KR100559091B1

KR100559091B1 - 높은 내전력성을 갖는 탄성표면파 소자 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100559091B1
Application number: KR1020030075547A
Authority: KR
Inventors: 후지모또하루히꼬; 와가사또시; 사또우다까시; 오자끼교우스께; 마쯔오유따까; 이께다다께시; 가네꼬가즈아끼; 구도오다꾸오
Original assignee: 알프스 덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2003-10-28
Publication date: 2006-03-15
Also published as: US7026743B2; CN1499715A; JP4064208B2; EP1416630A3; US20040086740A1; EP1416630A2; CN1309162C; JP2004153654A; KR20040038754A

Abstract

탄성표면파 소자의 빗살형상 전극부의 빗살부 (13a,14a) 를 Ti 로 이루어지는 제 2 하지층 (20,24), Ta 로 이루어지는 제 1 하지층 (21,25), CuM 합금층 (22,26) (단, 원소 M 은 Ag, Sn, C 중 어느 1 종 또는 2 종 이상임) 의 적층구조로 한다. 이로 인해, CuM 합금층 (22,26) 은 (111) 방위로 배향된 결정성을 지녀 탄성표면파 소자의 스트레스 마이그레이션 내성이 향상된다. 그 결과, 내전력성이 높은 탄성표면파 소자를 얻을 수 있다.

탄성표면파, 빗살부, 제 1 하지층, 제 2 하지층, 내전력성

Description

높은 내전력성을 갖는 탄성표면파 소자 및 그 제조방법{SURFACE ACOUSTIC WAVE DEVICE HAVING HIGH WITHSTANDING-POWER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태인 탄성표면파 소자의 평면도,

도 2 는 도 1 에 나타낸 탄성표면파 소자의 2-2 선 단면도,

도 3 은 본 발명의 제 2 실시형태인 탄성표면파 소자의 빗살형상 전극부의 단면도,

도 4 는 도 1 및 도 2 에 나타낸 탄성표면파 소자의 제조공정을 나타내는 일 공정도,

도 5 는 도 4 다음에 실시되는 일 공정도,

도 6 은 도 5 다음에 실시되는 일 공정도,

도 7 은 도 6 다음에 실시되는 일 공정도,

도 8 은 제 1 하지층, CuAg 합금층, 보호층이 순서대로 적층된 빗살형상 전극부의 제 1 하지층의 막두께와 CuAg 합금의 (111) 결정배향성의 관계를 나타내는 그래프,

도 9 는 제 2 하지층, 제 1 하지층, CuAg 합금층, 보호층이 순서대로 적층된 빗살형상 전극부의 제 2 하지층의 막두께와 CuAg 합금의 (111) 결정배향성의 관계를 나타내는 그래프,

도 10 은 탄성표면파 소자의 빗살형상 전극부를 구성하는 CuAg 합금층 중의 Ag 함유량 및 탄성표면파 소자의 내전력성과의 관계, 및 빗살형상 전극부형성 후의 열처리온도와 형성된 탄성표면파 소자의 내전력성과의 관계를 나타내는 그래프.

본 발명은 고주파대역에서 높은 내전력성을 나타낼 수 있는 전극구조를 갖는 탄성표면파 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

탄성표면파 소자는 기계적 진동에너지가 고체 표면 부근에만 집중하여 전파하는 탄성표면파를 이용한 전자부품으로 필터, 공진기 또는 듀플렉서 등을 구성하기 위해 사용된다.

최근, 휴대전화 등의 이동체 통신단말의 소형화 및 경량화가 급속하게 진행되고 있어 이들 이동체 통신단말에 실장되는 전자부품의 소형화가 요구되고 있다.

탄성표면파 소자는 압전기판의 표면 상에 도전성이며 비중이 작은 재료로 이루어지는 한쌍의 빗살형상 전극 (IDT (인터 디지털 트랜스듀서) 전극) 의 빗살 부분을 서로 다르게 나열하여 배치하는 구성을 갖고 있다. 이와 같은 단순한 구조를 갖는 탄성표면파 소자는 이동체 통신단말에 실장되는 필터, 공진기 또는 듀플렉서를 소형화하는 데에 매우 적합한 소자이다.

종래의 탄성표면파 소자의 빗살형상 전극부의 재료에는 도전성이면서 비중이 작은 Al, 또는 Al 를 주성분으로 하는 합금이 일반적으로 사용되어 왔다 (일본 공 개특허공보 2001-94382호 (제 3 페이지, 도 2)).

그러나, 탄성표면파 소자를 예컨대 송신증폭기의 후단에 위치시키고, 큰 전력이 인가되는 RF 부 (고주파부) 의 안테나 듀플렉서로서 사용하기 위해서는 높은 내전력성이 요구된다. 또한, 이동체 통신단말의 고주파화에 따라 탄성표면파 소자의 동작주파수를 수백 ㎒ 내지 수 ㎓ 로 하는 것도 요구되고 있다.

고주파화를 도모하기 위해서는 탄성표면파 소자의 빗살형상 전극의 빗살부의 폭치수 및 간격폭을 작게 해야 한다. 예컨대, 중심주파수 2㎓ 대 필터에서는 상기 폭치수를 약 0.5㎛ 로 형성해야 하며, 중심주파수 10㎓ 대 필터에서는 상기 폭치수를 약 0.1㎛ 로 형성해야 한다.

이와 같은 미세한 빗살형상 전극에 고압 레벨의 신호가 인가되면 탄성표면파에 의해 빗살형상 전극이 강한 응력을 받는다. 이 응력이 빗살형상 전극의 한계응력을 초과하면 스트레스 마이그레이션이 발생한다. 스트레스 마이그레이션이란, 빗살형상 전극을 구성하는 금속재료 원자가 결정립계 또는 결정안정면을 통로로 이동하여 빗살형상 전극에 공극 (보이드) 이나 돌기 (힐록) 를 발생시키는 현상을 가리킨다. 스트레스 마이그레이션이 발생하면 전극이 파손되고, 전기적 단선의 발생, 소자의 삽입손실의 증가, 공진자의 Q 저하 등을 초래하여 탄성표면파 소자의 특성 열화에 이른다.

특히, 일본 공개특허공보 2001-94382호 (제 3 페이지, 도 2) 에 기재되어 있는 바와 같은 Al 또는 Al 을 주성분으로 하는 합금으로 이루어지는 빗살형상 전극부를 갖는 탄성표면파 소자는 비저항이 높고 또 융점이 낮기 때문에 빗살형상 전극 부를 미세화시켰을 때의 저항증가가 현저해지고, 또 고주파화에 의해 증대되는 응력에 대한 내성이 불충분해져 스트레스 마이그레이션이 쉽게 발생하는 문제가 있다.

또, 빗살형상 전극부를 Al 또는 Al 을 주성분으로 하는 합금으로 형성하는 대신에, Cu 또는 Cu 를 주성분으로 하는 합금으로 형성하는 것도 제안되어 있다.

예컨대, 일본 공개특허공보 2002-26685호 (제 3 페이지, 도 1) 에는 저저항이면서 스트레스 마이그레이션 내성이 높은 Cu 또는 Cu 를 주성분으로 하는 합금으로 탄성표면파 소자의 빗살형상 전극부를 형성하는 것이 기재되어 있다. 또, 일본 공개특허공보 2002-26685호 (제 3 페이지, 도 1) 에는 Cu 또는 Cu 합금으로 이루어지는 층 (제 2 전극층) 의 결정배향성을 향상시키고, 또 제 2 전극층과 압전기판의 밀착성을 향상시키기 위해 압전기판과 제 2 전극층 사이에 Ti 또는 Ti 합금으로 이루어지는 제 1 전극층을 형성하는 것도 기재되어 있다.

그러나, 일본 공개특허공보 2002-26685호 (제 3 페이지, 도 1) 에 기재되어 있는 바와 같이 Ti 또는 Ti 합금으로 이루어지는 제 1 전극층 상에 직접, Cu 또는 Cu 합금으로 이루어지는 제 2 전극층이 적층되는 구조이면, 제 1 전극층과 제 2 전극층의 계면 부근에서 Ti 와 Cu 가 상호 확산되게 되어 빗살형상 전극부의 저항값이 증대되는 문제가 생긴다. 빗살형상 전극부의 저항값이 커지면 탄성표면파 소자의 내부손실이 커질 뿐만 아니라, 스트레스 마이그레이션도 발생하기 쉽다.

본 발명은 상기 종래의 과제를 해결하기 위한 것으로서, 빗살형상 전극부의 재료에 Cu 또는 Cu 합금을 사용할 때의 하지층에 Ta 로 이루어지는 층을 형성함으로써 내전력성이 향상하는 탄성표면파 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 압전기판과, 상기 압전기판 상에 박막 형성된 전극부를 갖는 탄성표면파 소자에서,

상기 전극부는 빗살형상 전극부 및 상기 빗살형상 전극부에 접속된 접속전극부를 갖고, 상기 빗살형상 전극부는 Ta 로 이루어지는 제 1 하지층과, 상기 제 1 하지층의 상면에 접하여 적층된 Cu 층 또는 CuM 합금층 (단, 원소 M 은 Ag, Sn, C 중 어느 1 종 또는 2 종 이상임) 을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 상기 빗살형상 전극부가 Cu 층 또는 CuM 합금층을 갖고 있다. Cu 나 CuM 합금은 탄성표면파 소자의 빗살형상 전극의 재료에 사용되던 Al 이나 Al 합금에 비해 비저항이 낮고 또 융점이 높기 때문에 빗살형상 전극부를 미세화시켜도 저항증가를 억제할 수 있고, 또 고주파화에 의해 응력이 증대된 경우에도 Cu 원자의 이동이 잘 발생되지 않아 탄성표면파 소자의 스트레스 마이그레이션 내성을 향상시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 탄성표면파 소자는 입력신호의 주파수가 높아지고 또 입력전압이 커졌을 때 삽입손실의 증가, 및 소자 특성의 열화를 억제하여 소자수명을 길게 할 수 있다.

특히, 본 발명에서는 Cu 층 또는 CuM 합금층이 Ta 로 이루어지는 제 1 하지층의 상면에 적층되어 있기 때문에, Cu 층 또는 CuM 합금층에 형성되는 결정배향성 향상 및 평균결정입경 (粒徑) 의 미세화를 도모할 수 있고, 이로써 탄성표면파 소자의 스트레스 마이그레이션 내성을 보다 한층 향상시킬 수 있다.

탄성표면파 소자의 스트레스 마이그레이션 내성을 효과적으로 향상시키기 위해, 본 발명에서는 상기 Cu 층 또는 CuM 합금층은 (111) 방위로 결정배향되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 Cu 층 또는 CuM 합금층의 평균결정입경이 10㎚ 이상 100㎚ 이하의 범위인 것이 바람직하다.

또, 상기 CuM 합금층은 결정구조가 면심입방격자구조인 결정립을 갖고, 결정립계에 원소 M 이 석출되어 있는 것이 바람직하다.

원소 M 이 결정립계에 석출됨으로써 Cu 원소의 입계 (粒界) 확산을 억제하여 빗살형상 전극부의 강도가 향상된다. 즉, 고주파신호가 입력되어 탄성표면파 소자의 기계적 진동이 커져도 빗살형상 전극부의 스트레스 마이그레이션이 억제되어 잘 파괴되지 않게 된다. 또, 결정립의 결정배향성이 향상된다. 또한, 빗살형상 전극층의 저항값도 작아진다.

또한, 원소 M 은 예컨대 Ag 이다. 이 때, 상기 CuM 합금층 중의 Ag 함유량이 0.5 질량% 이상 10 질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.8 질량% 이상 10 질량% 이하이면, 탄성표면파 소자의 내전력 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

또, 상기 제 1 하지층의 하면에 접하는 제 2 하지층이 형성되어 있고, 상기 제 2 하지층은 Ti 및/또는 Ti 산화물로 이루어지면, 상기 Cu 층 또는 CuM 합금층의 (111) 방위의 결정배향이 강해져 탄성표면파 소자의 스트레스 마이그레이션 내성을 보다 한층 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 제 2 하지층은 Ti 로만 이루어지는 영역 상에 Ti 산화물이 형성된 것으로, 상기 Ti 산화물의 산소함유량은 상기 제 2 하지층의 하면측에서 상면측을 향함에 따라 서서히 증가하고 있는 것이 바람직하다. 상기 제 2 하지층의 상면에 형성되는 Ti 산화물은 비정질에 가까운 구조가 되고, 제 2 하지층 상에 적층되는 상기 제 1 하지층이 상기 제 2 하지층의 결정성의 영향을 잘 받지 않게 된다. 그러면, 상기 제 1 하지층의 결정입경이 작아지고, 상기 제 1 하지층 상에 적층되는 Cu 층 또는 CuM 합금층의 결정입경도 작아진다. Cu 층 또는 CuM 합금층의 결정입경이 작아지면, 상기 Cu 층 또는 CuM 합금층의 (111) 방위의 결정배향이 강해져 탄성표면파 소자의 스트레스 마이그레이션 내성이 보다 향상된다.

또한, 상기 압전기판과 상기 Cu 또는 CuM 합금층 사이에 상기 제 1 하지층만 존재할 때에는, 상기 제 1 하지층의 막두께가 5㎚ 이상 15㎚ 이하일 때 상기 Cu 층 또는 CuM 합금층의 (111) 방위의 결정배향을 강하게 할 수 있다.

또, 상기 제 1 하지층의 막두께가 지나치게 두꺼워지면 탄성표면파 소자의 고주파 특성이 열화된다. 본 발명과 같이 상기 제 1 하지층의 막두께를 15㎚ 이하로 하면 고주파 특성의 열화를 억제할 수 있다.

또, 상기 압전기판과 상기 Cu 또는 CuM 합금층 사이에 상기 제 2 하지층과 상기 제 1 하지층이 존재할 때에는, 상기 제 2 하지층의 막두께가 3㎚ 이상 15㎚ 이하일 때 상기 Cu 층 또는 CuM 합금층의 (111) 방위의 결정배향을 강하게 할 수 있다.

또, 상기 Cu 층 또는 CuM 합금층의 막두께는 30㎚ 이상 150㎚ 이하인 것이 바람직하다.

또한, 상기 Cu 층 또는 CuM 합금층 상에 Cr 로 이루어지는 보호층이 형성됨으로써 상기 Cu 층 또는 CuM 합금층의 산화 및 부식을 억제할 수 있다.

또, 본 발명의 탄성표면파 소자의 제조방법은 이하의 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.

압전기판 상에 Ta 로 이루어지는 제 1 하지전구층과 Cu 전구층을 갖는 다층막, 또는 상기 제 1 하지전구층과 CuM 합금전구층 (단, 원소 M 은 Ag, Sn, C 중 어느 1 종 또는 2 종 이상임) 을 갖는 다층막을 연속 성막하는 공정과,

상기 다층막을 패턴 형성하여 빗살형상 전극부를 형성하는 공정과,

상기 빗살형상 전극부에 접속되는 접속전극부를 형성하는 공정과,

상기 빗살형상 전극부 및 상기 접속전극부가 형성된 압전기판을 열처리하는 공정.

본 발명의 탄성표면파 소자의 제조방법에서는, 탄성표면파 소자의 빗살형상 전극의 재료에 Cu 나 CuM 합금을 사용하고 있기 때문에 빗살형상 전극부를 미세화시켜도 저항증가를 억제할 수 있고, 또 고주파화에 의해 응력이 증대된 경우에도 Cu 원자의 이동이 잘 발생되지 않아 탄성표면파 소자의 스트레스 마이그레이션 내성을 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명에서는 Cu 층 또는 CuM 합금층을 Ta 로 이루어지는 제 1 하지층의 상면에 적층하기 때문에, Cu 층 또는 CuM 합금층에 형성되는 Cu 결정의 결정배 향성 향상 및 평균결정입경의 미세화를 도모할 수 있고, 이로써 탄성표면파 소자의 스트레스 마이그레이션 내성을 보다 한층 향상시킬 수 있다.

특히, 상기 CuM 합금층을 사용할 때에는 상기 압전기판을 열처리하는 공정에서의 열처리에 의해 원소 M 이 결정립계에 석출된다. 결정립계에 석출된 원소 M 에 의해 Cu 원소의 입계확산이 억제되어 빗살형상 전극부의 강도가 향상된다. 즉, 고주파신호가 입력되어 탄성표면파 소자의 기계적 진동이 커져도 빗살형상 전극부의 스트레스 마이그레이션이 억제되어 잘 파괴되지 않게 된다. 또, Cu 의 결정립의 결정배향성을 향상시킨다. 또한, 빗살형상 전극층의 저항값도 작아진다.

또한, 본 발명의 탄성표면파 소자의 제조방법은 이하의 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.

압전기판 상에 Ti 로 이루어지는 제 2 하지전구층을 성막한 후, 이 제 2 하지전구층을 대기중에 노출시키는 공정과,

상기 제 2 하지층 상에 Ta 로 이루어지는 제 1 하지전구층과 Cu 전구층을 연속 성막하는 공정, 또는 Ta 로 이루어지는 제 1 하지전구층과 CuM 합금전구층 (단, 원소 M 은 Ag, Sn, C 중 어느 1 종 또는 2 종 이상임) 을 연속 성막하는 공정을 가져도 된다.

상기 압전기판 상에 Ti 로 이루어지는 제 2 하지전구층을 성막한 후, 이 제 2 하지전구층을 대기중에 노출시키는 공정에서 제 2 하지층을 대기중에 노출시킴으로써 상기 제 2 하지층을 산화시킬 수 있다.

그러면, 상기 제 2 하지층을, Ti 로만 이루어지는 영역 상에 Ti 산화물이 형성된 것으로, 상기 Ti 산화물의 산소함유량은 상기 제 2 하지층의 하면측에서 상면측을 향함에 따라 서서히 증가하고 있는 것으로 할 수 있다. 상기 제 2 하지층의 상면에 형성되는 Ti 산화물은 비정질에 가까운 구조가 되고, 제 2 하지층 상에 적층되는 상기 제 1 하지층이 상기 제 2 하지층의 결정성의 영향을 잘 받지 않게 된다. 그러면, 상기 제 1 하지층의 결정입경이 작아지고, 또한 상기 제 1 하지층 상에 적층되는 Cu 층 또는 CuM 합금층의 결정입경이 작아진다. Cu 층 또는 CuM 합금층의 결정입경이 작아지면, 상기 Cu 층 또는 CuM 합금층의 (111) 방위의 결정배향이 강해져 탄성표면파 소자의 스트레스 마이그레이션 내성이 보다 향상된다.

단, 본 발명에서는 상기 압전기판 상에 Ti 로 이루어지는 제 2 하지전구층을 성막한 후, 이 제 2 하지전구층을 대기중에 노출시키는 공정에서의 제 2 하지층의 대기노출공정의 온도, 시간에 따라 제 2 하지층에 Ti 산화물이 형성되지 않거나 제 2 하지층 모두가 산화물이 되는 경우가 있다.

제 2 하지층에 Ti 산화물이 형성되지 않아도 상기 제 2 하지층과 상기 제 1 하지층의 적층구조를 형성함으로써, 상기 제 1 하지층만을 형성하는 경우에 비해 상기 Cu 층 또는 CuM 합금층의 (111) 방위의 결정배향을 보다 강하게 할 수 있다.

또, 상기 다층막을 연속 성막하는 공정 또는 연속 성막하는 공정에서 상기 Cu 전구층 또는 상기 CuM 합금전구층 상에 Cr 로 이루어지는 보호전구층을 형성함으로써 상기 Cu 층 또는 상기 CuM 합금층의 산화 및 부식을 억제할 수 있다.

또한, 원소 M 은 예컨대 Ag 이다. 이 때, 상기 CuM 합금층 중의 Ag 함유량을 0.5 질량% 이상 10 질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.8 질량% 이상 10 질량% 이하로 하면, 탄성표면파 소자의 내전력 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명에서는 상기 압전기판을 열처리하는 공정의 열처리온도를 250℃ 이상 300℃ 이하로 함으로써 탄성표면파 소자의 내전력 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

발명의 실시형태

도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태의 탄성표면파 소자를 나타내는 평면도이다.

부호 11 은 탄성표면파 소자를 나타내고 있고, 이 탄성표면파 소자는 분파기로서의 기능을 갖고 있다. 부호 12 는 압전기판을 나타내고 있다. 본 실시형태에서는 압전기판 (12) 은 LiTaO3 또는 LiNbO3 등의 압전세라믹 재료로 형성되어 있다.

압전기판 (12) 상에 빗살형상 전극부 (13) 및 빗살형상 전극부 (14) 가 형성되어 있다. 빗살형상 전극부 (13) 및 빗살형상 전극부 (14) 에는 각각 도시 Y 방향으로 연장되는 빗살부 (13a), 및 도시 Y 방향과 역방향으로 연장되는 빗살부 (14a) 가 형성되어 있다. 빗살형상 전극부 (13) 의 빗살부 (13a) 와 빗살형상 전극부 (14) 의 빗살부 (14a) 는 소정 간격을 두고 도시 X 방향으로 서로 다르게 나열되어 있다.

또, 빗살형상 전극부 (13) 및 빗살형상 전극부 (14) 에는 탄성표면파 소자를 외부 회로와 접속하기 위한 접속전극부 (15,16) 가 전기적으로 접속되어 있다. 빗살형상 전극부 (13) 와 접속전극부 (15) 가 전극부 (17) 를 구성하고, 빗살형상 전극부 (14) 와 접속전극부 (16) 가 전극부 (18) 를 구성하고 있다.

또한, 빗살형상 전극부 (13) 및 빗살형상 전극부 (14) 의 도시 X 방향과 도시 X 방향의 반대측에 인접하여 반대전극 (19,19) 이 형성되어 있다.

도 2 는 빗살형상 전극부 (13) 및 빗살형상 전극부 (14) 를 2-2 선으로 절단하여 화살표방향에서 본 종단면도이다.

본 실시형태에서는 빗살형상 전극부 (13) 는 제 2 하지층 (20) 과, 제 2 하지층 (20) 의 상면에 적층된 Ta 로 이루어지는 제 1 하지층 (21) 과, 제 1 하지층의 상면에 접하여 적층된 CuM 합금층 (22) (단, 원소 M 은 Ag, Sn, C 중 어느 1 종 또는 2 종 이상임) 과, CuM 합금층 (22) 상에 적층된 보호층 (23) 으로 이루어지는 적층구조를 갖고 있다. 마찬가지로, 빗살형상 전극부 (14) 도 제 2 하지층 (24) 과, Ta 로 이루어지는 제 1 하지층 (25) 과, 제 1 하지층 (25) 의 상면에 접하여 적층된 CuM 합금층 (26) (단, 원소 M 은 Ag, Sn, C 중 어느 1 종 또는 2 종 이상임) 과, CuM 합금층 (26) 상에 적층된 보호층 (27) 으로 이루어지는 적층구조를 갖고 있다. 보호층 (23) 및 보호층 (27) 은 Cr 로 형성되어 있다.

도 1 및 도 2 에 나타내는 실시형태에서는 제 1 빗살부 (13a) 와 제 2 빗살부 (14a) 는 동일한 폭치수 (W) 를 갖고 있고, 간격폭 (P) 은 일정한 값이다. 빗살부 (13a,14a) 의 폭치수 (W) 는 0.3㎛ 이상 0.7㎛ 이하이며, 간격폭 (P) 은 0.3㎛ 이상 0.7㎛ 이하이다. 본 실시형태의 탄성표면파 소자의 제 2 하지층 (20,24) 은 주로 Ti 로 형성되어 있다. Ti 로 이루어지는 제 2 하지층 (20,24) 상에 Ta 로 이루어지는 제 1 하지층 (21,25) 을 통하여 CuM 합금층 (22,26) 이 적층되면, CuM 합금층 (22,26) 의 (111) 방위의 결정배향이 강해진다. 이 결과, 탄성표면파 소자의 스트레스 마이그레이션 내성을 향상시킬 수 있다.

CuM 합금층 (22,26) 의 결정배향성은 X 선 회절 (XRD) 법에 의해 분석할 수있다. 탄성표면파 소자 (11) 의 CuM 합금층 (22,26) 에 대해 그 결정배향성을 X 선 회절에 의해 분석한 결과, (111) 방위의 배향만이 검출되고 다른 배향은 검출되지 않았다.

또, 제 2 하지층 (20,24) 과 제 1 하지층 (21,25) 을 갖는 구성이면, 제 2 하지층과 제 1 하지층의 막두께를 작게 할 수 있고, 빗살형상 전극부 (13,14) 의 전극질량을 경량화할 수 있다. 전극질량이 가벼워지면 탄성표면파 소자의 Q 값이 커져 고주파 특성이 향상된다.

또, 본 실시형태의 탄성표면파 소자와 같이 제 2 하지층 (20) 과 CuM 합금층 (22) 사이에 제 1 하지층 (21) 이 개재되고, 제 2 하지층 (24) 과 CuM 합금층 (26) 사이에 제 1 하지층 (25) 가 개재되어 있으면, 제 2 하지층 (20,24) 의 구성원소가 CuM 합금층으로 확산되는 것이 방지된다. 그 결과, CuM 합금층 (22,26) 은 재 료가 본래 갖는 낮은 비저항을 유지할 수 있어 탄성표면파 소자의 Q 를 높게 할 수 있다. 또한, Cu 의 비저항은 1.7μΩㆍ㎝ 이다. 이와 관련하여 탄성표면파 소자의 빗살형상 전극의 재료로서 지금까지 자주 사용되던 Al 의 비저항은 2.7μΩㆍ㎝ 이다.

또, CuM 합금은 탄성표면파 소자의 빗살형상 전극부의 재료에 사용되던 Al 이나 Al 합금에 비해 융점이 높기 때문에, 고주파화에 의해 응력이 증대된 경우에도 Cu 원자의 이동이 잘 발생되지 않아 탄성표면파 소자 (11) 의 스트레스 마이그레이션 내성을 향상시킬 수 있다. 즉, 탄성표면파 소자 (11) 로 인가되는 입력신호의 주파수가 높아지고, 또 입력전압이 커졌을 때 삽입손실의 증가, 및 소자 특성의 열화를 억제하여 소자수명을 길게 할 수 있다.

상기 서술한 바와 같이 CuM 합금층 (22,26) 은 (111) 방위로 결정배향되어 있다. 또한, CuM 합금층 (22,26) 의 평균결정입경이 10㎚ 이상 100㎚ 이하의 범위이다. CuM 합금층 (22,26) 의 결정배향성이 향상되고, 평균결정입경이 미세화됨으로써 탄성표면파 소자의 스트레스 마이그레이션 내성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

또, CuM 합금층 (22,26) 은 결정구조가 면심입방격자구조인 결정립을 갖고, 결정립계에 원소 M 이 석출되어 있는 것이 바람직하다.

원소 M 이 결정립계에 석출됨으로써 Cu 원소의 입계확산을 억제하여 빗살형상 전극부 (13,14) 의 강도가 향상된다. 즉, 고주파신호가 입력되어 탄성표면파 소자 (11) 의 기계적 진동이 커져도 빗살형상 전극부 (13,14) 의 스트레스 마이 그레이션이 억제되어 잘 파괴되지 않게 된다. 또, Cu 의 결정립의 결정배향성도 향상된다. 또한, 빗살형상 전극층의 저항값도 작아진다.

또한, 원소 M 은 예컨대 Ag 이다. 이 때, CuM 합금층 중의 Ag 함유량이 0.5 질량% 이상 10 질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.8 질량% 이상 10 질량% 이하이면, 탄성표면파 소자 (11) 의 내전력 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

또한, CuM 합금층 (22,26) 대신에 Cu 층이 형성되어 있어도 Cu 층의 하층에 제 1 하지층 (21,25) 및 제 2 하지층 (20,24) 이 형성됨으로써 이 Cu 층을 (111) 방위로 결정배향시킬 수 있다. 또한, Cu 층의 평균결정입경을 10㎚ 이상 100㎚ 이하의 범위로 할 수도 있다. Cu층 (22,26) 의 결정배향성이 향상되고 평균결정입경이 미세화됨으로써 탄성표면파 소자의 스트레스 마이그레이션 내성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

또, Cu 는 비저항이 낮고 또 융점이 높기 때문에, 빗살형상 전극부 (13,14) 를 미세화시켰을 때의 저항증가를 억제할 수 있고, 또 고주파화에 의해 응력이 증대된 경우에도 Cu 원자의 이동이 잘 발생되지 않아 탄성표면파 소자 (11) 의 스트레스 마이그레이션 내성을 향상시킬 수 있다. 이와 관련하여 Cu 의 융점은 1084℃ 이며, 종래 탄성표면파 소자의 빗살형상 전극부의 재료로서 자주 사용되던 Al 의 융점은 660℃ 이다.

또, 압전기판과 Cu 또는 CuM 합금층 사이에 제 2 하지층 (20,24) 과 제 1 하지층 (21,25) 이 존재할 때에는, 제 2 하지층 (20,24) 의 막두께 (t4) 가 3㎚ 이상 15㎚ 이하일 때 CuM 합금층 (22,26) 또는 Cu 층의 (111) 방위의 결정배향을 강하게 할 수 있다.

제 2 하지층 (20,24) 이 주로 Ti 로 형성되어 있으면 압전기판 (12) 과 빗살형상 전극부 (13,14) 의 밀착성이 양호해진다.

또한, 제 2 하지층 (20,24) 은 Ti 로 이루어지는 층으로만 형성되어 있어도 되고, Ti 산화물로 이루어지는 층으로만 형성되어 있어도 된다.

단, 가장 바람직한 것은 제 2 하지층 (20,24) 은 Ti 로만 이루어지는 영역 상에 Ti 산화물이 형성된 것으로, Ti 산화물의 산소함유량이 제 2 하지층 (20,24) 의 하면측에서 상면측을 향함에 따라 서서히 증가하고 있는 것이다. 제 2 하지층 (20,24) 의 상면에 형성되는 Ti 산화물은 비정질에 가까운 구조가 되고, 제 2 하지층 (20,24) 상에 적층되는 제 1 하지층 (21,25) 이 제 2 하지층 (20,24) 의 결정성의 영향을 잘 받지 않게 된다. 그러면, 제 1 하지층 (21,25) 의 결정입경이 작아지고, 또한 제 1 하지층 (21,25) 상에 적층되는 CuM 합금층 (22,26) 또는 Cu 층의 결정입경이 작아진다. CuM 합금층 (22,26) 또는 Cu 층의 결정입경이 작아지면, CuM 합금층 (22,26) 또는 Cu 층의 (111) 방위의 결정배향이 강해져 탄성표면파 소자 (11) 의 스트레스 마이그레이션 내성이 보다 향상된다.

도 3 은 본 발명의 제 2 실시형태의 탄성표면파 소자의 빗살형상 전극부의 단면도이다.

도 3 에 나타내는 탄성표면파 소자는 빗살형상 전극부의 빗살부 (32) 및 빗살부 (33) 를 구성하는 제 1 하지층 (21,25) 의 하면에 접하는 제 2 하지층 (20,24) 이 형성되어 있지 않고, 압전기판 (12) 상에 제 1 하지층 (21,25) 이 직접 적층되어 있는 점에서 도 1 및 도 2 에 나타낸 탄성표면파 소자와 다르다.

빗살부 (32) 및 빗살부 (33) 는 도 2 에 나타내는 탄성표면파 소자의 빗살부 (13a) 및 빗살부 (14a) 에 상당하며, 각각의 평면형상은 도 1 에 나타내는 빗살부 (13a) 및 빗살부 (14a) 의 평면형상과 동일하다. 또, 도시하고 있지 않지만, 제 2 실시형태의 탄성표면파 소자에서도 도 1 에 나타내는 탄성표면파 소자의 접속전극부 (17,18) 및 반사전극부 (19,19) 와 동일한 구조의 접속전극부 및 반사전극부가 형성된다.

압전기판 (12) 상에 제 1 하지층 (21,25) 이 직접 적층되는 구성이라도 제 1 하지층 (21,25) 상에 적층되는 CuM 합금층 (22,26) 을 (111) 방위로 결정배향시킬 수 있다. 또한, CuM 합금층 (22,26) 의 평균결정입경이 10㎚ 이상 100㎚ 이하의 범위이다. CuM 합금층 (22,26) 의 결정배향성이 향상되고 평균결정입경이 미세화됨으로써 탄성표면파 소자의 스트레스 마이그레이션 내성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

본 실시형태에서도 CuM 합금층 (22,26) 은 결정구조가 면심입방격자구조인 결정립을 갖고, 결정립계에 원소 M 이 석출되어 있는 것이 바람직하다.

원소 M 이 결정립계에 석출됨으로써 Cu 원소의 입계확산을 억제하여 빗살형상 전극부의 강도가 향상된다. 즉, 고주파신호가 입력되어 탄성표면파 소자의 기계적 진동이 커져도 빗살형상 전극부의 스트레스 마이그레이션이 억제되어 잘 파괴되지 않게 된다. 또, 결정립의 결정배향성도 향상된다. 또한, 빗살형상 전극층의 저항값도 작아진다.

또한, 원소 M 은 예컨대 Ag 이다. 이 때, CuM 합금층 중의 Ag 함유량이 0.5 질량% 이상 10 질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.8 질량% 이상 10 질량% 이하이면 탄성표면파 소자의 내전력 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

또한, CuM 합금층 (22,26) 대신에 Cu 층이 형성되어 있어도 Cu 층을 (111) 방위로 결정배향시킬 수 있다. 또한, Cu 층의 평균결정입경을 10㎚ 이상 100㎚ 이하로 할 수도 있다. Cu 층의 결정배향성이 향상되고 평균결정입경이 미세화됨으로써 탄성표면파 소자의 스트레스 마이그레이션 내성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

또, Cu 는 비저항이 낮고 또 융점이 높기 때문에, 빗살형상 전극부를 미세화시켰을 때의 저항증가를 억제할 수 있고, 또 고주파화에 의해 응력이 증대된 경우에도 Cu 원자의 이동이 잘 발생되지 않아 탄성표면파 소자의 스트레스 마이그레이션 내성을 향상시킬 수 있다.

또한, 압전기판과 Cu 또는 CuM 합금층 사이에 제 1 하지층 (21,25) 만이 존재할 때에는, 제 1 하지층 (21,25) 의 막두께 (t1) 가 5㎚ 이상 15㎚ 이하일 때 특히 CuM 합금층 (22,26) 또는 Cu 층의 (111) 방위의 결정배향을 강하게 할 수 있다.

또, 도 2 및 도 3 에서 CuM 합금층 (22,26) 의 막두께 (t2) 는 30㎚ 이상 150㎚ 이하인 것이 바람직하다.

또한 CuM 합금층 (22,26) 또는 Cu 층 상에 Cr 로 이루어지는 보호층 (23,27) 이 형성됨으로써 CuM 합금층 (22,26) 또는 Cu 층의 산화물 및 부식을 억제할 수 있다. 보호층 (23,27) 의 막두께는 (t3) 는 1㎚ 이상 10㎚ 이하이다.

도 2 에 나타낸 제 1 실시형태의 탄성표면파 소자의 제조방법을 설명한다.

도 4 내지 도 7 은 탄성표면파 소자의 제조과정에서의 빗살형상 전극부로 되는 부분의 단면도이다.

도 4 에 나타내는 공정에서는 LiTaO3 또는 LiNbO3 으로 이루어지는 압전기판 (12) 상에 Ti 층 (40) 을 스퍼터법이나 증착법을 이용하여 박막 형성한다. Ti 층 (40) 은 이후에 패턴 형성되어 빗살형상 전극부의 제 2 하지층 (20,24) 이 된다. Ti 층 (40) 의 성막두께 (t5) 는 3㎚ 이상 15㎚ 이하이다. Ti 층 (40) 의 성막 후, Ti 층 (40) 을 대기중에 노출시킨다. Ti 층 (40) 을 대기중에 노출시킴으로써 Ti 층 (40) 을 산화시킬 수 있다.

그러면, Ti 층 (40) 이 Ti 로만 이루어지는 영역 상에 Ti 산화물이 형성된 것이 된다. 또, Ti 층 (40) 중의 Ti 산화물의 산소함유량은 Ti 층 (40) 의 하면측에서 상면측을 향함에 따라 서서히 증가하고 있는 상태가 된다. Ti 층 (40) 의 상면에 형성되는 Ti 산화물은 비정질에 가까운 구조로 되어 있다.

이어서, 도 5 에 나타내는 공정에서 Ta 층 (41), CuM 합금전구층 (42) (단, 원소 M 은 Ag, Sn, C 중 어느 1 종 또는 2 종 이상임), Cr 층 (43) 을 연속 성막한다. 또한, 후술하는 패턴 형성공정에 의해 Ta 층 (41) 은 제 1 하지층 (21,25) 이 되고, CuM 합금전구층 (42) 은 CuM 합금층 (22,26) 이 되고, Cr 층 (43) 은 보호층 (23,27) 이 된다.

본 실시형태의 탄성표면파 소자의 제조방법에서는 Ti 층 (40) 의 상면에 형성되는 Ti 산화물은 비정질에 가까운 구조로 되어 있다. 이로 인해, Ti 층 (40) 상에 적층되는 Ta 층 (41) 이 Ti 의 결정성의 영향을 잘 받지 않게 된다. 그러면, Ta 층 (41) 의 결정입경이 작아지고, 또한 Ta 층 (41) 상에 적층되는 CuM 합금전구층 (42) 의 결정입경이 작아진다. CuM 합금전구층 (42) 의 결정입경이 작아지면, CuM 합금전구층 (42) 의 (111) 방위의 결정배향이 강해져 CuM 합금전구층 (42) 의 스트레스 마이그레이션 내성이 보다 향상된다.

본 실시형태에서는 CuM 합금전구층 (42) 의 결정입경을 10㎚ 이상 100㎚ 이하로 할 수 있다.

또한, 상기 Ti 산화물의 존재 및 농도구배를 검출하는 방법에는 SIMS 분석장치나 투과전자현미경 (TEM) 에 의한 나노빔 EDX 분석 등이 있다.

단, Ti 층 (40) 의 대기노출공정의 온도, 시간에 따라 Ti 층 (40) 에 Ti 산화물이 형성되지 않거나 Ti 층 (40) 전체가 Ti 산화물이 되는 경우도 있다. 본 발명에서의 제 2 하지층은 그 양쪽 상태를 포함한다.

또, 도 1 및 도 2 에 나타내는 탄성표면파 소자를 형성할 때, Ti 층 (40) 의 성막 후에 Ti 층 (40) 을 대기중에 노출시키지 않고 압전기판 (12) 상에 Ti 층 (40), Ta 층 (41), CuM 합금전구층 (42) (단, 원소 M 은 Ag, Sn, C 중 어느 1 종 또는 2 종 이상임), Cr 층 (43) 을 연속 성막할 수도 있다. Ti 층 (40) 상에 Ta 층 (41) 을 연속 성막했을 때에는 당연 Ti 층은 산화되지 않는다.

Ti 층 (40) 에 Ti 산화물이 형성되지 않아도 Ti 층 (40) 과 Ta 층 (41) 의 적층구조를 형성함으로써 CuM 합금전구층 (42) 의 (111) 방위의 결정배향을 강하게 할 수 있다. Ti 층 (40) 과 Ta 층 (41) 의 적층체 상에 적층된 CuM 합금전구층 (42) 의 (111) 방위의 결정배향은 압전기판 (12) 상에 Ta 층 (41) 만을 통하여 성막된 CuM 합금전구층 (42) 의 (111) 방위의 결정배향 보다 강하게 되어 있다.

이어서, 도 6 의 공정에 나타내는 바와 같이, 마스크층 (44) 을 레지스트를 사용한 레지스트 포토리소그래피 및 에칭공정에 의해 패턴 형성한다. 또한, 마스크층 (44) 은 도 1 에 나타내는 빗살형상 전극부 (13,14) 의 평면형상과 동일한 빗살형상으로 패턴 형성된다.

도 7 에 나타내는 공정에서는 마스크층 (44) 을 마스크로서 사용하는 드라이에칭법에 의해 CuM 합금전구층 (42) 을 빗살형상으로 패턴 형성하여 CuM 합금층 (22) 및 CuM 합금층 (26) 을 형성한다. CuM 합금전구층 (42) 의 에칭공정에서 Ta 층 (41) 이 에칭스톱층으로 기능하기 때문에, Ta 층 (41) 의 하층에 위치하는 Ti 층 (40) 이나 압전기판 (12) 이 에칭에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다. Ta 층 (41) 을 에칭스톱층으로 기능시키기 위해서는 Ta 층의 막두께를 5㎚ 이상으로 해야 한다.

또한, 마스크층 (44) 과, Ti 층 (40) 및 Ta 층 (41) 의 마스크층 (44) 으로 덮여있지 않는 부분 (간격부 A) 을 드라이에칭법에 의해 동시에 제거하고, CuM 합금층 (22) 의 하층에 제 1 하지층 (21) 및 제 2 하지층 (20) 을, CuM 합금층 (26) 의 하층에 제 1 하지층 (25) 및 제 2 하지층 (24) 을 패턴 형성한다. 빗살형상으로 패턴 형성된 제 2 하지층 (20), 제 1 하지층 (21), CuM 합금층 (22), 보호층 (23) 이 한쪽 빗살형상 전극부 (13) 가 되고, 제 2 하지층 (24), 제 1 하지층 (25), CuM 합금층 (26), 보호층 (27) 이 또 다른 한쪽 빗살형상 전극부 (14) 가 된 다.

또한, 빗살형상 전극부 (13,14) 에 접속되는 접속전극부 (15,16) 를 형성하고, 빗살형상 전극부 (13,14) 및 접속전극부 (15,16) 가 형성된 압전기판 (12) 을 열처리한다.

열처리가 종료되면 도 1 및 도 2 에 나타내는 탄성표면파 소자가 얻어진다.

본 실시형태의 탄성표면파 소자의 제조방법에서는 탄성표면파 소자의 빗살형상 전극부 (13,14) 의 재료에 CuM 합금층을 사용하기 때문에, 빗살형상 전극부 (13,14) 의 빗살부 (13a,14a) 를 미세화시켜도 저항증가를 억제할 수 있고, 또 고주파화에 의해 응력이 증대된 경우에도 Cu 원자의 이동이 잘 발생되지 않아 탄성표면파 소자의 스트레스 마이그레이션 내성을 향상시킬 수 있다.

본 실시형태와 같이 CuM 합금층 (22,26) 을 갖는 빗살형상 전극부 (13,14) 를 형성하면, 상기 열처리에 의해 CuM 합금의 원소 M 이 결정립계에 석출된다. 결정립계에 석출된 원소 M 에 의해 Cu 원소의 입계확산이 억제되어 빗살형상 전극부의 강도가 향상된다. 즉, 고주파신호가 입력되어 탄성표면파 소자의 기계적 진동이 커져도 빗살형상 전극부 (13,14) 의 스트레스 마이그레이션이 억제되어 잘 파괴되지 않게 된다. 또, Cu 의 결정립의 결정배향성도 향상된다. 또한, 빗살형상 전극부 (13,14) 의 저항값도 작아진다.

또한, 원소 M 은 예컨대 Ag 이다. 이 때, CuM 합금층 (22,26) 중의 Ag 함유량이 0.5 질량% 이상 10 질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.8 질량% 이상 10 질량% 이하이면 탄성표면파 소자의 내전력 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

또, 상기 열처리온도를 250℃ 이상 300℃ 이하로 함으로써 탄성표면파 소자 (11) 의 내전력 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

또, CuM 합금층 (22,26) 상에 Cr 로 이루어지는 보호층 (23,27) 이 형성되어 있기 때문에 CuM 합금층 (22,26) 의 산화 및 부식을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 제조방법을 사용하면, 제 2 하지층 (20,24) 을, Ti 로만 이루어지는 영역 상에 Ti 산화물이 형성된 것으로, Ti 산화물의 산소함유량은 제 2 하지층 (20,24) 의 하면측에서 상면측을 향함에 따라 서서히 증가하고 있는 것으로 할 수 있다.

상기한 본 발명의 탄성표면파 소자의 제조방법의 실시형태에서는 도 2 에 나타내는 제 2 하지층 (20,24) 을 갖는 빗살형상 전극부 (13,14) 를 형성하였다.

도 3 에 나타내는 탄성표면파 소자를 형성할 때에는 도 4 에 나타내는 공정의 Ti 층 (40) 의 성막공정을 생략하고, 압전기판 (12) 상에 직접 Ta 층 (41), CuM 합금전구층 (42) (단, 원소 M 은 Ag, Sn, C 중 어느 1 종 또는 2 종 이상임), Cr 층 (43) 을 연속 성막하면 된다.

또, CuM 합금전구층 (42) 대신에 Cu 로만 이루어지는 층을 형성해도 된다. 또한, 도 1 에 나타낸 탄성표면파 소자 (11) 는 한쌍의 반사전극 (19,19) 사이에 전극부 (17,18) 가 도시 X 방향으로 2 개 나열되어 있지만, 본 발명의 탄성표면파 소자 (11) 는 한쌍의 반사전극 (19,19) 사이에 전극부 (17,18) 가 1 개만 형성되어 있어도 되고, 한쌍의 반사전극 (19,19) 사이에 전극부 (17,18) 가 3 개 이상 나열되어 있어도 된다.

또, 본 발명의 탄성표면파 소자는 안테나 공용기를 구성하는 공진기, 필터로 사용하는 것에 적성을 갖는다. 단, 본 발명의 탄성표면파 소자의 용도는 안테나 공용기에 한정되지 않고 공진기, 필터 일반에 사용할 수 있다.

[실시예]

(제 1 실시예)

압전기판 상에 제 1 하지층, CuAg 합금층, 보호층이 순차적으로 적층된 빗살형상 전극부를 형성하고, 제 1 하지층의 막두께와 CuAg 합금의 (111) 결정배향성의 관계를 조사하였다.

LiTaO3 으로 이루어지는 압전기판 상에 Ta 로 이루어지는 제 1 하지층, CuAg 합금층, Cr 로 이루어지는 보호층을 스퍼터 성막하고, 성막 후에 열처리를 실시하였다. CuAg 합금층의 막두께를 80㎚, 보호층의 막두께를 5㎚ 로 고정시키고, 제 1 하지층의 막두께를 5㎚ 내지 15㎚ 사이에서 변화시켰다. 열처리온도는 275℃, 열처리시간은 1 시간이다. 성막 직후의 CuAg 합금의 (111) 결정배향성과 열처리 후의 (111) 결정배향성을 X 선회절에 의해 측정하였다.

결과를 도 8 에 나타낸다. 도 8 을 보면, Ta 로 이루어지는 제 1 하지층이 CuAg 합금층의 하층에 형성되면, 성막 직후 및 열처리 후 모두 CuAg 층 (111) 피크가 나타남을 알 수 있다.

성막 직후의 상태에서 CuAg 층의 결정배향을 측정하면, 제 1 하지층의 막두께가 5㎚ 일 때, CuAg 층의 (111) 결정배향 강도는 약 15kcps 이다. 제 1 하지층의 막두께를 두껍게 하면, 막두께가 10㎚ 를 초과했을 때 CuAg 층의 (111) 결정 배향 강도가 급격하게 커진다. 또한, CuAg 층의 (111) 결정배향 강도는 제 1 하지층의 막두께가 10㎚ 일 때 약 20kcps 이며, 제 1 하지층의 막두께가 15㎚ 일 때 약 60kcps 이다.

또, 도 8 에서 열처리를 실시하면 제 1 하지층의 막두께가 어떤 크기라도 CuAg 층의 (111) 결정배향 강도가 성막 직후의 상태보다 거의 일정한 크기만큼 강해짐을 할 수 있다.

제 1 하지층의 막두께가 5㎚ 일 때, 열처리 후의 CuAg 층의 (111) 결정배향 강도는 약 80kcps 이다. 그리고, 막두께가 10㎚ 를 초과했을 때 CuAg 층의 (111) 결정배향 강도가 급격하게 커진다. 또한, 열처리 후의 CuAg 층의 (111) 결정배향 강도는 제 1 하지층의 막두께가 10㎚ 일 때 약 100kcps 이며, 제 1 하지층의 막두께가 15㎚ 일 때 약 140kcps 이다.

또, CuAg 층에는 (111) 배향 이외의 배향은 발견되지 않았다.

(제 2 실시예)

압전기판 상에 제 2 하지층, 제 1 하지층, CuAg 합금층, 보호층이 순서대로 적층된 빗살형상 전극부를 형성하고, 제 2 하지층의 막두께와 CuAg 합금의 (111) 결정배향성의 관계를 조사하였다.

LiTaO3 으로 이루어지는 압전기판 상에 Ti 로 이루어지는 제 2 하지층, Ta 로 이루어지는 제 1 하지층, CuAg 합금층, Cr 로 이루어지는 보호층을 스퍼터 성막하고, 성막 후에 열처리를 실시하였다. 제 1 하지층의 막두께를 5㎚, CuAg 합금층의 막두께를 80㎚, 보호층의 막두께를 5㎚ 로 고정시키고, 제 2 하지층의 막두 께를 3㎚ 내지 15㎚ 사이에서 변화시켰다. 열처리온도는 275℃, 열처리시간은 1 시간이다.

성막 직후의 CuAg 합금의 (111) 결정배향성과 열처리 후의 (111) 결정배향성을 X 선회절에 의해 측정하였다.

결과를 도 9 에 나타낸다. 막두께가 3㎚ 내지 15㎚ 이다. Ti 로 이루어지는 제 2 하지층이 제 1 하지층과 CuAg 합금층의 적층체의 하층에 형성되어 있으면, 성막 직후 및 열처리 후 모두 CuAg 층의 (111) 결정배향 강도가 100kcps 이상이 됨을 알 수 있다. 특히, 열처리를 실시하면 어떤 막두께에서나 200kcps 이상의 (111) 결정배향 강도를 나타냈다. 또한, 성막 직후 및 열처리 후 모두 제 2 하지층의 막두께가 5㎚ 일 때 (111) 결정배향 강도가 가장 강하였다. 제 2 하지층의 막두께가 5㎚ 일 때의 (111) 결정배향 강도는 성막 직후에 약 130kcps, 열처리 후에 약 300kcps 이다.

또한, 제 2 하지층이 제 1 하지층의 하층에 형성되는 본 실시예의 CuAg 층의 (111) 결정배향 강도는 제 1 하지층이 직접 압전기판 상에 적층되는 경우 (실시예 1) 의 CuAg 층의 (111) 결정배향 강도보다 강하였다.

이로 인해, 제 2 하지층과 제 1 하지층의 막두께가 작아도 CuAg 층의 (111) 결정배향 강도를 크게 할 수 있고, 빗살형상 전극층의 전극 질량을 경량화할 수 있다. 전극질량이 가벼워지면 탄성표면파 소자의 Q 값이 커져 고주파 특성이 향상된다.

또, CuAg 층에는 (111) 배향 이외의 배향은 발견되지 않았다.

(실시예 1) 및 (실시예 2) 에서 CuAg 층의 (111) 배향이 강해지는 것은 제 1 하지층이 미세한 결정립 조직, 이른바 섬형상 구조로 되기 때문으로 생각된다. 특히, 제 2 하지층이 제 1 하지층의 하층에 형성되면 (실시예 2), 제 1 하지층이 직접 압전기판 상에 적층되는 경우 (실시예 1) 보다 제 1 하지층의 섬형상 구조가 한층 미세해질 것으로 생각된다.

이어서, 도 2 에 나타내는 탄성표면파 소자의 빗살형상 전극부를 구성하는 CuAg 합금층 중의 Ag 함유량 및 탄성표면파 소자의 내전력성과의 관계, 및 빗살형상 전극부형성 후의 열처리온도와 형성된 탄성표면파 소자의 내전력성과의 관계를 조사하였다.

탄성표면파 소자의 내전력성의 측정에는 탄성표면파 소자에 반공진 주파수의 입력신호를 가한 상태에서 입력전력을 단계적으로 증가시키고, 탄성표면파 소자가 파괴되었을 때의 입력한계전력을 측정하는 스텝 스트레스시험법을 사용하였다.

실험조건을 이하에 나타낸다.

빗살형상 전극부의 빗살부의 폭치수 (W): 0.5㎛

빗살형상 전극부의 빗살부의 간격폭 (P): 0.5㎛

빗살형상 전극부의 빗살부의 길이치수 (L): 100㎛

빗살형상 전극부의 CuAg 합금층의 막두께: 80㎚

또한, 압전기판의 재료는 LiTaO3 이다. 본 실시예에서는 탄성표면파 소자의 스트레스 마이그레이션을 최대로 하기 위해 입력주파수를 반공진 주파수 (본 실시예에서는 1.8㎓ 내지 2.0㎓ 까지의 적정한 값) 로 하고 있다.

결과를 도 10 에 나타낸다. 도 10 에 의하면, Ag 함유량이 0.8 질량% 이상의 CuAg 합금층을 갖는 탄성표면파 소자를 250℃ 이상의 온도에서 열처리하면, 상온 (25℃) 상태에서 방치해 둔 경우에 비해 입력한계전력이 커짐을 알 수 있다. 단, 열처리온도가 350℃ 이상이 되면 Ag 함유량이 2.8 질량% 의 CuAg 합금층을 갖는 탄성표면파 소자의 입력한계전력이 상온 방치시의 입력한계전력보다 작아진다. 또, 열처리온도가 375℃ 가 되면, Ag 함유량이 1.0 질량% 의 CuAg 합금층을 갖는 탄성표면파 소자의 입력한계전력도 상온 방치시의 입력한계전력보다 작아진다.

이 결과에서, 본 발명의 탄성표면파 소자의 제조방법에서는 빗살형상 전극부가 형성된 탄성표면파 소자의 열처리온도의 바람직한 범위를 250℃ 이상 300℃ 이하로 하였다.

또, 도 10 의 그래프로부터 CuAg 합금층 중의 Ag 함유량이 커지면, 탄성표면파 소자의 입력한계전력도 커지는 경향이 있음을 알 수 있다.

특히, CuAg 합금층 중의 Ag 함유량이 0.5 질량% 이상이면, 탄성표면파 소자의 입력한계전력이 1W 이상으로 되어 실용상 바람직한 내전력성이 얻어진다.

또, CuAg 합금층 중의 Ag 함유량이 10 질량% 이상이 되면, 전극의 전기저항이 증대되기 때문에 탄성표면파 소자의 삽입손실이 증가하고 고주파 특성이 현저하게 손상되어 바람직하지 않다.

따라서, 본 발명의 탄성표면파 소자에서는 빗살형상 전극부가 CuAg 층을 가질 때, 이 CuAg 층 중의 Ag 함유량의 바람직한 범위를 0.5 질량% 이상 10 질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.8 질량% 이상 10 질량% 이하로 하였다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 관해 서술하였는데, 본 발명의 범위로부터 일탈되지 않는 범위에서 다양한 변경을 할 수 있다.

또한, 상기 서술한 실시예는 어디까지나 예시로서 본 발명의 특허청구범위를 한정하는 것은 아니다.

이상 상세하게 설명한 본 발명에서는 상기 빗살형상 전극부가 비저항이 낮고 또 융점이 높은 Cu 층 또는 CuM 합금층을 갖고 있다. 따라서, 빗살형상 전극부를 미세화시켜도 저항증가를 억제할 수 있고, 또 고주파화에 의해 응력이 증대된 경우에도 Cu 원자의 이동이 잘 발생되지 않아 탄성표면파 소자의 스트레스 마이그레이션 내성을 향상시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 탄성표면파 소자는 입력신호의 주파수가 높아지고 또 입력전압이 커졌을 때 삽입손실의 증가, 및 소자 특성의 열화를 억제하여 소자수명을 길게 할 수 있다.

특히, 본 발명에서는 Cu 층 또는 CuM 합금층이 Ta 로 이루어지는 제 1 하지층의 상면에 적층되어 있기 때문에, Cu 층 또는 CuM 합금층의 결정배향성 향상 및 평균결정입경의 미세화를 도모할 수 있고, 이로써 탄성표면파 소자의 스트레스 마이그레이션 내성을 보다 한층 향상시킬 수 있다.

또, 탄성표면파 소자의 스트레스 마이그레이션 내성을 효과적으로 향상시키기 위해 본 발명에서는 상기 Cu 층 또는 CuM 합금층을 (111) 방위로 결정배향시킬 수 있다.

또한, 상기 Cu 층 또는 CuM 합금층의 평균결정입경을 10㎚ 이상 100㎚ 이하 의 범위로 할 수도 있다.

또, 상기 CuM 합금층은 결정구조가 면심입방격자구조인 결정립을 갖고, 결정립계에 원소 M 이 석출되어 있는 구조로 할 수 있다.

원소 M 이 결정립계에 석출됨으로써 Cu 원소의 입계확산을 억제하여 빗살형상 전극부의 강도가 향상된다. 즉, 고주파신호가 입력되어 탄성표면파 소자의 기계적 진동이 커져도 빗살형상 전극부의 스트레스 마이그레이션이 억제되어 잘 파괴되지 않게 된다. 또, Cu 의 결정립의 결정배향성을 향상시킨다. 또한, 빗살형상 전극층의 저항값도 작아진다.

또한, 원소 M 은 예컨대 Ag 이다. 이 때, 상기 CuM 합금층 중의 Ag 함유량이 0.5 질량% 이상 10 질량% 이하이면, 탄성표면파 소자의 내전력 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명에서는 상기 제 1 하지층의 하면에 접하는 Ti 및/또는 Ti 산화물로 이루어지는 제 2 하지층을 형성함으로써, 상기 Cu 층 또는 CuM 합금층의 (111) 방위의 결정배향을 강하게 하여 탄성표면파 소자의 스트레스 마이그레이션 내성을 보다 한층 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 제 2 하지층과 상기 제 1 하지층을 갖는 구성이면, 상기 제 2 하지층과 상기 제 1 하지층의 막두께를 작게 할 수 있어 빗살형상 전극층의 전극질량을 경량화할 수 있다. 전극질량이 가벼워지면 탄성표면파 소자의 Q 값이 커져 고주파 특성이 향상된다.

또, 상기 제 2 하지층과 상기 Cu 층 또는 상기 CuM 합금층 사이에 상기 제 1 하지층이 개재되어 있으면, 상기 제 2 하지층의 구성원소가 상기 Cu 층 또는 상기 CuM 합금층으로 확산되는 것이 방지된다. 그 결과, 상기 Cu 층 또는 상기 CuM 합금층은 재료가 본래 갖는 낮은 비저항을 유지할 수 있어 탄성표면파 소자의 Q 를 높게 할 수 있다.

Claims

압전기판과, 상기 압전기판 상에 박막 형성된 전극부를 갖는 탄성표면파 소자에 있어서,

상기 전극부는 빗살형상 전극부 및 상기 빗살형상 전극부에 접속된 접속전극부를 갖고, 상기 빗살형상 전극부는 Ta 로 이루어지는 제 1 하지층과, 상기 제 1 하지층의 상면에 접하여 적층된 Cu 층 또는 CuM 합금층을 가지며,

상기 원소 M 은 Ag, Sn, C 중 어느 1 종 또는 2 종 이상인, 탄성표면파 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 Cu 층 또는 CuM 합금층은 (111) 방위로 배향된 결정구조를 갖는, 탄성표면파 소자.
제 2 항에 있어서,

상기 Cu 층 또는 CuM 합금층의 평균결정입경은 10㎚ 이상 100㎚ 이하인, 탄성표면파 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 CuM 합금층은 결정구조가 면심입방격자구조인 결정립을 갖고, 결정립계에 원소 M 이 석출되어 있는, 탄성표면파 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 원소 M 은 Ag 이며, 상기 CuM 합금층 중의 Ag 함유량이 0.5 질량% 이상 10 질량% 이하인, 탄성표면파 소자.
제 5 항에 있어서,

상기 원소 M 은 Ag 이며, 상기 CuM 합금층 중의 Ag 함유량이 0.8 질량% 이상 10 질량% 이하인, 탄성표면파 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 하지층의 하면에 접하는 제 2 하지층이 형성되어 있고, 상기 제 2 하지층은 Ti 및 Ti 산화물로 이루어지는, 탄성표면파 소자.
제 7 항에 있어서,

상기 제 2 하지층은 Ti 로만 이루어지는 영역 상에 Ti 산화물이 형성된 것으로, 상기 Ti 산화물의 산소함유량은 상기 제 2 하지층의 하면측에서 상면측을 향함에 따라 서서히 증가하고 있는, 탄성표면파 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 하지층의 막두께는 5㎚ 이상 15㎚ 이하인, 탄성표면파 소자.
제 7 항에 있어서,

상기 제 2 하지층의 막두께는 3㎚ 이상 15㎚ 이하인, 탄성표면파 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 Cu 층 또는 CuM 합금층의 막두께는 30㎚ 이상 150㎚ 이하인, 탄성표면파 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 Cu 층 또는 상기 CuM 합금층 상에 Cr 로 이루어지는 보호층이 형성되어 있는, 탄성표면파 소자.
압전기판 상에 Ta 로 이루어지는 제 1 하지전구층과 Cu 전구층을 갖는 다층막, 또는 상기 제 1 하지전구층과 CuM 합금전구층을 갖는 다층막을 연속 성막하는 공정과,

상기 다층막을 패턴 형성하여 빗살형상 전극부를 형성하는 공정과,

상기 빗살형상 전극부에 접속되는 접속전극부를 형성하는 공정과,

상기 빗살형상 전극부 및 상기 접속전극부가 형성된 압전기판을 열처리하는 공정

을 포함하며,

상기 원소 M 은 Ag, Sn, C 중 어느 1 종 또는 2 종 이상인, 탄성표면파 소자의 제조방법.
제 13 항에 있어서,

상기 다층막을 연속 성막하는 공정에서, 상기 Cu 전구층 또는 상기 CuM 합금전구층 상에 Cr 로 이루어지는 보호전구층을 형성하는, 탄성표면파 소자의 제조방법.
제 13 항에 있어서,

상기 원소 M 을 Ag 로 하고, 상기 CuM 합금전구층 중의 Ag 함유량을 0.5 질량% 이상 10 질량% 이하로 하는, 탄성표면파 소자의 제조방법.
제 15 항에 있어서,

상기 원소 M 을 Ag 로 하고, 상기 CuM 합금전구층 중의 Ag 함유량을 0.8 질량% 이상 10 질량% 이하로 하는, 탄성표면파 소자의 제조방법.
제 13 항에 있어서,

상기 압전기판을 열처리하는 공정의 열처리온도를 250℃ 이상 300℃ 이하로 하는, 탄성표면파 소자의 제조방법.
압전기판 상에 Ti 로 이루어지는 제 2 하지전구층을 성막한 후, 상기 제 2 하지전구층을 대기중에 노출시키는 공정과,

상기 제 2 하지전구층 상에 Ta 로 이루어지는 제 1 하지전구층과 Cu 전구층을 연속 성막하는 공정, 또는 상기 제 1 하지전구층과 CuM 합금전구층을 연속 성막하는 공정과,

상기 제 2 하지전구층, 제 1 하지전구층 및 Cu 전구층을 패턴 형성하거나, 또는 상기 제 2 하지전구층, 제 1 하지전구층 및 CuM 합금전구층을 패턴 형성하여 빗살형상 전극부를 형성하는 공정과,

상기 빗살형상 전극부에 접속되는 접속전극부를 형성하는 공정과,

상기 빗살형상 전극부 및 상기 접속전극부가 형성된 압전기판을 열처리하는 공정

을 포함하며,

상기 원소 M 은 Ag, Sn, C 중 어느 1 종 또는 2 종 이상인, 탄성표면파 소자의 제조방법.
제 18 항에 있어서,

상기 연속 성막하는 공정에서, 상기 Cu 전구층 또는 상기 CuM 합금전구층 상에 Cr 로 이루어지는 보호전구층을 형성하는, 탄성표면파 소자의 제조방법.
제 18 항에 있어서,

상기 원소 M 을 Ag 로 하고, 상기 CuM 합금전구층 중의 Ag 함유량을 0.5 질량% 이상 10 질량% 이하로 하는, 탄성표면파 소자의 제조방법.
제 20 항에 있어서,

상기 원소 M 을 Ag 로 하고, 상기 CuM 합금전구층 중의 Ag 함유량을 0.8 질량% 이상 10 질량% 이하로 하는, 탄성표면파 소자의 제조방법.
제 18 항에 있어서,

상기 압전기판을 열처리하는 공정의 열처리온도를 250℃ 이상 300℃ 이하로 하는, 탄성표면파 소자의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 하지층의 하면에 접하는 제 2 하지층이 형성되어 있고, 상기 제 2 하지층은 Ti 로 이루어지는, 탄성표면파 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 하지층의 하면에 접하는 제 2 하지층이 형성되어 있고, 상기 제 2 하지층은 Ti 산화물로 이루어지는, 탄성표면파 소자.
제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,

상기 제 2 하지층의 막두께는 3㎚ 이상 15㎚ 이하인, 탄성표면파 소자.