JPH07154180A

JPH07154180A - 弾性表面波素子の製造方法

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Publication number: JPH07154180A
Application number: JP29811393A
Authority: JP
Inventors: Masaru Yamano; 勝山野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1993-11-29
Filing date: 1993-11-29
Publication date: 1995-06-16
Anticipated expiration: 2016-04-23
Also published as: JP3157969B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ＬＢＯ基板を用いた弾性表面波素子の共振周
波数の調整が簡単且つ確実に行え、且つ乾式のプロセス
によってその取扱いが極めて簡単な弾性表面波素子の製
造方法を提供することにある。【構成】ＬＢＯ基板１上に所定形状の電極パターン５
ａを形成した弾性表面波素子の製造方法であって、前記
電極パターン５ａを形成した状態においては所定共振周
波値より高く形成するとともに、その後、活性化したフ
ッ化物気体に暴露し、上記電極パターン５ａを除くＬＢ
Ｏ基板１表面部分のみを選択的にエッチング処理して、
所定共振周波数値に調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、四ほう酸リチウム単結
晶基板を用いた弾性表面波素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】弾性表面波共振子は基本波による直接発
振が得られ、且つ高いＱが得られる上、その共振特性を
圧電基板表面に形成する電極設計により決められるとい
う特徴がある。

【０００３】このような性質上、ＶＨＦ〜ＵＨＦ帯の周
波数領域で動作可能な共振子を小型軽量に形成するのに
適しており、この周波数帯を利用するＴＶのＲＦモジュ
レータや各種無線電話、通信機器に応用されている。

【０００４】一方、弾性表面波フィルタも、上記周波数
帯の中間周波フィルタとしてＡＶ機器や通信機器に広く
用いられているのは周知の通りである。

【０００５】上記弾性表面波素子の基板材料としては、
チタン酸鉛（ＰＴ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）、タンタル酸リチウム（ＬＴ）、ニオブ酸リチウム
（ＬＮ）、水晶など種々の圧電性材料が用いられてお
り、これら従来の材料は、例えばＰＴ、ＰＺＴは焼結体
でありコスト的に有利であるが耐熱性が低い、ＬＮは電
気機械結合係数が大きいが温度係数も大きい、水晶は温
度特性は良好であるが電気機械結合係数が小さく挿入損
失が大きいなど一長一短があるが、用途に合わせて使い
分けられてきた。

【０００６】例えば、通信機分野で使用される弾性表面
波フィルタには、厳しい温度特性の仕様に適合させるべ
く、水晶が多用されてきた。

【０００７】しかしながら、移動体通信の分野におい
て、アナログ通信からデジタル通信へ移行する動きにあ
るが、この場合に用いられる弾性表面波フィルタは、温
度係数が小さいことと同時に、比帯域を大きく取る必要
から電気機械結合係数も大きくなければならず、従来の
圧電材料では対応が困難であった。

【０００８】その中で、四ほう酸リチウム（以下、単に
ＬＢＯという）は電気機械結合係数が大きく、結晶方位
を例えば４５゜Ｘカットとし、伝播方向をＺ方向に選択
することによって温度係数を小さくできるというような
特徴があるため、デジタル移動体通信用の周波数２５０
ＭＨｚ程度の中間周波バンドパスフィルタ等への応用が
考えられている。

【０００９】また、ＬＢＯは表面波の反射効率が大きい
という特徴があり、共振子や共振子型フィルタでは反射
器の電極ストライプの本数を少なくできることから、基
板サイズを従来よりも１０〜２０％小型化することがで
きる。

【００１０】以上のように、ＬＢＯは弾性表面波素子の
基板材料として可能性を秘めた材料である反面、その取
扱いが難しいという問題がある。すなわち、ＬＢＯは酸
や水に溶解する性質がある。そのために製造工程におい
ては種々の配慮が必要になる。例えば、電極パターン形
成工程においては、エッチング法は基板表面がエッチン
グ液に侵されるために採用できず、リフトオフ法が用い
られる。

【００１１】また、周波数調整工程も問題となる。一般
に弾性表面波素子を製造する場合、量産時の歩留まりを
高めるために周波数調整工程が不可欠になる。これを弾
性表面波共振子、または共振子型フィルタを例に取って
説明すると、１組の弾性表面波共振子はすだれ状の励振
電極と一対の反射電極とで構成されているが、所定の周
波数特性を得るには、電極ピッチはほぼ圧電基板の音速
を周波数で割った値て決められる。実際の表面波では電
極膜が質量を持つため、そのままでは伝播速度が所定値
より小さくなる。従って素子を設計する際はこのことを
考慮して最適な膜厚を選択し、電極パターンを設計する
が、実際には電極パターン幅、電極膜厚み、基板のカッ
ト方位など、工程上や材料のばらつきにより共振周波数
が所定値から分布を持ったものになる。そのために、電
極パターン形成後に周波数調整を行うのである。

【００１２】この周波数調整は電極パターン形成後に電
極膜厚みを操作することで行う方法が知られている。電
極膜をエッチングしてその厚みを薄くすれば伝播速度が
大きくなって周波数が上がるし、また電極膜上にＳｉＯ
₂膜等を形成しても周波数が上がる。

【００１３】ここで、ＬＢＯ基板を用いた弾性表面波素
子の場合、上述のように基板材料が酸や水に対して溶解
性があるため、通常の電極膜エッチング法を用いること
はできない。そのため、基板表面に一旦ＳｉＯ₂薄膜を
保護層として形成した上に電極形成し、その後に通常の
電極エッチングを行ったり、エッチングを加熱アルカリ
溶液で行うことなどが提案されており、いかにＬＢＯの
溶解を阻止しつつ周波数調整を行うかという点に注意が
払われている。

【００１４】なお、加熱アルカリ溶液はＡｌ電極をエッ
チングするが、ＬＢＯ基板とはほとんど反応しない。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上記に提案されたよう
な方法のうち、ＳｉＯ₂薄膜を介在させる方法は本来素
子自身の構成には不必要であり、形成のための工程が増
加することになり、またこの薄膜形成装置も大がかりな
ものになるため、量産に向いていない。また、加熱アル
カリ溶液を用いる方法では、エッチング後の洗浄を親水
性のアセトンやイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で行
うが、アルカリ溶液の洗浄性が悪いなどの理由から問題
が残る。

【００１６】更に、以上のような方法で電極エッチング
を行って周波数調整を行うには、あらかじめ先行テスト
によりエッチング条件を決めておくが、エッチング条件
を決めておいたとしても、エッチング液の繰り返し使用
による疲労によりエッチング能力は徐々に低下する。従
ってエッチング液の厳密な管理が必要になるという問題
がある。

【００１７】その上、実際に適正周波数になったかどう
かはエッチング過程では解らず、工程終了後にしか解ら
ない。

【００１８】本発明は上述の問題点に鑑みて案出された
ものであり、その目的は、ＬＢＯ基板を用いた弾性表面
波素子の共振周波数の調整が簡単且つ確実に行え、且つ
乾式のプロセスによってその取扱いが極めて簡単な弾性
表面波素子の製造方法を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、四ほう酸リチ
ウム単結晶基板上に所定形状の電極パターンを形成した
弾性表面波素子の製造方法であって、前記電極パターン
を、あらかじめ所定共振周波値より高く形成するととも
に、その後、活性化したフッ化物気体に暴露し、上記電
極パターン部を除く基板表面部分のみを選択的にエッチ
ング処理して、所定共振周波数値に調整する弾性表面波
素子の製造方法である。

【００２０】さらに好ましくは、前記エッチング処理中
に共振周波数を同時測定し、所定共振周波数になった時
点でエッチング処理を終了させる。

【００２１】

【作用】本発明は、ＬＢＯ基板上に予め共振周波数が高
くなるようにＡｌなどの電極パターンを形成した弾性表
面波素子を、電極パターン形成後に、例えばＣＦ₄など
のフッ化物ガスをプラズマなどにより活性化して、所定
時間暴露することによってＬＢＯ基板の表面をエッチン
グして、共振周波数を低下させることができる。

【００２２】即ち、あらかじめ共振周波数が所定値より
高くなるように設計した電極パターンをＬＢＯ基板の表
面に形成した後、活性化したフッ化物ガスに暴露する
と、Ａｌなどで形成した電極パターンはエッチングされ
ず、電極パターン間から露出したＬＢＯ基板部分のみエ
ッチングされる。これは、プラズマ中のフッ素ラジカル
がＬＢＯ基板表面に対して選択的に化学的な作用を及ぼ
し、ＬＢＯを分解除去するものと思われる。

【００２３】このように基板部分のみエッチングされる
ことにより、電極表面と基板表面との段差が大きくな
り、電極に質量を付加したのと同等の作用が生じ、表面
波の伝播速度が低下するために共振周波数が低下する。

【００２４】その結果、共振周波数を所定値に調整され
る。

【００２５】ガスエッチングの場合は、完全にドライプ
ロセスであるため、エッチング後の洗浄は必要ない。ま
た、常時ガスの供給と排出をバランスさせた定常状態で
行うため、液体エッチングの場合のように、繰り返しエ
ッチングすると液の疲労によりエッチング速度が低下す
るという問題はない。

【００２６】また、ガス中での処理のため、エッチング
工程中に共振周波数を測定することができ、共振周波数
が所定値になった時点でエッチングを停止させることに
より、調整精度が高まる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の弾性表面波素子の製造方法
を、図１（ａ）〜（ｇ）の主要工程における断面図にそ
って説明する。尚、図１（ａ）〜図１（ｅ）までは、複
数の弾性表面波素子、例えば弾性表面波共振子、弾性表
面波フィルタなどが複数素子抽出できる大型ＬＢＯ基板
であり、図１（ｆ）〜図１（ｇ）は、各素子に切断した
後に断面図である。

【００２８】まず、厚みを所定値にし、且つ表面を完全
に研磨して歪層を除去した４５゜ＸカットのＬＢＯ単結
晶基板１を準備する。

【００２９】次に、図１（ａ）に示すように、ＬＢＯ単
結晶基板１の表面全面にスピンコートによりポジ型のレ
ジスト層２を塗布形成する。

【００３０】次に、図１（ｂ）に示すように、露光処理
を行う。

【００３１】具体的には、複数の素子に対応するネガの
電極パターンを形成したマスク３を基板１に密着させて
紫外線４を露光する。マスク３の３ａ部分は電極形成部
分に対応した透光部であり、３ｂ部分は遮光部である。

【００３２】次に、図１（ｃ）に示すように、レジスト
パターン現像を行う。

【００３３】具体的には、ポジ型レジスト用エッチング
液に基板を浸漬して現像することにより、露光部すなわ
ち電極形成部分のみレジスト層が溶解除去され、レジス
トパターン２ｂを形成する。

【００３４】次に、図１（ｄ）に示すように、電極パタ
ーンとなる金属層の形成を行う。

【００３５】具体的には、レジストパターン２ｂが形成
されたＬＢＯ基板１全面にＡｌを蒸着して、電極層とな
る金属層を被膜形成する。金属層は、基板１表面に直接
形成される電極パターン部５ａと、レジストパターン２
ｂ上に形成される５ｂとからなるが、ここで、ポジ型レ
ジストを用いているために、レジストパターン２ｂの段
差部が逆メサ構造となっており、そのために５ａと５ｂ
の境界部は連続していない。これによって、この後の工
程において、リフトオフ後の電極パターン５ａのエッジ
形状がシャープになる。

【００３６】なお、金属層は、Ａｌに限らず、金などを
使用しても良い。

【００３７】次に、図１（ｅ）に示すように、電極パタ
ーンの形成を行う。

【００３８】具体的には、リフトオフ法により電極パタ
ーン５ａを形成する。すなわち、金属層を形成したＬＢ
Ｏ基板１を超音波媒体となる液中に投入し、所定の超音
波を印加することによって、レジストパターン２ｂ部分
とその上に形成された金属層５ｂを一緒に除去し、電極
パターン部５ａのみ残留させる。この状態で各素子は共
振周波数が工程上や基板厚みのばらつきなどを考慮した
上で、平均して中心周波数の目標値より０．１〜０．２
％大きくなるように設計されている。

【００３９】次に、図１（ｆ）に示すように、素子分離
・層別処理を行う。

【００４０】具体的には、ダイシング装置により図１
（ｅ）の点線部分で切断して個別素子毎に分離し、各素
子の共振特性を測定して、共振周波数の目標値からのず
れ量に応じて数段階のグループに層別する。

【００４１】次に、周波数の調整処理を行う。

【００４２】層別された１グループの素子群をまとめて
例えば、１バッチのプラズマエッチング装置にトレイに
整列させた状態で投入し、真空排気後、ＣＦ₄ガスを流
入して、高周波電力を印加してガスを活性化し、所定の
エッチングを行って共振周波数を目標値まで低下させ
る。

【００４３】エッチング処理におけるガスの活性化方法
としては、上記のようにガスに高周波電力を印加するプ
ラズマ法が好適に用いられるが、紫外線など他のエネル
ギーを加えて励起する方法でも良い。

【００４４】また、フッ化物ガスとしては、四ふっ化炭
素（ＣＦ₄）が化学的に安定で毒性がないため好適に用
いられるが、素子の電極材料を腐食しない限り、活性化
によりフッ素の励起種ができる他のガス、例えば、Ｓｉ
Ｆ₄等を用いることができる。

【００４５】ここでこれらのガスを用いて電極パターン
５ａを形成した側で、電極パターン５ａの間から露出し
たＬＢＯ基板１をエッチングすることにより、図１
（ｇ）に示すような弾性表面波素子が達成される。この
ＬＢＯ基板１の部分的なエッチング処理により、共振周
波数の調整が達成される。

【００４６】本発明者の実験によれば、エッチング速度
によってが周波数の変化量の推測ができ、周波数の調整
が一層容易となることを見出した。

【００４７】即ち、ＣＦ₄ガスとＡｒガスを各々１０ｓ
ｃｃｍずつ流入させ、０．００５ｔｏｒｒのガス圧に維
持した状態で、１３．５６ＭＨｚ、２００Ｗの高周波印
加を行うことによってプラズマ励起することによりＬＢ
Ｏ基板１のエッチングを行った場合、エッチングレート
は９０Å／ｍｉｎであった。基板１厚みの変化量と共振
周波数の変化量との関係は電極パターン５ａにより異な
るが、中心周波数２５０ＭＨｚ前後の共振子の場合に
は、上記エッチング量に対応する周波数変化量は、１３
５ＫＨｚ／ｍｉｎであった。

【００４８】上記のように周波数調整をした素子をパッ
ケージにマウントし、ワイヤボンディングなどでリード
端子と接続した後、蓋体で気密封止して弾性表面波装置
が完成する。

【００４９】なお、パッケージの封止構造は上述のよう
に水分の侵入を完全に阻止するものである必要がある。
これは、従来より用いられているリード端子付きの金属
製気密ケースで抵抗溶接するものを用いても良いが、最
近要請の強い表面実装型には、セラミックパッケージで
シーム溶接封止するものが適している。

【００５０】封止したパッケージの内部空間は、Ｎ₂、
Ａｒ、Ｈｅなどの不活性ガスを充填して、表面波素子の
電極の腐食や酸化が生じてその共振特性が経時変化する
のを防止している。

【００５１】上記実施例のうち、素子の電極パターン５
ａ形成後、個別に分離した素子をあらかじめ周波数別に
層別しないで、まずパッケージにマウントし、ワイヤボ
ンディング接続のみ行っておく。この中間工程品を枚葉
式プラズマエッチング装置に順次投入して１素子毎に端
子電極に測定プローブを当てて周波数を測定しながらエ
ッチングを行い、所定周波数になった時点でエッチング
を終了する。その後、蓋体で気密封止する。この方法に
よれば、全数周波数調整を個別に行うことになるので、
ばらつきのない極めて高精度の周波数調整が可能にな
る。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、電極パターン形成後の
弾性表面波素子をガスエッチングすることにより、露出
したＬＢＯ基板表面のみ選択的にエッチングし、共振周
波数を下げて所定値に調整することができる。

【００５３】また、このガスエッチングは乾式のプロセ
スであるため、エッチング後の洗浄など従来手間のかか
った工程を省略することができ、エッチング速度の制御
も容易である。

【００５４】さらに、本発明の方法ではエッチング途中
に素子の共振特性を個別にモニターしながら調整できる
ため、周波数精度の非常に高い素子が得られる。

【００５５】その結果、共振特性の安定した弾性表面波
素子を簡略化した工程と高い歩留まりで製造することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｇ）は本発明の弾性表面波素子の製
造方法の主要工程における断面図である。

【符号の説明】１・・・・ＬＢＯ基板５ａ・・・電極パターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】四ほう酸リチウム単結晶基板上に所定形
状の電極パターンを形成した弾性表面波素子の製造方法
であって、前記電極パターンを、あらかじめ所定共振周波値より高
く形成するとともに、その後、活性化したフッ化物気体
に暴露し、上記電極パターン部を除く基板表面部分のみ
を選択的にエッチング処理して、所定共振周波数値に調
整することを特徴とする弾性表面波素子の製造方法。
【請求項２】前記エッチング処理中に共振周波数を同
時測定し、所定共振周波数になった時点でエッチング処
理を終了させることを特徴とする請求項１記載の弾性表
面波素子の製造方法。