KR20040089484A - 탄성 표면파 소자의 제조 방법 - Google Patents

탄성 표면파 소자의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 Al을 주성분으로 하는 전극층을 구비하는 탄성 표면파 소자의 제조 방법에 있어서, 고주파 및 대전력에 대응한 탄성 표면파 소자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
압전 기판(1)은 제 1 전극층(2)과, 제 2 전극층(3)과, Al을 주성분으로 하는 제 3 전극층(4)으로 이루어지는 IDT 전극(5)을 구비한다. 압전 기판(1)은 테라스(terrace) 폭이 50㎚ 이하이고, 또한 스텝(step) 폭이 1분자층으로 구성된 계단 구조의 표면 상태를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 사용시에 있어서의 열화가 적은, 고주파 및 대전력에 대응한 탄성 표면파 소자 및 저렴한 그 제조 방법의 제공이 가능해진다.

Description

탄성 표면파 소자의 제조 방법{Method for manufacturing surface acoustic wave device}
본 발명은 탄성 표면파 공진자나 탄성 표면파 필터 등에 사용되는 탄성 표면파 소자 및 그 제조 방법, 특히 고주파화 또는 대전력화에 대응하는 내전력성을 갖는 전극을 구비하는 탄성 표면파 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 휴대전화나 이동체 통신의 발전에 따라, 압전 기판에 원하는 전극 패턴이 형성된 탄성 표면파 소자가 탄성 표면파 필터나 탄성 표면파 공진자로서 활발히 이용되고 있다. 이 탄성 표면파 소자의 전극막에는, 비중이 작고, 전기 저항값이 작다는 이유에 의해, 당초부터 Al이 사용되고 있다. 한편, 탄성 표면파 소자에 있어서의 고주파화에의 대응은 그 전극막의 박막화, 또한 전극 패턴의 미세화가 필요해진다. 압전 기판을 사용한 탄성 표면파 소자의 동작 상태에 있어서의 전극막에는, 사용하는 주파수에 따른 반복 응력이 가해진다. 또한, 동작 전력의 증대 및 고주파화에 따라, 탄성 표면파 소자에 형성된 전극에 가해지는 응력이 증대한다. 박막화 및 미세화된 Al전극막은 이 가해지는 응력에 의해, Al원자의 마이그레이션(migration)을 발생시킨다. 이에 따라 Al전극막에 결함이 발생하고, 탄성 표면파 소자의 특성을 크게 열화시킨다는 과제를 갖고 있었다.
종래, 이 전극막의 내전력성 향상 및 전극막의 신뢰성 향상으로서, Al막의 결정성의 제어나 고배향화(高配向化)에 의한 방책이 알려져 있다. 이들은, 사용하는 기판의 표면 상태에 의해 큰 영향을 받기 때문에, 그 안정성이 부족하다는 과제를 갖고 있었다. 또한, 한층 고주파화 또는 동작 전력의 증대화에는 충분한 대응을 할 수 없다는 과제를 갖고 있었다.
그래서, LiTaO3기판 또는 LiNbO3기판상에 단결정의 Al 또는 Al계 합금을 형성하는 탄성 표면파 장치로서, 단결정의 Al 또는 Al계 합금을 형성하기 전에, 이온 임플란테이션(ion implantation) 공정, 케미컬 에칭(chemical etching) 공정, 산화 처리 공정을 순차 행하는 것에 의한 기판의 표면 변질층 제거 공정을 구비한 탄성 표면파 장치의 제조 방법이 제안되어 있다(예를 들면 일본국 특허공개 평8-195635호 공보 참조).
그러나, 상기한 종래 기술에 따른 탄성 표면파 소자에 있어서는, 이하의 문제점이 존재한다.
일본국 특허공개 평8-195635호 공보에 있어서는, 원하는 기판 표면 상태를 얻기 위하여, 전극막을 형성하는 전처리(前處理)로서, 이온 임플란테이션 공정, 케미컬 에칭 공정, 산화 처리 공정 등의 복수의 공정을 갖는다. 이온 임플란테이션 공정은 불활성 가스 또는 질소를 이온화하여, 기판 표면에 처리를 행한다. 이 공정은 원하는 기능을 구비하는 진공 장치 등에서의 처리가 필요해진다. 다음으로, 케미컬 에칭 처리를 한 후에, 산화 처리를 행한다. 이 산화 처리는 과산화수소수, 오존, 산소플라즈마(oxygen plasma), 산소라디칼(oxygen radical)에 의한 처리가 되기 때문에, 원하는 기능을 갖는 장치가 필요해진다.
따라서, 원하는 탄성 표면파 소자를 얻기 위해서는, 많은 프로세스가 필요함과 아울러, 또한 그에 따른 복수의 설비도 필요해지기 때문에, 탄성 표면파 소자를저렴하게 생산하는 데는 과제를 갖는다. 또한, 한층 고주파화 및 고전력화에 대응한 내전력성이 불충분하다는 과제를 갖는다.
도 1은 본 발명의 탄성 표면파 소자의 제조 방법에 의해 얻어진 탄성 표면파 소자의 한 실시예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 탄성 표면파 소자의 제조 방법에 의해 얻어진 탄성 표면파 소자의 한 실시예의 압전 기판의 표면의 개략 상세도이다.
도 3은 본 발명의 탄성 표면파 소자의 제조 방법에 의해 얻어진 탄성 표면파 소자의 한 실시예의 Al전극층의 XRD 극점도이다.
도 4는 종래 기술의 탄성 표면파 소자의 제조 방법에 의해 얻어진 탄성 표면파 소자의 Al전극층의 XRD 극점도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>
1 : 압전 기판 2 : 제 1 전극층
3 : 제 2 전극층 4 : 제 3 전극층
5 : IDT 전극 6 : Z면
20 : 탄성 표면파 소자
탄성 표면파 소자에 있어서, 사용하는 전극막이 쌍정(雙晶) 구조를 갖는 에피택셜(epitaxial) Al막으로 함으로써, 그 내전력성이 향상하는 것, 또한, 그 쌍정 구조가, 형성되는 기판의 표면 상태에 의해 현저한 영향을 받는 것은 알려져 있다. 본 발명은 그 전극막의 결정성을 극적으로 향상시키는 기판의 표면 상태 및 그 전극막의 결정성을 극적으로 향상시키는 기판상에 형성하는 전극막의 형성 방법에 의해, 비약적으로 전극막의 내전력성을 향상시키는 것을 발견한 것에 의한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 탄성 표면파 소자의 제조 방법은 압전 기판에 베이스 전극(base electrode)을 개재시켜서, 주전극(主電極)을 형성한 탄성 표면파 소자의 제조 방법으로서, 압전 기판의 표면 상태를 테라스(terrace) 폭이 50㎚ 이하이고, 또한 스텝(step) 폭이 1분자층으로 구성되는 구조를 포함하는 계단 구조로 형성하는 공정과, 베이스 전극으로서, 주전극의 결정성을 향상하는 효과가 있는 제 1 전극층 및 제 2 전극층을 형성하는 공정과, 주전극으로서, 제 2 전극층상에 Al을 주체로 하는 제 3 전극층을 형성하는 공정을 갖는 탄성 표면파 소자의 제조 방법이다.
또한, 압전 기판의 표면 상태를 계단 구조로 형성하는 공정은, 인산, 피로인산(pyrophosphoric acid), 안식향산, 옥탄산(octanoic acid), 염산, 질산, 황산, 플루오르화 수소산(hydrofluoric acid), 완충 플루오르화 수소산(bufferedhydrofluoric acid), 황산수소칼륨 중 어느 하나를 주체로 하는 혼합 용액을 사용하여 압전 기판의 표면을 에칭(etching) 처리하는 것을 특징으로 한다.
또한, 압전 기판의 표면 상태를 계단 구조로 형성하는 공정은 혼합액이 질산 용액과 플루오르화 수소산 용액을 2:1로 혼합한 용액이며, 또한 가온(加溫) 상태에서 압전 기판의 표면을 에칭 처리하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제 1 전극층은 압전 기판의 표면을 70℃ 이상의 온도로 한 상태에서 성막(成膜)되고, 제 2 전극층 및 제 3 전극층은 압전 기판의 표면을 50℃ 이하의 온도로 한 상태에서 성막되는 것을 특징으로 한다.
또한, 제 1 전극층 및 제 2 전극층은 Ti인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제조 방법에 의해, 압전 기판이 갖는 특성을 열화시키지 않고, 내전력성이 우수하며, 전자기기의 고성능화에 대응한 고정밀도 및 고신뢰성의 탄성 표면파 소자를 제조 비용의 대폭적인 상승시킴 없이 제공할 수 있다.
<발명의 실시형태>
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부 도면에 기초하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 탄성 표면파 소자의 제조 방법에 의해 얻어진 탄성 표면파 소자의 한 실시예에 있어서의 개략 단면도를 나타낸다.
도 1에 나타낸 탄성 표면파 소자(20)는 압전 기판(1)과, 압전 기판(1)상의 제 1 전극층(2)과, 제 1 전극층(2)상의 제 2 전극층(3)과, 제 2 전극층상의 제 3 전극층(4)을 갖는다.
압전 기판(1)은, 예를 들면, 회전 Y컷트 X전파의 LiNbO3기판 또는 LiTaO3기판이 사용된다. 그 표면 상태는, 도 2에 나타내는 바와 같은 테라스(terrace) 폭이 50㎚ 이하이고, 또한 스텝(step) 폭이 1분자층으로 구성되는 계단 구조를 구비한다.
또한, 제 1 전극층(2) 및 제 2 전극층(3)은 Ti에 의해 구성된다. 또한, 제 3 전극층(4)은 Al을 주성분으로 하는 금속에 의해 구성된다. 이 제 1 전극층(2) 및 제 2 전극층(3)은 제 3 전극층(4)의 결정성을 향상시키는 효과를 갖는다. 또한, 제 1 전극층(2)과, 제 2 전극층(3)과, 제 3 전극층(4)에 의해 IDT 전극(5)이 구성된다.
이하에, 본 발명의 탄성 표면파 소자의 제조 방법에 대하여 상세한 것을 설명한다.
우선, 전처리로서, 압전 기판(1), 예를 들면, 38.5°회전 Y컷트 X전파 LiTaO3기판(1)의 표면에 에칭 처리를 실시한다. 에칭 처리는, 우선, 60% 질산 용액과 46% 플루오르화 수소산 용액을 체적 비율로 2:1로 한 혼합액을 워터배스(water bath) 등에서 85℃로 가열한다. 다음으로, 그 상태로 보온된 혼합액에, 38.5°회전 Y컷트 X전파 LiTaO3기판(1)을 1시간 침지(浸漬)하여, 그 기판 표면을 에칭 처리한다. 혼합액은 인산, 피로인산, 안식향산, 옥탄산, 염산, 질산, 황산, 플루오르화 수소산, 완충 플루오르화 수소산, 황산수소칼륨 중 어느 하나를 주체로 하는 혼합 용액을 사용해도 상관없다. 이 때, 처리 온도 및 처리 시간에 대해서는, 선택한 혼합액에 대응한 조건이 설정된다. 그 후, 순수한 물로 충분히 세정하고, 건조시킨다.
다음으로, 이 에칭 처리에 의해 형성된 압전 기판(1)의 표면 상태의 상세한 것을 설명한다.
상기에 나타낸 에칭 처리는, 압전 기판(1)의 표면의 고차의 지수(指數) 면의 선택적 에칭에 의해, Z면 테라스를 형성하는 효과가 있다. 그 결과, 도 2에 나타내는 바와 같이, 압전 기판(1)의 표면에는, Z면(6)을 50㎚ 이하의 테라스로 하고, 또한 1분자층의 스텝 폭을 갖는 미소한 계단 구조가 형성된다. 이 미세한 구성을 갖는 계단 구조는 그 위에 형성되는 전극막이 스텝 플로우(step-flow) 성장하기 쉽고, 고배향의 전극막을 얻는 것이 가능해진다.
다음으로, 포토리소그래피 기술을 사용하여, 압전 기판(1)상에 IDT 전극(5)을 형성한다.
IDT 전극(5)의 형성은, 우선, 압전 기판(1)을 멀티소스 대응의 도가니를 갖는 증착 장치 안에 배치한다.
다음으로, 진공 펌프에 의해, 증착 장치 안을 진공 상태로 한다. 이 때, 증착 장치 안은 고진공 펌프에 의해 10-5Pa대의 압력까지 진공으로 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 전자빔 증착법에 의해, 압전 기판(1)상에 제 1 전극층(2)으로서 Ti를 10㎚ 형성한다. 이 때, 성막시의 압전 기판(1)의 온도를 180℃로 제어한다.다음으로, 증착 장치 안의 진공 상태를 유지하면서, 압전 기판(1)의 온도를 50℃ 이하까지 냉각한다. 다음으로, 제 2 전극층(3)으로서, Ti를 10㎚ 형성한다. 계속해서, 도가니를 회전시키고, 제 3 전극층(4)으로서, Al을 150㎚ 형성한다.
이들 전극층의 형성은 Ti로 이루어지는 제 1 전극층(2)을 70℃ 이상으로 한 압전 기판(1)상에 형성하고, 제 2 전극층(3) 및 제 3 전극층(4)을 50℃ 이하로 한 압전 기판(1)상에 형성하며, 제 3 전극층(4)을 제 2 전극층(3)상에 형성하는 것이 바람직하다. 그 결과, 제 2 전극층(3)의 Ti와 제 3 전극층(4)의 Al의 상호 확산에 의한 제 3 전극층(4)의 결정 성장의 저해를 억제하여, 양호한 결정성을 갖는 제 3 전극층(4)을 형성할 수 있다.
이들의 형성은 진공을 깨뜨리지 않고 연속으로 형성되는 것이 바람직하다. 그 때, 균일한 막두께 분포가 얻어지도록, 압전 기판(1)을 5rpm의 속도로 자공전(自公轉)시키는 것이 바람직하다. 또한, 도가니의 상부에는 셔터가 형성되며, 소정의 막두께가 되도록, 그 개폐에 의해 제어되고 있다. 이 성막 방법은 전자빔 증착법에 한하는 것은 아니며, 스퍼터링법 등을 사용해도 상관없다.
또한, 제 3 전극층은 Al에 한하는 것이 아니며, 내전력성 향상에 효과가 있는 첨가물, 예를 들면, Cu, Mg, Ni 등을 미량으로 첨가한 Al을 주성분으로 하는 합금을 사용해도 된다.
다음으로, 형성된 전극층상에, 레지스트(resist)를 스핀코터(spin coater) 등을 사용하여, 소정의 막두께를 도포하고, 소정의 패턴이 형성된 포토리소그래픽 마스크(photolithographic mask)를 통하여 레지스트를 노광(露光)한다. 계속해서,현상 처리 및 에칭 처리함으로써, IDT 전극(5)이 형성된다.
형성된 IDT 전극(5)은 요구되는 기능에 대한 패턴 형상, 예를 들면, 라인 앤드 스페이스(line-and-space)가 0.5㎛인 빗형 형상을 갖는다. 또한, 인출 전극, 패드 전극 등이 필요에 따라서 형성되어 있다. 그 후, 다이싱(dicing) 및 패키징(packaging) 등의 공정을 거쳐, 탄성 표면파 소자(20)가 얻어진다.
상기한 성막 방법으로 형성한 전극층(4)의 X선 회절 결과를 도 3에 나타낸다.
제 3 전극층(4)은 도 3에 나타내는 Al (200) 입사의 극점도에 있어서, 복수의 대칭 중심을 갖는 회절 스폿(spot)이 관측된다. 이것은, 결정성이 양호한 에피택셜 성장한 Al막을 나타내는 것이다. 이 극점도의 스폿은 매우 급준할 뿐만 아니라, X선 강도의 최고값도 692cps를 나타낸다. 이것은 도 4에 나타내는, 본 발명의 압전 기판(1)의 표면 상태가 형성되어 있지 않은 종래의 압전 기판의 표면 상태에서 얻어지는 X선 강도의 최고값 369cps와 비교하여, 큰 값이라는 것은 명백하다.
이 양호한 결정성은 쌍정 구조를 갖는 것으로, 결정성의 방향이 똑같지 않기 때문에 기계적인 강도가 높다는 특징과, 고배향이기 때문에 입계(粒界) 확산이 일어나기 어렵다는 특징을 겸비한다. 또한, 이 양호한 결정성은 압전 기판(1)의 표면 상태에 의한 효과와, 제 1 전극층(2)과, 제 2 전극층(3)과, 또한 제 3 전극층(4)의 결정성을 향상시키는 성막 방식에 의한 효과의 상승(相乘) 효과에 의한 것이다.
상기 내용은 압전 기판(1)으로서 38.5°회전 Y컷트 X전파 LiTaO3기판을 사용했을 때의 결과를 나타내었으나, 41°회전 Y컷트 X전파 LiNbO3기판이더라도 동일한 효과가 얻어지고 있다(도시하지 않음).
이와 같이 본 발명의 탄성 표면파 소자의 제조 방법에 의해, 내전력성이 우수하고, 전자기기의 고성능화에 대응한 고정밀도 및 고신뢰성의 탄성 표면파 소자를 제조 비용의 대폭적인 상승시킴 없이 제공할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 탄성 표면파 소자의 제조 방법에 따르면, 높은 배향성(配向性)을 가지며, 높은 신뢰성을 갖는 전극막을 제공할 수 있는 것이 가능해진다.
따라서, 전자기기의 고성능화에 대응한, 원하는 높은 신뢰성을 갖는 고정밀도 및 고신뢰성의 탄성 표면파 소자를 제조 비용의 대폭적인 상승시킴 없이 제공할 수 있다.

Claims (5)

  1. 압전 기판에 베이스 전극(base electrode)을 개재시켜서, 주전극(主電極)을 형성한 탄성 표면파 소자의 제조 방법으로서,
    상기 압전 기판의 표면 상태를 테라스(terrace) 폭이 50㎚ 이하이고, 또한 스텝(step) 폭이 1분자층으로 구성되는 구조를 포함하는 계단 구조를 형성하는 공정과,
    상기 베이스 전극으로서, 상기 주전극의 결정성을 향상하는 효과가 있는 제 1 전극층 및 제 2 전극층을 형성하는 공정과,
    상기 주전극으로서, 상기 제 2 전극층상에 Al을 주성분으로 하는 제 3 전극층을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 소자의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 압전 기판의 표면 상태를 계단 구조로 형성하는 공정은 인산, 피로인산(pyrophosphoric acid), 안식향산, 옥탄산(octanoic acid), 염산, 질산, 황산, 플루오르화 수소산(hydrofluoric acid), 완충 플루오르화 수소산(buffered hydrofluoric acid), 황산수소칼륨 중 어느 하나를 주체로 하는 혼합 용액을 사용하여 상기 압전 기판의 표면을 에칭(etching) 처리하는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 소자의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 압전 기판의 표면 상태를 계단 구조로 형성하는 공정은 상기 혼합액이 질산 용액과 플루오르화 수소산 용액을 2:1로 혼합한 용액이며, 또한 가온(加溫) 상태에서 상기 압전 기판의 표면을 에칭 처리하는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 소자의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 전극층은 상기 압전 기판의 표면을 70℃ 이상의 온도로 한 상태에서 성막(成膜)되고, 상기 제 2 전극층 및 제 3 전극층은 상기 압전 기판의 표면을 50℃ 이하의 온도로 한 상태에서 성막되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 소자의 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층은 Ti인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 소자의 제조 방법.
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