説明

弾性表面波デバイスおよびその製造方法

【課題】本発明は、焦電性による放電破壊を抑制防止する構造を実現するとともに、弾性表面波デバイスの特性をウエハ状態で高精度に測定検査することができる弾性表面波デバイスおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】圧電基板の電極を形成する面に酸素欠乏層を有する構成とすることにより、放電破壊を抑制しながらウエハ状態で特性検査を可能とする弾性表面波デバイスおよびその製造方法を実現することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、弾性表面波デバイスおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
携帯電話のRF段に用いるフィルタは小型化、低損失、急峻な高減衰特性が要求されており、この特性を満たすフィルタとしてIDT電極と反射器から構成されている弾性表面波共振子を直並列と梯子型になるように接続したラダー型弾性表面波フィルタが広く用いられている。このラダー型弾性表面波フィルタにはタンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムなどの圧電基板が用いられており、特にタンタル酸リチウムは携帯電話のRFフィルタの帯域幅を実現する上で非常に良く適合していることと、周波数ドリフトの温度依存性も小さいという特徴を生かして広く用いられている。
【0003】
しかしながら、このタンタル酸リチウムは同時に大きな焦電性も有しており、この大きな焦電性によって急激な温度変化により焦電性による電荷が発生する。この焦電性による電荷の発生によって、圧電基板の表面に形成したIDT電極間に電位差が生じ、IDT電極などの微細なパターンは放電破壊により破損しやすい。
【0004】
さらに、携帯電話のシステムにおける周波数帯域はGHz帯が広く普及するようになってきており、このGHz帯では圧電基板上に形成されたIDT電極の間隔は非常に狭くなってきており、このような極小ピッチのIDT電極で焦電性による電荷が発生した場合、小さな焦電性による電荷の蓄積によってもIDT電極の破損が顕著になってくる。
【0005】
このIDT電極の放電破壊の問題を解決する方法として、例えばラダー型弾性表面波フィルタの周囲を囲むように導電性のダイシングラインを配置し、この導電性のダイシングラインとラダー型弾性表面波フィルタの各電極パターンとを導電性薄膜の細線で電気的に接続しておくという方法がある。この構成により、圧電基板が急激な温度変化にさらされて基板表面に焦電性による電荷が発生したとしても各電極間には電位差が生じないのでIDT電極の破損を大幅に減少させることが可能となる。しかしながら、このような構成の弾性表面波フィルタはウェハ上に多数のフィルタ素子を一括して形成する方法が一般的であることから、それぞれの弾性表面波フィルタは導電性薄膜の細線で電気的に接続された状態となっており、ダイシングをするまで個々の弾性表面波フィルタの特性を特性検査することができないという課題があった。
【0006】
この課題に対して、図3に示すようにダイシングライン16とラダー型弾性表面波フィルタのそれぞれの電極15とを接続しないで、弾性表面波フィルタのそれぞれの電極15と導電性薄膜の細線17で同電位になるように接続する構成によって焦電性による放電破壊を防止するとともにウエハ状態で弾性表面波デバイスの特性を検査できる方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2000−40932号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、前記従来の構成では、焦電性による絶縁破壊は抑制することができるが、ウエハ状態での特性検査では弾性表面波フィルタの特性を高精度に評価することは困難である。その理由は弾性表面波フィルタのそれぞれの電極15が細線17で電気的に接続されており、この細線17の影響でフィルタ性能が変化するからである。
【0008】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、焦電性による放電破壊を抑制防止する構造を実現するとともに、且つ弾性表面波デバイスの特性をウエハ状態で高精度に測定評価することができる弾性表面波デバイスおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
前記従来の課題を解決するために、本発明は、電極を形成する圧電基板の表面に酸素欠乏層を設けた構成としたものである。
【発明の効果】
【0010】
本発明の弾性表面波デバイスおよびその製造方法は、放電破壊を抑制防止する構成を実現するとともに、弾性表面波デバイスの特性をウエハ状態で高精度に測定評価することができる弾性表面波デバイスおよびその製造方法を実現できるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1における弾性表面波デバイスおよびその製造方法について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態1では、弾性表面波デバイスの一例であるラダー型弾性表面波フィルタを用いて説明する。
【0012】
図1は本発明の実施の形態1におけるラダー型弾性表面波フィルタの平面図であり、図2はその製造方法を説明するための製造フローチャートである。
【0013】
図1および図2において、1はラダー型弾性表面波フィルタを示しており、このラダー型弾性表面波フィルタ1に用いる圧電基板12は39°YカットX伝播のタンタル酸リチウム基板を用いた。このタンタル酸リチウムは電気機械結合係数がRFフィルタの帯域幅を実現する上で非常によく適合しており、周波数ドリフトの温度依存性も小さいという特徴を有している。
【0014】
また、この圧電基板12の上にIDT電極7および反射器8からなる1ポートの弾性表面波共振子5を複数形成し、それを直列および並列に接続し、この弾性表面波共振子5の一部に入力端子2、出力端子3およびグランド端子4を形成することによりラダー型弾性表面波フィルタ1を構成している。このような構成のラダー型弾性表面波フィルタ1は入力端子2よりRF信号を入力し、二つの反射器8とIDT電極7とから構成された二つの弾性表面波共振子5を直並列に接続して弾性表面波フィルタを多段に構成することにより、この弾性表面波フィルタの帯域幅を通過したRF信号は急峻な減衰特性を有するフィルタ性能を発揮することができる弾性表面波デバイスである。
【0015】
このような構成のラダー型弾性表面波フィルタ1において、IDT電極7の電極ピッチは1μm前後という極めて微小な寸法を有しており、このIDT電極7の電極間に圧電基板12の焦電性による電荷が蓄積すると放電破壊が発生する。しかしながら、この弾性表面波フィルタを構成するIDT電極7および反射器8などの電極パターンの下面に位置する圧電基板12の表層部の結晶中から酸素原子を欠乏させた酸素欠乏層10を設けることにより、この圧電基板12の表層部における焦電性による電荷の蓄積を抑制することができる。これは酸素欠乏層10が圧電基板12の固有抵抗値よりも若干低い絶縁性を示すことから焦電性による電荷の蓄積力を低下させるという作用を発揮しているためである。一方、この圧電基板12の表層部に設けた酸素欠乏層10は圧電性を損なわない程度の結晶性を有しており、ラダー型弾性表面波フィルタ1のフィルタ性能に対しては何ら支障を及ぼさないことが分かった。このように、圧電性を低下させずに焦電性を低下させた酸素欠乏層10を圧電基板12とIDT電極7および反射器8などの電極パターンの間に介在させることにより、焦電性による電荷の蓄積による電極の放電破壊を防止しながらフィルタ特性を損なわない弾性表面波デバイスを実現することができる。
【0016】
また、この酸素欠乏層10は少なくとも電位のかかる電極パターンの下部に形成してあれば良く、特に極小ピッチを有するIDT電極7、IDT電極7と反射器8の中間部の電位が発生する箇所に形成しておけば同様の効果を発揮することができる。
【0017】
次に、このラダー型弾性表面波フィルタ1の構成について製造方法を説明しながら更に詳細に説明する。なお、本実施の形態1では1ポートの弾性表面波共振子5を形成するためのIDT電極7の電極パターンに用いる金属膜9の電極材料としてはアルミニウムを用いた。
【0018】
図2に示すように、まずタンタル酸リチウムからなる圧電基板12の上にアルミニウムを用いてスパッタもしくはEB蒸着で金属膜9を所定の厚みに形成する。その後、真空装置内で加熱しながらプラズマを発生させるプラズマ熱処理を行う。このときのプラズマ熱処理の雰囲気としては窒素雰囲気下において行うことができる。また、アルゴン、ヘリウムおよびネオンなどの不活性ガス雰囲気中にて行うことがより望ましい。
【0019】
このようなプラズマ熱処理により金属膜9を形成しているアルミニウムが圧電基板12の構成材料であるタンタル酸リチウムの結晶中の酸素原子を奪うことにより、圧電基板12の金属膜9の界面には酸素欠乏層10が形成される。この形成した酸素欠乏層10は圧電基板12の固有抵抗よりも低くなることから温度変化によって発生した焦電性による電荷の蓄積を抑制し、圧電基板12であるタンタル酸リチウムの焦電性による電荷の蓄積を防止することができるという役割を果たす。
【0020】
次に、アルミニウムで形成された金属膜9の上に樹脂フィルムなどのレジスト膜11を形成した後、弾性表面波共振子5を構成する反射器8およびIDT電極7などのマスクパターンを用いて露光・現像する。
【0021】
その後、余分なレジストをドライエッチングにより取り除く。
【0022】
次に、残された金属膜9の上のレジスト膜11を除去して金属膜9はIDT電極7および反射器8などの電極パターンとなる。
【0023】
特に、熱処理時にプラズマを用いた場合、プラズマを作製する際の雰囲気圧力を制御することによって電子のスピードを上げることが可能になるため、より大きなエネルギーを作り出すことができ、通常の熱処理に比べてエネルギーがさらに高くなることから金属膜9が酸化されやすくなり、酸素欠乏層10の形成を容易にすることができる。
【0024】
なお、プラズマにさらされたときの圧電基板12の上の温度は圧電基板12が圧電性を劣化させない温度(キュリー点)以下とすることによりその効果を最大限発揮することができる。
【0025】
また、本実施の形態1では金属膜9としてアルミニウムを用いたがこれ以外には酸化されやすいチタン、マグネシウム、銅などを用いることによっても同様の効果を発揮することができる。これらの金属は酸化しやすい金属であり、圧電基板12の上に前記金属材料を用いて金属膜9を形成することによりプラズマ熱処理において圧電基板12の金属膜9の界面において酸素欠陥を生じやすくなる。
【0026】
特にアルミニウムを用いた場合、低抵抗でありしかもIDT電極7や反射器8をパターニングすることが容易なため、弾性表面波デバイスの電極材料に適しているという効果が期待される。
【0027】
更に、耐電力性を要求される弾性表面波デバイスには複数の電極材料からなる積層電極とすることも可能である。このとき、圧電基板12の上に直接形成する第1層目の金属膜9をアルミニウム、チタン、マグネシウム、あるいは銅の少なくとも一つを含む電極材料で構成することによりその効果を発揮することができる。
【0028】
また、本実施の形態1では従来の方法などで示されている導電性のダイシングラインとラダー型弾性表面波フィルタの各弾性表面波フィルタを構成する電極とを導電性薄膜の細線などで電気的に接続させたり、弾性表面波フィルタどうしを導電性薄膜の細線などで電気的に接続させたりする必要はない。
【0029】
これは、圧電基板12の表層部に酸素欠陥を有した酸素欠乏層10を設けることにより、圧電基板12の電極との界面の導電性が増加していることにより電荷が圧電基板12の中に蓄積されにくくなっているからである。
【0030】
以上のような構成とすることにより、不必要な電極パターンは一切設けていないことから、ウエハ上に形成している個々のラダー型弾性表面波フィルタ1の特性評価をウエハ状態で検査することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【0031】
以上のように、本発明にかかる弾性表面波デバイス及びその製造方法は、焦電性による電荷の蓄積の少ないデバイス構造を実現することによりIDT電極の破損が発生せず、且つウエハ状態で弾性表面波デバイスの特性検査を行うことができる弾性表面波デバイスおよびその製造方法を実現することが可能となるのでRFフィルタなどの高周波デバイスに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】本発明の実施の形態1におけるラダー型弾性表面波フィルタの構成を示す平面図
【図2】同製造工程を説明するための製造フローチャート
【図3】従来のラダー型弾性表面波フィルタの構成を示す平面図
【符号の説明】
【0033】
1 ラダー型弾性表面波フィルタ
2 入力端子
3 出力端子
4 グランド端子
5 弾性表面波共振子
6 ダイシングライン
7 IDT電極
8 反射器
9 金属膜
10 酸素欠乏層
11 レジスト
12 圧電基板

【特許請求の範囲】
【請求項1】
圧電基板と電極からなる弾性表面波デバイスにおいて、圧電基板の電極を形成する面に酸素欠乏層を設けた弾性表面波デバイス。
【請求項2】
圧電基板をタンタル酸リチウムとした請求項1に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項3】
圧電基板に接する電極の少なくとも第1層目をマグネシウム、アルミニウム、銅、チタンのうちのいずれか一つを含む金属膜とした請求項1に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項4】
電極を積層構造とした請求項1に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項5】
圧電基板の上に少なくとも1層以上の金属膜からなる電極を形成する工程と、プラズマ熱処理を行うことにより金属膜と圧電基板の界面に酸素欠乏層を形成する工程と、前記金属膜からなる電極をパターニングして電極パターンを形成する工程を有する弾性表面波デバイスの製造方法。
【請求項6】
圧電基板にタンタル酸リチウムを用いる請求項5に記載の弾性表面波デバイスの製造方法。
【請求項7】
少なくとも電極の第1層目をマグネシウム、アルミニウム、銅、チタンのうちいずれか一つを用いて金属膜を形成する請求項5に記載の弾性表面波デバイスの製造方法。
【請求項8】
熱処理の温度を圧電基板のキュリー点以下とする請求項5に記載の弾性表面波デバイスの製造方法。
【請求項9】
プラズマ熱処理を不活性ガス雰囲気中にて行う請求項5に記載の弾性表面波デバイスの製造方法。
【請求項10】
不活性ガスをアルゴン、ヘリウム、ネオンとする請求項9に記載の弾性表面波デバイスの製造方法。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate


【公開番号】特開2006−33311(P2006−33311A)
【公開日】平成18年2月2日(2006.2.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−208144(P2004−208144)
【出願日】平成16年7月15日(2004.7.15)
【出願人】(000005821)松下電器産業株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】