KR100241805B1 - Polar making method of saw - Google Patents
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Abstract
본 발명은 증착, 스퍼터, IBS(Ion Beam Sputtering), CVD(Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 CVD, MBE(Molecular Beam Epitaxy), ICB(Ionized Cluster Beam), 또는 레이저 아블레이션 등의 막 형성법을 이용한 성막 프로세스에 있어서, 소정의 이온 에너지에서 이온 어시스트를 행하면서 결정 방위적으로 일정 방향으로 배향되도록 전극 재료를 압전 기판 위에 성막시키는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 소자의 전극 형성 방법을 제공한다.The present invention is a film forming process using a film formation method such as deposition, sputtering, ion beam sputtering (IBS), chemical vapor deposition (CVD), plasma CVD, molecular beam epitaxy (MBE), ionized cluster beam (ICB), or laser ablation. An electrode material is formed on a piezoelectric substrate so as to be oriented in a predetermined direction in a crystallographic orientation while performing ion assist at a predetermined ion energy.
Description
제1도는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 의해 LiTaO3위에 형성시킨 (111)배향을 갖는 에피택셜 Al막(에피택셜 Al막)의 결정구조를 보여주는 RHEED사진이다.1 is a RHEED photograph showing the crystal structure of an epitaxial Al film (epitaxial Al film) having a (111) orientation formed on LiTaO 3 by a method according to an embodiment of the present invention.
제2도는 이온 어시스트를 병용하지 않는 종래의 방법에 의해 형성된 (111)배향을 갖는 에피택셜 Al막의 결정구조를 보여주는 RHEED 사진이다.2 is a RHEED photograph showing the crystal structure of an epitaxial Al film having a (111) orientation formed by a conventional method without using ion assist.
제3도는 본 발명의 SAW소자의 전극형성 방법에 따라 전극을 형성시킨 SAW소자(이중 모드 탄성표면파 필터)를 보여주는 평면도이다.3 is a plan view showing a SAW element (dual mode surface acoustic wave filter) in which an electrode is formed according to the electrode forming method of the SAW element of the present invention.
제4도는 본 발명의 SAW 소자의 전극형성 방법에 따라 전극을 형성시킨 이중모드 탄성표면파 필터의 50Ω계 전송 특성을 나타내는 도면이다.4 is a diagram showing the transmission characteristics of the 50Ω system of the dual mode surface acoustic wave filter in which electrodes are formed according to the electrode forming method of the SAW element of the present invention.
제5도는 내 스트레스 마이그레이션 평가 시스템의 개략 구성도이다.5 is a schematic configuration diagram of the stress migration evaluation system within.
제6도는 SAW 필터의 출력으로부터 그의 수명을 판정하는 방법을 설명하기 위한 선도이다.6 is a diagram for explaining a method of determining its life from the output of a SAW filter.
제7도는 제1도의 설명도이며, 각 회절 스포트의 면 지수를 보여주는 도면이다.FIG. 7 is an explanatory diagram of FIG. 1 and shows a surface index of each diffraction spot.
본 발명은 탄성표면파 소자(Surface acoustic wave device, 이하 “SAW 소자”라 한다)의 전극형성 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 압전 기판 위에 박막 형성 방법을 이용하여 전극을 형성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming an electrode of a surface acoustic wave device (hereinafter referred to as a "SAW element"), and more particularly to a method of forming an electrode using a thin film formation method on a piezoelectric substrate.
탄성표면파를 이용한 SAW소자는, 일반적으로 압전성을 갖는 기판의 표면에 빗 형태의 전극으로 이루어진 인터디지탈(interdigital) 전극이나 금속 스트립으로 이루어진 그레이팅(grating) 전극을 형성시키는 것에 의해 구성되며, 텔레비젼 수상기 또는 비데오 테이프 레코더 등에 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 SAW 소자의 전극을 구성하기 위한 재료로는 일반적으로 알루미늄(Al)이 사용되며, 알루미늄은 보통 무정형의 다결정 Al을 사용한다.SAW devices using surface acoustic waves are generally formed by forming an interdigital electrode made of comb-shaped electrodes or a grating electrode made of a metal strip on the surface of a piezoelectric substrate. Widely used in video tape recorders and the like. Aluminum (Al) is generally used as a material for forming an electrode of such a SAW device, and aluminum generally uses amorphous polycrystalline Al.
또, SAW 소자는 최근에 고주파 영역의 송수신 소자 또는 공진자에 널리 이용되고 있으며, 특히 이동통신용의 휴대기기의 소형, 경량화를 위해 휴대기기의 통신단의 고주파 대역통과 여파기로 쓰이는 여파기로 이용될 것으로 기대되고 있다.In addition, SAW devices have recently been widely used in high-frequency transmission / reception devices or resonators. In particular, SAW devices are expected to be used as filters used as high-frequency bandpass filters in communication terminals of mobile devices to reduce the size and weight of mobile devices. It is expected.
SAW소자는 텔레비전 수상기나 비데오 테이프 레코더 등의 용도로 사용되는 경우에는 1mW정도의 낮은 인가 전압 레벨에서 사용되지만, 이동통신, 특히 송신용으로 사용되는 경우에는 고전압 레벨의 신호가 SAW 소자에 인가된다. 예를 들면 무선전화기용의 SAW 필터에는 약 20mW 정도의 매우 높은 전력이 인가된다(제14차 초음파 일렉트로닉의 기초와 응용에 관한 심포지움, 1993년 12월 9일, 일본). 따라서, 전극(Al전극)에 탄성표면파에 의한 큰 응력이 가해져서 전극에 마이그레이션(migration)이 발생한다 이 마이그레이션은 응력에 의한 마이그레이션이기 때문에, 스트레스 마이그레이션(stress migration)이라 불리운다. 스트레스 마이그레이션이 발생하면, 전기적 단락이나, 삽입손실의 증가, 공진자의 Q(quality factor)값의 저하를 초래하며, SAW 소자의 성능을 저하시킨다고 하는 문제가 있다.The SAW element is used at an applied voltage level as low as 1 mW when it is used for a television receiver, a video tape recorder, or the like, but a signal having a high voltage level is applied to the SAW element when used for mobile communication, especially for transmission. For example, a very high power of about 20 mW is applied to a SAW filter for a cordless telephone (Symposium on the Basics and Applications of the Fourteenth Ultrasonic Electronics, December 9, 1993, Japan). Therefore, a large stress is applied to the electrode (Al electrode) due to surface acoustic waves, and migration occurs to the electrode. Since this migration is caused by stress, it is called stress migration. When a stress migration occurs, there is a problem that an electrical short, an insertion loss increases, a Q (quality factor) value of the resonator is lowered, and the performance of the SAW element is lowered.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, (111)면이 기판면에 평행을 이루며 배향 축이 [111]인 Al막 또는 Al 합금(예를 들면, Al-Cu 합금) 막을 전극 재료로 이용하는 SAW 소자가 제안되었다(일본특허공개 제5-183373호).In order to solve this problem, a SAW device has been proposed in which an (111) plane is parallel to the substrate surface and an Al film or an Al alloy (for example, Al-Cu alloy) film having an orientation axis of [111] is used as an electrode material. (Japanese Patent Laid-Open No. 5-183373).
그러나, 상기 (111)면이 기판면에 평행인 Al막 또는 Al합금 막은 스트레스 마이그레이션에 대한 내성은 향상되어 있긴 하지만 그 내성 향상 효과가 반드시 만족스럽지는 않다. 따라서, 이러한 상황하에서, 스트레스 마이그레이션에 대한 내성이 보다 한층 커진 전극을 형성할 수 있는 전극 형성 방법이 요구되어 왔다.However, although the Al film or Al alloy film whose (111) plane is parallel to the substrate surface has improved resistance to stress migration, the effect of improving the resistance is not necessarily satisfactory. Therefore, under such circumstances, there has been a demand for an electrode forming method capable of forming electrodes with a higher resistance to stress migration.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여, 큰 전력이 인가되는 경우에도 우수한 내(耐) 스트레스 마이그레이션 특성(stress migration resistance)을 발휘하는 전극을 형성할 수 있는 SAW 소자의 전극형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electrode forming method of an SAW device capable of forming an electrode exhibiting excellent stress migration resistance even when a large power is applied. It is done.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명자들은 전극의 스트레스 마이그레이션에 대하여 광범위한 검토를 행한 결과, 종래의 (111)면으로 배향된 결정구조를 갖는 Al 막에 있어서는, 기판 결정과 금속결정과의 불일치가 많은 경우에 결정구조에 불규칙성이 많이 발생하고, 탄성 표면파에 의한 스트레스 마이그레이션이 유발되어 일어나는 것에 주목하고, 실험과 검토를 계속하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.In order to achieve the above object, the present inventors have conducted extensive studies on the stress migration of electrodes, and as a result, in the Al film having a crystal structure oriented in the conventional (111) plane, there is a mismatch between the substrate crystal and the metal crystal. In many cases, it is noted that many irregularities occur in the crystal structure, stress migration caused by surface acoustic waves is caused, and experiments and studies have been continued to complete the present invention.
즉, 본 발명의 SAW 소자의 전극형성 방법은, 압전 기판을 준비하는 공정과, 소정의 이온 에너지로 이온 어시스트(ion assistance)를 행하면서 일정한 결정방향을 갖도록 배향되도록 전극 재료를 압전 기판 위에 박막 형성법에 의해 막 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 박막 형성법으로는, 스퍼터링(sputtering), IBS(ion Beam Sputtering), CVD(Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 CVD(plasma CVD), MBE(Molecular Beam Epitaxy), ICB(Ionized Cluster Beam), 레이저 아블레이션(Laser ablation) 등의 각종 막형성 방법을 이용할 수 있지만, 이들 방법에만 한정되는 것은 아니고 다른 막 형성방법을 이용할 수도 있다.In other words, the electrode forming method of the SAW element of the present invention comprises the steps of preparing a piezoelectric substrate, and forming a thin film on the piezoelectric substrate so that the electrode material is oriented so as to have a predetermined crystallographic direction while performing ion assistance with a predetermined ion energy. It is characterized by including the process of forming a film | membrane. As the thin film forming method, sputtering, ion beam sputtering (IBS), chemical vapor deposition (CVD), plasma CVD (plasma CVD), molecular beam epitaxy (MBE), ionized cluster beam (ICB), laser ablation ( Various film forming methods such as laser ablation) can be used, but not limited to these methods, other film forming methods may be used.
상기한 바와 같이, 각종의 박막 형성법을 이용한 막 형성공정에 있어서, 이온 어시스트를 행하면서, 결정의 방향이 일정하도록 전극 재료를 압전 기판 위에 막 형성시킴으로써 결정 결함이 극히 적은 에피택셜 막을 형성할 수 있으며, 내 스트레스 마이그레이션 특성이 우수하고 내구성이 큰 전극을 형성할 수 있다.As described above, in the film forming process using various thin film forming methods, an epitaxial film having extremely few crystal defects can be formed by forming an electrode material on the piezoelectric substrate so that the crystal direction is constant while performing ion assist. In addition, it is possible to form an electrode having excellent stress migration characteristics and high durability.
본 발명에 따른 SAW 소자의 전극 형성방법에 있어서, 성막된 전극의 결정방위를 (111)면이 기판 표면에 평행하게 배향되도록 하는 것이 바람직하며, 그 이유는 다음과 같다.In the electrode forming method of the SAW element according to the present invention, it is preferable that the (111) plane is oriented parallel to the substrate surface in the crystal orientation of the deposited electrode, and the reason is as follows.
즉, (111)면에 배향된 전극은 가장 밀집된 충전층이고, 따라서 전극면 내에는 원자배열의 불규칙성이 없다. 그래서, 가해진 응력을 전극전체에 균일하게 분산시키는 것이 가능하며, 내 스트레스 마이그레이션 특성을 향상시킬 수 있다. 또, 결정 경계면이 없게 되고 결정 결함이 극히 적기 때문에, 결정 경계면에서의 확산 및 결정 결함에 기인하는 확산을 억제할 수 있다.In other words, the electrode oriented on the (111) plane is the most packed packed layer, and thus there is no irregularity of atomic arrangement in the electrode plane. Therefore, it is possible to uniformly disperse the applied stress throughout the electrode, and to improve the stress migration resistance. In addition, since there is no crystal interface and there are very few crystal defects, diffusion at the crystal boundary and diffusion due to the crystal defect can be suppressed.
또한, 이온 어시스트의 경우, 200∼1000eV의 이온에너지에 의해 이온 어시스트를 행하는 것이 바람직하다.In addition, in the case of ion assist, it is preferable to perform ion assist by ion energy of 200-1000 eV.
이것은, 이온 에너지가 200eV 미만인 경우 금속 원자에 충분한 에너지를 부여할 수 없고, 또 1000eV를 초과하면 어시스트 이온에 의한 금속원자의 스퍼터효과가 지나치게 증가되어 막 성장이 이루어지지 않기 때문이다. 그리고, 전류밀도 0.01~10.0mA/cm2의 어시스트 이온 전류에 의해 이온 어시스트를 행하는 것이 바람직하다.This is because when the ion energy is less than 200 eV, sufficient energy cannot be imparted to the metal atoms, and when the ion energy exceeds 1000 eV, the sputtering effect of the metal atoms due to the assist ions is excessively increased to prevent film growth. And it is preferable to perform ion assist with the assist ion current of 0.01-10.0 mA / cm <2> in current density.
이것은, 어시스트 전류의 전류밀도가 0.01mA/cm2이만의 경우에는 금속원자에 충분한 에너지가 부여되지 않고, 전류밀도가 10.00mA/cm2을 초과하는 경우에는 어시스트 이온에 의한 금속원자의 스퍼터 효과가 지나치게 커져서 막 성장이 이루어지지 않기 때문이다.This means that when the current density of the assist current is less than 0.01 mA / cm 2 , sufficient energy is not applied to the metal atoms, and when the current density exceeds 10.00 mA / cm 2 , the sputtering effect of the metal atoms due to the assist ions is prevented. This is because the growth is not so great that it grows too much.
그리고, 어시스트 이온으로는 He+, Ne+, Ar+, Kr+, Xe+중에서 적어도 1종을 사용하는 것이 바람직하다.And as an assist ion, it is preferable to use at least 1 sort (s) from He + , Ne + , Ar + , Kr + , Xe + .
이러한 어시스트 이온을 사용함으로써 충분한 이온 어시스트 효과를 얻을 수 있으며, 결정 결함이 극히 적은 에피택셜 막을 확실하게 형성할 수 있다. 또 이들은 불활성 기체 이온이기 때문에 금속원자, 기판원자와 반응하지 않고 에너지를 부여할 수가 있다.By using such assist ions, a sufficient ion assist effect can be obtained, and an epitaxial film with very few crystal defects can be reliably formed. Since these are inert gas ions, energy can be imparted without reacting with metal atoms or substrate atoms.
또, 어시스트 이온의 기판에의 입사각도를 기판면에 대한 법선(法線)에 대하여 0∼60°의 각도로 하는 것이 바람직하다. 입사각도가 이 범위를 벗어나는 경우에는 금속이온에 효율적으로 에너지를 공급할 수 없다.Moreover, it is preferable to make the angle of incidence of an assist ion into a board | substrate into the angle of 0-60 degrees with respect to the normal line with respect to a board | substrate surface. If the angle of incidence is outside this range, energy cannot be efficiently supplied to the metal ions.
막 형성 속도는 0.1∼50Å/초의 범위로 하는 것이 바람직하다. 이는 막 형성속도가 0.1Å/초 이하인 경우에는 금속원자가 응집되어 결정립(crystal grain)으로 성장하기 때문이며, 50Å/초를 초과하는 경우에는 금속원자가 규칙적으로 배열되기 진에 막이 성장하기 때문이다.It is preferable to make the film formation speed into the range of 0.1-50 microseconds / sec. This is because when the film formation rate is 0.1 ms / sec or less, the metal atoms aggregate and grow into crystal grains. When the film formation rate exceeds 50 ms / sec, the film grows because the metal atoms are regularly arranged.
막 형성시의 기판 가열온도는 0∼400℃로 하는 것이 바람직한데, 이는 에피택셜 성장에는 금속원자가 기판표면에서 최적으로 마이그레이션하는 것이 필요하기 때문이다.The substrate heating temperature at the time of film formation is preferably 0 to 400 ° C, because epitaxial growth requires optimal migration of metal atoms from the substrate surface.
또한, 막 형성은 10-3mmHg 이하의 진공도에서 행하는 것이 바람직한데, 이는 막 중에 잔류 가스가 혼입되어 결정구조를 불규칙하게 만드는 것을 방지하기 위해서이다.In addition, the film formation is preferably performed at a vacuum degree of 10 -3 mmHg or less, in order to prevent the incorporation of residual gas into the film to make the crystal structure irregular.
전극 재료로는, Al과 같이 면심 입방구조를 갖는 금속, 또는 첨가물을 함유한 면심입방 구조를 갖는 금속을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 이들이 (111)면에 있어서 가장 밀집된 구조를 갖기 때문이다. Al 대신에 Ag, Au 또는 Ni등 면심입방 구조를 갖는 금속을 선택할 수도 있다.As the electrode material, it is preferable to use a metal having a face centered cubic structure such as Al, or a metal having a face centered cubic structure containing an additive. This is because they have the most dense structure in the (111) plane. Instead of Al, a metal having a face-centered cubic structure such as Ag, Au, or Ni may be selected.
첨가물로는 Ti, Cu 및 Pb 가운데 적어도 1종을 0.1 내지 5.0중량%의 양으로 사용하는 것이 바람직하다.As an additive, it is preferable to use at least 1 sort (s) among Ti, Cu, and Pb in the quantity of 0.1-5.0 weight%.
이것은 Ti, Cu 및 Pb중 적어도 하나를 첨가함으로써 내 스트레스 마이그레이션 특성을 더욱 향상시킬 수 있게 만든다. 그러나, 이들 첨가물의 양이 0.5중량% 미만인 경우에는 첨가효과가 거의 나타나지 않으며, 반면에 5.0중량%를 초과하는 경우에는 저항율이 증대되기 때문에, 이들 첨가물은 0.1∼5.0중량%의 범위에서 첨가하는 것이 바람직하다.This makes it possible to further improve the stress migration resistance by adding at least one of Ti, Cu and Pb. However, when the amount of these additives is less than 0.5% by weight, the effect of addition is hardly observed. On the other hand, when the amount exceeds 5.0% by weight, the resistivity is increased. Therefore, it is recommended that these additives be added in the range of 0.1 to 5.0% by weight. desirable.
압전 기판으로는, 수정, LiTaO3, LiNbO3, Li2B4O7, 및 ZnO중에서 선택된 적어도 1종으로 이루어진 압전 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 결정표면에서의 산소원자 밀도가 높아서(특히 수정, LiTaO3, LiWbO3는 산소의 최고 밀집충전 구조를 갖는다), 기판의 원자 배열에 의한 효과를 쉽게 금속 원자에 부여할 수 있기 때문이다.As the piezoelectric substrate, it is preferable to use a piezoelectric substrate composed of at least one selected from quartz, LiTaO 3 , LiNbO 3 , Li 2 B 4 O 7 , and ZnO. This is because the oxygen atom density at the crystal surface is high (particularly, crystals, LiTaO 3 and LiWbO 3 have the highest density-filling structure of oxygen), so that the effect of the atomic arrangement of the substrate can be easily given to the metal atoms.
상술한 바와 같이, 본 발명의 SAW 소자의 전극형성 방법에 있어서는, 각종의 박막 형성법을 이용한 막 형성 공정에 있어서, 소정의 이온 에너지로 이온 어시스트를 행하여 결정방위각으로 일정방향으로 배향되도록 전극재료를 압전기판 위에 성막시킴으로써, 결정 결함이 극히 적은 에피택셜 막을 형성하는 것이 가능하고, 내 스트레스 마이그레이션 특성이 우수한 전극을 형성할 수 있다.As described above, in the electrode forming method of the SAW element of the present invention, in the film forming step using various thin film forming methods, the electrode material is piezoelectric so as to be oriented in a predetermined direction at a crystal azimuth by performing ion assist with predetermined ion energy. By forming a film on the substrate, it is possible to form an epitaxial film with very few crystal defects and to form an electrode having excellent stress migration resistance.
또한, 본 발명의 방법에 의해 형성된 전극은, 결정 결함이 극히 적기 때문에 내 일렉트로마이크레이션 특성이나 열 안정성이 우수할 뿐만 아니라, 습식 식각(wet etching)에서의 가공성도 우수하다.In addition, since the electrode formed by the method of the present invention has extremely few crystal defects, not only the electromigration resistance and thermal stability are excellent, but also the workability in wet etching is excellent.
또한, 기판과 전극(막)과의 사이의 계면이 극히 안정화되고 합금을 형성하지 않기 때문에, 전극간의 저항(IR)의 저하를 방지할 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 SAW소자 전극 형성법에서는, 막 형성 공정에 있어서 이온 어시스트를 병용하기 때문에 기판 결정과 금속막 결정과의 불일치가 ±20%이상인 경우에도 에피택셜 막을 얻을 수 있다.Moreover, since the interface between a board | substrate and an electrode (film) is extremely stabilized and an alloy is not formed, the fall of resistance IR between electrodes can be prevented. Furthermore, in the SAW element electrode forming method according to the present invention, since the ion assist is used in the film forming step, the epitaxial film can be obtained even when the discrepancy between the substrate crystal and the metal film crystal is ± 20% or more.
또한, 첨가물의 비율이 증가되는 경우에도 결정결함이 극히 적은 에피택셜막을 얻을 수 있기 때문에, 첨가물을 충분한 비율로 첨가하여 내 스트레스마이그레이션 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, since the epitaxial film having extremely low crystal defects can be obtained even when the proportion of the additive is increased, the stress migration resistance can be improved by adding the additive in a sufficient ratio.
또, 본 발명의 SAW 소자의 전극 형성 방법에 의하면, 저온에서 전극을 형성하는 것이 가능하기 때문에 전극 형성시에 압전 기판이 받는 손상(웨이퍼 손상)을 경감시킬 수 있다.Moreover, according to the electrode formation method of the SAW element of this invention, since an electrode can be formed at low temperature, the damage (wafer damage) which a piezoelectric board | substrate receives at the time of electrode formation can be reduced.
상기한 그리고 그 외의 본 발명의 목적, 특징 및 장점들은 첨부된 도면과 함께 이하에 이어지는 발명의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백해질 것이다.These and other objects, features and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following detailed description of the invention, taken in conjunction with the accompanying drawings.
이하, 본 발명의 실시예를 나타내어 본 발명의 특징을 보다 상세히 설명한다. 제3도는 본 발명의 전극형성방법에 의해 형성된 전극을 갖는 SAW소자(이중 모드 탄성표면파 필터)(7)를 보여주는 평면도이다.Hereinafter, the features of the present invention will be described in more detail with reference to examples of the present invention. 3 is a plan view showing a SAW element (dual mode surface acoustic wave filter) 7 having electrodes formed by the electrode forming method of the present invention.
제3도에 나타낸 이중 모드 SAW 필터(7)에 있어서, 압전 기판(1)의 표면의 중앙부에 상하 (2)단의 각 인터디지탈 전극(2a)이 형성되어 있고, 그의 양측에는 각각 인터디지탈 전극(2b)이 형성되어 있다. 또한 인터디지탈 전극(2b)의 양측에는 그레이팅 전극(반사기)(2c)가 각각 구비되어 있다.In the dual mode SAW filter 7 shown in FIG. 3, interdigital electrodes 2a at the upper and lower ends are formed at the center of the surface of the piezoelectric substrate 1, and interdigital electrodes are formed on both sides thereof. (2b) is formed. In addition, grating electrodes (reflectors) 2c are provided on both sides of the interdigital electrode 2b, respectively.
그레이팅 전극(2c)의 외부의 중간 부위에는 빗(comb) 형태의 용량 전극(4)이 형성되어 있다. 그리고, 인터디지탈 전극(2a)으로부터는 와이어를 통하여 리드 단자(3)가 인출되어 있다. 인터디지탈 전극들(2b)은 배선 패턴(5)에 의해서로 접속되어 있으며, 또 부가의 배선 패턴(5)에 의해 용량 전극(4)에 접속되어 용량을 부여받는다. 그리고 용량 전극(4)으로부터는 리드 단자(6)가 인출되어 있다.A capacitive electrode 4 in the form of a comb is formed in the intermediate portion outside the grating electrode 2c. And the lead terminal 3 is pulled out from the interdigital electrode 2a via a wire. The interdigital electrodes 2b are connected to each other by the wiring pattern 5, and are connected to the capacitor electrode 4 by the additional wiring pattern 5 to receive a capacitance. The lead terminal 6 is drawn out from the capacitor electrode 4.
이하, 상기한 SAW 소자의 전극을 형성하는 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of forming the electrode of the SAW element described above will be described.
압전 기판에 각 전극을 형성하기 위해서는, 먼저, LiTaO3로 이루어진 압전기판(1)을 준비하고, 듀얼 이온 빔 스퍼터링(dual ion beam sputtering)법을 이용하여 이온 어시스트를 행하면서 두께 2000Å의 Al 막(전극막)을 압전기판(1)의 한 쪽의 주표면(主面) 전체에 형성시켰다.In order to form each electrode on the piezoelectric substrate, first, a piezoelectric plate 1 made of LiTaO 3 is prepared, and an Al film having a thickness of 2000 Å is formed while performing ion assist using a dual ion beam sputtering method. Electrode film) was formed on the entire main surface of one of the piezoelectric plates 1.
여기서 듀얼 이온 빔 스퍼터링법은, 목표하는 기판 주표면과 대향하도록 배치된 스퍼터 타겟에 첫 번째 이온 건으로 비교적 큰 이온 에너지를 갖는 스퍼터링 이온 빔을 조준하여 주사하고, 이와 동시에 두 번째 이온 건으로는 첫 번째 이온 빔의 주사 방향과 다른 소정의 방향으로 비교적 낮은 소정의 이온 에너지를 갖는 어시스트 이온 빔을 조준하여 주사하는 방법을 말한다.Here, the dual ion beam sputtering method aims and scans a sputtering ion beam having a relatively large ion energy with a first ion gun at a sputter target disposed to face a target substrate main surface, while simultaneously scanning the first ion with a second ion gun. A method of aiming and scanning an assist ion beam having a predetermined low ion energy in a predetermined direction different from the scanning direction of the beam.
이때 막 형성 조건은 다음과 같다:The film forming conditions are as follows:
스퍼터 이온 전류:100mASputter ion current: 100 mA
스퍼터 이온 에너지:1000eVSputter ion energy: 1000 eV
어시스트 이온의 종류:Ar+ Type of assist ion: Ar +
어시스트 이온의 전류:50mACurrent of assist ion: 50mA
어시스트 이온 전류 밀도:5mA/cm2 Assist ion current density: 5mA / cm 2
어시스트 이온 에너지:300eVAssist ion energy: 300 eV
어시스트 이온의 입사각:15°Incident angle of assist ions: 15 °
기판온도:100℃Substrate temperature: 100 ℃
막 성장 속도:2Å/초Membrane growth rate: 2 ms / second
막 성장 때의 진공도:5×10--5mmHgMembrane vacuum when growth: 5 × 10- -5 mmHg
제1도는 LiTaO3로 이루어진 압전 기판(1)위에 형성된 전극막(에피택셜 Al막)의 결정 구조를 보여주는 RHEED 사진이다. 제7도는 제1도를 설명하는 도면이며, 각각의 회절 스폿트(diffraction spots)의 면 지수를 보여준다. 제7도에서 볼 수 있는 바와 같이, 결정은 (111)면에서 에피택셜 성장을 한다.1 is a RHEED photograph showing the crystal structure of an electrode film (epitaxial Al film) formed on a piezoelectric substrate 1 made of LiTaO 3 . FIG. 7 is a diagram illustrating FIG. 1 and shows the surface index of each diffraction spot. As can be seen in FIG. 7, the crystals are epitaxially grown on the (111) plane.
제2도는 이온 어시스트를 행하지 않고 종래의 방법에 따라 형성시킨 전극막의 결정구조를 보여주는 RHEED 사진이다.2 is a RHEED photograph showing the crystal structure of an electrode film formed by a conventional method without performing ion assist.
제1도와 제2도로부터, 본 발명의 실시예의 SAW 소자의 전극형성방법에 따라, 소정의 이온 에너지에서 이온 어시스트를 행하면서 전극재료를 압전기판 위에 성막시켜 얻는 전극막은, (111)면에 에피택셜 성장된 결정 결함이 극히 적은 Al막(즉, (111) 배향 에피택셜 Al막)이고, 이온 어시스트를 병용하지 않고 형성시킨 Al 막에 비해 결정상태가 양호한 것을 알 수 있다.1 and 2, according to the electrode forming method of the SAW element of the embodiment of the present invention, an electrode film obtained by depositing an electrode material on a piezoelectric plate while performing ion assist at a predetermined ion energy is formed on the (111) plane. It can be seen that the Al film (that is, the (111) oriented epitaxial Al film) having only a small amount of crystal grown crystal defects is in a better crystal state than the Al film formed without using ion assist in combination.
RHEED 패턴을 해석한 결과, 이 Al 막의 에피택셜 관계는 다음에 표시되는 관계라는 것을 확인할 수 있었다.As a result of analyzing the RHEED pattern, it was confirmed that the epitaxial relationship of this Al film is the relationship shown next.
(111)[101] Al /(012)[100] LiTaO3 (111) [101] Al / (012) [100] LiTaO 3
다음에, 압전 기판(1)의 한쪽의 주표면 전체에 형성시킨 Al 막을 사진석판술에 의해 가공하고, 압전 기판(1)의 표면에 인터디지탈 전극(2a,2b), 그레이팅 전극(2c), 용량전극(4), 배선 패턴(5)을 각각 형성시킴으로써 제3도에 나타낸 이중 모드 SAW 필터(7)를 제작하였다.Next, an Al film formed on the entire main surface of one of the piezoelectric substrates 1 is processed by photolithography, and the interdigital electrodes 2a and 2b, the grating electrodes 2c, The dual mode SAW filter 7 shown in FIG. 3 was produced by forming the capacitor electrode 4 and the wiring pattern 5, respectively.
이 이중 모드 SAW 필터(7)의 50Ω계 전송 특성을 측정한 결과, 제4도에 나타낸 것과 같은 특성 곡선을 얻었다. 또 제4도의 전송 특성도에서의 횡축은 신호주파수를 표시하고 종축은 SAW 필터(7)를 통과한 신호의 감쇠량을 나타낸다. 제4도에 나타낸 대로, 이 특성곡선에 있어서, 피크 주파수는 380MHz이며, 피크 시점에서의 삽입손실은 약 2.5dB 이었다.As a result of measuring the 50? System transmission characteristics of this dual mode SAW filter 7, a characteristic curve as shown in FIG. 4 was obtained. In the transmission characteristic diagram of FIG. 4, the horizontal axis represents the signal frequency and the vertical axis represents the amount of attenuation of the signal passing through the SAW filter 7. FIG. As shown in Fig. 4, in this characteristic curve, the peak frequency was 380 MHz, and the insertion loss at the peak time point was about 2.5 dB.
또 제5도에 나타낸 시스템을 이용하여, 이중 모드 SAW 필터(7)의 내 전압 특성(내 스트레스 마이그레이션 특성)을 평가하였다.Moreover, the withstand voltage characteristics (stress migration characteristics) of the dual mode SAW filter 7 were evaluated using the system shown in FIG.
이 시스템에 있어서는, 발진기(11)의 출력신호 1W가 파워 앰프(12)에서 전력 증폭되어 그 출력이 SAW필터(7)에 인가된다. 이어서, SAW 필터(7)의 출력 P(t)가 파워 미터(14)에 입력되어 레벨 측정이 행해진다. 파워 미터(14)의 출력은 컴퓨터(15)를 통하여 발진기(11)로 피드백(feed back)됨으로써, 인가신호의 주파수가 항상 전송 특성의 피크 주파수와 동일하게 되도록 조절된다. 또한, SAW필터(7)는 가열되어 그의 열화가 가속되도록 항온조(13)에 보관한다. 상술한 평가에 있어서, 분위기 온도를 85℃로 유지하여 열화를 가속시켰다.In this system, the output signal 1W of the oscillator 11 is amplified by the power amplifier 12 and the output is applied to the SAW filter 7. Next, the output P (t) of the SAW filter 7 is input to the power meter 14 to perform level measurement. The output of the power meter 14 is fed back via the computer 15 to the oscillator 11, whereby the frequency of the applied signal is always adjusted to be equal to the peak frequency of the transmission characteristic. In addition, the SAW filter 7 is heated and stored in the thermostat 13 so that its deterioration is accelerated. In the above evaluation, deterioration was accelerated by maintaining the atmospheric temperature at 85 ° C.
파워 앰프(12)의 출력은 1W(50Ω 계)로 고정하고 초기 출력 레벨P(t) = Po를 측정하여, 소정시간 t가 경과한 후에 출력P(t)가,The output of the power amplifier 12 is fixed at 1 W (50 Ω system) and the initial output level P (t) = Po is measured. After a predetermined time t has elapsed, the output P (t) becomes
P(t)Po - 1.0(dB)P (t) Po-1.0 (dB)
에 도달되는 경우를 SAW 필터 7의 수명 td로 하였다.Was reached, the lifetime td of the SAW filter 7 was determined.
이것은, 출력 P(t)와 시간 t와의 관계가 통상 제6도에 도시한 것과 같은 관계에 있기 때문에 출력 P(t)가 1dB 저하된 시점을 SAW 필터(7)의 수명으로 하여도 문제가 없다고 생각되었기 때문이다.This is because there is no problem even if the lifetime of the SAW filter 7 is at the point where the output P (t) decreases by 1 dB because the relationship between the output P (t) and the time t is as shown in FIG. Because it was thought.
평가된 각 시료 A, B, C, D는 하기에 나타낸 4종류의 전극재료(금속)를 이용하여, 동일한 LiTaO3기판 위에 동일한 형상의 전극을 형성시킨 것이다.Each of the evaluated samples A, B, C, and D was formed by forming electrodes of the same shape on the same LiTaO 3 substrate using four kinds of electrode materials (metals) shown below.
A:랜덤 배향의 순 Al + 1중량%의 구리 전극(종래의 전극)A: Pure Al + 1 wt% copper electrode (traditional electrode) in random orientation
B:(111)배향의 순 Al 전극(종래의 전극)B: Pure Al electrode (traditional electrode) of (111) orientation
C:(111)배향의 에피택셜 순 Al전극(본 발명의 전극)C: epitaxial pure Al electrode of (111) orientation (electrode of this invention)
D:(111)배향의 에피택셜 Al + 1중량% 구리 전극(본 발명의 전극)D: (111) orientation epitaxial Al + 1% by weight copper electrode (electrode of the present invention)
실험결과, 각 시료의 수명은 각각 다음과 같은 것으로 확인되었다:As a result, the life of each sample was confirmed as follows:
A:8시간 이하A: 8 hours or less
B:1750 시간B: 1750 hours
C:2800 시간C: 2800 hours
D:3200 시간 이상D: 3200 hours or more
상기 결과로부터, 종래의 전극을 갖는 시료 A에 비하여, (111)면에 배향된 순 Al 막의 전극을 갖는 시료 B(이온 어시스트를 행하지 않는 종래의 제조방법에 따라 전극을 형성시킨 시료)는 그의 수명이 약 200배 연장되지만, 본 발명의 실시예에 따라 이온 어시스트를 행하면서 성막시킨 에피택셜 순 Al막의 전극을 갖는 시료 C에 있어서는 그의 수명이 약 350배 증가되고, 내구성이 크게 향상되는 것을 알 수 있다.From the above results, compared to Sample A having a conventional electrode, Sample B having a pure Al film electrode oriented on the (111) plane (a sample formed with an electrode according to a conventional manufacturing method without ion assist) has a lifespan thereof. Although about 200 times is extended, Sample C having an electrode of an epitaxial pure Al film formed by performing ion assist according to the embodiment of the present invention shows that its lifespan is increased by about 350 times and its durability is greatly improved. have.
또, 상기 실시예에서는 Al에 첨가물로서 Cu를 첨가한 경우에 관하여 설명하고 있지만, 본 발명의 SAW 소자의 전극 형성방법에 있어서, Al에 첨가하는 것에 의해 수명 연장의 효과를 얻을 수 있는 첨가물은 Cu에 한하지 않고, Ti 또는 Pb를 첨가하는 경우에도 Cu를 첨가하는 경우와 마찬가지의 수명연장 효과를 얻을 수 있다.In the above embodiment, the case where Cu is added as an additive to Al is described. However, in the electrode forming method of the SAW element of the present invention, the additive capable of obtaining the effect of extending the life by adding to Al is Cu. In addition, the life extension effect similar to the case of adding Cu can be obtained also when adding Ti or Pb.
또, 상기 실시예에서는, 박막 형성 방법으로서 듀얼 이온 빔 스퍼터링법을 이용하고, 이온 어시스트를 병용하는 경우에 관하여 설명하고 있지만, 박막 형성법으로는 그 외에도 증착, 스퍼터, CVD, 플라즈마CVD, MBE, ICB, 레이저 아블레이션 등의 각종 박막 형성법을 이용하는 것이 가능하며, 이들 방법을 이온 어시스트와 병용함으로써 상기 실시예에서와 동일한 효과를 얻을 수 있다.In the above embodiment, the dual ion beam sputtering method is used as the thin film forming method and the case where the ion assist is used in combination is described. In addition, as the thin film forming method, vapor deposition, sputtering, CVD, plasma CVD, MBE, and ICB are described. Various thin film formation methods, such as laser ablation, can be used, and the same effects as in the above embodiments can be obtained by using these methods in combination with ion assist.
본 발명은 그 외 다른 점에 있어서도 상기 실시예에만 한정되지 않고, 발명의 요지의 범위 내에서 각종 응용 또는 변형을 가할 수 있다.The present invention is not limited only to the above embodiments in other respects, and various applications or modifications can be applied within the scope of the gist of the invention.
지금까지 본 발명을 상세히 설명하고 예시하였지만, 이는 예시와 설명을 위한 것일 뿐으로서 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 요지와 범위는 첨부된 특허청구의 범위에 의해서만 제한된다.Although the present invention has been described and illustrated in detail, it is only for the purpose of illustration and description and should not be construed as limiting the scope of the invention, which is intended to be limited only by the scope of the appended claims. do.
Claims (11)
Applications Claiming Priority (2)
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Publications (2)
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Family Applications (1)
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1994
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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