JPH1174750A

JPH1174750A - 弾性表面波装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH1174750A
Application number: JP23355697A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Matsuda; 敏哉松田; Emi Kagai; 恵美加賀井
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 1999-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】塩素を含むエッチング媒体から励振電極の保
護を確実に行うとともに、従来のような特性劣化がな
く、信頼性の非常に優れた弾性表面波装置及びその製造
方法を提供すること。【解決手段】圧電基板３上に励振電極層９を設けると
ともに、該励振電極層９上に塩素に対し耐腐食性を有す
る保護層７を設け、かつ該保護層７を含む圧電基板３上
に半導体層１０を設けたことを特徴とする。これより、
励振電極４の作製時等に、局所的に過剰エッチングが生
ずることが極力防止され、特性劣化のない弾性表面波装
置Ｓを提供できる。また、圧電基板３の焦電性によるス
パークの発生率を皆無とすることができ、信頼性の非常
に優れた弾性表面波装置Ｓを提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電基板に励振電
極を設けて成る弾性表面波（ＳＡＷ）フィルタ等の弾性
表面波装置及びその製造方法に関し、特にデュプレクサ
に使用され励振電極にＡｌ−Ｃｕ合金が用いられる弾性
表面波装置に好適な製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術とその課題】現在、タンタル酸リチウム
（ＬｉＴａＯ₃）等の単結晶は、一般に圧電材料の性能
評価として用いられる電気機械結合係数が大きい材料と
して大変注目されており、例えば、弾性表面波装置、バ
ルク波デバイス等の各種圧電デバイスに用いられる材料
として有望視されている。

【０００３】また、励振電極であるインタディジタル
（以下、ＩＤＴと略記する）電極を構成する材料として
はアルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウムを主体とす
る合金（例えば、アルミニウム−銅（Ａｌ−Ｃｕ）合金
等）が好適に用いられている。

【０００４】例えば、ＳＡＷフィルタを用いたデュプレ
クサでは、その送信側で最高４ワット程度の高い電力が
ＳＡＷフィルタに印加される。このため、ＳＡＷフィル
タに使用される励振電極の材料として、耐圧性を有する
Ａｌ（アルミニウム）−Ｃｕ（銅）合金を用いるのが一
般的である。ここで、合金中におけるＣｕの含有率は２
ｗｔ％以下程度であり、最適な含有量は０．５〜２．０
％とされている。

【０００５】しかしながら、ＣｕはＡｌ相内に１μｍ以
下の粒子となって析出しており、Ａｌ−Ｃｕ合金はＡｌ
とＣｕの接触電位が大きいため、局部電池効果がおこり
やすく、Ｃｕよりイオン化傾向が高いＡｌは例えば純水
中のＯＨ^-イオンやエッチングガス中の塩素イオンと化
合して局所的に溶解やエッチングされ、その結果、フォ
トレジストで被覆しているにもかかわらず、電極上面に
１μm 以下程度の孔や腐食痕（Ａｌが塩素と化合してな
くなった後、前記孔よりも程度の軽いもの）が発生する
という問題がある。

【０００６】すなわち、例えばＡｌ−０．５ｗｔ％Ｃｕ
合金から成る電極をタンタル酸リチウム単結晶の基板上
に設けたＳＡＷフィルタを、純水の切削水を用いてダイ
シングすると、電極表面に直径１μｍ程度の孔が多数発
生する。これは析出しているＣｕ粒子周辺のＡｌが純水
中のＯＨ^-イオンと化合して溶解するためである。

【０００７】また、Ａｌ−０．５ｗｔ％Ｃｕ合金をタン
タル酸リチウム単結晶の基板上に成膜し、その上に電極
形状にフォトレジストを形成したものを、例えばパワー
１１０Ｗ，ガス圧１８Ｐａ，ＢＣｌ₃ガスを１３０ｓｃ
ｃｍ、Ｃｌ₂ガスを３５ｓｃｃｍ、ＣＨＣｌ₃ガスを９
ｓｃｃｍ、Ｎ₂ガスを６０ｓｃｃｍでこれらガスを混合
させた条件でエッチングを行うと、形成される電極の上
面に過剰エッチングが生じてしまう。なお、純粋なＡｌ
膜を同一条件でエッチング処理してもこのような現象は
生じない。

【０００８】また、基板及び励振電極上に導電性の異物
が製造工程中などで付着し、これにより特性劣化が生じ
ることがある。これは、特に高周波帯域の周波数を利用
する弾性表面波装置では、励振電極の電極指間の距離が
非常に狭く微細なため、このような異物の付着が、完成
品の特性のばらつきや特性不良の発生を誘発する。例え
ば、ＳＡＷフィルタの場合、フィルタ特性である通過帯
域幅が小さくなったり、挿入損失が大きくなることがあ
ったのである。

【０００９】このため、励振電極上にＳｉＯ₂等の絶縁
膜だけを被覆して励振電極を異物から保護する方法が提
案されているが（例えば、特開昭５９−２１０７０８号
公報等を参照）、このような絶縁膜だけを焦電性の有る
圧電基板上に形成させると絶縁破壊が生じやすくなり非
常に問題である。

【００１０】そこで、本発明では塩素を含むエッチング
媒体から励振電極の保護を確実に行うとともに、従来の
ような特性劣化がなく、信頼性の非常に優れた弾性表面
波装置及びその製造方法を提供することを本発明の目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるた
めに、本発明の弾性表面波装置は、圧電基板上に励振電
極層を設けるとともに、該励振電極層上に塩素に対し耐
腐食性を有する保護層を設け、かつ該保護層を含む前記
圧電基板上に半導体層を設けたことを特徴とする。ここ
で、前記半導体層は例えば比抵抗値が１０²〜１０⁷Ω
・ｃｍである。

【００１２】また、その製造方法は、圧電基板上に薄膜
形成法により金属層を形成する工程と、該金属層上に薄
膜形成法により塩素に対し耐腐食性を有する保護層を積
層する工程と、該保護層上に所定電極形状のフォトレジ
スト層を形成する工程と、前記フォトレジスト層で覆わ
れていない保護層をパターニング除去する工程と、パタ
ーニングされた保護層で覆われていない金属層を主に塩
素でもってエッチング除去し、所定電極形状の励振電極
層を形成する工程と、前記フォトレジスト層を除去する
工程と、前記保護層を含む前記圧電基板上に半導体層を
積層する工程と、を含む。

【００１３】ここで、金属層の主に塩素によるエッチン
グは通常乾式で行うが湿式でもよい。また、半導体層上
にさらに必要に応じて保護層として樹脂などの絶縁層を
設けてもよい。

【００１４】なお、保護層はケイ酸化物が塩素イオン及
び水酸化イオンから励振電極層を保護する上で好適であ
り、例えばシリカや窒化シリコン等が好適に使用可能で
ある。また、半導体層とは例えばシリコン等が作製が容
易である点で好適であり、樹脂又はガラス等に炭素や金
属材料などの導電材料を含有させた複合材料等であって
もよい。なお、半導体層は励振電極層や保護層の側面を
も覆うようにしてもよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の形態に
ついて図面に基づき詳細に説明する。本発明の弾性表面
波装置Ｓは、例えば図１に示すように、直列接続された
複数の弾性表面波共振器１と並列接続された複数の弾性
表面波共振器２から構成され、いわゆるバランス型フィ
ルタなどの弾性表面波フィルタを指すが、特にこれに限
定されるものではなく、各種形状、接続態様のＳＡＷフ
ィルタやＳＡＷレゾネータ等であってもよい。

【００１６】図１に示す弾性表面波装置Ｓは、複数の直
列接続された弾性表面波共振器１でもってローパスフィ
ルタを構成し、並列接続された弾性表面波共振器２でも
ってハイパスフィルタを構成して所望の特性を得るもの
である。

【００１７】ここで、図２に示すように、弾性表面波共
振器１又は２は、それぞれタンタル酸リチウム単結晶、
ニオブ酸リチウム単結晶、又は四ホウ酸リチウム単結晶
などの圧電基板（以下、単に基板ともいう）３上に、ア
ルミニウムやアルミニウムを主成分とする合金（Ａｌ−
Ｓｉ系，Ａｌ−Ｃｕ系，Ａｌ−Ｔｉ系等）から成る励振
電極であるＩＤＴ電極４を配置するとともに、ＩＤＴ電
極４の両端にＩＤＴ電極４と同様な材質から成る反射器
５をそれぞれ配置している。

【００１８】さらに、これらＩＤＴ電極４及び反射器５
上に、図３に示すように、ＳｉＯ₂（シリカ）やＳｉ₃
Ｎ₄（窒化シリコン）の塩素に対し耐腐食性を有する保
護層７が設けられる。すなわち、少なくとも励振電極層
９の上面にこのような保護層７が設けられ、さらに、少
なくともこの保護層７上にシリコン（比抵抗が約４×１
０⁵Ω・ｃｍ）や樹脂又はガラス等に炭素や金属材料な
どの導電材料を含有させた複合材料等の半導体材料等の
比抵抗値が１０²〜１０⁷Ω・ｃｍの半導体層１０を積
層している。

【００１９】そして、このようにして構成された基板３
に、図２に示すように波長λの弾性表面波をＸ方向に伝
搬させるようにしたものである。なお、図２では簡単の
ため励振電極層９上の保護層７や半導体層１０の図示を
省略しており、弾性表面波共振器の一部を図示したもの
としている。

【００２０】このような弾性表面波装置Ｓでは、異物が
励振電極層９に接触することが防止されるので、異物付
着による特性劣化が極力防止される。また、圧電基板の
焦電性から生じる放電により、励振電極等の電極の破壊
が極力防止される。そして、このような効果は半導体層
の比抵抗値が１０²〜１０⁷Ω・ｃｍの範囲内でかつ５
ｎｍ＜ｈS ＜１００ｎｍ（ただし、ｈS ：半導
体層の厚さ）を満足しなければならない。すなわち、こ
の数値より比抵抗値が小さいと特性が劣化し、逆に大き
いと絶縁破壊が生じやすくなるのである。また、ｈS が
５ｎｍより小さいと保護膜としての効果がなく、また１
００ｎｍより大であると挿入損失が増大したり、通過帯
域幅が狭くなるからである。

【００２１】なお、弾性表面波装置は上記の形態に限定
されるものではなく、圧電基板上に励振電極等の電極が
配設され、励振電極上に保護層が形成され、この保護層
を含む圧電基板上に半導体層が被覆されるようにしたも
のであればよく、圧電基板、励振電極、半導体層等の材
質についても上記のものに限定されず、要旨を逸脱しな
い範囲で適宜変更し実施が可能である。

【００２２】次に、本発明の弾性表面波装置の製造方法
の一例について図４に基づき説明する。図４（ａ）に示
すように、圧電基板３上に例えばＡｌ−Ｃｕ合金膜の金
属層６を３００〜５００ｎｍ程度の膜厚で成膜する。こ
の膜厚は弾性表面波装置の最適な設計に合わせて適宜設
定すればよい。ここで、Ｃｕの含有量は０．２〜３．０
ｗｔ％が好ましい。なぜなら、０．２ｗｔ％より少ない
とＣｕを添加した効果が現れず、高い電力に対する耐性
が生じないからであり、３．０ｗｔ％より多いと膜の導
電率が低下し好ましくないからである。この金属層６の
成膜方法としてはスパッタ法，蒸着法など各種薄膜形成
法を採用するが、Ｃｕの含有量を制御するにはスパッタ
法が最も好ましい。

【００２３】次に、図４（ｂ）に示すように、保護層７
を１００ｎｍ以下の膜厚で成膜する。保護層７の材料と
しては、例えば塩素系のガスに耐性を有し、塩素系以外
のエッチング媒体でエッチング可能なものがよく、例え
ば、ＳｉＯ₂，Ｓｉ₃Ｎ₄など塩素系ガスでのエッチン
グレートが非常に小さいものが好ましいが、Ｓｉなどの
半導電性の膜でもよい。この保護層７の成膜方法として
はスパッタ法，蒸着法など各種薄膜形成法を採用する。

【００２４】次に、図４（ｃ）に示すように、保護層７
上にフォトリソグラフィの工程により所定電極形状のフ
ォトレジスト層８をパターニング形成する。

【００２５】次に、図４（ｄ）に示すように、ＣＦ₄や
Ｏ₂ガスを用いて保護層７を電極パターンにドライエッ
チングする。

【００２６】さらに、図４（ｅ）に示すように、ＣＣｌ
₄，Ｃｌ₂，ＢＣｌ₃，ＰＣｌ₃，ＳｉＣｌ₄などのエ
ッチングガスを用いて、金属層６を電極パターンにドラ
イエッチングして励振電極層９を形成する。この例のよ
うに、励振電極層９がＡｌ−Ｃｕ合金のように局部電池
効果が生じやすいものであっても、保護層７の存在によ
り合金中に析出しているＣｕ粒子周辺のＡｌがエッチン
グガス中のＣｌ^-イオンに反応することはなく、励振電
極層９を確実に保護することができる。

【００２７】そして、図４（ｆ）に示すように、フォト
レジスト層８を剥離除去した後に例えばシリコンの半導
体層１０を積層する。この半導体層１０により、圧電基
板３の焦電性が原因で発生する電極のスパーク発生率を
極力低減させることができる。

【００２８】なお、保護層７と半導体層１０の合計膜厚
は５〜１００ｎｍであることが好ましい。なぜなら、５
ｎｍより薄いと保護膜としての効果が小さくなり、１０
０ｎｍより厚くなるとフィルタ特性の損失が増大するか
らである。

【００２９】不図示のワイヤーボンドパッド部の上面に
保護層７が被覆されないパターンに形成されるが、この
ような保護層７の開口部がなくともワイヤーボンディン
グは可能である。

【００３０】

【実施例】次に、本発明の具体的な実施例について説明
する。図１に示すように、直列及び並列の弾性表面波共
振器の数はそれぞれ４以下のものを用意した。また、基
板３の材料として３６°回転Ｙカット−Ｘ伝搬のタンタ
ル酸リチウム単結晶を、ＩＤＴ電極４及び反射器５の材
料としてはＡｌ−Ｃｕ合金を用いた。

【００３１】まず、図４（ａ）に示すように、基板にス
パッタ法によりＡｌ−０．５ｗｔ％Ｃｕ膜を３５０ｎｍ
成膜した。次いで、図４（ｂ）に示すように、スパッタ
法によりＳｉＯ₂膜を５ｎｍ成膜した。そして、図４
（ｃ）に示すように、電極指のパターン形状にフォトリ
ソグラフィを行い、エッチング用レジストパターンを形
成した。その後、図４（ｄ）に示すように、塩素ガスを
用いたドライエッチングによりＳｉＯ₂膜を電極指のパ
ターンにエッチングした。すなわち、エッチングガスと
してはＣＦ₄ガスとＯ₂ガスを用いた。さらに、図４
（ｅ）に示すように、パワー１１０Ｗ，ガス圧１８Ｐ
ａ，ＢＣｌ₃／Ｃｌ₂／ＣＨＣｌ₃／Ｎ₂＝１３０／３
５／９／６０ｓｃｃｍの条件で３０〜４０秒間、Ａｌ−
Ｃｕ膜をエッチングした。そして、図４（ｆ）に示すよ
うに、フォトレジストを除去した後、Ｓｉ膜の反転した
パターンにフォトリソグラフィーを行い、リフトオフ用
レジストパターンを形成し、次いで、蒸着法により、Ｓ
ｉ膜を２０ｎｍの厚みに成膜した。次いで、リフトオフ
法によりＳｉ膜の余分な部分を除去し弾性表面波フィル
タを得た。また、上記と同様に金属層においてＣｕの含
有率１．０ｗｔ％，２．０ｗｔ％でもサンプルを作製し
た。

【００３２】出来上がった各々の弾性表面波フィルタの
電極表面を顕微鏡にて観察したが、局所的な過剰エッチ
ング（１μm 径程度の腐食痕）は見られなかった。また
その後純水を切削水としてダイシングをおこなったが、
電極の局所的溶解は生じなかった。

【００３３】また、基板の焦電性が原因で発生するスパ
ークの発生について調べたところ、多数のサンプルに対
して、約１５０℃のホットプレート上に弾性表面波フィ
ルタチップを３０分間載置し、その後、スパークによる
損傷を顕微鏡で観察してもそのような損傷は全く見られ
なかった。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、励振電極層上に塩素に
対し耐腐食性を有する保護層を設けたので、デュプレク
サ等に使用される弾性表面波フィルタのように、例えば
Ａｌ−Ｃｕ合金のようにＡｌとＡｌよりイオン化傾向の
低い金属との合金で形成された励振電極の作製時等に、
局所的に過剰エッチングが生じたり、ダイシング時等に
溶解したりすることが極力防止され、特性劣化のない弾
性表面波装置を提供できる。

【００３５】また、圧電基板上及び励振電極の上部に半
導体層を設けたので、圧電基板の焦電性によるスパーク
の発生率を皆無とすることができ、信頼性の非常に優れ
た弾性表面波装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例の弾性表面波装置を示す
平面図である。

【図２】本発明に係る弾性表面波装置を構成する弾性表
面波共振器を示す平面図である。

【図３】本発明に係る弾性表面波装置のＩＤＴ電極を説
明する図であり、図２におけるＡ−Ａ線一部断面図であ
る。

【図４】（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ本発明に係る弾性
表面波装置の製造工程を説明する断面図である。

【符号の説明】

１・・・弾性表面波共振器（直列用）２・・・弾性表面波共振器（並列用）３・・・基板４・・・ＩＤＴ電極（励振電極）５・・・反射器６・・・金属層７・・・保護層８・・・フォトレジスト層９・・・励振電極層１０・・・半導体層Ｓ・・・弾性表面波装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電基板上に励振電極層を設けるととも
に、該励振電極層上に塩素に対し耐腐食性を有する保護
層を設け、かつ該保護層を含む前記圧電基板上に半導体
層を設けたことを特徴とする弾性表面波装置。
【請求項２】圧電基板上に薄膜形成法により金属層を
形成する工程と、該金属層上に薄膜形成法により塩素に
対し耐腐食性を有する保護層を積層する工程と、該保護
層上に所定電極形状のフォトレジスト層を形成する工程
と、前記フォトレジスト層で覆われていない保護層をパ
ターニング除去する工程と、パターニングされた保護層
で覆われていない金属層を主に塩素でもってエッチング
除去し、所定電極形状の励振電極層を形成する工程と、
前記フォトレジスト層を除去する工程と、前記保護層を
含む前記圧電基板上に半導体層を積層する工程と、を含
む弾性表面波装置の製造方法。