KR20020074484A - 탄성파 장치 - Google Patents

Abstract

압전 기판(1) 상에, 도체로 이루어지는 인터디지털 전극(4, 5)을 포함하는 전극을 형성한 탄성파 장치에 있어서, 상기 인터디지털 전극(4, 5) 및 반사기(9) 상에 산화실리콘을 주성분으로 하는 유전체 박막(8)을 퇴적시킨 것으로, 이 유전체 박막(8)의 두께를 적절하게 설정한 것이다. 그리고, 유전체 박막(8)의 두께를 적절하게 설정함으로써, 미세한 금속 먼지로부터 전극을 보호하고, 또한, 외부로부터의 영향을 피하기 위해 패키지 내에 기밀 밀봉하는 것을 필요로 하지 않는 탄성파 장치를 얻을 수 있다.

Description

탄성파 장치{ACOUSTIC WAVE DEVICE}

지금까지, 탄성파 장치의 기판에는, 압전체 기판으로서 전기 기계 결합 계수 K²가 큰 니오븀산리튬(이하 LiNbO₃이라고 함), 전기 기계 결합 계수 K²는 LiNbO₃보다 작지만, LiNbO₃보다 온도 특성이 양호한 탄탈산리튬(이하 LiTaO₃이라고 함), 제로 온도 특성을 갖는 수정, 전기 기계 결합 계수 K²와 온도 특성이 LiTaO₃과 수정의 중간 정도의 값을 갖는 4붕소산리튬(이하 Li₂B₄O₇) 등이 이용되며, 또한, 유리, 사파이어, 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs), 다이아몬드 등의 비압전 기판 혹은 비압전 박막 위에 산화아연(ZnO), 질화 알루미늄(AlN), 카드뮴 설파이드(CdS) 등의 압전체 박막을 퇴적시킨 것도 이용되고 있다. 또한, 최근, 새로운 압전체 재료로서, 탄성 표면파의 전기 기계 결합 계수 K²가 매우 큰 컷트각(cut angle)을 갖는 니오븀산칼륨(KNbO₃), IF 필터용 기판으로서 기대되고 있는, 소위란가사이트(langasite) 패밀리에 속하는 란가사이트(La₃Ga₅SiO₁₄), 란가나이트(langanate)(La₃Ga₅NbO₁₄), 란가테이트(langatate)(La₃Ga₅TaO₁₄) 등이 주목받고 있다. 그러나, 본원에서는, 이들을 특별히 구별하는 경우를 제외하고, 총칭하여 압전 기판으로 칭하는 것으로 한다.

이들 압전 기판 위에 포토리소그래피 기술을 이용하여, Al 혹은 Al을 주성분으로 하는 합금으로 이루어지는 인터디지털 전극(interdigital transducer)이나 반사 전극, 인터디지털 전극에 전력을 입력 혹은 출력하기 위한 와이어 혹은 범프를 접속하는 인출 전극, 각 전극간을 접속하는 주회(lead-out) 전극(버스 바(bus bar) 전극이라고도 함) 등을 형성하여 탄성파 장치를 구성한다. 또한, 이 탄성파 장치를 세라믹 패키지 등에 밀봉함으로써, 실제의 제품으로 된다.

상기한 바와 같이, 압전 기판 위에 인터디지털 전극을 포함하는 전극 패턴을 형성하여 탄성파 장치가 구성되지만, 이 전극 패턴을 형성한 압전 기판 위에 박막을 퇴적시킴으로써, 탄성파 장치의 온도 특성 개선, 인터디지털 전극 및 반사 전극 등의 기계적 손상으로부터의 보호, 전극 핑거의 초전 파괴 방지, 전기 기계 결합 계수 K²의 증대, 전극 핑거의 내전력성 향상, 전극의 내습성 향상, 전극 핑거간의 쇼트 방지 등, 탄성파 장치의 특성을 향상시키는 시도가 지금까지 수없이 행해져 왔다.

통상, 탄성파 장치는 압전 기판 위에 인터디지털 전극을 포함하는 전극 패턴이 형성되며, 기판 표면의 전극 패턴이 보호되지 않는 노출된 상태 그대로 패키지내에 밀봉된다.

최근, 탄성파 장치가 이용되는 이동체 무선 통신의 통신 주파수대는 ㎓에까지 고주파화되어 있으며, ㎓대에서는, 탄성파 장치의 인터디지털 전극 혹은 반사 전극의 치수는 서브미크론 정도로까지 미세화된다. 이와 같이, 인터디지털 전극이나 반사 전극에서의 인접하는 전극 핑거간이 매우 좁아짐으로써, 지금까지 문제가 되지 않았던 미세한 금속 먼지에 의해서도 전극간이 쇼트될 가능성이 증가되고 있다. 또한, 탄성 표면파는 압전 기판의 표면을 전파하기 때문에, 압전 기판 표면 상태에 매우 민감하고, 혹시 패키지 내에 습기가 혼입되어 결로에 의해 수분이 압전 기판 표면에 부착하는 등의 경우에는, 탄성파 장치의 특성이 열화되게 된다. 또한, 습기가 패키지 내에 혼입된 경우에는, 습기에 약한 Al 혹은 Al을 주성분으로 하는 합금에 의한 전극은 부식되게 되어, 탄성파 장치의 특성이 열화된다. 이러한 이유 때문에, 상술한 바와 같이 탄성파 장치 외부로부터의 영향을 피하기 위해 탄성파 장치는 패키지 내에 고기밀로 밀봉되어 있다.

그러나, 패키지 내에 탄성파 장치를 고기밀 밀봉한다고 해도, 탄성파 장치의 제조 공정 중에 미세한 금속 먼지나 습기가 패키지 내에 혼입될 가능성이 여전히 있기 때문에, 어떠한 형태로 전극을 보호할지에 대한 고려가 필요해진다. 이러한 목적을 위해, 인터디지털 전극 상에 전극 보호막을 퇴적시키는 구조를 생각할 수 있다.

특개소61-136312호 공보(이하 선행 기술 1이라고 함)에서는, 탄성 표면파 소자, 즉, 인터디지털 전극 및 그 밖의 전극이 형성된 압전 기판 위에, 인터디지털전극 부분을 피복하도록 SiQ₂등의 산화물, SiN₂등의 질화물 혹은 이들의 복합체로 이루어지는 절연막을 퇴적하고, 이 절연막 표면을 평탄화함으로써, 전극의 기계적 손상 및 오염을 방지함과 함께, 전극 부식의 방지를 달성하는 탄성 표면파 소자를 제안하고 있다.

인터디지털 전극이나 반사기 전극 상에 박막을 퇴적시킨 경우, 실제로는 도 8과 같이 표면은 요철 상태로 된다. 또한, 이러한 상태에서는, 전극 측면의 평활화의 영향을 받아, 전극간 단락 현상의 방지 효과가 약해진다. 이 때문에, 선행 기술 1에서는, 인터디지털 전극의 단차를 매립하도록 절연막을 퇴적시켜, 즉, 도 9와 같이 절연막(8)의 표면을 평탄하게 함으로써, 충분한 절연성을 얻을 수 있는 것으로 하고 있다. 또한, 도 8 및 도 9에서, 참조 부호 1은 압전 기판, 참조 부호 2는 전극 핑거, 참조 부호 4는 전극 핑거(2)에 의해 형성된 전기-탄성 표면파의 에너지 변환을 행하는 입력측 인터디지털 전극이다. 또한, 탄성 표면파-전기의 에너지 변환을 행하는 출력측 인터디지털 전극도, 이 입력측 인터디지털 전극(4)과 마찬가지로 구성되어 있다.

또한, 선행 기술 1에서는, 절연막의 두께가 500Å 미만으로 되면, 전극간 단락 현상의 방지 효과가 충분히 얻어지기 어렵게 되고, 한편, 절연막의 두께가 3000Å를 초과하면, 탄성 표면파 소자의 공진 저항이 증가되어, 탄성 표면파 소자의 특성이 열화되기 때문에, 인터디지털 전극 상에 퇴적시키는 절연막의 바람직한 두께는 500∼3000Å의 범위인 것으로 하고 있다.

선행 기술 1과 같은 압전 기판 위에 박막을 퇴적시키는 구조의 탄성파 장치에서는, 산화실리콘이 절연막으로서 이용되는 경우가 많다.

또한, 산화실리콘은, 통상, 탄성파 장치에 이용되는 기판과 역부호의 온도 특성 계수를 갖고 있으며, 기판 위에 박막으로서 퇴적시킴으로써, 온도 특성의 개선을 도모하는 시도가 행해져 왔다.

그러나, 이 때 필요로 되는 산화실리콘막의 두께는, 탄성 표면파의 파장에 대하여 0.2배 정도로 매우 두껍게 해야만 한다. 만일, 탄성 표면파의 속도를 4000㎧, 탄성파 장치의 동작 주파수를 2㎓로 하면, 산화실리콘막의 두께는 0.4㎛로 된다. 그러나, 이 두께의 산화실리콘막을 탄성파 장치 상에 퇴적시키면, 탄성파 장치의 공진 저항이 증대되어 특성이 열화되기 때문에, 산화실리콘막을 탄성파 장치 상에 퇴적시킴으로써, 온도 특성을 개선한 탄성파 장치는, 실제로는 지금까지 실현되지 않았다.

압전 기판 위에 형성되는 전극 패턴은, Al 혹은 Al을 주성분으로 하는 합금으로 이루어지지만, 습도에 약하다. 또한, 전극 보호막으로서 자주 이용되는 산화실리콘막도 내습성은 부족하다. 또한, 일반적으로 Al의 부식을 방지하기 위한 보호막으로서 질화실리콘막이 알려져 있다. 그러나, 이 질화실리콘막을 직접 압전 기판 위에 퇴적시킨 경우, 압전 기판과 질화실리콘막의 선팽창 계수가 다르기 때문에, 질화실리콘막이 임의의 일정한 두께 이상으로 되면, 질화실리콘막에 크랙이 발생하게 되는 문제가 있었다.

상기한 문제를 개선하기 위해, 특개평8-97671호 공보(이하 선행 기술 2이라고 함)에서는, 인터디지털 전극을 형성한 기판 위에 산화실리콘으로 이루어지는 내측 보호막과, 질화실리콘으로 이루어지는 외측 보호막과의 2층의 보호막을 퇴적시키는 구조를 제안하고 있다. 이것은 산화실리콘을 압전 기판과 질화실리콘의 중간층으로서 삽입함으로써, 기판으로부터 외측 보호막으로 선팽창 계수를 원활하게 변화시켜, 외측 보호막에 크랙이 발생하는 것을 방지한 것이다. 그리고, 선행 기술 2에서는, 이 구조를 채용함으로써, 내습성이 우수한 탄성파 장치를 실현할 수 있는 것으로 하고 있다.

이와 같이, 산화실리콘막은 내습성이 부족하기 때문에, 산화실리콘막만으로 내습성이 우수한 탄성파 장치를 실현하는 것이 곤란하다라고 생각되었다.

탄성파 장치는, 이동체 통신 기기에 이용되기 때문에, 소형이며, 또한, 경량인 것이 요구되고 있다. 탄성파 장치의 크기는, 사용되는 기판의 최소의 것이 1㎜×1.5㎜ 정도의 크기임에도 불구하고, 기판을 탄성파 장치의 패키지에 넣을 필요가 있기 때문에, 최종적으로 완성된 제품에서는 최소의 것이라도 2㎜×2.5㎜로 되며, 또한, 가장 많이 생산되고 있는 제품은 3㎜×3㎜ 정도의 크기로 되어 있다.

여기서, 상기 선행 기술에 대한 문제점을 정리하면 다음과 같다.

선행 기술 1에서는, 압전 기판 위에 인터디지털 전극 및 반사기를 포함하는 전극 패턴을 형성한 탄성파 장치 상에 퇴적시키는 절연막의 바람직한 두께를 500∼3000Å인 것으로 하고 있다. 그러나, 최근, 탄성파 장치가 이용되는 ㎓대에서, 선행 기술 1에서의 절연막의 두께의 범위로는, 중심 주파수의 변동 및 공진 저항의 증가가 커져, 탄성파 장치의 특성이 열화된다고 하는 문제가 있다.

또한, 상기한 선행 기술 1에서는, 인터디지털 전극 상에만 절연막을 퇴적시키고 있지만, 반사기 전극 또한 인터디지털 전극과 거의 동일한 전극 핑거 폭이고, 노출된 상태 그대로이면, 미세한 금속 먼지에 의한 전극 핑거간 쇼트나, 습기에 의한 전극 핑거의 부식 가능성이 있다.

또한, 선행 기술 2에서는, 인터디지털 전극 및 반사기를 포함하는 전극 패턴을 형성한 압전 기판 위에, 산화실리콘과 질화실리콘의 2개의 박막을 퇴적시킴으로써 내습성이 우수한 탄성파 장치를 실현할 수 있는 것으로 하고 있다. 그러나, 압전 기판 위에 퇴적시키는 박막이 2층으로 됨으로써, 박막이 1층인 경우에 비해, 막 두께의 조정 및 막질의 균일화가 더욱 곤란해지고, 또한, 생산 비용이 상승하는 등 문제점이 많아진다.

따라서, 본 발명은, 이상의 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 압전 기판 위에, 도체로 이루어지는 인터디지털 전극을 포함하는 전극을 형성한 탄성파 장치에 있어서, 상기 인터디지털 전극 및 반사기 상에 산화실리콘을 주성분으로 하는 유전체 박막을 퇴적시키는 것으로, 이 유전체 박막의 두께를 적절하게 설정한 것이다. 그리고, 유전체 박막의 두께를 적절하게 설정함으로써, 미세한 금속 먼지로부터 전극을 보호하고, 또한, 외부로부터의 영향을 회피하기 위해 패키지 내에 기밀 밀봉하는 것을 필요로 하지 않는 탄성파 장치를 얻을 수 있도록 한 것이다.

<발명의 개시>

본 발명의 탄성파 장치는, 압전 기판 위에, 도체로 이루어지는 인터디지털 전극을 포함하는 전극을 형성한 것으로, 상기 인터디지털 전극 상에, 두께가100∼1000Å인 산화실리콘을 주성분으로 하는 유전체 박막을 형성한 것이다. 이와 같이 구성함으로써, 피복성을 유지하고, 탄성 표면파(Surface Acoustic Wave, 이하 SAW라고 함) 필터의 삽입 손실의 증가를 억제할 수 있다.

또한, 유전체 박막의 두께는, 100∼500Å로 하는 것이 바람직하다. 이러한 두께로 설정함으로써, SAW 필터로서의 원래의 특성을 재현할 수 있을 뿐만 아니라, 중심 주파수의 변동을 적게 할 수 있다.

또한, 유전체 박막의 두께는 200∼500Å로 하는 것이 보다 바람직하다. 이러한 두께로 설정함으로써, 전극 측면의 피복율이 향상되어, 내습성을 보다 한층 더 향상시킬 수 있다.

또한, 유전체 박막은 CVD법, 스퍼터법 등 어떠한 방법으로 성막해도 된다. 이 경우, 이들의 내습 성능은 거의 변화되지 않고, 코팅법에 의해 제작한 것보다 우수한 것으로 할 수 있다. 또한, CVD법과 스퍼터법을 서로 비교한 경우, CVD법쪽이 비용을 싸게 제작할 수 있다.

또한, 상기 유전체 박막은, 상기 압전체 기판 혹은 압전체 박막을 구비한 기판을 스퍼터 타깃에 대하여 경사지게 배치하고, 상기 유전체 박막을 기판 표면 연직 방향에 대하여 경사진 방향으로부터 스퍼터법에 의해 퇴적시킨 것으로 할 수 있다. 이와 같이 구성함으로써, 전극 측면으로의 유전체 박막의 부착율을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 인터디지털 전극을 포함하는 전극을 구성하는 도체로 이루어지는 전극 핑거는, 기판 표면 연직 방향에 평행한 면이며, 또한, 교차 폭 방향에 수직인방향에서의 단면을 사다리꼴로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, 전극 핑거의 유전체 박막에 의한 피복율을 향상시켜, 보다 내습성이 우수한 탄성파 장치를 실현할 수 있다.

본 발명은, 통신 기기나 전자 기기 등의 회로에서 사용되며, 탄성파를 전파하는 탄성파 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 SAW 필터의 평면도.

도 2는 도 1의 인터디지털 전극 부분의 확대 단면도.

도 3은 모드 결합형의 SAW 공진기 필터의 일반적인 패턴을 도시하는 도면.

도 4는 전극 상의 산화실리콘막 두께를 변화시켰을 때의 SAW 필터 삽입 손실의 변화를 측정한 본 발명의 실험예 1의 결과를 도시하는 도면.

도 5는 전극 상의 산화실리콘막 두께를 변화시켰을 때의 SAW 필터의 주파수 통과 특성을 측정한 본 발명의 실험예 2의 결과를 도시하는 도면.

도 6은 4개의 품종에 대하여 내습 시험을 행한 실험예 3의 결과를 도시하는 표.

도 7은 본 발명의 실험예 6에 의한 스퍼터 장치 내에 압전 기판을 스퍼터 타깃에 대하여 경사지게 배치한 상태를 도시하는 도면.

도 8은 특개소61-136312호 공보에 개시된 인터디지털 전극 상에 절연막을 퇴적시킨 경우의 단면도.

도 9는 도 8에 도시한 인터디지털 전극 상에 절연막을 표면이 평탄하게 되도록 퇴적시킨 경우의 단면도.

<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>

본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해, 첨부 도면에 따라서 이를 설명한다.

우선, 전극부에 유전체 박막을 형성한 부분의 구조 및 제조 방법에 대하여, 본 발명을 SAW 필터에 적용한 예에 기초하여 구체적으로 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 트랜스버설(transversal)형 SAW 필터의 구성을 도시하는 평면도이고, 도 2는 도 1의 인터디지털 전극 부분의 확대 단면도이다. 또한, 도 3은, 후술하는 각 실험예에 사용되는 모드 결합형 SAW 공진기 필터의 일반적인 전극 패턴 도면이다. 또한, 전극부에 유전체 박막을 형성한 부분의 구조 및 제조 방법은, 도 1 및 도 2에 도시한 트랜스버설형 SAW 필터의 경우와 도 3에 도시한 모드 결합형 SAW 공진기 필터와는 기본적으로 동일하기 때문에, 이하의 설명은 도 1 및 도 2에 도시한 트랜스버설형 SAW 필터의 경우를 중심으로 하여 설명하며, 도 3의 모드 결합형 SAW 공진기 필터에 대해서는 일반적인 전극 패턴만을 도시한다. 또한, 도 1∼ 도 3에서, 공통되는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다.

도 1∼도 3에서, 참조 부호 1은 압전 기판, 참조 부호 2는 전극 핑거, 참조 부호 3은 인터디지털 전극(4, 5)에 전력을 공급하는 인출 전극, 참조 부호 4는 전기-탄성 표면파의 에너지 변환을 행하는 입력측 인터디지털 전극, 참조 부호 5는 탄성 표면파-전기의 에너지 변환을 행하는 출력측 인터디지털 전극, 참조 부호 6은 입력 단자, 참조 부호 7은 출력 단자, 참조 부호 8은 유전체 박막이다. 또한, 도 3에서, 참조 부호 9는 그레이팅 반사기이다.

이하, 본 발명의 탄성파 장치의 제조 공정에 따라, 도 1의 SAW 필터에 관련되는 전극부의 구조를 보다 구체적으로 설명한다. 우선, 포토리소그래피 기술을이용하여, 압전 기판(1) 상에 인터디지털 전극(4, 5)을 포함하는 전극 패턴(도 3에 도시한 바와 같은 모드 결합형 SAW 공진기 필터의 경우에는 그레이팅 반사기(9)도 포함함)을 형성한다. 전극 핑거 폭 및 전극 핑거 간격, 전극막 두께는 탄성파 장치의 동작 주파수대에 맞추어, 적절하게 조절한다. 그리고, 전극 패턴 상에 산화실리콘으로 이루어지는 유전체 박막(8)을 형성한다.

계속해서, 전력을 입력 혹은 출력하기 위한 인출 전극 상부의 유전체 박막만을 포토리소그래피로 제거하고, 전력을 입력 혹은 출력하기 위한 와이어를 인출 전극(3) 및 패키지의 전극에 접속함으로써 탄성파 장치를 형성한다.

이상과 같이 도 1의 탄성파 장치는 구성되지만, 경우에 따라서는, 인터디지털 전극(4, 5)을 포함하는 전극 패턴(도 3에 도시한 바와 같은 모드 결합형 SAW 공진기 필터의 경우에는 그레이팅 반사기(9)도 포함함)을 형성한 후, 전극간을 접속하는 버스 바 전극 상부 및 전력을 입력 혹은 출력하는 와이어를 접속하는 인출 전극(3)의 부분에만, 또한 Al 혹은 Al을 주성분으로 하는 합금으로 이루어지는 전극을 형성하는 공정이 부가되는 경우도 있다. 이 공정을 부가함으로써, 버스 바 전극 및 인출 전극(3)의 두께가 증가하고, 버스 바 전극부에서는 전기 저항이 저감되어, 더욱 저손실의 탄성파 장치를 얻을 수 있고, 또한, 전극 패드부에서는 전력을 입력 혹은 출력하는 와이어를 본딩하는 것이 보다 용이해진다.

덧붙여서, 도 1의 SAW 필터는 다음과 같이 동작한다.

입력 단자(6)에 인가된 전기 신호는, 입력측 인터디지털 전극(4)의 교차부에 전계를 생성한다. 이 때, 기판(1)이 압전체이기 때문에, 상기 전계에 의해 변형이생긴다. 또한, 이 SAW 필터에서는, 유전체 박막(8)이 인터디지털 전극(4, 5)의 상부에 퇴적된 구조로 되어 있기 때문에, 인터디지털 전극(4, 5)에 인가된 전계는 압전 기판(1) 및 유전체 박막(8)에 도달하여 탄성 표면파가 여진 및 수신된다. 입력 신호가 주파수 f인 경우, 발생하는 변형도 주파수 f에서 진동하고, 이것이 SAW로 되어, 전극 핑거(2)에 평행한 방향으로 전파된다. 또한, 출력 인터디지털 전극(5)에서는 SAW가 다시 전기 신호로 변환된다. 전기 신호로부터 SAW로 변환되는 경우와, SAW로부터 전기 신호로 변환되는 경우에는, 상호 가역적인 과정이다.

본 발명에 따른 SAW 필터는 이상과 같이 구성되지만, SAW는 기판 표면을 따라 전파되기 때문에, 기판 표면의 상태에 크게 영향을 받는다. 예를 들면, 전극이 존재한 경우, 전극의 질량 부가 효과 및 전계 단락 효과 등 다양한 효과의 영향을 받아, SAW의 특성은 크게 변화된다. 기판 표면 상에 박막 등이 퇴적되어 있는 경우에 대해서도, 마찬가지로 SAW의 특성은 변화되고, 그 결과, 탄성파 장치의 특성도 변화된다.

이와 같이, 압전 기판(1) 상에 인터디지털 전극(4, 5)을 포함하는 전극을 형성한 탄성파 장치에서는, 이 전극 상에 절연막(8)을 퇴적시킴으로써, 미세한 금속 먼지로부터 전극을 보호하고, 또한, 외부로부터의 영향을 피하기 위해 패키지 내에 기밀 밀봉할 필요가 없는 탄성파 장치를 얻을 수 있다.

다음으로, 상기 유전체 박막의 두께에 대하여 검토한 실험예에 대하여 설명한다.

(실험예 1)

실험예 1은, 유전체 박막의 두께에 대하여, SAW 필터의 삽입 손실의 관점에서 검토한 것이다.

즉, 압전체 상에 인터디지털 전극을 포함하는 전극 패턴을 형성한 후, CVD(Chemical Vapor Deposition: 화학 기상 성장)법에 의해 산화실리콘막을 상부에 퇴적시킨 SAW 필터에 있어서, 산화실리콘으로 이루어지는 유전체 박막(8)의 두께를 변화시켰을 때의 삽입 손실의 측정 값을 측정하였다. 구체적으로는, 유전체 박막(8)의 막 두께를 200, 500, 1000, 2000Å로 변화시킨 경우의 SAW 필터의 삽입 손실을 측정하였다. 또한, SAW 필터로서는, 도 3에 도시한 모드 결합형 SAW 공진기 필터의 전극 패턴을 갖는 것을 사용하였다. 또한, 도 3에 대하여, 2개의 출력측 인터디지털 전극(4, 5)은 전기적으로 병렬 접속되어 있다. 또한, 상술한 바와 같이 참조 부호 9는 그레이팅 반사기이다.

이 실험 결과를 도 4에 도시한다. 이 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 유전체 박막(8)의 막 두께의 증가에 수반하여, SAW 필터의 삽입 손실이 증가되고 있다. 이 삽입 손실은, 도 4에서, 통과 전력량(㏈)의 감소량에 의해 산출된다. 유전체 박막(8)의 막 두께가 2000Å인 경우에는 유전체 박막(8)이 없는 경우에 비해 삽입 손실이 1㏈ 정도 증가하고 있으며, 이 손실 증가분은 무시할 수 없다. 손실 증가분은 0.5㏈ 정도까지가 허용할 수 있는 범위의 한계이기 때문에, SAW 필터 상에 퇴적하는 유전체 박막(8)의 막 두께는 1000Å가 한계이다라고 판단할 수 있다. 이것은, 유전체 박막(8)의 막 두께가 1000Å를 초과하여 두꺼워지면 탄성 표면파의 전파 감쇠가 커지기 때문이다라고 생각된다. 또한, 이 측정에 이용한 SAW 필터는유전체 박막(8)이 없는 경우에 가장 특성이 양호해지도록 설계된 필터이기 때문에, 유전체 박막(8)이 압전 기판(1)의 표면에 퇴적됨으로써 전극 패턴이 반드시 최적 설계 조건으로 되어 있지 않는 것도 삽입 손실의 증가로 이어지는 것으로 생각된다. 이와 같이, 유전체 박막(8)의 막 두께는 1000Å 정도까지의 두께이면 원래의 탄성파 장치의 특성에 거의 영향을 주지 않는 것이 실험적으로 확인되었다.

또한, 이 전극 상에 형성하는 유전체 박막(8)의 두께가 100Å보다 너무 얇아지면, 유전체 박막(8)에 의한 인터디지털 전극(4, 5)이나 반사 전극 등의 전극의 피복성이 나빠진다.

따라서, 유전체 박막(8)의 두께는, 실험예 1의 결과로부터 100Å∼1000Å 사이가 적당하다고 할 수 있다.

이상과 같이, 본 실험예 1에 따르면, 압전체 기판 혹은 압전체 박막을 구비한 압전 기판(1) 상에, 도체로 이루어지는 인터디지털 전극(4, 5) 혹은 반사기(9)를 포함하는 전극을 형성한 탄성파 장치에 있어서, 상기 인터디지털 전극(4, 5) 및 반사기(9) 상에, 두께가 100∼1000Å인 산화실리콘을 주성분으로 하는 유전체 박막(8)을 형성하는 경우에는, 삽입 손실이 적고, 종래의 이러한 종류의 탄성파 장치보다 내습성이 우수하며, 또한 저비용의 탄성파 장치를 실현할 수 있다.

(실험예 2)

실험예 2는, 압전 기판 위에, 인터디지털 전극(4, 5)을 포함하는 전극 패턴을 형성한 탄성파 장치에 있어서, 전극 패턴 상에 산화실리콘을 주성분으로 하는 유전체 박막(8)을 퇴적시키고, 이 유전체 박막(8)의 두께를 변화시킨 경우의 탄성파 장치의 특성 변화를 측정한 것이다. 여기서도 도 3에서의 모드 결합형 SAW 공진기 필터를 이용하여 측정을 행하였다.

도 5는 본 실험예 2의 결과를 도시하는 것이다.

도 5에서, 유전체 박막(8)의 두께를 크게 함에 따라, 필터 특성의 통과 영역의 중심 주파수는 점차로 낮아졌다. 또한, 삽입 손실되 증가하고, 대역 폭도 감소하였다. 유전체 박막(8)의 두께가 1000Å 정도까지는, SAW 필터를 최적 설계한 원래의 탄성파 장치의 특성을 거의 재현하는 것이 가능하다. 그러나, 유전체 박막의 두께가 2000Å로 되면, 이동체 무선 통신에 이용되는 ㎓대에서의 탄성파 장치의 공진 저항이 증가하게 된다. 이 때문에, 유전체 박막(8)을 탄성파 장치 상에 퇴적시킴으로써 열화된 탄성파 장치의 특성을 설계에 의해 회복하는 것은 어렵다. 또한, 가능하다면 중심 주파수의 변동은 적은 쪽이 바람직하기 때문에, 중심 주파수 변동은 5㎒ 정도까지가 바람직하다. 따라서, 유전체 박막(8)의 두께는 500Å까지인 것이 바람직하다.

또한, 중심 주파수 변동은 보다 적은 쪽이 바람직하기 때문에, 이 관점에서는 산화실리콘의 유전체 박막(8)은 얇은 쪽이 바람직하다. 그러나, 너무 얇아지면 산화실리콘막에 의한 전극 패턴의 피복율이 나빠져 내습성 향상의 효과가 충분히 얻어지지 않게 된다. 따라서, 상술한 바와 같이 산화실리콘의 유전체 박막(8)은 100Å 이상인 것이 필요하다.

이상과 같이, 본 실험예 2에 따르면, 압전체 기판 혹은 압전체 박막을 구비한 압전 기판(1) 상에, 도체로 이루어지는 인터디지털 전극(4, 5) 혹은 반사기(9)를 포함하는 전극을 형성한 탄성파 장치에 있어서, 상기 인터디지털 전극(4, 5) 및 반사기(9) 상에, 두께가 100∼500Å인 산화실리콘을 주성분으로 하는 유전체 박막(8)을 형성한 경우에는, 중심 주파수 변동이 적고, 종래의 이러한 종류의 탄성파 장치보다 내습성이 우수하고, 저비용의 탄성파 장치를 실현할 수 있다.

(실험예 3)

실험예 3은, 압전 기판 위에 인터디지털 전극을 포함하는 전극 패턴을 형성한 탄성파 장치에, 전극 패턴 상에 산화실리콘을 주성분으로 하는 유전체 박막(8)을 CVD법에 의해 퇴적시킨 경우에 있어서, 전극 단면 형상 및 전극막의 두께, 유전체 박막의 두께를 변화시킨 SAW 필터의 4개의 품종의 내습 시험을 행한 것이다. SAW 필터에는 도 3의 필터를 이용하였다.

품종 1은 밀착 노광기 및 웨트 에칭에 의해 전극을 형성하였다. 품종 1 이외의 품종은, 축소 노광기 및 드라이 에칭에 의해 전극을 형성하였다. 여기서, 밀착 노광기란, 포토리소그래피 기술에서, 전극 패턴을 묘화하고 있는 마스크를 압전 기판 웨이퍼에 직접 밀착시켜 노광을 행하는 장치를 말한다. 한편, 여기서 축소 노광기란 전극 패턴을 묘화하고 있는 마스크를 압전 기판 웨이퍼와, 임의의 일정한 거리만큼 이격하여 배치하고, 마스크에 묘화되어 있는 패턴을 1/5, 1/10 등으로 크기를 축소하여 노광하는 장치를 말한다.

또한, 재질이 세라믹이 아닌 간이형의 패키지에 이 탄성파 장치를 넣고, 패키지의 덮개는 수분을 투과시키는 성질의 수지로 밀봉한 상태에서, 온도 85℃, 습도 85%의 환경 하에 탄성파 장치를 설치하고, 일정 시간 경과 후의 필터 특성을 측정하였다.

도 6은 이 4개의 품종의 내습 실험을 행한 실험예 3의 결과를 도시한 표이다.

도 6의 결과로부터 명백해진 바와 같이, 이 4개의 품종 중에서 가장 양호한 결과를 보인 것은 품종 1이었다. 한편, 가장 나쁜 결과를 보인 것은 품종 4이었다. 전극 패턴 상부에 유전체 박막(8)이 없는 품종 4의 경우에는, 100시간 정도에서 탄성파 장치의 특성이 열화되기 시작하였다. 전극 패턴 상에 유전체 박막(8)이 있는 다른 3품종의 경우에는, 100시간 정도에서는 탄성파 장치의 특성에 열화는 보이지 않았다. 품종 1과 품종 2에서는, 유전체 박막(8)의 두께는 모두 200Å로 같지만, 전극의 형상이 다르다. 즉, 전극의 단면을 비교하면, 품종 1에서는 사다리꼴로 되어 있고, 품종 2에서는 직사각형으로 되어 있다. 또한, 품종 1과 품종 2에 대하여 전극 단면 형상을 주사형 전자 현미경(Scanning Electron Microscope, 이하 SEM이라고 함)으로 관찰한 결과, 품종 1의 전극 단면 형상이 사다리꼴인 경우에는, 전극 핑거(2)는 유전체 박막(8)에 의해 균일한 두께로 피복되어 있지만, 품종 2의 전극 단면 형상이 직사각형인 경우에는, 전극 핑거(2) 측면에서의 유전체 박막(8)에 의한 피복 상태가 균일하지 않은 것이 몇 개 발견되었다. 이 유전체 박막(8)에 의한 피복 상태의 차가 품종 1과 품종 2의 시험 결과의 차로 나타났다라고 생각된다. 또한, 품종 3에서의 유전체 박막(8)의 두께가 1000Å인 경우에는, 시험 결과에 개체 차가 나타났다. SEM에 의한 관찰로 확인한 결과, 전극 패턴이 유전체 박막(8)에 의해 균일한 두께로 피복되어 있는 것은 시험 결과도 양호하였지만, 한편,전극 핑거(2)의 유전체 박막(8)에 의한 피복 상태가 균일하지 않은 것은 시험 결과도 그다지 양호하지 못한 결과가 나왔다. 그러나, 유전체 박막(8)의 두께가 1000Å인 경우에도, 유전체 박막의 피복 상태가 양호한 것이 얻어지는 것이 판명되었기 때문에, 유전체 박막(8)의 성막 조건을 적절하게 함으로써, 전극 핑거(2)는 유전체 박막(8)에 의해 균일하게 피복되어, 내습성의 향상이 이루어지는 것으로 생각된다.

상기한 시험 결과로부터, 압전 기판(1) 상에 인터디지털 전극(4, 5)을 포함하는 전극 패턴을 형성한 탄성파 장치에 있어서, 전극 패턴 상에 산화실리콘을 주성분으로 하는 유전체 박막(8)을 퇴적시킨 경우, 유전체 박막(8)의 두께는 200∼1000Å인 경우에 탄성파 장치의 특성에 영향을 주지 않으면서 내습성이 향상되는 것이 명백해졌다.

또한, 유전체 박막(8)의 두께는 200Å 이상인 경우에 대해서만 내습 시험을 행하였지만, 유전체 박막이 200Å보다 얇은 막 두께이어도, 유전체 박막이 없고, 전극막이 노출된 경우에 비해, 내습성 향상의 효과가 얻어진다라고 생각된다.

그러나, 유전체 박막의 두께가 200Å 이하인 경우에는, 유전체 박막(8)이 없는 전극이 노출된 탄성파 장치와 비교하여, 내습성은 향상되지만 전극 측면의 피복율이 나빠져, 반드시 충분한 내습성을 얻을 수 있다고는 할 수 없다. 따라서, 유전체 박막의 두께가 200∼500Å의 범위에 있는 것이 가장 바람직하다라고 생각할 수 있다.

이상과 같이, 본 실험예 3에 따르면, 압전체 기판 혹은 압전체 박막을 구비한 압전 기판(1) 상에, 도체로 이루어지는 인터디지털 전극(4, 5) 혹은 반사기(9)를 포함하는 전극을 형성한 탄성파 장치에 있어서, 상기 인터디지털 전극(4, 5) 및 반사기(9) 상에, 두께가 200∼500Å인 산화실리콘을 주성분으로 하는 유전체 박막을 형성한 경우에는, 종래의 이러한 종류의 탄성파 장치보다도 내습성이 우수하고 저비용의 탄성파 장치를 실현할 수 있다.

또한, 탄성파 장치의 내습성이 향상됨으로써, 패키지 내에 탄성파 장치를 고기밀 밀봉할 필요가 없어져, 세라믹 패키지가 아니라 간이형의 패키지를 사용할 수 있기 때문에, 생산 비용을 삭감할 수 있다.

또한, 본 실험예 3에 따르면, 압전체 기판 혹은 압전체 박막을 구비한 압전 기판(1) 상에, 도체로 이루어지는 인터디지털 전극(4, 5) 혹은 반사기(9)를 포함하는 전극을 형성한 탄성파 장치에 있어서, 상기 인터디지털 전극(4, 5) 및 반사기(9) 상에, 산화실리콘을 주성분으로 하는 유전체 박막(8)을 갖는 경우, 인터디지털 전극(4, 5) 및 반사기(9)를 구성하는 도체로 이루어지는 전극 핑거(2)는, 기판 표면 연직 방향에 평행한 면이며, 또한, 교차 폭 방향에 수직인 방향에서의 단면을 사다리꼴로 함으로써, 종래의 이러한 종류의 탄성파 장치보다, 전극 핑거(2)의 유전체 박막(8)에 의한 피복율을 향상시킬 수 있어, 내습성이 우수한 저비용의 탄성파 장치를 실현할 수 있다.

(실험예 4)

실험예 4는 유전체 박막(8)의 제조 방법에 의한 차를 검토한 것이다.

구체적으로는, 상기한 내습 시험을 CVD법에 의해 제작한 유전체 박막(8)에 대해서 뿐만 아니라, 스퍼터법, 코팅법에 의해 제작한 유전체 박막(8)에 대해서도실험을 행하였다. 그 결과, 스퍼터법에 의한 유전체 박막의 경우에는, CVD법에 의한 유전체 박막의 경우와 그다지 변화되지 않은 시험 결과가 얻어졌다. 그러나, 코팅법의 경우에는, 전극에 대한 산화실리콘막의 피복 상태가 나빠, 시험 결과는 그다지 양호하지 않았다.

이상과 같이, 본 실험예 4에 따르면, 압전체 기판 혹은 압전체 박막을 구비한 압전 기판(1) 상에, 도체로 이루어지는 인터디지털 전극(4, 5) 혹은 반사기(9)를 포함하는 전극을 형성한 탄성파 장치에 있어서, 상기 인터디지털 전극(4, 5) 및 반사기(9) 상에, 두께가 100∼1000Å인 산화실리콘을 주성분으로 하는 유전체 박막(8)을 갖는 경우, 상기 유전체 박막(8)을 CVD법 또는 스퍼터법에 의해 제작함으로써, 종래의 이러한 종류의 탄성파 장치보다 내습성이 우수하고, 저비용의 탄성파 장치를 실현할 수 있다. 또한, 스퍼터법에 의한 산화실리콘막도 충분히 내습성을 갖는 것이 명백해졌다.

(실험예 5)

실험예 5는, 전극의 단면 형상이 직사각형인 경우에 대하여, 스퍼터법에 의한 제작 방법의 개량에 관한 것이다.

도 6의 내습 시험 결과로부터, 전극의 단면 형상이 직사각형인 경우에는, 단면 형상이 사다리꼴인 경우에 비해, 전극 측면에의 유전체 박막의 부착율이 저하되는 것을 알 수 있었다. 이것은, 스퍼터법과 같은 박막 제작법에서는, 박막 재료의 스퍼터 원자가 진행 방향, 즉, 압전 기판 방향에 대하여 큰 운동 에너지를 갖고, 기판에 대하여, 거의 기판 표면의 연직 방향으로부터 입사된다. 이 경우, 기판 표면에 수직인 면, 즉 전극의 측면에는 직접적으로는 박막 분자가 도달하지 않는다. 기판 온도가 적절하게 제어되어 있는 경우에는, 전극 상면 혹은 압전 기판(1)의 표면에 도달한 박막 분자가, 압전 기판(1)으로부터 열 에너지를 받아, 전극 측면으로 이동하여 부착할 수 있지만, 항상, 어떤 전극에서도 측면이 박막 분자에 충분히 피복된다고는 할 수 없다.

따라서, 압전 기판을 스퍼터 원자 타깃에 대하여 수직으로 배치시키는 통상의 스퍼터법에서는 상기한 바와 같은 문제가 있기 때문에, 도 7과 같이 인터디지털 전극(4, 5)을 포함하는 전극 패턴을 형성한 압전 기판(1)을 스퍼터 장치에 배치하는 경우에, 압전 기판(1)을 스퍼터 타깃(10)에 대하여 경사지게 배치하고, 압전 기판(1)을 스퍼터 타깃(10)에 대하여 경사지게 한 상태로 회전시킴으로써, 유전체 박막(8)을 퇴적시키기 어려운 전극 측면에의 유전체 박막의 부착율을 향상시킬 수 있었다. 또한, 도 7에서, 참조 부호 11은 이온화된 입자를 나타내고, 실선 화살표로 스퍼터 입자(11)가 방사되는 방향을 나타내고 있다.

이상과 같이, 본 실험예 5에 따르면, 압전체 기판 혹은 압전체 박막을 구비한 압전 기판(1) 상에, 도체로 이루어지는 인터디지털 전극(4, 5) 혹은 반사기(9)를 포함하는 전극을 형성한 탄성파 장치에 있어서, 상기 인터디지털 전극(4, 5) 및 반사기(9) 상에, 산화실리콘을 주성분으로 하는 유전체 박막(8)을 스퍼터법에 의해 제작하는 경우, 상기 압전 기판(1)을 스퍼터 타깃(10)에 대하여 경사지게 배치하고, 상기 기판을 스퍼터 타깃(10)에 대하여 경사지게 한 상태로 회전시켜 상기 유전체 박막(8)을 기판 표면 연직 방향으로부터 경사진 방향으로부터 퇴적시킴으로써, 종래의 이러한 종류의 탄성파 장치보다 내습성이 우수하고 저비용의 탄성파 장치를 실현할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은, 압전 기판(1) 상에, 도체로 이루어지는 인터디지털 전극(4, 5)을 포함하는 전극을 형성한 탄성파 장치에 있어서, 상기 인터디지털 전극(4, 5) 및 반사기(9) 상에 산화실리콘을 주성분으로 하는 유전체 박막(8)을 퇴적시킨 것으로, 이 유전체 박막(8)의 두께를 적절하게 설정한 것이지만, 각 실험예에 기초하여 유전체 박막(8)의 두께를 적절하게 설정한 경우에는, 습기로부터 전극을 보호하기 위해, 종래의 탄성파 장치에서 일반적으로 필요로 되었던 패키지를 필요로 하지 않는 것도 가능하기 때문에, 생산 비용을 저감할 수 있고, 또한, 반도체 소자와의 일체화도 가능해진다.

또한, 산화실리콘 박막을 기판 위에 퇴적함으로써, 탄성파 장치의 온도 계수를 영으로 할 수 있는 것이 알려져 있지만, 그 경우, 산화실리콘 박막의 막 두께는 전극 핑거의 간격과 비교하여 상당히 두껍게 해야만 하여, 전파 손실이 증가되기 때문에, 아직 제품으로서는 실현되어 있지 않았다. 그러나, 본 발명의 실험예에서 설명한 정도의 두께의 유전체 박막(8)이라도, 조금이기는 하지만 온도 특성이 개선된다.

또한, 유전체 박막(8)을 압전 기판(1) 상에 퇴적함으로써 전기 기계 결합 계수 K²의 향상도 기대할 수 있다.

또한, 유전체 박막(8)을 압전 기판(1) 상에 퇴적함으로써, 전극의 주위가 둘러싸게 되므로, 내전력성의 향상도 기대할 수 있다.

또한, 종래부터 말한 바와 같이, 압전 재료는 초전 효과를 갖고 있고, 이에 의해 압전 재료 표면에 전하가 야기된다. 그리고, 이 전하는 전극 핑거(2)간, 및 반사기(9)와 전극 핑거(2) 사이에서 방전되고, 이에 의해 전극을 파괴하거나, 방전될 때에 잡음으로 되는 등 탄성파 장치의 특성을 열화시키는 경우가 있다. 그러나, 본 발명에서는, 유전체 박막(8)이 전극 상에 퇴적되는 구조로 되어 있고, 초전 효과에 의해 압전 기판(1) 표면 상에 유기되는 전하가, 압전 기판(1) 표면의 일정한 장소에 국부적으로 존재하지 않고 외부로 방사되어, 상술한 바와 같은 방전을 피할 수 있다.

또한, 이상의 설명에서는, 도 1의 트랜스버설형 필터 및 도 3의 SAW 공진기 필터를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 다전극 구조의 필터, SAW 공진기를 다단 접속한 래더형 필터, 즉 사다리형 필터에 적용해도 상술한 각 효과는 동일하다.

또한, 인터디지털 전극(4, 5)의 전극 핑거(2)의 배열 주기가 전부 동일한 경우뿐만 아니라, 부분적 혹은 전체적으로 상기 배열 주기가 변화되는 경우에도 효과는 동일하다. 또한, 인터디지털 전극(4, 5) 내에 부유 전극을 갖거나, 혹은 인터디지털 전극(4, 5) 내의 서로 다른 부위에 존재하는 부유 전극끼리가 전기적으로 접속된 형상의 경우에도 상술한 각 효과는 동일하다.

또한, 반사기 전극(9)의 배열 주기가 전부 동일한 경우에 대해 설명하였지만, 부분적 혹은 전체적으로 상기 배열 주기가 변화되는 경우에도 효과는 동일하다. 또한, 반사기 전극(9) 내에 부유 전극을 갖거나, 혹은 반사기 전극(9) 내의 서로 다른 부위에 존재하는 부유 전극끼리가 전기적으로 접속된 형상의 경우에도 상술한 각 효과는 동일하다.

또한, 본 발명은, SAW 필터뿐만 아니라, 1단자쌍 SAW 공진기나, SAW 지연선, SAW 분산형 지연선이나, SAW 컨볼버 등의 전기 신호와 SAW와의 변환 기능을 갖는 인터디지털 전극을 형성하는 것 이외의 SAW 디바이스 전체에 대하여 효과가 있다. 또한, 이들 SAW 디바이스를 이용한 탄성파 장치 전체에 대해서도 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 탄성파 장치는, 텔레비전 수상기용 영상 중간 필터(PIF), 텔레비전 방송기용 잔류 측파대 필터(VSBF), VTR의 RF 컨버터용 공진자, CATV 수신기의 주파수 컨버터용 공진자 등 다방면에 활용하기에 적합하다.

Claims (7)

1. 압전 기판 위에, 도체로 이루어지는 인터디지털 전극을 포함하는 전극을 형성한 탄성파 장치에 있어서,

   상기 인터디지털 전극 상에, 두께가 100∼1000Å인 산화실리콘을 주성분으로 하는 유전체 박막을 포함하는 탄성파 장치.
2. 압전 기판 위에, 도체로 이루어지는 인터디지털 전극을 포함하는 전극을 형성한 탄성파 장치에 있어서,

   상기 인터디지털 전극 상에, 두께가 100∼500Å인 산화실리콘을 주성분으로 하는 유전체 박막을 포함하는 탄성파 장치.
3. 압전 기판 위에, 도체로 이루어지는 인터디지털 전극을 포함하는 전극을 형성한 탄성파 장치에 있어서,

   상기 인터디지털 전극 상에, 두께가 200∼500Å인 산화실리콘을 주성분으로 하는 유전체 박막을 포함하는 탄성파 장치.
4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 유전체 박막은 CVD법에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는 탄성파 장치.
5. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 유전체 박막은 스퍼터법에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는 탄성파 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 유전체 박막은, 상기 전압체 기판 혹은 압전체 박막을 포함하는 기판을 스퍼터 타깃에 대하여 경사지게 배치하고, 상기 유전체 박막을 기판 표면 연직 방향에 대하여 경사진 방향으로부터 스퍼터법에 의해 퇴적시키는 것을 특징으로 하는 탄성파 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 인터디지털 전극을 포함하는 전극을 구성하는 도체로 이루어지는 전극 핑거는, 기판 표면 연직 방향에 평행한 면이며, 또한, 교차 폭 방향에 수직인 방향에서의 단면이 사다리꼴인 것을 특징으로 하는 탄성파 장치.