JPH0661774A - 弾性表面波装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】通過損失が小さく、温度安定性が優れ、経年変
化が小さい弾性表面波装置を提供する。 【構成】リチウムテトラボレート圧電基板１または窒化
アルミニウム圧電薄膜の表面をアルミニウムを主成分と
する金属膜２と酸化アルミニウムを主成分とする非金属
膜３によって覆う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無線通信機又はテレビ
用フィルタ，光通信用タイミング抽出フィルタ等に代表
される、経年変化を小さくする必要のある通信用弾性表
面波装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】リチウムテトラボレート(Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇）
圧電基板，窒化アルミニウム(ＡｌＮ)圧電薄膜は電気機
械結合係数が大きく、かつ、ゼロ温度係数が報告されて
おり、弾性表面波素子用圧電基板として優れた特性を示
す。しかしこれらの材料は潮解性があるため、空気中の
水分を吸収して変質する欠点があり、作成素子の保管が
難しく、弾性表面波素子として安定性が欠ける、つまり
経年変化に関して信頼性が低い欠点があった。また作成
プロセスでは水洗洗浄を十分にすることが出来ない欠点
があった。このため、電極を形成した圧電基板を、純度
の高い乾燥窒素中で封入する、または真空封止すること
により変質を防止していた。また電極形成プロセスで
も、水洗には溶解酸素濃度の低い超純水を使用し、かつ
短時間で水洗をすることにより変質また潮解性による不
必要な基板エッチングを最小限に抑えていた。

【０００３】電極を形成した圧電基板を真空封止するに
は、大がかりな真空装置を必要とするばかりではなく、
封止作業効率の低下、真空引きに伴う作業時間の増加等
問題が多い。純度の高い乾燥窒素は、それ自身が高価で
ある。また、その配管系統の管理が難しい。

【０００４】電極形成プロセスでも、水洗に溶解酸素濃
度の低い超純水を使用することは、作成コストの上昇を
招く。また本来水洗は、不純物などの汚れを除去するた
め、水洗時間を短くすると、電極材料の腐食，変質を招
いてしまう。

【０００５】弾性表面波を送受信する電極はインターデ
ジタルトランスデューサ（ＩＤＴ：Interdigital Trans
ducer)が通常使われている。この電極を用いている弾性
表面波を送受信するフィルタ等の弾性表面波素子では、
周波数特性においてリップルが発生する場合があること
が分かっている。これはＩＤＴ電極指エッジによる弾性
表面波の反射が主な原因である。この反射係数は圧電基
板に強く依存している。リチウムテトラボレート圧電基
板の反射係数は、水晶(α−ＳｉＯ₂），リチウムタンタ
レート（ＬｉＴａＯ₃），リチウムナイオベート（Ｌｉ
ＮｂＯ₃）の反射係数と比較して、約４倍大きい。この
ためリチウムテトラボレート圧電基板を使用した弾性表
面波素子は、一般にリップルが大きくなる欠点があっ
た。

【０００６】リチウムテトラボレート，窒化アルミニウ
ムにはこの様な欠点があるため、電気機械結合係数が大
きく温度特性が優れているにもかかわらず、弾性表面波
素子用材料として本格的に採用されるには至っていな
い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、変質
に強い構造を提案することにより、潮解性の材料でも、
従来の封止プロセスで、経年変化の小さい弾性表面波装
置の作成を可能にすること、また電気機械結合係数が大
きく、温度特性が優れたリチウムテトラボレート圧電基
板，窒化アルミニウム圧電薄膜を通信用弾性表面波素子
に適用し、低挿入損失で温度安定性の優れた弾性表面波
装置を作製することである。

【０００８】また、本発明の目的は、上記目的を達成す
るだけではなく、同時にリチウムテトラボレート圧電基
板の欠点である電極指エッジによる弾性表面波の反射を
極力抑える構造を提案することでもある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】まず、初めにリチウムテ
トラボレート圧電基板の変質と弾性表面波の伝搬特性の
関係について調べた。図２に従来の櫛形電極を有する弾
性表面波素子の断面図を示す。図３（ａ），（ｂ）に変
質が発生した弾性表面波素子の断面図を示す。図３
（ａ）は水蒸気を若干含む空気中に放置した素子、図３
（ｂ）は通常の純水に放置した素子である。図３（ａ）
では圧電基板１の露出した部分で変質部４が発生してい
る。図３（ｂ）では圧電基板１の露出した部分で水によ
るエッチングが発生している。図３（ａ），（ｂ）共通
してアルミニウムを主成分とする金属膜２（以後アルミ
膜と略す）で覆われた部分には変質またはエッチングが
発生していない。ここで弾性表面波が存在する場所は圧
電基板上面の電極部である。このことから弾性表面波の
伝搬特性に悪影響を与える変質場所は電極部の、アルミ
膜２で覆われていない部分であることが分かる。

【００１０】本発明は、弾性表面波が存在する領域全て
をアルミ膜と酸化アルミ膜で覆うことにより、弾性表面
波の伝搬特性に悪影響を与える圧電基板の変質を防ぐ手
段を提供するものである。また、このことは潮解性のあ
る他の材料一般にも適用できることであり、特に潮解性
が大きい窒化アルミニウム圧電薄膜を利用した弾性表面
波装置でも、圧電基板の変質を防ぐには本発明は有効な
手段である。

【００１１】

【作用】図１に本発明の１実施例を示す。通常、潮解性
のある圧電基板１の表面のアルミ膜２は弾性表面波を送
受信または反射することのみを目的に形成される。しか
し、本実施例によれば、アルミ膜２の間に酸化アルミニ
ウムを主成分とする絶縁膜３（以後、酸化アルミ膜と略
す）を形成することにより、アルミ膜２と酸化アルミ膜
３は弾性表面波が存在する基板表面部分を覆い、この部
分の変質、または不必要なエッチングを防止する働きを
する。

【００１２】また、電極部のアルミ膜２で覆われていな
い部分の酸化アルミ膜３は圧電基板の変質等を防ぐだけ
ではなく、電極指エッジの弾性表面波の反射を抑制する
働きも同時に行なう。

【００１３】本発明の構造をとることにより、弾性表面
波素子作成プロセスを簡略化することが出来る。また水
晶(α−ＳｉＯ₂），リチウムタンタレート(ＬｉＴａ
Ｏ₃），リチウムナイオベート(ＬｉＮｂＯ₃）等、潮解
性のない圧電材料を用いた場合と同じように、乾燥窒素
で封入することでも、十分に経年変化の小さい弾性表面
波装置を作成することが出来る。

【００１４】

【実施例】図１に本発明の実施例１としてリチウムテト
ラボレート圧電基板を用いた弾性表面波素子の断面図を
示す。リチウムテトラボレート圧電基板１の表面に弾性
表面波を送受信するＩＤＴとしてアルミ膜２を形成して
いる。またアルミ膜２の間を埋めるように酸化アルミ膜
３が存在している。リチウムテトラボレートは潮解性が
あるため、水または酸性溶液に対して、溶解、または変
質する。このため弾性表面波が存在する場所のリチウム
テトラボレートを、水，酸性溶液、または空気中の水分
等、変質原因となる物質と隔離する必要がある。弾性表
面波が存在する場所はアルミ膜２と酸化アルミ膜３とそ
の近傍のリチウムテトラボレート圧電基板１表面、つま
り、電極部である。アルミ膜２と酸化アルミ膜３が存在
することにより、この近傍のリチウムテトラボレート圧
電基板は変質原因となる物質と接触せず、リチウムテト
ラボレートが潮解性で変質することを防いでいる。また
酸化アルミ膜３が存在することにより、電極指エッジに
よる弾性表面波の反射を抑える働きも行なっている。

【００１５】図４に本発明の実施例２を示す。本実施例
は実施例１と同様に、リチウムテトラボレート圧電基板
を用いた弾性表面波素子であり、同図には入出力電極間
の弾性表面波伝搬部分も合わせて記述してある。入出力
電極間の弾性表面波伝搬部分も弾性表面波の伝搬特性を
大きく左右する領域であるため、この領域の変質も防止
する必要がある。実施例では、この領域のリチウムテト
ラボレート表面をも酸化アルミ膜３によって保護してい
る。なお、この部分は、酸化アルミ膜ではなくアルミ膜
であっても同様の効果が得られる。

【００１６】図５に本発明の実施例３を示す。実施例１
と同様に、リチウムテトラボレート圧電基板を用いた弾
性表面波素子である。実施例１と異なる特徴は、酸化ア
ルミ膜３とアルミ膜２の厚さが異なることである。しか
し実施例１と同様に、潮解性による変質の防止、電極指
エッジによる弾性表面波の反射を抑える働きをしてい
る。

【００１７】図６に本発明の実施例４を示す。リチウム
テトラボレート圧電基板１表面のアルミ膜２と酸化アル
ミ膜３の上部に誘電体膜５が存在している。アルミ膜２
と酸化アルミ膜３が存在することにより、誘電体膜５の
作製プロセスでも、圧電基板の変質、圧電基板の不要な
エッチングを防止している。またアルミ膜の間に酸化ア
ルミ膜が存在することにより、基板表面の凹凸が小さく
なるため、誘電体膜５を作製しやすくなる。

【００１８】図７に本発明の実施例５として窒化アルミ
ニウム圧電薄膜を用いた弾性表面波素子の断面図を示
す。窒化アルミニウム圧電薄膜をエピタキシャル成長さ
せるための基板６と、その上部にエピタキシャル成長し
た窒化アルミニウム圧電薄膜７と、その上部のアルミ膜
２と酸化アルミ膜３によって構成されている。窒化アル
ミニウム圧電薄膜のエピタキシャル成長基板６として、
現在サファア（α−Ａｌ₂Ｏ₃）と単結晶シリコン（Ｓ
ｉ）が知られている。

【００１９】窒化アルミニウム圧電薄膜７の表面に弾性
表面波を送受信する電極としてアルミ膜２を形成してい
る。またアルミ膜２の間を埋めるように酸化アルミ膜３
が存在している。窒化アルミニウムは潮解性があるた
め、水または酸性溶液に対して、溶解、または変質す
る。このため弾性表面波が存在する場所の窒化アルミニ
ウムを、水，酸性溶液、または空気中の水分等変質原因
となる物質と隔離する必要がある。弾性表面波が存在す
る場所はアルミ膜２と酸化アルミ膜３とその近傍の窒化
アルミニウム圧電薄膜７である。アルミ膜２と酸化アル
ミ膜３が存在することにより、この近傍のアルミニウム
圧電薄膜７は変質原因となる物質と接触せず、窒化アル
ミニウムが潮解性で変質することを防いでいる。また酸
化アルミ膜３が存在することにより、電極指エッジによ
る弾性表面波の反射を抑える働きも行なっている。

【００２０】図８に本発明の実施例６を示す。電気機械
結合係数を大きくする、または温度特性を良くするた
め、実施例５のアルミ膜２と酸化アルミ膜３の上部に酸
化亜鉛，窒化アルミニウム等の圧電、または多結晶Ｓｉ
Ｏ₂ ，ＢＧＯ等の非圧電薄膜５を形成している。この場
合も、本発明の効果がある事は明らかである。なお薄膜
５に窒化アルミニウムを用いた場合、実施例７に示され
るように、その表面を金属または非金属膜によって保護
する必要が有る。

【００２１】図９に本発明の実施例７を示す。シリコ
ン，サファイア，ガラス等非圧電基板９と、その上部の
弾性表面波を送受信するアルミ膜２と酸化アルミ膜３
と、その上部にエピタキシャル成長した窒化アルミニウ
ム圧電薄膜７と、その上部に形成された金属、または非
金属膜８によって構成されている。一般に窒化アルミニ
ウムを弾性表面波素子に適用する場合、窒化アルミニウ
ムはエピタキシャル成長していないと大きな電気機械結
合係数を得ることができない。この時、下地基板が重要
である。実施例７の構造では下地基板はサファイアとシ
リコンに限定されてしまう。窒化アルミニウム圧電薄膜
７をアルミ膜２とアルミニウム酸化法によって形成され
た酸化アルミ膜３上に形成することにより、アルミ膜２
と酸化アルミ膜３の下地基板は、弾性表面波装置の性格
にあった材料を選ぶことができる。また窒化アルミニウ
ム圧電薄膜７の表面は、金属または非金属で保護されて
いるから、窒化アルミニウム圧電薄膜７の変質を守る働
きも十分に行われている。

【００２２】次に本発明による弾性表面波素子の作製方
法について説明する。本発明の弾性表面波装置を作製す
る、アルミニウム酸化法によって電極を形成する方法が
最も容易である。図１０にアルミニウム酸化法の１手段
として、リチウムテトラボレート圧電基板を使用した本
発明の実施例８を示す。はじめにリチウムテトラボレー
ト圧電基板１上にアルミ膜２を形成し、アルミ膜の上部
にレジスト材料１０を作製する。このレジスト１０に光
露光，電子ビーム露光等と現像により電極パターン構造
を形成する。そしてレジスト１０が除去された領域のア
ルミ膜２を酸化し、最後に全てのレジスト１０を除去す
る。このアルミ膜２を酸化する方法には、陽極酸化法，
酸素イオンの打ち込み、及び酸素雰囲気中によるアニー
ルの三種類がある。陽極酸化法では、四ホウ酸アンモニ
ウム，酒石酸塩またはエチレングリコール溶液中で、ア
ルミ膜に一定電圧をかける。このことにより、露出して
いるアルミ膜を緻密な酸化アルミ膜に変えることができ
る。この方法により、膜厚１μｍ程度までのアルミ膜を
酸化アルミ膜に変化させることができる。

【００２３】酸素イオン打ち込み法は、イオン化した酸
素を高電場により加速し、アルミ膜内部に打ち込む。こ
の時、加速電圧を制御することにより、アルミ膜を緻密
な酸化アルミ膜に変化させることができる。なお、必ず
しも高電圧で酸素イオンを加速する必要はない。アルミ
膜中の酸素の自由拡散に任せてもよい。

【００２４】アニール法は、酸素雰囲気中で基板を加熱
する方法である。このことにより、アルミ膜がひとりで
に雰囲気中の酸素を吸収し、酸化アルミ膜に変化する。
この方法により、膜厚数百Åのアルミ膜を酸化アルミ膜
に変化させることができる。

【００２５】酸素イオン打ち込み法，アニール法では、
場合によってはレジスト膜が劣化し、プロセスに耐えら
れない場合が生じる。図１１にレジスト膜として多結晶
ＳｉＯ₂膜 を使用した場合の実施例９を示す。はじめに
リチウムテトラボレート圧電基板１上にアルミ膜２及び
多結晶ＳｉＯ₂膜１１を形成し、多結晶ＳｉＯ₂膜１１の
上部にレジスト材料１０を作製する。次にこのレジスト
１０に光露光，電子ビーム露光等と現像により電極パタ
ーン構造を形成し、多結晶ＳｉＯ₂ 膜１１をエッチング
する。そしてレジスト１１を除去し、酸素イオン打ち込
み、または酸素雰囲気中アニールを行い、酸化アルミ膜
３を形成する。最後に多結晶ＳiＯ₂膜１１を全て除去す
る。

【００２６】この様に、本実施例によれば、陽極酸化
法，酸素イオン打ち込み法，アニール法などアルミニウ
ム酸化法によって容易に作製することができる。

【００２７】

【発明の効果】潮解性があるリチウムテトラボレート圧
電基板，窒化アルミニウム圧電薄膜表面をアルミ膜と酸
化アルミ膜で覆うことにより、経年変化の小さい弾性表
面波装置を作成することが出来る。また弾性表面波素子
作製プロセス中に於いても圧電基板の変質、または不要
な圧電基板のエッチングを防止するため、周波数特性の
優れた弾性表面波素子を作製することができる。またリ
チウムテトラボレート圧電基板，窒化アルミニウム圧電
薄膜は温度特性が良く、電気機械結合係数が大きいた
め、挿入損失が小さく、通過帯域が広いフィルタを作成
することが出来る。また、電極指エッジによる弾性表面
波の反射が小さいため、通過帯域内のリップル，位相
歪，群遅延時間の歪が小さい弾性表面波装置を作成する
ことが出来る。またアルミニウム酸化法を用いることに
より、容易に作成することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の断面図。

【図２】従来の弾性表面波素子の断面図。

【図３】リチウムテトラボレート圧電基板を使用したた
め、変質した弾性表面波素子の断面図。

【図４】本発明の実施例２の断面図。

【図５】本発明の実施例３の断面図。

【図６】本発明の実施例４の断面図。

【図７】本発明の実施例５の断面図。

【図８】本発明の実施例６の断面図。

【図９】本発明の実施例７の断面図。

【図１０】アルミニウム酸化法により作成した本発明の
実施例８の工程図。

【図１１】アルミニウム酸化法により作成した本発明の
実施例９の工程図。

【符号の説明】

１…リチウムテトラボレート圧電基板、２…アルミニウ
ムを主成分とする金属膜、３…酸化アルミニウムを主成
分とする非金属膜。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】潮解性のある圧電基板と、その表面に弾性
   表面波を送受信することを目的に形成された櫛形電極か
   らなる弾性表面波装置において、前記圧電基板の表面の
   櫛形電極部を、アルミニウムを主成分とする金属膜と酸
   化アルミニウムを主成分とする絶縁膜によって覆うこと
   を特徴とする弾性表面波装置。
2. 【請求項２】リチウムテトラボレート圧電基板とその表
   面に弾性表面波を送受信することを目的に形成された櫛
   形電極からなる弾性表面波装置において、リチウムテト
   ラボレート圧電基板表面の電極部を、アルミニウムを主
   成分とする金属膜と酸化アルミニウムを主成分とする絶
   縁膜によって覆うことを特徴とする弾性表面波装置。
3. 【請求項３】請求項２において、前記リチウムテトラボ
   レート圧電基板と、その表面に弾性表面波を送受信する
   ために形成されたアルミニウムを主成分とする櫛形電極
   からなる弾性表面波装置において、前記リチウムテトラ
   ボレート圧電基板の表面の電極を、アルミニウム酸化法
   により形成する弾性表面波装置。
4. 【請求項４】窒化アルミニウム圧電薄膜とその表面に弾
   性表面波を送受信するために形成された櫛形電極からな
   る弾性表面波装置において、前記窒化アルミニウム圧電
   薄膜の表面の電極部を、アルミニウムを主成分とする金
   属膜と酸化アルミニウムを主成分とする絶縁膜によって
   覆うことを特徴とする弾性表面波装置。
5. 【請求項５】請求項４において、前記窒化アルミニウム
   圧電薄膜とその表面に弾性表面波を送受信するために形
   成されたアルミニウムを主成分とする櫛形電極からなる
   弾性表面波装置において、前記窒化アルミニウム圧電薄
   膜の表面の電極を、アルミニウム酸化法により形成する
   弾性表面波装置。
6. 【請求項６】非圧電基板と、前記非圧電基板の上部に弾
   性表面波を送受信するために形成されたアルミニウムを
   主成分とする櫛形電極と酸化アルミニウムを主成分とす
   る絶縁膜と、前記櫛形電極と前記絶縁膜の上部に形成さ
   れた窒化アルミニウム圧電薄膜と、前記窒化アルミニウ
   ム圧電薄膜の上部に形成された金属または非金属膜から
   なる弾性表面波装置において、前記非圧電基板の上部の
   電極を、アルミニウム酸化法により形成することを特徴
   とする弾性表面波装置。