JPH07162255A - 弾性表面波素子の電極形成方法 - Google Patents

弾性表面波素子の電極形成方法

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JPH07162255A
JPH07162255A JP5339293A JP33929393A JPH07162255A JP H07162255 A JPH07162255 A JP H07162255A JP 5339293 A JP5339293 A JP 5339293A JP 33929393 A JP33929393 A JP 33929393A JP H07162255 A JPH07162255 A JP H07162255A
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acoustic wave
surface acoustic
forming
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造欠陥が極めて少なく、高い印加電力レベ
ルで使用した場合にも優れた耐ストレスマイグレーショ
ン特性を有する電極を形成する。 【構成】 蒸着、スパッタ、IBS(Ion Beam Sputter
ing)、CVD(Chemical Vapor Deposition)、プラズ
マCVD、MBE(Molecular Beam Epitaxy)、ICB
(Ionized Cluster Beam)、レーザーアブレーションな
どの成膜方法を用いた成膜プロセスにおいて、所定のイ
オンエネルギーでイオンアシストを行いつつ、結晶方位
的に一定方向に配向するように、電極材料を圧電基板上
に成膜させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、弾性表面波素子の電
極形成方法に関し、詳しくは、弾性表面波素子を構成す
る圧電基板上に蒸着、スパッタ、IBS(Ion Beam Spu
ttering)、CVD(Chemical Vapor Deposition)、プ
ラズマCVD、MBE(Molecular Beam Epitaxy)、I
CB(Ionized Cluster Beam)、レーザーアブレーショ
ンなどの薄膜成膜方法を用いて電極を形成する方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】弾性表面波を利用した弾性表面波素子
は、一般に、圧電性を有する基板の表面に、インターデ
ィジタル電極(櫛歯状電極)や金属ストリップのグレー
ティング電極などを配設することにより構成されてお
り、テレビジョン受像機、ビデオテープレコーダなどに
広く用いられている。そして、弾性表面波素子の電極材
料としては、一般にアルミニウム(Al)が用いられて
おり、通常は、アモルファス的な多結晶Al電極材料が
用いられている。
【0003】また、この弾性表面波素子は、近年、高周
波領域の送受信素子あるいは共振子として広く用いられ
るようになっており、特に、移動体通信用の携帯機器の
小型、軽量化のため、携帯機器の通信段のフィルタとし
て用いることが期待されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、弾性表面波
素子は、テレビジョン受像機やビデオテープレコーダな
どの用途においては1mW程度の低い印加電力レベルで
使用されるが、移動体通信、特にその送信用として用い
る場合には、弾性表面波素子に高電圧レベルの信号が印
加される。例えば、コードレス電話用フィルタは、20
mW程度の、従来に比べて著しく高い印加電力レベルで
使用される。このため、電極(Al電極)に弾性表面波
による大きな応力が加わってマイグレーションが発生す
る。このマイグレーションは応力によるマイグレーショ
ンであることから、ストレスマイグレーションと呼ばれ
ている。そして、このストレスマイグレーションが発生
すると電気的短絡や、挿入損失の増加、共振子のQの低
下などを招き、弾性表面波素子の性能を低下させるとい
う問題点がある。
【0005】このような問題点を解決するために、電極
材料として、(111)面に結晶の配向方位がそろった
Al膜あるいはAl合金(例えばAl−Cu合金)膜を
用いた弾性表面波素子が提案されている(特開平5−1
83373号)。
【0006】しかし、上記の(111)面に結晶方位が
そろったAl膜またはAl合金膜には、ストレスマイグ
レーションに対する耐性向上の効果は認められるが、そ
の効果は必ずしも十分ではなく、さらにストレスマイグ
レーションに対する耐性の大きい電極を形成することが
可能な電極形成方法が要求されているのが実情である。
【0007】この発明は、上記問題点を解決するもので
あり、高い印加電力レベルで使用した場合にも優れた耐
ストレスマイグレーション特性を有する電極を形成する
ことが可能な弾性表面波素子の電極形成方法を提供する
ことを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、発明者等は、電極のストレスマイグレーションにつ
いて種々の検討を行い、従来の(111)面に配向した
Al膜においては、基板結晶と金属結晶とのミスフィッ
トが大きい場合に結晶構造的な乱れが多く発生し、弾性
表面波によるストレスマイグレーションが引き起こされ
るものと考え、さらに実験、検討を加えてこの発明を完
成した。
【0009】すなわち、この発明の弾性表面波素子の電
極形成方法は、弾性表面波素子を構成する圧電基板上に
電極を形成する方法であって、蒸着、スパッタ、IB
S、CVD、プラズマCVD、MBE、ICB、レーザ
ーアブレーションなどの薄膜成膜方法を用いた成膜プロ
セスにおいて、所定のイオンエネルギーでイオンアシス
トを行いつつ、結晶方位的に一定方向に配向するよう
に、電極材料を圧電基板上に成膜させることを特徴とし
ている。なお、薄膜成膜方法としては、上記の各種方法
に限られるものではなく、さらに他の薄膜成膜方法を用
いることも可能である。
【0010】上記のように、各種の薄膜成膜方法を用い
た成膜プロセスにおいて、イオンアシストを行いつつ、
結晶方位的に一定方向に配向するように、電極材料を圧
電基板上に成膜させることにより、結晶欠陥の極めて少
ないエピタキシャル膜を形成することが可能になり、耐
ストレスマイグレーション特性に優れた耐久性の大きい
電極を形成することができるようになる。
【0011】また、この発明の弾性表面波素子の電極形
成方法においては、成膜された電極の結晶方位を(11
1)面に配向させることが好ましい。
【0012】これは、(111)面に配向された電極
(膜)は、最密充填層であって、電極面内に原子配列の
粗密がないために、加わった応力を電極全体に均一に分
散させることが可能になり、耐ストレスマイグレーショ
ン特性を向上させることができることによる。
【0013】なお、イオンアシストする場合、200〜
1000eVのイオンエネルギーによりイオンアシスト
することが好ましい。
【0014】これは、イオンエネルギーが200eV未
満になると金属原子に十分なエネルギーを与えられなく
なり、また、1000eVを越えるとアシストイオンに
よる金属原子のスパッタ効果が大きくなりすぎ、膜成長
しなくなることによる。
【0015】また、電流密度0.01〜10.00mA
/cm2のアシストイオン電流によりイオンアシストする
ことが好ましい。
【0016】これは、アシスト電流の電流密度が0.0
1mA/cm2未満の場合には金属原子に十分なエネルギ
ーを与えられず、また、10.00mA/cm2を越える
とアシストイオンによる金属原子のスパッタ効果が大き
くなりすぎ、膜成長しなくなることによる。
【0017】さらに、アシストイオンとして、He+
Ne+、Ar+、Kr+、Xe+の少なくとも1種を用いる
ことが好ましい。
【0018】これらのアシストイオンを用いることによ
り十分なイオンアシストの効果を得ることが可能にな
り、結晶欠陥の極めて少ないエピタキシャル膜を確実に
形成することができるようになることによる。
【0019】また、アシストイオンの基板への入射角度
を基板放線に対して0〜45°とすることが好ましい。
【0020】これは、入射角度がこの範囲から外れる
と、金属原子に対して効率的にエネルギーを与えること
ができないことによる。
【0021】また、成膜速度を0.1〜50オングスト
ローム/秒の範囲とすることが好ましい。
【0022】これは、成膜速度が0.1オングストロー
ム/秒以下になると金属原子が凝集して結晶粒成長して
しまい、また、50オングストローム/秒を越えると金
属原子が規則正しく配列しないうちに膜が成長してしま
うことによる。
【0023】また、成膜時の基板加熱温度を0〜300
℃とすることが好ましい。これは、エピタキシャル成長
には、基板表面における金属原子の適度のマイグレーシ
ョンが必要とされることによる。
【0024】また、成膜時の真空度を10-3mmHg以下
とすることが好ましい。
【0025】これは、膜中に残留ガスが取り込まれて、
結晶構造に乱れが生じることによる。
【0026】さらに、電極材料として、Alなどの面心
立方構造を有する金属、または添加物を含む面心立方構
造を有する金属を用いることが好ましい。
【0027】これは、(111)面において最密構造を
とることによる。なお、面心立方構造を有する金属とし
ては、Alの他にもAg、Au、Niなどを用いること
が可能である。
【0028】さらに、前記添加物としては、Ti、C
u、Pdの少なくとも1種を用いることが好ましく、そ
の添加量としては0.1〜5.0重量%の範囲が好まし
い。
【0029】これは、Ti、Cu、Pdの少なくとも1
種を添加することにより、耐ストレスマイグレーション
特性をさらに向上させることが可能になることによる。
但し、その添加量が0.1重量%未満では添加効果がほ
とんど認められず、また、添加量が5.0重量%を越え
ると抵抗率が増大するので、これらの添加物は、0.1
〜5.0重量%の範囲で添加することが好ましい。
【0030】さらに、前記圧電基板としては、水晶、L
iTaO3、LiNbO3、Li247、ZnOの少な
くとも1種からなる圧電基板を用いることが好ましい。
【0031】これは、(111)面に結晶方向がそろっ
た面心立方構造を有する金属を含む電極材料からなる膜
とのミスフィットが30%以下となることによる。
【0032】
【実施例】以下、この発明の実施例を示してその特徴と
するところをさらに詳しく説明する。図3は、この発明
の弾性表面波素子の電極形成方法により電極を形成して
なる弾性表面波素子(2重モード弾性表面波フィルタ)
を示す平面図である。
【0033】図3に示す2重モード弾性表面波フィルタ
7においては、圧電基板1の表面の中央部に、上下2段
に各インターディジタル電極2a,2aが形成され、そ
の両側には、それぞれ、インターディジタル電極2b,
2bが形成されている。さらに、インターディジタル電
極2b,2bの両側には、グレーティング電極(反射
器)2c,2cが設けられている。
【0034】また、グレーティング電極2c,2cの外
側の中段部には、くし歯形状を有する容量電極4,4が
形成されている。さらに、インターディジタル電極2
a,2aからは、ワイヤーによりリード端子3,3が引
き出されている。また、各インターディジタル電極2b
は配線パターン5によって相互に接続されているととも
に配線パターン5によって容量電極4、4に接続され、
容量を付与されている。さらに、容量電極4、4からは
リード端子6、6が引き出されている。
【0035】次に、上記弾性表面波素子の電極の形成方
法について説明する。
【0036】圧電基板に各電極を形成するにあたって
は、まず、LiTaO3からなる圧電基板1を用意し、
デュアルイオンビームスパッタリング法を用い、イオン
アシストを行いつつ、膜厚2000オングストロームの
Al膜(電極膜)を圧電基板1の一方の主面全体に形成
した。
【0037】このときの成膜条件は以下の通りである。 スパッタイオン電流 : 100mA スパッタイオンエネルギー :1000eV アシストイオンの種類 : Ar+ アシストイオン電流 : 50mA アシストイオン電流密度 : 5mA/cm2 アシストイオンエネルギー : 300eV アシストイオン入射角度 : 15° 基板温度 : 100℃ 成膜速度 : 2オングストロー
ム/秒 成膜時の真空度 :5×10-5mHg
【0038】図1は、この実施例において、LiTaO
3からなる圧電基板上に形成された電極膜(エピタキシ
ャルAl膜)の、RHEEDによる結晶構造を示す写真
である。
【0039】また、図2は、イオンアシストを行うこと
なく形成した従来法による電極膜の、RHEEDによる
結晶構造を示す写真である。
【0040】図1,図2より、この実施例の弾性表面波
素子の電極形成方法により、所定のイオンエネルギーで
イオンアシストを行いつつ、電極材料を圧電基板上に成
膜させることにより得られた電極膜は、(111)面に
エピタキシャル成長した結晶欠陥の極めて少ないAl膜
(すなわち(111)配向エピタキシャルAl膜)であ
り、イオンアシストを併用せずに形成したAl膜に比べ
て結晶状態が良好であることがわかる。
【0041】なお、RHEEDパターンを解析した結
果、このAl膜のエピタキシャル関係は、数1に示すよ
うな関係であることを確認することができた。
【0042】
【数1】
【0043】それから、圧電基板1の一方の主面全体に
形成されたAl膜をフォトリソグラフィーによって加工
し、圧電基板1の表面に、インターディジタル電極2
a、2b、グレーティング電極2c、容量電極4、配線
パターン5をそれぞれ形成することにより、図3に示す
ような2重モード弾性表面波フィルタ7を作製した。
【0044】この2重モード弾性表面波フィルタ7の5
0Ω系伝送特性を測定した結果、図4に示すような特性
曲線が得られた。なお、図4の伝送特性図における横軸
は信号周波数を示し、縦軸は弾性表面波フィルタ7を通
過した信号の減衰量を示す。図4に示すように、この特
性曲線においては、ピーク周波数は約380MHzであ
り、ピーク時における挿入損失は約2.5dBとなって
いる。
【0045】また、図5に示すようなシステムを用い
て、この2重モード弾性表面波フィルタ7の耐電力特性
(耐ストレスマイグレーション特性)を評価した。
【0046】このシステムにおいては、発振器11の出
力信号(=1W)がパワーアンプ12において電力増幅
され、その出力が弾性表面波フィルタ7に印加される。
そして、弾性表面波フィルタ7の出力P(t)がパワー
メータ14に入力されてレベル測定が行われる。また、
パワーメータ14の出力をコンピュータ15を介して発
振器11にフードバックすることにより、印加信号の周
波数が常に伝送特性のピーク周波数と同じになるように
コントロールされる。さらに、弾性表面波フィルタ7
は、加熱して劣化を加速させることができるように恒温
槽13に入れられている。なお、この実施例では雰囲気
温度を85℃として劣化を加速させた。
【0047】そして、パワーアンプ12の出力を1W
(50Ω系)とし、初期の出力レベルP(t)=P0
測定しておき、所定の時間tが経過した後の出力P
(t)が、 P(t)≧P0−1.0(dB) となったときをその弾性表面波フィルタ7の寿命tdと
した。
【0048】これは、出力P(t)と時間tとの関係
が、通常、図6に示すような関係になることから、出力
P(t)が1dB低下した時点を弾性表面波フィルタ7
の寿命と推定して問題がないと考えたことによる。
【0049】なお、評価した各試料A,B,C,Dは、
下記に示す4種の電極材料(金属)を用いて、同一のL
iTaO3基板上に同一形状の電極を形成したものであ
る。 A:ランダム配向の純Al+1重量%Cu電極 (従来
の電極) B:(111)配向のエピタキシャル純Al電極(従来
の電極) C:(111)配向のエピタキシャル純Al電極(実施
例の電極) D:(111)配向のエピタキシャルAl+1重量%C
u電極(実施例の電極)
【0050】実験の結果、各試料の寿命は、それぞれ、 A: 8時間以下 B:1750時間 C:2800時間 D:3200時間以上 であることが確認された。
【0051】この結果より、従来の電極を有する試料A
に比べて、(111)面に配向させたエピタキシャル純
Al膜の電極を有する試料B(イオンアシストを行わな
い従来の製造方法により電極を形成した試料)は、その
寿命が約200倍に延びているが、この発明の実施例に
かかる、イオンアシストを行いつつ成膜したエピタキシ
ャル純Al膜の電極を有する試料Cにおいては、その寿
命が約350倍になっており、耐久性がさらに大幅に向
上していることがわかる。また、AlにCuを添加した
エピタキシャルAl合金膜の電極を有する試料Dにおい
ては、エピタキシャル純Al膜の電極を有する試料Cよ
りも、寿命がいっそう長くなっていることがわかる。
【0052】なお、上記実施例ではAlに添加物として
Cuを添加した場合について説明したが、この発明の弾
性表面波素子の電極形成方法において、Alに添加する
ことにより長寿命化の効果を得ることができる添加物は
Cuに限られるものではなく、TiまたはPdを添加し
た場合にも、Cuを添加した場合と同様の長寿命化の効
果を得ることができる。
【0053】また、上記実施例では、薄膜成膜方法とし
てデュアルイオンビームスパッタリング法を用い、これ
とイオンアシストを併用した場合について説明したが、
薄膜成膜方法としては、その他にも、蒸着、スパッタ、
CVD、プラズマCVD、MBE、ICB、レーザーア
ブレーションなどの各種の薄膜成膜方法を用いることが
可能であり、これらとイオンアシストを併用することに
より、上記実施例と同様の効果を得ることができる。
【0054】なお、この発明は、さらにその他の点にお
いても上記実施例に限定されるものではなく、発明の要
旨の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが
できる。
【0055】
【発明の効果】上述のように、この発明の弾性表面波素
子の電極形成方法においては、種々の薄膜成膜方法を用
いた成膜プロセスにおいて、所定のイオンエネルギーで
イオンアシストしつつ、結晶方位的に一定方向に配向す
るように、電極材料を圧電基板上に成膜させるようにし
ているので、結晶欠陥の極めて少ないエピタキシャル膜
を形成することが可能になり、耐ストレスマイグレーシ
ョン特性に優れた電極を形成することができる。
【0056】また、この発明の方法により形成した電極
は、結晶欠陥が極めて少ないため、耐エレクトロマイグ
レーション特性や熱安定性にも優れており、さらにウエ
ットエッチングにおける加工性にも優れている。
【0057】さらに、基板と電極(膜)との界面が非常
に安定になり、合金をつくることがないので、電極間の
抵抗(IR)の低下を防止することができる。
【0058】また、この発明の弾性表面波素子の電極形
成方法では、成膜プロセスにおいてイオンアシストが併
用されていることから、基板結晶と金属膜結晶とのミス
フィットが±20%以上の場合にもエピタキシャル膜を
得ることが可能になる。
【0059】さらに、添加物の割合が大きくなっても結
晶欠陥の極めて少ないエピタキシャル膜を得ることが可
能になるため、添加物を十分な割合で添加することによ
り耐ストレスマイグレーション特性をさらに向上させる
ことができる。
【0060】また、この発明の弾性表面波素子の電極形
成方法によれば、低温で電極を形成することが可能にな
るため、電極形成時に圧電基板が受けるダメージ(ウエ
ハーダメージ)を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例にかかる方法でLiTaO
3基板上に形成した(111)配向エピタキシャルAl
膜(エピタキシャルAl膜)の、RHEEDによる結晶
構造を示す写真である。
【図2】イオンアシストを併用しない従来の方法により
形成した(111)配向エピタキシャルAl膜の、RH
EEDによる結晶構造を示す写真である。
【図3】この発明の弾性表面波素子の電極形成方法によ
り電極を形成した弾性表面波素子(2重モード弾性表面
波フィルタ)を示す平面図である。
【図4】この発明の弾性表面波素子の電極形成方法によ
り電極を形成した2重モード弾性表面波フィルタの50
Ω系伝送特性を示す図である。
【図5】耐ストレスマイグレーション評価システムの概
略構成を示す図である。
【図6】弾性表面波フィルタの出力からその寿命を判定
する方法を説明するための線図である。
【符号の説明】
1 圧電基板 2a,2b インターディジタル電極 2c グレーティング電極 4 容量電極 5 配線パターン 7 2重モード弾性表面波フ
ィルタ

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 弾性表面波素子を構成する圧電基板上に
    電極を形成する方法であって、 薄膜成膜方法を用いた成膜プロセスにおいて、所定のイ
    オンエネルギーでイオンアシストを行いつつ、結晶方位
    的に一定方向に配向するように、電極材料を圧電基板上
    に成膜させることを特徴とする弾性表面波素子の電極形
    成方法。
  2. 【請求項2】 成膜された電極の配向方位が(111)
    面であることを特徴とする請求項1記載の弾性表面波素
    子の電極形成方法。
  3. 【請求項3】 200〜1000eVのイオンエネルギ
    ーによりイオンアシストすることを特徴とする請求項1
    または2記載の弾性表面波素子の電極形成方法。
  4. 【請求項4】 電流密度0.01〜10.00mA/cm
    2のアシストイオン電流によりイオンアシストすること
    を特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の弾性表面
    波素子の電極形成方法。
  5. 【請求項5】 アシストイオンがHe+、Ne+、A
    +、Kr+、Xe+の少なくとも1種であることを特徴
    とする請求項1〜4のいずれかに記載の弾性表面波素子
    の電極形成方法。
  6. 【請求項6】 アシストイオンの基板への入射角度が基
    板放線に対して0〜45°であることを特徴とする請求
    項1〜5のいずれかに記載の弾性表面波素子の電極形成
    方法。
  7. 【請求項7】 成膜速度が0.1〜50オングストロー
    ム/秒であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか
    に記載の弾性表面波素子の電極形成方法。
  8. 【請求項8】 成膜時の基板加熱温度が0〜300℃で
    あることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の
    弾性表面波素子の電極形成方法。
  9. 【請求項9】 成膜時の真空度が10-3mmHg以下であ
    ることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の弾
    性表面波素子の電極形成方法。
  10. 【請求項10】 電極材料がAlなどの面心立方構造を
    有する金属、または添加物を含む面心立方構造を有する
    金属であることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに
    記載の弾性表面波素子の電極形成方法。
  11. 【請求項11】 前記添加物がTi、Cu、Pdの少な
    くとも1種であり、その添加量が0.1〜5.0重量%
    であることを特徴とする請求項10記載の弾性表面波素
    子の電極形成方法。
  12. 【請求項12】 前記圧電基板が水晶、LiTaO3
    LiNbO3、Li247、ZnOの少なくとも1種か
    らなるものであることを特徴とする請求項1〜11のい
    ずれかに記載の弾性表面波素子の電極形成方法。
JP33929393A 1993-12-02 1993-12-02 弾性表面波素子の電極形成方法 Expired - Lifetime JP3208977B2 (ja)

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