウム、
窒素源に窒素ガスを用いるので原料的には問題が少なか
ったが、窒化アルミニウム膜を合成するために放電プラ
ズマを利用する。このため合成される窒化アルミニウム
膜中には大きな残留応力や歪が存在しており、この膜を
表面波素子として用いる場合、性能や信頼性に問題があ
った。
【００１０】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明では、サファイヤ、シリコンウェハやガラス等
の耐熱性基板上に形成された窒化アルミニウム膜に熱処
理を施したものを表面波素子材料としてとして用いる。
め本発明では、サファイヤ、シリコンウェハやガラス等
の耐熱性基板上に形成された窒化アルミニウム膜に熱処
理を施したものを表面波素子材料としてとして用いる。
【００１１】
【作用】上述のようにＣＶＤ法により作製される窒化ア
ルミニウム膜の中には副生成物が不純物として混入して
いる。この膜を真空、窒素、アルゴン等の雰囲気中で１
０００℃以上の温度で熱処理することにより膜中の不純
物は分解や蒸発を起こし除去されるのである。
ルミニウム膜の中には副生成物が不純物として混入して
いる。この膜を真空、窒素、アルゴン等の雰囲気中で１
０００℃以上の温度で熱処理することにより膜中の不純
物は分解や蒸発を起こし除去されるのである。
【００１２】一方、ＰＶＤ法により作製された窒化アル
ミニウム膜に存在する応力や歪はこの熱処理により緩和
される。また、ＰＶＤ法の場合、未反応のアルミニウム
成分や窒素が混在することがあるが、これもまた熱処理
により窒化アルミニウムに変化し、表面波素子用材料と
してふさわしいものとなるのである。
ミニウム膜に存在する応力や歪はこの熱処理により緩和
される。また、ＰＶＤ法の場合、未反応のアルミニウム
成分や窒素が混在することがあるが、これもまた熱処理
により窒化アルミニウムに変化し、表面波素子用材料と
してふさわしいものとなるのである。
【００１３】
【実施例】以下に、本発明をＰＶＤ法のひとつである反
応性イオンプレーティング法で作製した窒化アルミニウ
ム膜に適用した例を実施例にあげ説明する。図１は窒化
アルミニウム膜を形成するためのホローカソード型反応
性イオンプレーティング装置の縦断面図を示したもので
ある。金属アルミニウムと窒素ガスから窒化アルミニウ
ム膜を形成する方法を手順を追って説明する。まず、真
空槽１を真空排気系２により１０-5Ｔｏｒｒまで真空排
気する。放電維持用のアルゴンガスを流しながら、ホロ
ーカソード型電子銃３と水冷銅ルツボ４中に入っている
蒸発用金属アルミニウム５との間で３０Ｖ−３００Ａの
直流放電を生じさせアルミニウムの溶解と蒸発を行う。
このとき、蒸発したアルミニウムの多くは３０Ｖ−３０
０Ａという大電流型放電中に存在する電子によりイオン
化、活性化される。この状態に窒素ガスを１００ｃｃ／
ｍｉｎの流量でガス導入形６より導入し、安定化した
後、シャッター７を開き、基板であるサファイア８上に
窒化アルミニウム膜を膜厚で５μｍ形成した。このと
き、基板であるサファイアを４００℃に保つと同時に高
周波電力をいわゆるセルフバイアスの直流電圧で−１０
Ｖ印加しておいた。
応性イオンプレーティング法で作製した窒化アルミニウ
ム膜に適用した例を実施例にあげ説明する。図１は窒化
アルミニウム膜を形成するためのホローカソード型反応
性イオンプレーティング装置の縦断面図を示したもので
ある。金属アルミニウムと窒素ガスから窒化アルミニウ
ム膜を形成する方法を手順を追って説明する。まず、真
空槽１を真空排気系２により１０-5Ｔｏｒｒまで真空排
気する。放電維持用のアルゴンガスを流しながら、ホロ
ーカソード型電子銃３と水冷銅ルツボ４中に入っている
蒸発用金属アルミニウム５との間で３０Ｖ−３００Ａの
直流放電を生じさせアルミニウムの溶解と蒸発を行う。
このとき、蒸発したアルミニウムの多くは３０Ｖ−３０
０Ａという大電流型放電中に存在する電子によりイオン
化、活性化される。この状態に窒素ガスを１００ｃｃ／
ｍｉｎの流量でガス導入形６より導入し、安定化した
後、シャッター７を開き、基板であるサファイア８上に
窒化アルミニウム膜を膜厚で５μｍ形成した。このと
き、基板であるサファイアを４００℃に保つと同時に高
周波電力をいわゆるセルフバイアスの直流電圧で−１０
Ｖ印加しておいた。
【００１４】膜形成後、窒素ガス雰囲気の熱処理炉内で
温度１２００℃にて５時間の熱処理を行った。この、膜
の表面に電極間距離１７μｍ（電極周期３４μｍ）のア
ルミニウム配線を用いた表面波共振器を作成し、その特
性を調べたところ、熱処理を行わなかったものでは、共
振周波数が１７２．４ＭＨｚ（音速５８６２ｍ／ｓｅ
ｃ）にあり、特性は強度が小さく、ピークも幅広いもの
であったのもが、熱処理したものでは１７４．３ＭＨｚ
（音速５９２６ｍ／ｓｅｃ）にシフトすると同時にピー
クは鋭く、強度もおおきくなった。また、熱処理前後に
おける窒化アルミニウム膜をＸ線回折により調べたとこ
ろ熱処理により結晶性が高くなったとともに格子定数も
熱処理前では窒化アルミニウムの標準値と比べて小さい
ものであったのに対し、熱処理により殆ど標準値と同じ
値をとっていることがわかった。
温度１２００℃にて５時間の熱処理を行った。この、膜
の表面に電極間距離１７μｍ（電極周期３４μｍ）のア
ルミニウム配線を用いた表面波共振器を作成し、その特
性を調べたところ、熱処理を行わなかったものでは、共
振周波数が１７２．４ＭＨｚ（音速５８６２ｍ／ｓｅ
ｃ）にあり、特性は強度が小さく、ピークも幅広いもの
であったのもが、熱処理したものでは１７４．３ＭＨｚ
（音速５９２６ｍ／ｓｅｃ）にシフトすると同時にピー
クは鋭く、強度もおおきくなった。また、熱処理前後に
おける窒化アルミニウム膜をＸ線回折により調べたとこ
ろ熱処理により結晶性が高くなったとともに格子定数も
熱処理前では窒化アルミニウムの標準値と比べて小さい
ものであったのに対し、熱処理により殆ど標準値と同じ
値をとっていることがわかった。
【００１５】
【発明の効果】以上、この発明によれば、高音速の表面
弾性波素子を提供できる。すなわち、高音速の表面弾性
波を有する窒化アルミニウム膜を合成した後、熱処理を
施すことにより、その優れた性能をより良く発揮させる
ことが出来るのである。ＰＶＤやＣＶＤで形成される窒
化アルミニウム膜には歪や不純物（特に副生成物）等が
多く残留しているため、これらを熱処理により除去する
ことにより窒化アルミニウム本来の物性により近づける
ことができ、優れた表面弾性波素子を提供できるのであ
る。
弾性波素子を提供できる。すなわち、高音速の表面弾性
波を有する窒化アルミニウム膜を合成した後、熱処理を
施すことにより、その優れた性能をより良く発揮させる
ことが出来るのである。ＰＶＤやＣＶＤで形成される窒
化アルミニウム膜には歪や不純物（特に副生成物）等が
多く残留しているため、これらを熱処理により除去する
ことにより窒化アルミニウム本来の物性により近づける
ことができ、優れた表面弾性波素子を提供できるのであ
る。
【００１６】なお、実施例ではイオンプレーティングに
より作製した窒化アルミニウム膜について記したが、ス
パッタリング、ＣＶＤ法等の他の方法で作製した窒化ア
ルミニウム膜についても本発明を適用できる。また、基
板材料としても音速が窒化アルミニウムに近いことから
サファイアを用いたがシリコンウェハー等の他の材料で
も本発明の適用が可能であることは言うまでもない。
より作製した窒化アルミニウム膜について記したが、ス
パッタリング、ＣＶＤ法等の他の方法で作製した窒化ア
ルミニウム膜についても本発明を適用できる。また、基
板材料としても音速が窒化アルミニウムに近いことから
サファイアを用いたがシリコンウェハー等の他の材料で
も本発明の適用が可能であることは言うまでもない。
【図１】実施例にあげた窒化アルミニウム膜を形成する
ために用いたホローカソード型イオンプレーティング装
置の縦断面図である。
ために用いたホローカソード型イオンプレーティング装
置の縦断面図である。
１ 真空槽 ２ 真空排気系 ３ ホローカソード型電子銃 ４ 水冷銅ルツボ ５ 蒸発用アルミニウム ６ ガス導入系 ７ シャッター ８ 基板
Claims (1)
- 【請求項１】 反応性イオンプレーティング法により金
属アルミニウムと窒素ガスから窒化アルミニウムを主成
分とする膜を合成し、この膜に熱処理を施すことを特徴
とする表面波素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31041092A JPH06158274A (ja) | 1992-11-19 | 1992-11-19 | 表面波素子とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31041092A JPH06158274A (ja) | 1992-11-19 | 1992-11-19 | 表面波素子とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06158274A true JPH06158274A (ja) | 1994-06-07 |
Family
ID=18004930
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31041092A Pending JPH06158274A (ja) | 1992-11-19 | 1992-11-19 | 表面波素子とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06158274A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001098370A (ja) * | 1999-07-29 | 2001-04-10 | Lucent Technol Inc | 配向性を持った圧電膜を生成する方法 |
| WO2009096270A1 (ja) * | 2008-01-31 | 2009-08-06 | Canon Anelva Corporation | ＡｌＮヘテロエピタキシャル結晶体とその製造方法、該結晶体を用いてなるＩＩＩ族窒化物膜用下地基板、発光素子、表面弾性波デバイス、及びスパッタリング装置 |
| JP2009270127A (ja) * | 2008-04-30 | 2009-11-19 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 圧電体の製造方法および圧電素子 |
-
1992
- 1992-11-19 JP JP31041092A patent/JPH06158274A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001098370A (ja) * | 1999-07-29 | 2001-04-10 | Lucent Technol Inc | 配向性を持った圧電膜を生成する方法 |
| WO2009096270A1 (ja) * | 2008-01-31 | 2009-08-06 | Canon Anelva Corporation | ＡｌＮヘテロエピタキシャル結晶体とその製造方法、該結晶体を用いてなるＩＩＩ族窒化物膜用下地基板、発光素子、表面弾性波デバイス、及びスパッタリング装置 |
| JP2009270127A (ja) * | 2008-04-30 | 2009-11-19 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 圧電体の製造方法および圧電素子 |
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