KR20030032859A - 탄성 표면파 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 삽입 손실을 저감할 수 있음과 동시에, 내후성(耐候性)이 우수하여 비용 절감할 수 있는 탄성 표면파 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 구성에 따르면, 압전 기판(1a)상에, 빗살형 전극부(1b)를 형성한다. 내후성을 향상시키기 위한, 질화 실리콘막, 산화 실리콘막 및 산화 질화 실리콘막 중 적어도 1종류로 이루어지는 기능막(4)을, 빗살형 전극부(1b)상의 적어도 일부에, ECR 스퍼터법(sputter)에 의해 성막(成膜)한다.

Description

탄성 표면파 장치 및 그 제조 방법{Surface acoustic wave device and method of producing the same}
본 발명은 질화 실리콘막(SiN막), 산화 실리콘막(SiO막) 및 산화 질화 실리콘막(SiON막) 중 적어도 1종류로 이루어지는 박막을 갖는 탄성 표면파 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래, SiN막, SiO막 및 SiON막은 탄성 표면파 장치(이하, SAW 디바이스)에 널리 사용되고 있다. 그들의 용도로서는, SAW 디바이스의 주파수를 조정하는 미세 조정막, 내후성(耐候性)을 향상시키기 위한 보호막(방습막), 온도 특성을 향상시키기 위한 막 등의 기능막을 들 수 있다. 이들 기능막은 SAW 디바이스의 성능을 좌우하는 막이기 때문에, 그 제조에 관해서는, 안정성 좋고, 또한 재현성 좋게 형성되지 않으면 안된다.
또한 최근에는, SAW 디바이스의 소형화 및 경량화에의 대응 등으로 패키지의 일부에 에폭시 수지 등의 수지 재료를 사용하는 경우가 많아지고 있다. 이 경우, 상기 수지 재료가 수분을 투과시키기 때문에, 패키지의 수지 재료부를 투과한 수분은 주로 Al을 중심으로 한 재료로 구성되는 빗살형 전극부(이하, IDT라고 한다)에 부식을 발생시키는 원인이 되어, SAW 디바이스로서의 특성을 열화시켜 왔었다.
그 때문에 내습성을 향상시키기 위한 보호막 형성 기술은 특히 중요하게 되어 오고 있다. 각각의 막에 대하여 그 형성 방법은, SiO막에 관해서는, 일반적으로 스퍼터링법이라고 일컬어지는 RF 스퍼터링, DC 스퍼터링, RF 마그네트론(magnetron) 스퍼터링 등이 사용되고, SiN막, SiON막은 플라즈마－CVD(Chemical Vapor Deposition)법(이하 P－CVD라고 한다) 등을 사용하여 성막되고 있다.
그러나, 상술한 각 박막을 SAW 디바이스의 칩(압전 기판상의 IDT)상에 기능막으로서 형성한 경우, 문제가 되는 것은 SAW 디바이스의 전기적 특성의 열화였다. 특히 삽입 손실의 열화에 관해서는, 기능막의 막두께를 두껍게 할 수 없는 이유 중 하나가 되고 있다. 예를 들면, 허용되는 열화량이 되는 막두께로 보호막을 기능막으로서 형성하면, 예를 들면, 내습성 향상을 위한 보호막으로서는 충분한 성능을 실현할 수 없다는 과제가 있었다.
예를 든다면 2GHz대역의 SAW 필터에 내습성 향샹을 위하여 P－CVD로 10nm의 SiN막을 형성한 경우, 약 0.3dB의 삽입 손실의 열화가 보여진다. 이 원인으로서 생각되는 것이 P－CVD로 성막된 SiN막이 치밀하지 않다는 것을 들 수 있다.
본 발명의 목적은 SAW 디바이스에 사용한 경우에 특성 열화가 억제된, 보다 치밀한, SiN막, SiO막 및 SiON막 중 적어도 1종류를 기능막으로서 갖는 SAW 디바이스 및 그것을 안정되게 얻는 것이 가능한 제조 방법을 제공하는데 있다.
또한, SAW 디바이스의 압전 기판에 니오브산 리튬(LiNbO3)을 사용한 경우, 성막시에 압전 기판의 온도를 상승시킬 수 없어, 300℃∼400℃정도까지의 가열을 필요로 하는 P－CVD에서의 성막은 LiNbO3로 이루어지는 압전 기판에는 적용 불가능하였다.
도 1은 본 발명의 SAW 디바이스의 설명도로, 도 1a는 요부 파단 평면도, 도 1b는 요부 파단 정면도, 도 1c는 요부 확대 단면도이다.
도 2는 상기 SAW 디바이스의 한 제조 프로세스에 사용하는 ECR 스퍼터 장치의 개략 구성도이다.
도 3은 상기 SAW 디바이스의 SAW 필터와, 종래의 SAW 필터와, 기능막으로서의 SiN막이 없는 SAW 필터에 있어서의 각 삽입 손실을 각각 나타내는 그래프이다.
도 4는 SiN막이 없는 SAW 디바이스의 설명도로, 도 4a는 요부 파단 평면도, 도 4b는 요부 파단 정면도, 도 4c는 요부 확대 단면도이다.
도 5는 상기 SAW 디바이스의 SAW 필터와, 종래의 SAW 필터에 있어서의 SiN막의 막두께에 대한 삽입 손실의 관계를 각각 나타내는 그래프이다.
도 6은 상기 SAW 디바이스의 SAW 필터에 있어서의, SiN막의 각 막두께와 삽입 손실의 경시적 변화의 관계를 각각 나타내는 그래프이다.
도 7은 상기 SAW 필터에 있어서의 연속막의 막두께 방향에서의 각 원소의 함량 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 상기 SAW 디바이스에 관한 패키지의 한 변형예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 9는 상기 패키지의 사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
1a : 압전 기판1b : IDT(빗살형 전극부)
4 : SiN막(기능막)
본 발명의 SAW 디바이스는 상기 과제를 해결하기 위하여, 압전 기판상에, IDT가 형성되고, 내후성을 향상시키기 위한, SiN막, SiO막 및 SiON막 중 적어도 1종류로 이루어지는 기능막이 IDT상의 적어도 일부에 성막되며, IDT 및 기능막을 구비한 압전 기판을 수납하는 패키지가 적어도 일부에 투습성(透濕性)을 갖는 부재로 형성되고, 상기 기능막은 전자 사이클로트론 공명(cyclotron resonance) 스퍼터링법(이하, 전자 사이클로트론 공명을 ECR이라고 하고, 스퍼터링을 스퍼터라고 한다)에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 SAW 디바이스에서는, 상기 빗살형 전극부 및 기능막을 구비한 압전 기판을 수납하는 패키지는 상기 압전 기판을 플립칩 본딩(flip chip bonding)으로 실장하며, 또한 투습성을 갖는 수지로 상기 압전 기판을 봉지(封止)하는 구조여도 된다.
상기 SAW 디바이스에서는, 상기 기능막은 실온에서 성막되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, ECR 스퍼터법에 의해 기능막을 성막하였기 때문에, 보다 치밀한 기능막을 형성할 수 있으며, 내후성의 향상을 확실화할 수 있다. 또한, ECR 스퍼터법에서는, 기능막의 형성에 압전 기판의 가열을 필요로 하지 않고, 예를 들면 실온에서 상기 기능막을 형성할 수 있기 때문에, 가열에 의한 특성 열화가 발생하는 LiNbO3기판에도 적용할 수 있음과 동시에, 압전 기판상의 IDT에 대한 가열에 기인하는 초전(焦電) 파괴를 회피할 수 있다.
이 결과, 상기 구성에서는, 내후성을 향상할 수 있기 때문에, 에폭시 수지 등의 저렴하며 소형화할 수 있으나 투습성을 갖는 부재를 예를 들면 패키지의 적어도 일부에 사용하더라도, 투과된 수분에 의한 경시적인 특성 열화를 저감할 수 있으며, 비용 절감을 도모할 수 있다.
또한, SiN막은 압전 기판과의 선팽창률의 차이에 의해, SiO막보다도 밀착성에서 뒤떨어지는 경우가 있다. 이 경우, 기능막은 SiN막을 구비하며, 막두께 방향으로 질소 농도가 변화하고 있는 것이 바람직하다. 질소 농도가 변화하고 있는 기능막의 경우에 있어서는, 표면측의 질소 농도가 IDT측의 질소 농도보다 크게 되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 기능막에 있어서는, 표면측은 SiN막으로 되고, IDT측은 SiO막으로 되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 기능막으로서 SiN막을 구비하며, 기능막이 그 막두께 방향으로 질소 농도를 변화, 예를 들면 표면측의 질소 농도를 IDT측의 질소 농도보다 크게 설정함으로써, 내습성의 향상과 압전 기판에의 밀착성의 개선을 양립할 수있다.
상기 SAW 디바이스에서는, 기능막은, SiN막을 가지며, 상기 SiN막의 막두께가 3nm이상 및 IDT의 SAW의 파장의 2.0%이하로 설정되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 상기 SiN막을 상기와 같이 설정함으로써, 내습성을 보다 확실하게 확보할 수 있다.
상기 SAW 디바이스에서는, 기능막은 최하층(IDT측)에 SiO막, 중간층에 SiON막, 최상층에 SiN막을 갖고 있는 것이 바람직하다.
상기 SAW 디바이스에서는, 중간층은 SiN막과 SiO막이 서로 적층된 다층 구조를 구비하고 있어도 된다.
상기 구성에 따르면, 상기 SiN막을 최상층에 설정함으로써, 내습성을 보다 확실하게 확보할 수 있다.
본 발명의 다른 SAW 디바이스는, 상기의 과제를 해결하기 위하여, 압전 기판상에, IDT가 형성되고, 내후성을 향상시키기 위한, SiN막을 포함하는 기능막이 IDT상의 적어도 일부에 ECR 스퍼터법에 의해 성막되며, IDT 및 기능막을 구비한 압전 기판을 수납하는 패키지가 적어도 일부에 투습성을 갖는 부재로 형성되고, 상기 기능막은 막두께 방향으로 질소 농도가 변화하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 SAW 디바이스에서는, 상기 기능막은 표면측의 질소 농도가 빗살형 전극부측의 질소 농도보다 크게 되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 기능막으로서 SiN막을 구비하며, 기능막이 그 막두께 방향으로 질소 농도를 변화, 예를 들면 표면측의 질소 농도를 IDT측의 질소 농도보다 크게 설정함으로써, 내습성의 향상과 압전 기판에의 밀착성의 개선을 양립할 수 있다.
상기 SAW 디바이스에서는, 상기 기능막상에, 주파수 조정을 위한 산화 실리콘막이 형성되어 있어도 된다. 상기 구성에 따르면, 기능막상에, 주파수 조정을 위한 산화 실리콘막을 형성함으로써, 압전 기판상의 IDT의 주파수를 내후성을 유지하면서 미세 조정할 수 있다.
본 발명의 SAW 디바이스의 제조 방법은 상기의 과제를 해결하기 위하여, 압전 기판상에 IDT를 갖는 탄성 표면파 장치의 제조 방법에 있어서, 내후성을 향상시키기 위한, SiN막, SiO막 및 SiON막 중 적어도 1종류로 이루어지는 기능막을, IDT상의 적어도 일부에, ECR 스퍼터법에 의해 성막하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 방법에 따르면, ECR 스퍼터법을 사용하여, IDT상에 치밀하며 고순도의 SiN, SiO 및 SiON 중 적어도 1종류의 기능막이 형성되기 때문에, 다른 성막 방법에서 보여지는 특성 열화가 경감된 SAW 디바이스를 안정되게 얻을 수 있는, 그에 따라, 특성 열화로 인해, SiN, SiO 및 SiON의 성막이 불가능했던 SAW 디바이스에도 성막하는 것이 가능해지며, 신뢰성이 높은, 또는 특성의 개선을 도모한 SAW 디바이스를 실현할 수 있다.
특히, 최근 사용되도록 되어 온, 패키지의 일부가 투습성을 갖는 재료로 구성되는 SAW 디바이스에 대해서도, 특성 열화가 없는, SiN막 등의 형성이 가능해졌기 때문에, 보다 양호한 전기적 특성과 높은 신뢰성과 저비용을 겸비한 SAW 디바이스를 보다 확실하게 실현할 수 있다.
<발명의 실시형태>
본 발명에 따른 SAW 디바이스의 각 실시형태에 대하여 도 1 내지 도 9에 기초하여 설명하면 이하와 같다. 본 제 1 실시형태에서는 도 1에 나타내는 바와 같이, SAW 필터(1)가 패키지(2) 내에 수납되어 있다.
SAW 필터(1)에서는, 예를 들면 40±5°Ycut X전파 LiTaO3로 이루어지는 압전 기판(1a)상에, 복수의 IDT(빗살형 전극부)(1b)와, 상기 IDT(1b)에 대한 입출력 단자(1c)가 포토리소그래피(photolithography)법 등에 의해 형성된 알루미늄ㆍ동(AlCu) 전극(박)에 의해 형성되어 있다.
IDT(1b)는 띠형상의 기단부(基端部)(버스바(bus bar))와, 그 기단부의 한쪽 측부(側部)로부터 직교하는 방향으로 연장되는 복수의, 서로 평행한 전극지를 구비한 전극지부를 2개 구비하고 있으며, 상기 각 전극지부의 전극지의 측부를 서로 대면하도록 서로의 전극지 사이에 뒤얽힌 상태로 상기 각 전극지부를 갖는 것이다.
이와 같은 IDT(1b)에서는, 각 전극지의 길이나 폭, 서로 이웃하는 각 전극지의 간격, 서로의 전극지 사이에서의 뒤얽힌 상태의 대면 길이를 나타내는 교차폭을 각각 설정함으로써 신호 변환 특성이나 통과 대역의 설정이 가능해지고 있다. 또한, SAW 필터(1)에 있어서는, 입출력 단자(1c)상에, 후술하는 범프(bump) 본딩을 확실화하기 위한 패드(pad)층(1d)이 도체에 의해 형성되어 있다.
한편, 패키지(2)는 알루미나 등의 세라믹스로 이루어지는 바닥이 있는 상자 형상의 본체(2a)와, 본체(2a)의 개구를 덮어 본체(2a) 내부를 봉지하는 캡(cap)으로서의 판 형상의 세라믹 리드(2b)와, 본체(2a)에 대하여 세라믹 리드(2b)를 접착하는 접착제부(2c)를 갖고 있다. 접착제부(2c)에는 에폭시 수지를 사용하고 있다. 이에 따라, SAW 디바이스에서는, 패키지(2)의 일부에 에폭시 수지로 이루어지는 투습부(透濕部)를 갖게 된다.
또한, 본체(2a)의 내표면상에는, 본체(2a) 내부에 SAW 필터(1)를, 금(Au)으로 이루어지는 범프(3)의 범프 본딩에 의해 장착했을 때에, 각 입출력 단자(1c)에 각각 대면하는 위치에, 금(Au)으로 이루어지는 내부 단자(2d)가 형성되어 있다.
그리고, SAW 디바이스에 있어서는, 범프 본딩의 위치를 제외한, IDT(1b), 입출력 단자(1c), 패드층(1d) 및 그들을 갖는 압전 기판(1a)의 표면상을 전면 덮도록, 보호막(기능막)으로서의 SiN막(4)이 ECR 스퍼터법에 의해 성막되어 있다.
SiN막(4)은 비용 절감이나 납프리(free)화를 위하여 패키지(2)의 수지 봉지화(封止化)나 플라스틱 패키지를 사용한 경우의 SAW 필터(1)의 전극(IDT 등)의 내습성을 향상시키기 위하여, 사용되고 있다.
일반적인 조건에서 P－CVD에 의해, SiN막을 성막한 경우, 충분한 내습성(이번 경우, 60℃, 90－95%RH중에서 6V의 부하를 인가한 내습 부하 시험으로 평가하였다)을 얻기 위해서는, 10nm정도의 막두께가 적어도 필요해진다.
그러나, P－CVD에 의해 성막한 경우, SAW 디바이스의 특성의 열화는 크며, 2GHz대역의 래더(ladder)형 필터의 경우, 아무것도 성막하지 않은 SAW 디바이스와 비교하면 0.3dB정도의 삽입 손실의 열화가 보여진다. RF대역에서 사용되는 SAW 디바이스에서 이 0.3dB는 크며, 전극 설계의 개선으로도 커버할 수 없는 값이다.
다음으로, ECR 스퍼터 장치를 사용하여 SiN막(4)을 성막한 경우에 대하여 설명한다. ECR 스퍼터 장치(대표예로서 NTT AFTY Corporation 제품, 고체 소스 ECR 플라즈마 성막 장치를 예로 설명한다)의 원리를 설명한다(상세한 것에 대해서는, 정밀공학회지(精密工學會誌) VoL.66, NO.4, 2000 pp511∼516 "ECR 플라즈마를 사용한 고품질 박막 형성" 아마자와 외를 참조바람)
자계 안에서 사이클로트론 운동(회전 운동)하고 있는 전자에 대하여 사이클로트론 주파수와 동일한 마이크로파를 주면 공명이 일어난다. 이것이 전자 사이클로트론 공명(ECR)이다.
ECR을 사용한 경우, 전자를 효율적으로 가속시킬 수 있으며, 고밀도의 플라즈마의 발생이 가능해진다. 도 2에 ECR 스퍼터 장치의 대표예(상기 NTT AFTY Corporation제 장치의 개략도)를 나타낸다.
성막의 프로세스는 이하와 같이 진행된다. 플라즈마실(11) 주위의 자기 코일(12)로부터 ECR 조건을 부여하는 자계를 발생시킨다. 이 상태에서 플라즈마실(11) 내에 가스(13)를 도입하고, 마이크로파(14)를 인가하면 플라즈마가 발생한다. 이 플라즈마가 플라즈마 흐름(15)으로서 인출되어, 기판(16)에 도달한다.
이 장치의 특징으로서, 플라즈마 흐름(15)의 주위에 고체 소스를 타겟(target)(17)으로서 배치하여 RF전력(18)을 예를 들면 13.56MHz로 인가할 수 있는 기능을 구비하고 있다. 이에 따라, 플라즈마 흐름(15)에 의해 스퍼터된 고체 소스의 각종 원소를, 플라즈마 흐름(15)과 함께 기판(16)상에 성막할 수 있다.
고체 소스에 Si를 사용하고, 도입 가스에 Ar＋N2를 사용하면 기판(16)상에는 SiN이, Ar＋O2에서는 SiO가 성막된다. 또한, Ar＋N2＋O2를 사용함으로써, SiON이 성막된다.
또한, RF 스퍼터법이나 증착법의 경우는 기판 가열이 필요해지지만, 실시형태에서도 나타내는 바와 같이, ECR 스퍼터법을 사용한 경우, 특별히 기판 가열을 필요로 하지 않으며, 실온 성막이 가능해진다. 또한, Si고체 소스의 경우, Si결정을 절삭하는 형태로 제조되기 때문에, 불순물이 거의 없는 고체 소스의 제조가 가능하며, 그 결과, 순도가 높은 막이 성막 가능하다.
이번은, SiN막(4)의 성막이므로 고체 소스에는 Si단결정으로부터 절삭 가공을 한 것을 사용한다. 이하의 조건에서 성막을 행하였다.
항목 성막 조선
Ar가스 유량 40sccm
N2가스 유량 10sccm
성막시 압력 1.7×10-1Pa
마이크로파 및 RF 파워 500/500
기판 가열 기판 가열 없음
막두께 10nm
성막 레이트(rate) 3nm/min.
상기 조건에서 ECR 스퍼터법으로 성막한 경우(도 3에서는 ②) 및 P－CVD법으로, 막두께 10nm의 SiN막을 성막한 경우(도 3에서는 ③)의, SAW 필터의 각 필터 특성을 도 3에 나타낸다.
상기 조건에서 ECR법에 의해 성막한 경우는, 성막이 없는 SAW 필터(도 3에서는 ①)와 비교하더라도 거의 삽입 손실의 열화가 없다는 것을 알 수 있다. 도 4c에 나타내는 바와 같이, 성막이 없는 SAW 필터(1′)는 도 1c에 나타내는 SAW 필터(1)로부터, SiN막(4)을 생략한 것이다.
또한, 도 5에, P－CVD법과 ECR 스퍼터법에 의해 SiN막을 각각 성막한 경우에 있어서의 SAW 필터의 삽입 손실의 막두께 의존성을 나타낸다. 이 결과로부터도 ECR 스퍼터법에 의해 성막한 SiN막(4)을 보호막으로서 사용한 SAW 디바이스의 특성 열화가 적다는 것을 알 수 있다.
또한, 도 5의 결과로부터, SiN막(4)의 SAW 디바이스의 특성 열화로부터 본 경우의 성막 상한값은 약 30nm(이번은, 탄탈산 리튬 기판 사용의 2GHz대역 필터이기 때문에, 30nm은 탄성 표면파(SAW)의 중심 파장의 2.0%에 상당한다)이다.
또한, 도 6에는, ECR 스퍼터법에 의해 성막한 SiN막(막두께는 1nm, 3nm, 5nm, 10nm)의 내습 시험 결과를 나타낸다. 특성의 열화를 삽입 손실의 열화량으로 본 경우, SiN막의 막두께가 1nm에서는, 특성 열화가 보여지며, 내습성으로부터 본 필요한 막두께는 3nm이상이라고 말할 수 있다. SiN막이 없는 것은 도 4a 내지 도 4c에 나타낸 SAW 디바이스이다.
또한, 도 3 및 도 5에 나타낸 시험 결과에 사용한 각 SAW 디바이스는 모두 동일한 IDT(1b) 및 패키지(2)의 규격을 갖는 SAW 디바이스를 사용하며, 필터 특성의 차이는 SiN막(4)의 유무 및 성막 방법의 차이에 기인하고 있다.
ECR 스퍼터법은 이하의 각 이점을 갖고 있다. SAW 디바이스는 성막시의 온도의 상승, 하강에 의해서, 그 초전성(焦電性)에 의해 내부에 전하가 축적되어, 전극이 파괴되는 경우(초전 파괴)가 있다. 그 대응을 위하여, 본래, 전기적으로는 접속되어 있지 않은, 서로 대향하는 IDT의 각 전극을, 외부에서 서로 접속하고, 성막 프로세스가 종료되는 대로, 그 접속을 컷트한다고 하는 공정을 별도로 형성하고 있다. 이와 같은 접속을 형성하더라도 IDT 전극의 파괴를 완전하게는 회피할 수 없다. 이 때문에, ECR 스퍼터법과 같이, 가열 프로세스가 적은, 또는 생략할 수 있는 것은 SAW 디바이스의 제조에 유리해진다.
압전 기판에, LiNbO3기판을 사용한 경우, 일반적으로 P－CVD로 SiN을 성막하는 350℃정도에서 LiNbO3기판 자체가 열화하여, 삽입 손실이 악화된다. 따라서, P－CVD는 LiNbO3기판에는 사용할 수 없으나, ECR 스퍼터법은 실온에서 성막할 수 있기 때문에, 전극의 초전 파괴를 발생시키기 쉬운 LiNbO3기판에도 적용할 수 있다.
또한, ECR 스퍼터법의 다른 이점으로서, 보호막의 평탄성을 들 수 있다. P－CVD에 의해 얻어진 보호막에 비하여, ECR 스퍼터법에 의해 얻어진 보호막 쪽이 평탄에 가까워진다. 보호막은 SAW가 전파하는 부분에 성막되기 때문에, SAW 디바이스의 필터 특성에 주는 영향이 매우 크다.
우선, P－CVD에 의해 보호막을 성막하면, 보호막에 포어(pore)(구멍)가 발생하고, 보호막은 전극ㆍ기판에 대하여 균일한 두께로 형성되기 때문에, 상기 포어에 의해 요철(凹凸)이 큰 것이 된다. 이 경우, 그 요철 부분을 전파하는 SAW는 손실이 커진다.
그러나, ECR 스퍼터법에 의해 얻어지는 보호막은 포어의 발생이 억제되어 치밀하고, 전극의 단면에서는 테이퍼 형상이 되기 때문에, 평탄에 가까워지며, 그곳을 전파하는 SAW의 손실을 P－CVD와 비교하여 작게 할 수 있다.
또한, 보호막상에, 산화 실리콘막을 부가해도 된다. 상기 산화 실리콘막의 부가에 의해, 내후성의 향상과 함께 주파수 조정도 가능해진다. ECR 스퍼터법에서는, 산화 실리콘막을 연속적으로 성막할 수 있다.
다음으로, 제 2 실시형태에 대하여 도 7에 기초하여 설명한다. 제 2 실시형태에서는, 제 1 실시형태와 마찬가지로 내습성 향상을 위한 보호막으로서, SiN막(4)을 대신하여, SiO막∼SiON막∼SiN막을 이 순서대로 IDT(1b)상에 서로 적층하여 순차 성막한 연속막이, 조성을 순차 변화시킨 보호막으로서 형성되어 있다.
이번에는, 이하의 조건에서, 상기 연속막의 성막을 행하였다.
항목 성막 조건
Ar가스 유량(일정) 40sccm
O2가스 유량(최대) 5sccm
N2가스 유량(최대) 10sccm
성막시 압력 1.7×10-1Pa
마이크로파 및 RF 파워 500/500
기판 가열 기판 가열 없음
막두께
성막 레이트(rate) 4∼10nm/min.
스텝 시간(min) N2유량 O2유량
① 0－20 0 5.0
② 20－25 2 2.0
③ 25－30 4 1.0
④ 30－40 6 0.5
⑤ 40－42 8 0.2
⑥ 42－45 10 0
표 3의 가스 유량의 변화(단위는 sccm : Ar가스는 40sccm 일정)
스텝 ①시의 성막 레이트는 10nm/min, 스텝 ⑥시는 4nm/min이었다.
이 ①∼⑥의 스텝에서 SAW 디바이스상에 SiO막∼SiON막∼SiN막의 연속막을 약 300nm 성막하였다. 또한, 각 스텝에서는, 연속적으로 가스 유량을 변화시켰다.
상기 연속막의 막두께 방향에서의 각 원소 농도(몰%)를 측정하였다. 그 결과를 도 7에 나타내었다. 이 측정은 연속막을 그 표면측으로부터 Ar가스 등으로 깎아내어 가고, 깍아낸 부분의 원소의 함량을, 예를 들면 원자 흡광이나 ICP 분석에 의해 정량 분석하여 행하였다.
이 조건에서 성막한 SAW 필터의 필터 특성을 측정한 결과(대조 디바이스는, 2GHz대역의 래더형 필터), 성막이 없는 것과 비교하더라도 거의 열화가 없다는 것을 알 수 있었다.
또한, 이 디바이스를 수지로 봉지한 패키지에 넣고, 내습 부하 시험(60℃, 90－95%RH(상대 습도)중에서 6V의 부하)으로 평가한 결과, 1000H(시간)를 클리어(clear)하여 충분한 내습성이 보여졌다. 시험후의 전극을 관찰한 결과, 보호막의 벗겨짐이나 균열은 보여지지 않았다.
스텝 시간(min) N2유량 O2유량 굴절률
① 0－20 0 5.0 1.46
② 20－25 2 2.0 1.49
③ 25－30 4 1.0 1.6
④ 30－40 6 0.5 1.73
⑤ 40－42 8 0.2 1.86
⑥ 42－45 10 0 1.97
표 4에 가스 유량의 변화와 굴절률(단위는 sccm : Ar가스는 40sccm 일정) 성막시의 각 스텝에 있어서의 굴절률의 측정 결과를 표 4에 나타낸다. 굴절률은 포인트(point)에서의 분석이 되지만, SiO(1.46)로부터 SiN(1.97)까지 연속적으로 변화하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 최하층을 SiO로 함으로써, IDT(1b)와 연속층의 밀착성을 높일 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 제 3 실시형태에 대하여 설명한다. 제 3 실시형태에서는, 제 1 실시형태의 SiN막(4)을 대신하여, 내습성 향상을 위한 보호막으로서, 최하층(전극측)은 SiO, 중간층은 SiN＋SiO, 최상층은 SiN이 되는 4층의 다층 구조로 성막한 다층막이 형성되어 있다.
이번에는, 이하의 조건에서 성막을 행하였다.
항목 성막 조건
Ar가스 유량(일정) 40sccm
O2가스 유량(SiO) 8sccm
N2가스 유량(SiN) 10sccm
성막시 압력 1.7×10-1Pa
마이크로파 및 RF 파워 500/500
기판 가열 기판 가열 없음
막두께 합계 320nm
성막 레이트 SiO 10nm/min.
성막 레이트 SiN 4nm/min.
스텝 시간(min) N2유량 O2유량
① 0－15 0 8
② 15－18 10 0
③ 18－33 0 8
④ 33－36 10 0
이 ①∼④의 스텝에서 SAW 디바이스상에 최하층(전극측)은 SiO, 중간층은 SiN＋SiO, 최상층은 SiN이 되는 4층의 다층 구조를 갖는 보호막을 형성하였다. 이 조건으로 성막한 SAW 필터의 필터 특성을 측정한 결과(대조 디바이스는 2GHz대역의 래더형 필터), 성막이 없는 것과 비교하더라도 거의 열화가 없다는 것을 알 수 있었다.
또한, 이 디바이스를 수지로 봉지한 패키지에 넣고, 내습 부하 시험(60℃, 90－95%RH중에서 6V의 부하)으로 평가한 결과, 1000H를 클리어하여 충분한 내습성이 보여졌다. 시험후의 전극을 관찰한 결과, 보호막의 벗겨짐이나 균열은 보여지지 않았다.
또한, 상기의 각 실시형태로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서는, ECR 스퍼터법을 사용함으로써, 압전 기판(1a)에 대한 가열을 필요로 하지 않기 때문에, 보호막의 형성시에 있어서의 온도의 상승, 하강에 의해 발생하는, IDT(1b) 등의 전극막의 파괴는 발생하고 있지 않다. 또한, 니오브산 리튬(LiNbO3) 기판과 같이 가열하면 기판의 특성이 변화하는 재료에도, 본 발명은 적용 가능하다.
상기의 성막 조건은 일례이며, 성막 레이트를 높이기 위하여 가스 유량을 변화시켜도 상관없다. 또한, SAW 디바이스도 설명을 위하여 일례로 든 것으로, 주파수 대역이나 SAW 필터(1)의 구조에, 본 발명은 구속되는 것은 아니다. 또한, 상기에서는, 범프 본딩을 사용한 예를 들었으나, 와이어 본딩을 사용한 SAW 디바이스에서도 마찬가지로 유효하다.
또한, 상기의 각 실시형태에서는, 케이스 형상의 패키지(2)를 사용한 예를 들었으나, 상기에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 도 8 및 도 9에 나타내는 바와 같이, 칩사이즈 패키지(22)여도 된다. 상기 칩사이즈 패키지(22)는 SAW 필터(1)를, 다층 기판(24)에 대하여 플립칩 본딩으로 실장한 후, 봉지 수지(26)에 의해 덮도록 SAW 필터(1)를 다층 기판(24)상에 봉지한 것이다. 이 때, 봉지 수지(26)는 수증기를 투과시키는 투습성을 갖는 부재이다.
이와 같은 칩사이즈 패키지(22)를 갖는 탄성 표면파 장치에 있어서는, SAW 필터(1)는 투습성을 갖는 봉지 수지(26)로만 봉지되어 있을 뿐이기 때문에, 도 1에 나타내는 바와 같은 바닥이 있는 상자 형상의 패키지(2)에 비하여, IDT(1b), 입출력 단자(1c), 패드층(1d) 등의, SAW 필터(1)의 특성에 영향을 미치는 부재의 보호가 곤란하다.
그러나, 본 발명에서는, ECR 스퍼터법에 의해 성막된 보호막(기능막)에 의해, SAW 필터(1)의 범프 본딩의 위치를 제외한, IDT(1b), 입출력 단자(1c), 패드층(1d) 및 그들을 갖는 압전 기판(1a)의 표면상의 전면이 덮여져 있기 때문에, ECR 스퍼터법에 의해 성막된 치밀한 보호막(기능막)에 의한 내후성의 향상을 얻을 수 있음과 동시에, SAW 필터(1)의 압전 기판(1a)에 있어서, 압전 기판(1a)과 봉지 수지(26)가 서로 접하고 있는 부분에도 보호막(기능막)이 성막되어 있다.
이에 따라, 본 발명에 있어서는, 특히 수분이 침입하기 쉬운, 압전 기판(1a)과 봉지 수지(26)의 계면으로부터의 수분의 침입을 방지할 수 있으며, 내후성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 SAW 디바이스는 이상과 같이, 압전 기판상에, IDT가 형성되고, 내후성을 향상시키기 위한, SiN막, SiO막 및 SiON막 중 적어도 1종류로 이루어지는 기능막이 IDT상의 적어도 일부에 성막되며, IDT 및 기능막을 구비한 압전 기판을 수납하는 패키지가 적어도 일부에 투습성을 갖는 부재로 형성되고, 상기 기능막은 ECR 스퍼터법에 의해 형성되어 있는 구성이다.
그로 인해, 상기 구성은 ECR 스퍼터법에 의해 기능막을 성막하였기 때문에, 보다 치밀한 기능막을 형성할 수 있으며, 내후성의 향상을 확실화할 수 있다. 또한, ECR 스퍼터법에서는, 기능막의 형성에 압전 기판의 가열을 필요로 하지 않기 때문에, 압전 기판상에 형성된 IDT에의 가열에 의한 악영향도 억제할 수 있다.
이 결과, 상기 구성에서는, 내후성을 향상할 수 있기 때문에, 에폭시 수지 등의 저렴하며 소형화할 수 있으나 투습성을 갖는 부재를 예를 들면 패키지에 사용하더라도, 흡습에 의한 경시적인 특성 열화를 저감할 수 있으며, 비용 절감을 도모할 수 있다는 효과를 이룬다.

Claims (10)

  1. 압전 기판상에, 빗살형 전극부가 형성되고,
    내후성(耐候性)을 향상시키기 위한, 질화 실리콘막, 산화 실리콘막 및 산화 질화 실리콘막 중 적어도 1종류로 이루어지는 기능막이 빗살형 전극부상의 적어도 일부에 성막(成膜)되며,
    빗살형 전극부 및 기능막을 구비한 압전 기판을 수납하는 패키지가 적어도 일부에 투습성(透濕性)을 갖는 부재로 형성되고,
    상기 기능막은 전자 사이클로트론 공명(cyclotron resonance) 스퍼터링법에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 빗살형 전극부 및 기능막을 구비한 압전 기판을 수납하는 패키지는 상기 압전 기판을 플립칩 본딩(flip chip bonding)으로 실장하며, 또한 투습성을 갖는 수지로 상기 압전 기판을 봉지(封止)하는 구조인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 기능막은 실온에서 성막되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 기능막은 질화 실리콘막을 가지며, 상기 질화 실리콘막의 막두께가 3nm이상, 및 빗살형 전극부에 있어서의 탄성 표면파의 파장의 2.0%이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 기능막은 최하층(전극측)에 산화 실리콘막, 중간층에 산화 질화 실리콘막, 최상층에 질화 실리콘막을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 중간층은 질화 실리콘막과 산화 실리콘막이 서로 적층된 다층 구조를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  7. 압전 기판상에, 빗살형 전극부가 형성되고,
    내후성을 향상시키기 위한, 질화 실리콘막을 포함하는 기능막이 빗살형 전극부상의 적어도 일부에 전자 사이클로트론 공명 스퍼터링법에 의해 성막되며,
    빗살형 전극부 및 기능막을 구비한 압전 기판을 수납하는 패키지가 적어도 일부에 투습성을 갖는 부재로 형성되고,
    상기 기능막은 막두께 방향으로 질소 농도가 변화하고 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 기능막은 표면측의 질소 농도가 빗살형 전극부측의 질소 농도보다 크게 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 기능막상에, 주파수 조정을 위한 산화 실리콘막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  10. 압전 기판상에, 빗살형 전극부를 갖는 탄성 표면파 장치의 제조 방법으로서,
    내후성을 향상시키기 위한, 질화 실리콘막, 산화 실리콘막 및 산화 질화 실리콘막 중 적어도 1종류로 이루어지는 기능막을, 빗살형 전극부상의 적어도 일부에, 전자 사이클로트론 공명 스퍼터링법에 의해 성막하는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치의 제조 방법.
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