弾性表面波素子及びその製造方法
【課題】優れた耐電力性を有し、製造容易でかつ、再現性良く成長させることができる擬似単結晶Ａｌ電極膜を備えた弾性表面波素子を提供する。
【解決手段】タンタル酸リチウムあるいはニオブ酸リチウムである圧電基板２上にＴｉ下地膜４とＡｌあるいはＡｌ系合金膜よりなる電極膜５とを積層する。電極膜５は、２つの（１１１）ドメインより成る擬似単結晶膜より構成され、２つの（１１１）ドメインの＜１１１＞方向が、それぞれ、基板表面に対し０〜１０度の範囲内で傾き、かつ、それぞれの（１１１）ドメイン面内の＜１１−２＞方向が互いに１〜１５度離れている。
【解決手段】タンタル酸リチウムあるいはニオブ酸リチウムである圧電基板２上にＴｉ下地膜４とＡｌあるいはＡｌ系合金膜よりなる電極膜５とを積層する。電極膜５は、２つの（１１１）ドメインより成る擬似単結晶膜より構成され、２つの（１１１）ドメインの＜１１１＞方向が、それぞれ、基板表面に対し０〜１０度の範囲内で傾き、かつ、それぞれの（１１１）ドメイン面内の＜１１−２＞方向が互いに１〜１５度離れている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波フィルタをはじめとする弾性表面波素子及びその製造方法に関するもので、特に弾性表面波素子の電極に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、移動体通信用の共振器やフィルタには、低挿入損失、小型の利点をもつ弾性表面波素子が多用されるようになってきた。弾性表面波素子は、一般に、単結晶の圧電基板（圧電単結晶基板）と、この圧電基板上に形成された櫛形電極（インターデジタルトランスデューサ、以下、ＩＤＴと略す。）より構成される。圧電単結晶材料としては、水晶、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）などが用いられ、特に、ＲＦ帯域フィルタには、大きな電気機械結合係数を有する６４度回転ＹカットのＬｉＮｂＯ3や、電気機械結合係数が大きくかつ周波数温度係数が比較的小さい、３２度〜４４度回転ＹカットのＬｉＴａＯ3がよく用いられている。
【０００３】
弾性表面波素子における櫛形電極材料としては、微細加工性に優れていること、電極負荷質量効果を小さくするために比重が小さいこと、かつ挿入損を小さくするために電気抵抗が小さいことが要求されるために、一般にアルミニウムあるいはアルミニウム系合金が使用されている。
【０００４】
弾性表面波素子動作時には、周波数に比例した繰り返し応力がＩＤＴ電極に負荷される。この繰返し応力による、いわゆるストレスマイグレーションによってＩＤＴにはヒロックやボイドができ、フィルタ特性が劣化することが知られている。ＩＤＴ電極の耐ストレスマイグレーション性、すなわち耐電力性は、一般に、印加される電力が大きいほど、また動作周波数が高いほど小さくなり、特に、８００ＭＨｚ〜２ＧＨｚのＲＦ帯域で大きな電力が印加される携帯電話分波器（デュプレクサ）用の弾性表面波フィルタには、耐電力性に優れた電極材料が必要とされている。
【０００５】
これまでに耐ストレスマイグレーション性を備えた弾性表面波素子用電極材料の開発にあたって、（１）不純物添加、（２）微細結晶粒化、（３）多層化、（４）偏析（析出）化、（５）高配向化、（６）単結晶化、等の手法が提案されている。以下それぞれの開発手法について説明する。
【０００６】
第１の「不純物添加」は、アルミニウム（Ａｌ）に銅（Ｃｕ）やシリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、パラジウム（Ｐｄ）等を微量添加することによって電極の剛性を高め、耐電力性を向上させる手法である。一般的には、添加元素濃度が高くなるにつれ電極の耐電力性は向上するが、比抵抗が増大することによる挿入損失の増大、電極加工時におけるエッチング残査などの問題が生じるため、高濃度の添加は望ましくなく、その結果、不純物添加Ａｌ合金のみで、デュプレクサ用の弾性表面波フィルタに求められる十分な耐電力性を実現することは困難である。
【０００７】
第２の「微細結晶粒化」は、例えば、特許文献１に開示されている技術であり、電極膜の平均結晶粒径を小さく（特許文献１では平均結晶粒径を電極指の１／５０〜１／５に）して、（不純物添加と同様）電極の剛性を高め、耐電力性を向上させる手法である。結晶粒径を小さくするために、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｌｉ、Ｔａ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｃｄ、Ｗ、Ｖから選ばれた少なくともひとつの金属を、２０重量％以下で添加すればよいことが記載されている。しかしながら、不純物添加によって結晶粒径を小さくするために、電極抵抗が大きくなることが避けられず、挿入損失が大きくなってしまうので好ましくない。
【０００８】
第３の「多層化」は、Ａｌと異なる金属層上にＡｌまたはＡｌ合金を積層したり、Ａｌ層と、Ａｌと異なる金属層を交互に積層することによって、電極膜の剛性を高め、耐電力性を向上させる手法である。前者の代表例として特許文献２には、「１００〜２００ｎｍのＴｉ下地膜上に積層されたＡｌ合金膜で、Ｔｉ膜厚が電極厚の２５〜６０％を占める」電極構造が提案されている。厚いＴｉ下地膜上ではＡｌ合金の配向性が低下し結晶粒径が小さくなるために、応力分散が図れ、このため耐電圧性が向上すると記載されている。しかしながら、電気抵抗の大きなＴｉ下地膜が電極の大半を占めるため、電極の抵抗が大きくなり、挿入損失の観点から好ましくない。
【０００９】
一方、後者の代表例として特許文献３には、「ＡｌとＡｌより弾性定数が大きな導電体層Ｘを交互に、かつ各２層以上積層した構造で、膜厚方向の応力負荷に応じてＡｌ層とＸ層の膜厚を調整した」積層構造電極が開示されている。特許文献３の実施の形態にも記載されているように、多層化すると抵抗が急激に増加するため、やはり挿入損失の観点から問題がある。また、櫛形電極のパターニングの際、Ａｌ層とＸ層のエッチング性が異なるために、電極断面形状の制御が難しいという問題もある。
【００１０】
第４の「偏析（析出）化」は、Ａｌ合金膜中にＡｌ以外の金属を偏析あるいは析出させることによって、電極膜の剛性を高め、耐電力性を向上させる手法である。特許文献４には、「ＴｉＮやＴｉの下地（バッファー）層上に形成されたＡ１電極であって、膜中にＣｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉのうち少なくとも１種類の金属が、１００〜１０００ｎｍの粒径を持って偏析した」電極が開示されている。この電極膜を櫛形電極形状に加工すると、偏析した粒子はエッチングできないないため、櫛形電極間の短絡が生じるという問題がある。
【００１１】
また、特許文献５には、「圧電基板上に下地電極膜、Ａｌ合金電極膜、拡散成分系電極膜より成る多層構造電極」が開示されている。ここで最上層の拡散成分系電極は、Ａｌ合金膜の結晶粒界に拡散しやすいＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｍｇから選ばれた少なくとも１つを主成分とする材料であって、この層からＡｌ合金層の結晶粒界に、これらの金属を拡散、析出させるものである。この電極は、主たる電気伝導層であるＡｌ合金の粒界が、電気抵抗の高い金属で網目状に分断された形態を有するために、電極の電気抵抗が高くなり、挿入損失の観点から好ましくない。
【００１２】
第５の「高配向化」は、例えば特許文献６に開示されているように、ＡｌあるいはＡｌ合金の（１１１）配向性を高めた電極である。（１１１）配向性が高い薄膜では、各結晶粒の＜１１１＞軸が基板法線方向にほぼ揃っているものの、面内方向はバラバラの状態になっている。このように特定の結晶軸のみが基板法線方向に揃った膜は一軸配向膜とも呼ばれている。ストレスマイグレーションによって移動するＡｌ原子あるいは空孔の拡散経路は、主として結晶粒界であるが、（１１１）配向膜においては面内が（１１１）面を持った結晶粒で覆われているので蜂の巣状の粒界組織を呈し、結晶粒界はおおむね３重点から構成される網目状組織になる。このような場合、粒界に沿って拡散するＡｌ原子あるいは空孔の流束バランスが保たれやすく、このために、結晶粒の主方位方向が全くランダムな多結晶体膜や配向度の低い膜に比べ、耐電力性が著しく向上するものと考えられている。
【００１３】
特許文献６では、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｃｒから選ばれた１〜５０ｎｍの金属下地膜を用いることによって、（１１１）に強く配向したＡｌあるいはＡｌ合金膜ができることが開示されている。また、特許文献７には、Ｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ、ＢＮ、ＳｉＮから選ばれた下地膜上に、やはり（１１１）に強く配向したＡｌあるいはＡｌ合金膜ができることが開示されている。さらに、特許文献８には、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｈｆ、Ｓｃから選ばれた５０ｎｍ以下の金属下地膜上で、（１１１）に強く配向したＡｌあるいはＡｌ合金膜ができることが開示されている。ここでは、下地層が非晶質状態であることが重要であることが記載されている。
【００１４】
さらにまた特許文献９には、下地膜層としてＡｌとＡｌ以外の金属の多層構造を用いることによって、（１１１）高配向Ａｌ膜が形成できることが開示されている。一軸高配向電極膜は、上述した他の手法に比べると、（下地膜としてＡｌに拡散しやすい金属を使わない限り）電極抵抗が大きくなることが少ないため、挿入損失の増大の可能性は小さいものの、デュプレクサ用の弾性表面波フィルタの小型化が要求されている昨今の状況を考えると、一軸高配向電極を上回る耐電力性を示す電極材料の開発が求められる。
【００１５】
第６の「単結晶化」は、圧電基板の特定結晶面内の特定結晶方位と、Ａｌ電極の特定結晶面の特定結晶方位が整合するように成長（これをエピキタキシャル成長という）させる手法であり、ＡｌあるいはＡｌ合金の各晶粒の結晶方位が基板法線方向のみならず面内においても、一定方向にほぼ揃った膜であるために、結晶粒界がなくなった状態、すなわち、粒界拡散が抑制された状態になるため、Ａｌ原子あるいは空孔は、いわゆる格子拡散モードで拡散することになる。格子拡散モードは粒界拡散モードに比べると、極端に拡散速度が小さくなるために、単結晶膜では一軸高配向膜より更に耐電力性が向上すると言われている。
【００１６】
圧電基板として水晶を用いる場合は、単結晶Ａｌ（あるいはＡｌ合金）膜の成長技術が多数開示されている。例えば、特許文献１０、１１には、２５度回転Ｙカット水晶上のＡｌ（３１１）エピタキシャル膜が、特許文献１２〜１４には、４〜３０度回転Ｚカット水晶上のＡｌ（１１１）エピタキシャル膜が開示されている。
【００１７】
特許文献１０〜１４に記載されている従来技術によってエピタキシャルＡｌ膜が得られるのは、実質的に水晶基板上のみに限定される。優れた耐電力性が要求されるＲＦ帯域の弾性表面波フィルタに用いられる圧電基板は、ＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3であって、これらの圧電基板上への単結晶あるいはエピタキシャルＡｌ膜の成長技術としては、以下の公知例がある。
【００１８】
ＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3圧電基板上に、直接、単結晶Ａｌを成長させた従来技術としては、特許文献１５や特許文献１６がある。前者においては、３６度回転ＹカットのＬｉＴａＯ3上にエピタキシャル成長したＡｌ（１１１）膜が、後者においては、３２度〜６８度回転ＹカットのＬｉＴａＯ3ならびにＬｉＮｂＯ3基板上にエピタキシャル成長したＡｌ（１１１）膜が開示されている。一方、前述した特許文献１０には、水晶基板のみならず、ＬｉＴａＯ3、ＬｉＮｂＯ3、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）基板上にエピタキシャルＡｌ膜が成長する旨の記述はあるものの、どのような面上にどのような面方位を持ったＡｌ膜がエピタキシャル成長するのかについては言及されていない。
【００１９】
特許文献１７には、エピタキシャルＡｌ膜を製造するために、「２００〜１０００Ｖのイオンエネルギーで、０．０１〜１０ｍＡ／ｃｍ2のイオン電流密度を持ったイオンビームを照射しながら成膜する」という製造方法が開示されているものの、基板上に直接、単結晶Ａｌを形成するのは難しく、製造歩留まりが極めて低いという問題がある。これは、基板表面上には、研磨工程などに伴う結晶構造の乱れた表面加工層が存在するために、圧電基板本来の結晶格子面が覆われた状態になっていることに原因がある。このような基板表面の結晶構造が乱れた表面層の影響を取り除くために、特許文献１８では、ウェットエッチングやフッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、「基板表面に微小な半球状の島状構造を均一に作り込む」ことによって、（その成長方位等の記述はないものの）単結晶Ａｌを成長できることが開示されている。一方、特許文献１９には、「ＬｉＴａＯ3、ＬｉＮｂＯ3基板表面に最も近い低指数面を持つ結晶面に垂直な軸方向に対し、イオンビームの照射方向が平行または垂直となる位置から±２０度範囲内になるようにイオン源を配置して、イオンビームエッチングにより基板表面加工層を除去した後、単結晶Ａｌを成長する」方法が開示されている。
【００２０】
これらの基板前処理は製造工程が増えるという問題のみならず、前処理のバラツキ等に起因して単結晶Ａｌ膜を安定して成長させることが難しいことから、単結晶Ａｌ膜をＬｉＴａＯ3やＬｉＮｂＯ3基板上に直接成長させるのは、容易とはいいがたい。そこで、ＬｉＴａＯ3やＬｉＮｂＯ3基板上に直接、成長させるのではなく何らかの下地（バッファー）層を介して単結晶Ａｌを成長させるという手法が提案されてきた。バッファー層を挿入するのは、基板結晶面とエピタキシャル成長するＡｌ面の格子ミスマッチを緩和することによって、基板上に直接成長させる場合に比べ、より安定に単結晶Ａｌ膜を成長させることができるという利点がある。このため、製造歩留まりの点からもバッファー層を用いた方が好ましいといえる。
【００２１】
特許文献２０には、６４度回転ＹカットＬｉＮｂＯ3基板上にＴｉバッファー層を介してＡｌを成長せるとＡｌ（１１０）単結晶膜が成長できることが開示されている。この場合、Ｔｉ（００１）面ならびにＡｌ（１１０）面の法線方向が基板垂直方向と一致するようなエピタキシャル関係を持っていて、Ｔｉ、Ａｌいずれもが制限視野電子回析においてスポットのみが現れる単結晶膜であることが記載されている。また、特許文献２１では、３８から４４度回転ＹカットＬｉＴａＯ3基板上では、やはりＴｉバッファー層を用いると、Ａｌ（１１２）単結晶膜が、Ａｌ（１１２）面の法線方向が基板表面の垂直方向と一致するようなエピタキシャル関係を持って成長することが記載されている。
【００２２】
一方、特許文献２２には、３３±９度回転ＹカットのＬｉＴａＯ3ならびにＬｉＮｂＯ3基板上に、バッファー層としてＴｉＮを用いた場合は、基板表面に対して９±９度傾斜してＡｌ（３１１）単結晶膜が成長できることが開示され、またバッファー層として（基板／）ＴｉＮ／Ｔｉの２層構成とした場合は、基板表面に対して９±９度傾斜してＡｌ（１１１）単結晶膜が成長できることが開示されている。
【００２３】
これらの単結晶ないしエピタキシャルＡｌ膜は、（１１０）（特許文献２０）、（１１２）（特許文献２１）、（３１１）あるいは（１１１）（特許文献２２）のように、Ａｌの特定結晶面が、ＬｉＴａＯ3やＬｉＮｂＯ3基板表面に平行、あるいは９±９度傾斜して成長した単結晶である。
【００２４】
一方、非特許文献１には、６３〜７０度ＹカットＬｉＮｂＯ3基板上で、Ｔｉバッファー層を介してＡｌ（１１１）が双晶成長することが記載されている。極点図を使った解析から、Ｙカット角によらず、Ａｌ（１１１）面はＬｉＮｂＯ3の（００１）面（Ｚ面ともいう）に平行に双晶成長すると報告されている。Ａｌ（１１１）面とＬｉＮｂＯ3（００１）面が平行ということは、つまり、Ａｌ＜１１１＞方向はニオブ酸リチウム基板表面に対し、（９０−Ｙカット角度）°傾いていることを意味する。また双晶とは、積層欠陥であり、ある結晶面に関して２つの結晶が鏡面対称の関係にあるものをいう。つまり、Ａｌ（１１１）双晶膜とは、完全な（単一の）単結晶膜ではなく、ひとつのＡｌ（１１１）単結晶粒(ドメイン)に対し、面内で１８０度回転させできるもうひとつのＡｌ（１１１）単結晶粒（ドメイン）の２種類が混在した擬似単結晶膜ということになる。（１１１）の双晶成長では、非特許文献１の図１や図３にあるように、（１００）極をプロットした極点図は６回対称のパターンとなるのが特徴である。
【００２５】
また、特許文献２３には「極点図で観察される回折パターンが複数の（１１１）対称中心を有する双晶構造を有する電極」が開示されている。このような複数の対称中心を持つ双晶構造を実現するために、３６〜４２度回転ＹカットのＬｉＴａＯ3あるいはＬｉＮｂＯ3基板をウェットエッチングする工程と、ＴｉまたはＣｒバッファー層を設けることが、不可欠であることが記載されている。ところで、この特許文献２３の発明者らは、非特許文献２において、３８．５度回転ＹカットのＬｉＴａＯ3基板上に、基板温度１８０℃で１０ｎｍのＴｉバッファーを蒸着した後、基板温度を室温まで下げて蒸着した１５０ｎｍのＡｌ膜の成長方位を極点図測定によって解析している。これによると、上述した（非特許文献１の）ＬｉＮｂＯ3基板上のＡｌ（１１１）双晶成長と全く同様で、ＬｉＴａＯ3の（００１）面と平行にＡｌ（１１１）が双晶成長していると記載されているので、特許文献２３の「複数の対称中心を有するＡｌ（１１１）双晶」も、ＬｉＴａＯ3の（００１）面に平行に成長していると考えるのが妥当である。
【００２６】
つまり特許文献２３で得られるＡｌ膜は、図１４に示すようにドメイン（１１１）ａが圧電基板ｂの法線Ｚ１に対して（９０−３８．５）°、すなわち５１．５°ずれた方向に成長するが、図において縦に成長したドメイン（１１１）群の中に、鏡面対称となる２つのドメイン（１１１）が混在しているといえる。
【００２７】
この複数の対称中心を有する（１１１）双晶構造を有するＡｌ電極を形成するためには、特許文献２３にも記載されているように、下地電極層を形成する前に、圧電基板の表面に結晶面を露出させるために、リン酸、ピロリン酸、安息香酸、オクタン酸、塩酸、硝酸、硫酸、フッ酸、緩衝フッ酸および硫酸水素カリウムから選ばれた少なくとも１種類のエッチャントによるエッチング処理が必要である。ウェットエッチングによる前処理は、基板表面の状態を再現性良く制御するのは難しく、そのために歩留まりが悪いという問題がある。また、製造工程が増えるという観点からも好ましくない。
【００２８】
【特許文献１】特開平６−６１７３号公報
【特許文献２】特開２００２−３６８５６８号公報
【特許文献３】特開平９−１３５１４３号公報
【特許文献４】特開２００５−３９６７６号公報
【特許文献５】特開２００２−１３５０７５号公報
【特許文献６】特開平５−９０２６８号公報
【特許文献７】特開平７−１３５４４３号公報
【特許文献８】特開２００１−９４３８２号公報
【特許文献９】特開２００３−１８８６７２号公報
【特許文献１０】特開平３−１４３０８号公報
【特許文献１１】特開平３−４８５１１号公報
【特許文献１２】特開平６−１３２７７７号公報
【特許文献１３】特開平７−１７０１４５号公報
【特許文献１４】特開平８−２８２７２号公報
【特許文献１５】特開平５−１８３３７３号公報
【特許文献１６】特開平８−１５４０３０号公報
【特許文献１７】特開平７−１６２２５５号公報
【特許文献１８】特開平５−１９９０６２号公報
【特許文献１９】特開平８−２０４４８３号公報
【特許文献２０】再公表ＷＯ９９／１６１６８
【特許文献２１】再公表ＷＯ００／７４２３５
【特許文献２２】特開２００３−１０１３７２
【特許文献２３】特開２００３−２５８５９４
【非特許文献１】Ｏ.Ｎａｋａｇａｗａｒａ ｅｔ ａｌ．，Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ ２４９（２００３），ｐｐ４９７−５０１
【非特許文献２】Ｏ.Ｎａｋａｇａｗａｒａ ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃ．２００３ ＩＥＥＥ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，ｐｐ１７３４−１７３７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
８００ＭＨｚ〜２ＧＨｚのＲＦ帯域の分波器（デュプレクサ）用の弾性表面波フィルタには低抵抗かつ耐電力性を有する電極材料が必要とされている。このためには、ストレスマイグレーション耐性に優れた単結晶Ａｌ膜が最も有望視されているが、６４度回転ＹカットのＬｉＮｂＯ3基板上や、３２度〜４４度回転ＹカットのＬｉＴａＯ3基板は、エピタキシャル成長に不可欠である低指数結晶面が基板表面と一致しないため、これらの圧電基板上への単結晶Ａｌ膜のエピタキシャル成長は、容易ではない。［背景技術］で詳述したように、基板の前処理やバッファー層を導入する等の工夫を施しても、同一基板上であっても得られる単結晶Ａｌ膜のエピタキシャル成長方位が様々であることからも、ＬｉＴａＯ3やＬｉＮｂＯ3基板上への単結晶Ａｌ膜を再現性良く成長させることが難しいことが分かる。
【００３０】
すなわち、本発明の目的は、優れた耐電力性を有し、製造容易でかつ、再現性良く成長させることができる擬似単結晶Ａｌ電極膜を備えた表面弾性波素子及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
上記の目的を達成するために、本発明者らは、ＬｉＴａＯ3やＬｉＮｂＯ3基板上へ、単結晶Ａｌを再現性良くエピタキシャル成長させるための条件について詳細な検討を行った。特に、圧電基板の基板前処理についての処理条件や、圧電基板のＹカット角、Ｔｉ下地膜膜厚に対して、得られるＡｌ膜の成長モードがどう変化するのかを調べた。その結果、意外なことに、これまでＡｌ単結晶膜のエピタキシャル成長に必須と考えられてきたウェットエッチング等による基板の前処理が、再現性の観点からは必ずしも好ましくないということが分かった。本来であれば、ウェットエッチング等による基板の前処理は、研磨等によって圧電基板表面上に存在する結晶構造の乱れた表面変質層を除去し、圧電基板表面に結晶面を露出させ、エピタキシャル成長のテンプレートを作り出す工程であるが、ＲＦ帯域の弾性表面波素子に使用されるタンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム基板においては、こうして露出した結晶面は、低指数で表される低指数面ばかりでなく、より高次の指数で表される高指数面が共存するために、低指数面上に成長するＡｌ単結晶膜ばかりでなく、高指数面上に成長するＡｌ単結晶膜が共存するような状態となってしまう。高指数面は用いる圧電基板のカット角はもちろんのこと、ウェットエッチング条件によって様々に変化するために、再現性良く、単結晶Ａｌ膜を成長させることが難しくなってしまうものと考えられる。
【００３２】
そこで、本発明者らは、圧電基板のウェットエッチング等による基板前処理工程を省略し、基板表面の汚れを落とすための洗浄処理例えば超音波洗浄のみを施した圧電基板を使い、Ｔｉ下地膜厚を変えて、Ｔｉ下地膜上に成長するＡｌ膜の成長過程を調べたところ、これまでに報告のない形態の成長モードが存在し、これが再現性良くできることをつきとめ、本発明をなすに至った。この新しい成長モードによるＡｌ膜は、単一の成長方位を持つ単結晶膜でも、複数の対称中心を有する双晶構造膜のいずれでもなく、２つの（１１１）ドメインからなるいわば擬似単結晶Ａｌ膜であって、以下に示すような特徴を有する。
【００３３】
すなわち、本発明は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）あるいはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）である単結晶の圧電基板と、該圧電基板上に形成された電極と、を備えた弾性表面波素子において、
前記電極は、チタン（Ｔｉ）からなる第１の膜と、該第１の膜上に形成されたアルミニウム（Ａｌ）あるいはＡｌに金属原子を微量添加したＡｌ系合金からなる第２の膜と、からなり、
前記第２の膜は、各々互いに異なる方位に成長した２つの（１１１）ドメインよりなる結晶膜により構成され、
２つの（１１１）ドメインの〈１１１〉方向がいずれも圧電基板の表面に対し０〜１０度の範囲内で傾き、
各（１１１）ドメイン面内においては〈１１−２〉方向が揃っておりかつ一方の（１１１）ドメイン面内の〈１１−２〉方向と他方の（１１１）ドメイン面内の〈１１−２〉方向とは、互いに１〜１５度離れていることを特徴とする。
本発明の具体的態様としては、前記２つの（１１１）ドメインのうち、少なくとも一方の（１１１）ドメインの＜１１−２＞方向が、前記圧電基板面内のＸ軸方向におおむね平行である構造、あるいは前記２つの（１１１）ドメインが、前記圧電基板面内のＸ軸に対して、おおむね鏡面対称である構造が挙げられる。また前記圧電基板は例えば３６〜５０度回転Ｙカットのタンタル酸リチウム基板である。前記Ｔｉ下地膜の膜厚は、５ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましく、５ｎｍ〜２０ｎｍであることがより好ましい。
【００３４】
他の発明は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）あるいはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）である単結晶の圧電基板と、該圧電基板上に形成された電極と、を備え、前記電極は、チタン（Ｔｉ）からなる第１の膜と、該第１の膜上に形成されたアルミニウム（Ａｌ）あるいはＡｌに金属原子を微量添加したＡｌ系合金からなる第２の膜と、からなり、 前記第２の膜は、各々互いに異なる方位に成長した２つの（１１１）ドメインよりなる結晶膜により構成され、２つの（１１１）ドメインの〈１１１〉方向がいずれも圧電基板の表面に対し０〜１０度の範囲内で傾き、かつ２つの（１１１）ドメイン面内の〈１１−２〉方向が互いに１〜１５度離れている弾性表面波素子を製造する方法であって、
前記圧電基板の表面を洗浄する洗浄工程と、
圧電基板上に前記第１の膜を形成する工程と、
前記第１の膜の上に前記第２の膜を形成する工程と、を含み、
前記洗浄工程は、ウエットエッチングを行わずに、圧電基板の表面に有機溶媒を接触させた状態で有機溶媒に超音波を印加して洗浄する工程であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、圧電基板上に形成されるＡｌあるいはＡｌ系合金電極層が、方位角のずれが１５°以内である２つの（１１１）ドメインよりなる擬似単結晶であるので、優れた耐電力性を示す。また、本発明の電極は、基板表面の結晶構造の乱れた加工変質層を除去するためのウェットエッチング等の基板前処理が不要であるため製造容易であるとともに、２つの（１１１）単結晶ドメインが別々に成長した擬似単結晶Ａｌ電極膜を再現性良く成長させることができるために、耐電力性に優れた表面弾性波素子を安価に、高い製造歩留まりで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明の上記の目的、特徴および利点を明確にすべく、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
【００３７】
図１は本発明の実施形態による弾性表面波素子１の一部を示す断面図である。圧電基板２上に電極３が形成されている。圧電基板２は、ＬｉＴａＯ3あるいはＬｉＮｂＯ3のいずれかであるが、より好ましくは、３６〜５０度回転ＹカットのＬｉＴａＯ3あるいはＬｉＮｂＯ3基板である。ただし、ＲＦ帯域の弾性表面波素子として用いられる場合は、３６〜５０度回転ＹカットのＬｉＴａＯ3がより好ましい。電極３は、圧電基板２上に形成されたＴｉ下地膜（第１の膜）４とのこの上に形成されたＡｌ膜またはＡｌにＣｕやＭｇなどの金属原子を微量添加したＡｌ系合金膜からなる電極膜（第２の電極膜）５とを備えている。ここでいう「ＣｕやＭｇなどの金属原子を微量添加」するとは、電気抵抗が高くなって実用上使えなくなる添加量よりも少ない添加量であり、例えば重量百分率でＡｌに対し、０．１〜５％程度である。なお、図１には、図示していないが、電極３の上面および側面を覆うように、電気絶縁性の薄膜が形成されていてもよい。
【００３８】
このような弾性表面波素子１は、スパッタ装置等により、圧電基板２上へのＴｉ下地膜４とＡｌあるいはＡｌ合金膜５を順次堆積して積層膜を形成する成膜工程と、レジスト塗布、露光、現像により、この積層膜上に櫛形電極形状のレジストパターンを焼きつけるフォトリソグラフィ工程と、ドライエッチング装置等により、レジストパターンをマスクにして、積層膜を櫛形電極形状に加工するエッチング工程を経て製造される。
【００３９】
ＡｌあるいはＡｌ合金からなる電極膜５は、２つの（１１１）ドメインよりなる擬似単結晶膜より構成され、２つの（１１１）ドメインの＜１１１＞方向は、いずれも圧電基板３の基板表面に対し、０〜１０度の範囲内にあり、かつ（１１１）ドメイン面内の＜１１−２＞方向が互いに１〜１５度離れている。
【００４０】
図２は２つのドメイン（１１１）Ｄ１、Ｄ２の配向関係を模式的に示した図であり、図２（ａ）の側面図に示すようにこれらドメイン（１１１）Ｄ１、Ｄ２の成長方向と圧電基板２との夫々のなす角度α１、α２がいずれも０〜１０度である。また図２（ｂ）の平面図において６１、６２は、夫々２つのドメイン（１１１）Ｄ１、Ｄ２の面内の〈１１−２〉の方向に対応する結晶軸を示しており、各（１１１）ドメイン面内においては〈１１−２〉方向が揃っている。つまり一方のドメイン（１１１）Ｄ１は、いずれの高さ部位においても結晶軸６１の方向が揃っており、また他方のドメイン（１１１）Ｄ２は、いずれの高さ部位においても結晶軸６２の方向が揃っている。そしてこれら結晶軸６１、６２（方向）のなす角βが１〜１５度の範囲にある。
【００４１】
本発明の一実施の形態では、電極膜５は、上述の２つの（１１１）ドメインのうち、少なくとも一方の（１１１）ドメインの＜−１−１２＞方向が、該圧電基板面内のＸ軸方向におおむね平行になっている。
また、他の実施の形態では、電極膜５は、前記２つの（１１１）ドメインが、該圧電基板面内のＸ軸に対して、おおむね鏡面対称になるように配列している。
【００４２】
すなわち、本発明のＡｌあるいはＡｌ合金膜は、２つの（１１１）ドメインから成るものの、（１１１）面に垂直な方向である＜１１１＞結晶軸の傾斜角が、基板法線方向から０〜１０度の範囲内に収まっていること、さらに、各（１１１）ドメイン面内の＜１１−２＞方向が基板面内に対してほぼ平行であって、互いに１〜１５度の角度を持っており、
Ａ．２つの（１１１）ドメインのうち、少なくとも一方の（１１１）ドメインの＜−１−１２＞方向が、該圧電基板面内のＸ軸方向におおむね平行になっているか、
Ｂ．あるいはまた、２つの（１１１）ドメインが、該圧電基板面内のＸ軸に対して、おおむね鏡面対称になるように配列した、擬似単結晶膜である。つまりこの場合には、２つの（１１１）ドメインが、該圧電基板面内のＸ軸に対して対称であるということである。
【００４３】
このような２つの形態Ａ、Ｂのいずれかになる理由の詳細は不明であるが、基板の研磨工程等で生ずる表面状態の違いに起因して、Ａ、Ｂ２つの形態が現われるものと考えられる。ただし本発明は、このような態様に限られるものではない。
【００４４】
擬似単結晶膜であると称している理由は、単一のドメインではないものの、２つのドメインの成長面である（１１１）面が、圧電基板表面に対してほぼ平行で、かつ、圧電基板面内のＸ軸方向におおむね平行になっていて、圧電基板とＡｌ膜との間に、一定の方位関係、つまりエピタキシャル関係が認められるからである。言い換えれば２つの単結晶ドメインが別々に成長していることが認められるからである。
【００４５】
Ｔｉ下地膜の膜厚は５ｎｍ以上であれば、上述の２つの（１１１）ドメインからなる擬似単結晶膜が再現良く得られる。５ｎｍより小さいと、一軸配向膜となってしまう。Ｔｉ下地膜が極端に薄かったり、設けられていない場合は、単結晶膜はおろか配向膜さえもえられない。一方、Ｔｉ下地膜厚を大きくすることによって、２つの（１１１）ドメインからなる擬似単結晶構造が崩れることはないが、必要以上に厚くすることは、電極抵抗の増大を招くことになるので好ましくない。したがって、弾性表面波素子の電極として用いる場合、Ｔｉ膜厚は５〜１０ｎｍにすれば十分である。
【００４６】
ストレスマイグレーションが生じるとき、Ａｌ原子あるいは空孔の拡散経路としては、結晶粒と結晶粒の境目である粒界と、結晶粒内の２つがある。前者を経路とする拡散は後者を経路とする場合に比べ数桁大きな拡散速度を有するため、結晶粒界をなくすあるいは減らすことが耐電力性を改善するためには有効であることは、（背景技術）で述べたとおりである。本発明の擬似単結晶膜は２つの（１１１）ドメインより構成されるが、上述したように、２つのドメインの面内の結晶軸間のずれ角はせいぜい１５度であるから、結晶粒界を挟んで２つの結晶粒の傾斜角はせいぜい１５度ということになって、本発明の擬似単結晶Ａｌ膜は、いわゆる小傾角粒界からなる粒界構造を持つことになる。一方、特許文献２３や非特許文献１あるいは２に開示されている複数の（１１１）対称中心を有する双晶構造を有するＡｌ膜は、一対の双晶構造に対する結晶粒の傾斜角が１８０度あり、さらに複数対の双晶が何らの相関もなく存在すると、いわゆる（１１１）の一軸高配向膜の粒界構造に近いものになる。したがって、弾性表面波素子電極のストレスマイグレーション耐性あるいは耐電力性については、（単一ドメインからなる）単結晶構造と本発明の２つの（１１１）ドメインよりなる擬似単結晶とは、同程度であり、また複数の（１１１）対象中心を有する双晶構造と一軸高配向とは、互いに同程度であるが、前記単結晶構造よりは小さい。
【実施例】
【００４７】
本発明の具体的実施例の説明に先立ち、まず、圧電基板上に成長したＡｌあるいはＡｌ合金膜の配向構造を解析、理解するために不可欠なＸ線極点図について説明する。
【００４８】
前述したとおり、ＲＦ帯域のフィルタ等に用いられる弾性表面波素子の圧電基板は、６４度回転ＹカットのＬｉＮｂＯ3や、３２度〜４４度回転ＹカットのＬｉＴａＯ3というように、基板表面が圧電結晶の低指数面と一致することはまれで、一般的に圧電結晶の低指数面は基板表面に対して大きく傾斜している。このような傾斜面上にエピタキシャル成長したＡｌの状態を、通常のＸ線回折計で測定（２θ／θスキャン）しようとすると、Ａｌの成長面が基板表面から傾いているために、ピークが全く現れないことになる。特許文献１２、１３、１４、１８では、まさにこのＸ線回折でピークが見られなかったという結果を持って、単結晶Ａｌが成長していると判断している。しかしながら、この議論では不正確であり、基板表面と傾いた面上で一軸配向したとしても、ピークは観察できない可能性はある。したがって、基板表面に対して傾いた結晶面上にエピタキシャル成長しているかどうかを評価するためには、以下に説明する極点図測定を行わなければならない。
【００４９】
極点図とは、ある結晶面がサンプルの中でどのような配向を持っているかを表した図であり、極ステレオ投影図に、注目すべき方位（これを極と呼ぶ）がどのような強度で分布しているかをプロットしたものである。つまり極点図を見れば、サンプル表面に対して、注目する結晶面がどう配向しているかの情報が得ることができる。極点図測定では、図３に示すように特定の結晶面に対応する２θを固定したまま、ω軸に直交する２つの軸、そのひとつは基板面内にあってω軸に直交するＰｓｉ軸、もうひとつは、基板中心をとおり表面法線に平行なＰｈｉ軸、をそれぞれ煽り・回転させながら、Ｘ線強度を測定することになる。極ステレオ投影図では、径方向がＰｓｉ、周方向がＰｈｉである。
【００５０】
例えば、基板表面と平行に（１１１）面が成長した単結晶Ａｌを考える。ＣｕＫαのＸ線源を用いるとすれば、Ａｌ（１１１）面の回折角３８．５°に２θを固定し、Ｐｓｉ、Ｐｈｉ軸をスキャンし、強度を極ステレオ投影図上にプロットすると図４に示したような極点図がえられる。すなわち、｛１１１｝面同士のなす角は７０．５°であるため、中心にひとつと、Ｐｓｉ＝７０．５°の円周上で、１２０°おきに３つの（１１１）極が出現する。もし、（１１１）双晶であるとすると、図４のパターンと図４を１８０°回転させたパターンが重畳した図５のパターンとなる。つまり、Ａｌ（１１１）単結晶の場合は３回対称のパターンであるのに対し、Ａｌ（１１１）双晶構造の場合は、６回対称のパターンとなる。なお、基板の特定方向をＰｈｉ＝０°としておけば、基板とＡｌ膜の方位関係を抑えることができる。
【００５１】
さらに、（１１１）面が基板表面から傾いた双晶構造の（１１１）極点図は、図５の中心にあった（１１１）極が基板表面の傾斜角だけＰｓｉを移動した図６のようになる。図６はＰｓｉ＝１０°傾斜した場合の極点図である。非特許文献１で記載されているとおり、６４度ＹカットＬｉＮｂＯ3基板上のＡｌ膜は、基板表面から２６°傾いたＬｉＮｂＯ3面上にＡ１（１１１）面が双晶成長するので、この場合の（１１１）極点図はまさに、中心がＰｓｉ＝２６°にある図６のようなパターンとなる。
【００５２】
以上の例では、（１１１）極点図がどうなるかを説明したが、（１００）極点図も同様に考えることができる。基板表面と平行に（１１１）面が成長した単結晶Ａｌでは、｛１１１｝面と｛１００｝面とのなす角は、５４．７°なので、Ａｌ（２００）面の回折角４４．８°に２θを固定し、Ｐｓｉ，Ｐｈｉ軸をスキャンし、強度を極ステレオ投影図上にプロットすると、図７のようにＰｓｉ＝５４．７°の円周上に、１２０°おきに３つの（１００）極が出現したパターンとなる。図４と図７を比較すると明らかなように、中心を除く３つのスポットの出現の仕方は、６０°位相ずれがあるのが特徴である。（１１１）双晶さらに、傾斜成長した双晶の（１００）極点図もこれにならって作図できる。
【００５３】
配向構造解析にあたっては、複数の極に関する極点図測定を行い、お互いの極点図間に矛盾がないことを確認することが望ましい。また、（１１１）配向構造を議論するのであれば、（１１１）極点図を用いる方が解釈が容易である。特許文献２３のような「複数の対称中心を有する（１１１）双晶構造」を表すにあたり、（１００）極点図を用いると、対称中心である（１１１）極がどこにあるか分からないので、解釈を誤ることがある。
（実施例１）
まず４０度ＹカットＬｉＴａＯ3基板を有機溶媒例えばイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）中に浸漬し、この溶液に超音波を印加する超音波洗浄を行った後、ＤＣマグネトロンスパッタ装置に導入した。５×１０-8Ｔｏｒｒまで真空排気後、マスフローコントローラを通して高純度Ａｒガスを導入し、Ｔｉを１０ｎｍ、Ａｌを２００ｎｍ、順次積層した。いずれのターゲットに対しても、アルゴン圧７ｍＴｏｒｒ、ＤＣ０．５Ａの条件で成膜した。なお、基板温度は室温とした。
【００５４】
このＡｌ膜についてＣｕＫαをＸ線源とした４軸のＸ線回折装置を用い、（１１１）ならびに（２００）の２つの極点図測定を行った。１１１反射および２００反射の回折角（２θ）はそれぞれ、３８．５°、４４．８°である。この際、４０度ＹカットＬｉＴａＯ3基板のＸ軸とＰｈｉ＝０°が一致するようにサンプルをＸ線回折計（ゴニオメータステージ）にセットした。
【００５５】
図８ならびに図９にそれぞれ（１１１）極点図、（１００）極点図を示す。まず（１１１）極点図をみると、中心部に２つの強いスポット（これをそれぞれＡ、Ｂとする）があって、それぞれを中心として、図中に点線で示した２つの三角形で示したパターンに注目する。なお、図８のこれ以外のシャープなスポットは、タンタル酸リチウム基板のピークであるので無視する。Ａを中心とする三角形パターン、ならびにＢを中心とする三角形パターンを、ＡとＢが極ステレオ投影図の中心に来るように座標移動を行うと、図１０に示すように、６つのスポットがＰｓｉ＝７０°の円周上にならび、Ａを属するスポット同士、あるいはＢに属するスポット同士は１２０°隔たってならんだパターンに変換され、Ａを中心とする（１１１）単結晶ドメインとＢを中心とする（１１１）単結晶ドメインの２つが存在することが分かる。つまり、２つの（１１１）ドメインからなる擬似単結晶膜ができていることになる。なお。図１０のように２つの（１１１）ドメインの中心を一致させると、両者の面内でのずれ角は１０°であることが分かる。
【００５６】
図８の極点図からさらに、各（１１１）ドメインとＬｉＴａＯ3基板との整合関係について分析する。Ａ、Ｂ、２つのスポットは、Ｐｓｉ＝３°の円周上にあることから、２つの（１１１）単結晶ドメインは、その（１１１）結晶面がＬｉＴａＯ3基板面におおむね平行、あるいは数度傾斜していることが分かる。さらに、４０度ＹカットＬｉＴａＯ3基板のＸ軸とＰｈｉ＝０°が一致するので、各（１１１）ドメインの＜−１−１２＞方向が、ＬｉＴａＯ3のＸ軸方向におおむね平行となっている。あるいは、２つの（１１１）ドメインが、Ｘ軸に対して、おおむね鏡面対称になるように配列しているということができる。上述したように、この場合は、２つの（１１１）ドメインは面内で約１０°離れている。
【００５７】
図８の（１１１）極点図で解析した構造は、図９の（１００）極点図においても全く矛盾なく説明できる。しかし図９の（１００）極点図においては、図８のような中心となる極がないので、（１００）極点図のみからドメイン構造、特に、ドメインの＜１１１＞軸の基板表面からの傾き角やドメイン間の面内でのずれ角の値を正確に見積もるのは、面倒かつ困難である。したがって、以下の実施例では、すべて（１１１）極点図を用いることにする。
（実施例２）
第２の実施例として、４０度ＹカットＬｉＴａＯ3基板上での成長について説明する。本実施例ではイオンビームスパッタ装置を用いてＴｉ／Ａｌ−０．５ｗｔ％Ｃｕ積層膜を成膜した。実施例１と同様、３６度Ｙカットタンタル酸リチウム基板は、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）による超音波洗浄後、イオンビームスパッタ装置に導入した。カウフマン型のイオンソースから引き出されたＡｒイオンをターゲットに照射し、そこからスパッタされたターゲット材料を基板上に堆積させる。Ｔｉターゲットは、ビーム電圧１０００Ｖ、ビーム電流３０ｍＡの条件で、Ａ１−０．５ｗｔ％Ｃｕターゲットは、ビーム電圧１２００Ｖ、ビーム電流５０ｍＡの条件で成膜した。それぞれの膜厚を５ｎｍ、２００ｎｍとした。アルゴン圧は２×１０-4Ｔｏｒｒであった。また、基板温度は室温とした。
【００５８】
Ａｌ（１１１）極点図を図１１に示す。２つの（１１１）ドメインからなる擬似単結晶膜であることは実施例１と基本的には同じであるが、２つのドメイン間の面内でのずれ角が約５°とかなり接近していることを除けば、基本的な構造は実施例２と同じである。
【００５９】
なお、２つの（１１１）ドメイン間の面内でのずれ角は、３６度ＹカットＬｉＴａＯ3基板上では、さらに小さくなった。Ｔｉ（５ｎｍ）／Ａ１−０．５ｗｔ％Ｃｕ（２００ｎｍ）における２つの（１１１）ドメイン間の面内でのずれ角は、１〜３°であった。
（実施例３）
第３の実施例として、５０度ＹカットＬｉＴａＯ3基板上での成長について説明する。イオンビームスパッタ装置を用いてＴｉ／Ａｌ−０．５ｗｔ％Ｃｕ−３．５ｗｔ％Ｍｇ積層膜を実施例２と同じ条件で成膜した。Ｔｉ、Ａｌ−０．５ｗｔ％Ｃｕ−３．５ｗｔ％Ｍｇの膜厚を１０ｎｍ、２００ｎｍとした。
【００６０】
Ａｌ（１１１）極点図を図１２に示す。２つの（１１１）ドメインの中心となるスポットをＡ、Ｂとすると、それぞれの座標は（Ｐｈｉ、Ｐｓｉ）＝（１５７°，６°）、（２３９°，９°）であるので、面垂直方向の整合関係は、（１１１）面に垂直な＜１１１＞軸は、タンタル酸リチウム基板表面に対し、それぞれ６°あるいは９°傾いていることになる。一方、面内の整合関係は、タンタル酸リチウム基板のＸ軸とＰｈｉ＝０°が一致するので、各（１１１）ドメインの＜−１−１２＞方向が、タンタル酸リチウムのＸ軸方向におおむね平行となっている。あるいは、２つの（１１１）ドメインがＸ軸に対して、おおむね鏡面対称になるように配列しているということができる。この場合は、２つの（１１１）ドメインは面内で約１５°離れている。
（比較例）
比較例として、３６度ＹカットＬｉＴａＯ3基板上でのＴｉ（ｌｎｍ）／Ａｌ（２００ｎｍ）積層膜のＡｌ（１１１）極点図を図１３に示す。サンプルは、実施例１と同じスパッタ装置ならびに成膜条件で成膜した。図１３のように測定された極点図は、中心にスポットとＰｓｉ＝７０°の円周上にほぼ一様な強度をもったリングパターンとからなり、この膜が、一軸高配向膜であることを示している。なお、中心のスポットとリング以外のスポットは、ＬｉＴａＯ3基板からの回折点である。
【００６１】
Ｔｉ下地膜厚が５ｎｍより薄くなると、２つの（１１１）ドメインからなる擬似単結晶は安定に成長できなくなる。Ｔｉ膜厚が極端に薄かったり、存在しない場合は高配向膜にもならず、いわゆる多結晶体構造の膜になった。基板のカットアングルを変えてＴｉ膜厚の効果を調べたが、Ｔｉ下地膜厚が５ｎｍ以上あれば、カットアングルに大きく影響されずに、実施例１〜３に示したように、２つの（１１１）ドメインからなる擬似単結晶膜は安定に成長できる。
（実施例４）
実施例１〜３、ならびに比較例で成膜した電極膜を、フォトリソグラフィならびにドライエッチングし、８００ＭＨｚ帯用に設計したラダー型弾性表面波フィルタを作製した。作製した弾性表面波フィルタについて耐電力性評価試験を行った。評価試験は、特許文献２０あるいは２１に記載されている評価系、試験条件に準拠して行った。その結果、比較例の一軸高配向電極の寿命に対し、本発明による実施例１〜３の２つの（１１１）ドメインからなる擬似単結晶Ａｌ電極のそれは、５０００倍以上にもなり、本発明の電極膜の耐電力性が著しく向上することが分かった。
【００６２】
以上説明した実施例では、圧電基板として、３６〜５０度ＹカットＬｉＴａＯ3基板を用いたが、格子定数がほぼ同じＬｉＮｂＯ3基板上であっても、２つの（１１１）単結晶ドメインからなる擬似単結晶Ａｌ膜を安定に成長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施形態における弾性表面波素子の基本構造を示す図。
【図２】本発明に用いられる電極を構成する２つの（１１１）ドメインのイメージを示す説明図。
【図３】Ｘ線強度の測定における結晶面とＸ線の入射との関係を示す説明図。
【図４】基板面に平行に（１１１）面が成長した単結晶膜の（１１１）極点図。
【図５】基板面に平行に（１１１）面が成長した双晶膜の（１１１）極点図。
【図６】基板面に対し傾斜成長した（１１１）双晶膜の（１１１）極点図。
【図７】基板面に平行に（１１１）面が成長した単結晶膜の（１００）極点図。
【図８】４０度ＹカットＬｉＴａＯ3基板／Ｔｉ（１０ｎｍ）／Ａｌ（２００ｎｍ）のＡｌ（１１１）の極点図（実測図）
【図９】４０度ＹカットＬｉＴａＯ3基板／Ｔｉ（１０ｎｍ）／Ａｌ（２００ｎｍ）のＡｌ（２００）の極点図(実測図)
【図１０】図７のＡｌ（１１１）の極点図で、２つの（１１１）ドメイン中心スポットを極ステレオ投影図の中心に移動させ、２つのドメインの（１１１）面内の相対関係を表した図。
【図１１】４０度ＹカットＬｉＴａＯ3基板／Ｔｉ（５ｎｍ）／Ａｌ（２００ｎｍ）のＡｌ（１１１）の極点図（実測図）
【図１２】５０度ＹカットＬｉＴａＯ3基板／Ｔｉ（１０ｎｍ）／Ａｌ（２００ｎｍ）のＡｌ（１１１）の極点図（実測図）
【図１３】３６度ＹカットＬｉＴａＯ3基板／Ｔｉ（１ｎｍ）／Ａｌ（２００ｎｍ）のＡｌ（１１１）の極点図（実測図）。
【図１４】双晶膜のイメージを示す説明図。
【符号の説明】
【００６４】
１ 弾性表面波素子
２ 圧電基板
３ 電極
４ Ｔｉ下地膜
５ ＡｌまたはＡｌ系合金膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波フィルタをはじめとする弾性表面波素子及びその製造方法に関するもので、特に弾性表面波素子の電極に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、移動体通信用の共振器やフィルタには、低挿入損失、小型の利点をもつ弾性表面波素子が多用されるようになってきた。弾性表面波素子は、一般に、単結晶の圧電基板（圧電単結晶基板）と、この圧電基板上に形成された櫛形電極（インターデジタルトランスデューサ、以下、ＩＤＴと略す。）より構成される。圧電単結晶材料としては、水晶、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）などが用いられ、特に、ＲＦ帯域フィルタには、大きな電気機械結合係数を有する６４度回転ＹカットのＬｉＮｂＯ3や、電気機械結合係数が大きくかつ周波数温度係数が比較的小さい、３２度〜４４度回転ＹカットのＬｉＴａＯ3がよく用いられている。
【０００３】
弾性表面波素子における櫛形電極材料としては、微細加工性に優れていること、電極負荷質量効果を小さくするために比重が小さいこと、かつ挿入損を小さくするために電気抵抗が小さいことが要求されるために、一般にアルミニウムあるいはアルミニウム系合金が使用されている。
【０００４】
弾性表面波素子動作時には、周波数に比例した繰り返し応力がＩＤＴ電極に負荷される。この繰返し応力による、いわゆるストレスマイグレーションによってＩＤＴにはヒロックやボイドができ、フィルタ特性が劣化することが知られている。ＩＤＴ電極の耐ストレスマイグレーション性、すなわち耐電力性は、一般に、印加される電力が大きいほど、また動作周波数が高いほど小さくなり、特に、８００ＭＨｚ〜２ＧＨｚのＲＦ帯域で大きな電力が印加される携帯電話分波器（デュプレクサ）用の弾性表面波フィルタには、耐電力性に優れた電極材料が必要とされている。
【０００５】
これまでに耐ストレスマイグレーション性を備えた弾性表面波素子用電極材料の開発にあたって、（１）不純物添加、（２）微細結晶粒化、（３）多層化、（４）偏析（析出）化、（５）高配向化、（６）単結晶化、等の手法が提案されている。以下それぞれの開発手法について説明する。
【０００６】
第１の「不純物添加」は、アルミニウム（Ａｌ）に銅（Ｃｕ）やシリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、パラジウム（Ｐｄ）等を微量添加することによって電極の剛性を高め、耐電力性を向上させる手法である。一般的には、添加元素濃度が高くなるにつれ電極の耐電力性は向上するが、比抵抗が増大することによる挿入損失の増大、電極加工時におけるエッチング残査などの問題が生じるため、高濃度の添加は望ましくなく、その結果、不純物添加Ａｌ合金のみで、デュプレクサ用の弾性表面波フィルタに求められる十分な耐電力性を実現することは困難である。
【０００７】
第２の「微細結晶粒化」は、例えば、特許文献１に開示されている技術であり、電極膜の平均結晶粒径を小さく（特許文献１では平均結晶粒径を電極指の１／５０〜１／５に）して、（不純物添加と同様）電極の剛性を高め、耐電力性を向上させる手法である。結晶粒径を小さくするために、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｌｉ、Ｔａ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｃｄ、Ｗ、Ｖから選ばれた少なくともひとつの金属を、２０重量％以下で添加すればよいことが記載されている。しかしながら、不純物添加によって結晶粒径を小さくするために、電極抵抗が大きくなることが避けられず、挿入損失が大きくなってしまうので好ましくない。
【０００８】
第３の「多層化」は、Ａｌと異なる金属層上にＡｌまたはＡｌ合金を積層したり、Ａｌ層と、Ａｌと異なる金属層を交互に積層することによって、電極膜の剛性を高め、耐電力性を向上させる手法である。前者の代表例として特許文献２には、「１００〜２００ｎｍのＴｉ下地膜上に積層されたＡｌ合金膜で、Ｔｉ膜厚が電極厚の２５〜６０％を占める」電極構造が提案されている。厚いＴｉ下地膜上ではＡｌ合金の配向性が低下し結晶粒径が小さくなるために、応力分散が図れ、このため耐電圧性が向上すると記載されている。しかしながら、電気抵抗の大きなＴｉ下地膜が電極の大半を占めるため、電極の抵抗が大きくなり、挿入損失の観点から好ましくない。
【０００９】
一方、後者の代表例として特許文献３には、「ＡｌとＡｌより弾性定数が大きな導電体層Ｘを交互に、かつ各２層以上積層した構造で、膜厚方向の応力負荷に応じてＡｌ層とＸ層の膜厚を調整した」積層構造電極が開示されている。特許文献３の実施の形態にも記載されているように、多層化すると抵抗が急激に増加するため、やはり挿入損失の観点から問題がある。また、櫛形電極のパターニングの際、Ａｌ層とＸ層のエッチング性が異なるために、電極断面形状の制御が難しいという問題もある。
【００１０】
第４の「偏析（析出）化」は、Ａｌ合金膜中にＡｌ以外の金属を偏析あるいは析出させることによって、電極膜の剛性を高め、耐電力性を向上させる手法である。特許文献４には、「ＴｉＮやＴｉの下地（バッファー）層上に形成されたＡ１電極であって、膜中にＣｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉのうち少なくとも１種類の金属が、１００〜１０００ｎｍの粒径を持って偏析した」電極が開示されている。この電極膜を櫛形電極形状に加工すると、偏析した粒子はエッチングできないないため、櫛形電極間の短絡が生じるという問題がある。
【００１１】
また、特許文献５には、「圧電基板上に下地電極膜、Ａｌ合金電極膜、拡散成分系電極膜より成る多層構造電極」が開示されている。ここで最上層の拡散成分系電極は、Ａｌ合金膜の結晶粒界に拡散しやすいＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｍｇから選ばれた少なくとも１つを主成分とする材料であって、この層からＡｌ合金層の結晶粒界に、これらの金属を拡散、析出させるものである。この電極は、主たる電気伝導層であるＡｌ合金の粒界が、電気抵抗の高い金属で網目状に分断された形態を有するために、電極の電気抵抗が高くなり、挿入損失の観点から好ましくない。
【００１２】
第５の「高配向化」は、例えば特許文献６に開示されているように、ＡｌあるいはＡｌ合金の（１１１）配向性を高めた電極である。（１１１）配向性が高い薄膜では、各結晶粒の＜１１１＞軸が基板法線方向にほぼ揃っているものの、面内方向はバラバラの状態になっている。このように特定の結晶軸のみが基板法線方向に揃った膜は一軸配向膜とも呼ばれている。ストレスマイグレーションによって移動するＡｌ原子あるいは空孔の拡散経路は、主として結晶粒界であるが、（１１１）配向膜においては面内が（１１１）面を持った結晶粒で覆われているので蜂の巣状の粒界組織を呈し、結晶粒界はおおむね３重点から構成される網目状組織になる。このような場合、粒界に沿って拡散するＡｌ原子あるいは空孔の流束バランスが保たれやすく、このために、結晶粒の主方位方向が全くランダムな多結晶体膜や配向度の低い膜に比べ、耐電力性が著しく向上するものと考えられている。
【００１３】
特許文献６では、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｃｒから選ばれた１〜５０ｎｍの金属下地膜を用いることによって、（１１１）に強く配向したＡｌあるいはＡｌ合金膜ができることが開示されている。また、特許文献７には、Ｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ、ＢＮ、ＳｉＮから選ばれた下地膜上に、やはり（１１１）に強く配向したＡｌあるいはＡｌ合金膜ができることが開示されている。さらに、特許文献８には、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｈｆ、Ｓｃから選ばれた５０ｎｍ以下の金属下地膜上で、（１１１）に強く配向したＡｌあるいはＡｌ合金膜ができることが開示されている。ここでは、下地層が非晶質状態であることが重要であることが記載されている。
【００１４】
さらにまた特許文献９には、下地膜層としてＡｌとＡｌ以外の金属の多層構造を用いることによって、（１１１）高配向Ａｌ膜が形成できることが開示されている。一軸高配向電極膜は、上述した他の手法に比べると、（下地膜としてＡｌに拡散しやすい金属を使わない限り）電極抵抗が大きくなることが少ないため、挿入損失の増大の可能性は小さいものの、デュプレクサ用の弾性表面波フィルタの小型化が要求されている昨今の状況を考えると、一軸高配向電極を上回る耐電力性を示す電極材料の開発が求められる。
【００１５】
第６の「単結晶化」は、圧電基板の特定結晶面内の特定結晶方位と、Ａｌ電極の特定結晶面の特定結晶方位が整合するように成長（これをエピキタキシャル成長という）させる手法であり、ＡｌあるいはＡｌ合金の各晶粒の結晶方位が基板法線方向のみならず面内においても、一定方向にほぼ揃った膜であるために、結晶粒界がなくなった状態、すなわち、粒界拡散が抑制された状態になるため、Ａｌ原子あるいは空孔は、いわゆる格子拡散モードで拡散することになる。格子拡散モードは粒界拡散モードに比べると、極端に拡散速度が小さくなるために、単結晶膜では一軸高配向膜より更に耐電力性が向上すると言われている。
【００１６】
圧電基板として水晶を用いる場合は、単結晶Ａｌ（あるいはＡｌ合金）膜の成長技術が多数開示されている。例えば、特許文献１０、１１には、２５度回転Ｙカット水晶上のＡｌ（３１１）エピタキシャル膜が、特許文献１２〜１４には、４〜３０度回転Ｚカット水晶上のＡｌ（１１１）エピタキシャル膜が開示されている。
【００１７】
特許文献１０〜１４に記載されている従来技術によってエピタキシャルＡｌ膜が得られるのは、実質的に水晶基板上のみに限定される。優れた耐電力性が要求されるＲＦ帯域の弾性表面波フィルタに用いられる圧電基板は、ＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3であって、これらの圧電基板上への単結晶あるいはエピタキシャルＡｌ膜の成長技術としては、以下の公知例がある。
【００１８】
ＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3圧電基板上に、直接、単結晶Ａｌを成長させた従来技術としては、特許文献１５や特許文献１６がある。前者においては、３６度回転ＹカットのＬｉＴａＯ3上にエピタキシャル成長したＡｌ（１１１）膜が、後者においては、３２度〜６８度回転ＹカットのＬｉＴａＯ3ならびにＬｉＮｂＯ3基板上にエピタキシャル成長したＡｌ（１１１）膜が開示されている。一方、前述した特許文献１０には、水晶基板のみならず、ＬｉＴａＯ3、ＬｉＮｂＯ3、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）基板上にエピタキシャルＡｌ膜が成長する旨の記述はあるものの、どのような面上にどのような面方位を持ったＡｌ膜がエピタキシャル成長するのかについては言及されていない。
【００１９】
特許文献１７には、エピタキシャルＡｌ膜を製造するために、「２００〜１０００Ｖのイオンエネルギーで、０．０１〜１０ｍＡ／ｃｍ2のイオン電流密度を持ったイオンビームを照射しながら成膜する」という製造方法が開示されているものの、基板上に直接、単結晶Ａｌを形成するのは難しく、製造歩留まりが極めて低いという問題がある。これは、基板表面上には、研磨工程などに伴う結晶構造の乱れた表面加工層が存在するために、圧電基板本来の結晶格子面が覆われた状態になっていることに原因がある。このような基板表面の結晶構造が乱れた表面層の影響を取り除くために、特許文献１８では、ウェットエッチングやフッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、「基板表面に微小な半球状の島状構造を均一に作り込む」ことによって、（その成長方位等の記述はないものの）単結晶Ａｌを成長できることが開示されている。一方、特許文献１９には、「ＬｉＴａＯ3、ＬｉＮｂＯ3基板表面に最も近い低指数面を持つ結晶面に垂直な軸方向に対し、イオンビームの照射方向が平行または垂直となる位置から±２０度範囲内になるようにイオン源を配置して、イオンビームエッチングにより基板表面加工層を除去した後、単結晶Ａｌを成長する」方法が開示されている。
【００２０】
これらの基板前処理は製造工程が増えるという問題のみならず、前処理のバラツキ等に起因して単結晶Ａｌ膜を安定して成長させることが難しいことから、単結晶Ａｌ膜をＬｉＴａＯ3やＬｉＮｂＯ3基板上に直接成長させるのは、容易とはいいがたい。そこで、ＬｉＴａＯ3やＬｉＮｂＯ3基板上に直接、成長させるのではなく何らかの下地（バッファー）層を介して単結晶Ａｌを成長させるという手法が提案されてきた。バッファー層を挿入するのは、基板結晶面とエピタキシャル成長するＡｌ面の格子ミスマッチを緩和することによって、基板上に直接成長させる場合に比べ、より安定に単結晶Ａｌ膜を成長させることができるという利点がある。このため、製造歩留まりの点からもバッファー層を用いた方が好ましいといえる。
【００２１】
特許文献２０には、６４度回転ＹカットＬｉＮｂＯ3基板上にＴｉバッファー層を介してＡｌを成長せるとＡｌ（１１０）単結晶膜が成長できることが開示されている。この場合、Ｔｉ（００１）面ならびにＡｌ（１１０）面の法線方向が基板垂直方向と一致するようなエピタキシャル関係を持っていて、Ｔｉ、Ａｌいずれもが制限視野電子回析においてスポットのみが現れる単結晶膜であることが記載されている。また、特許文献２１では、３８から４４度回転ＹカットＬｉＴａＯ3基板上では、やはりＴｉバッファー層を用いると、Ａｌ（１１２）単結晶膜が、Ａｌ（１１２）面の法線方向が基板表面の垂直方向と一致するようなエピタキシャル関係を持って成長することが記載されている。
【００２２】
一方、特許文献２２には、３３±９度回転ＹカットのＬｉＴａＯ3ならびにＬｉＮｂＯ3基板上に、バッファー層としてＴｉＮを用いた場合は、基板表面に対して９±９度傾斜してＡｌ（３１１）単結晶膜が成長できることが開示され、またバッファー層として（基板／）ＴｉＮ／Ｔｉの２層構成とした場合は、基板表面に対して９±９度傾斜してＡｌ（１１１）単結晶膜が成長できることが開示されている。
【００２３】
これらの単結晶ないしエピタキシャルＡｌ膜は、（１１０）（特許文献２０）、（１１２）（特許文献２１）、（３１１）あるいは（１１１）（特許文献２２）のように、Ａｌの特定結晶面が、ＬｉＴａＯ3やＬｉＮｂＯ3基板表面に平行、あるいは９±９度傾斜して成長した単結晶である。
【００２４】
一方、非特許文献１には、６３〜７０度ＹカットＬｉＮｂＯ3基板上で、Ｔｉバッファー層を介してＡｌ（１１１）が双晶成長することが記載されている。極点図を使った解析から、Ｙカット角によらず、Ａｌ（１１１）面はＬｉＮｂＯ3の（００１）面（Ｚ面ともいう）に平行に双晶成長すると報告されている。Ａｌ（１１１）面とＬｉＮｂＯ3（００１）面が平行ということは、つまり、Ａｌ＜１１１＞方向はニオブ酸リチウム基板表面に対し、（９０−Ｙカット角度）°傾いていることを意味する。また双晶とは、積層欠陥であり、ある結晶面に関して２つの結晶が鏡面対称の関係にあるものをいう。つまり、Ａｌ（１１１）双晶膜とは、完全な（単一の）単結晶膜ではなく、ひとつのＡｌ（１１１）単結晶粒(ドメイン)に対し、面内で１８０度回転させできるもうひとつのＡｌ（１１１）単結晶粒（ドメイン）の２種類が混在した擬似単結晶膜ということになる。（１１１）の双晶成長では、非特許文献１の図１や図３にあるように、（１００）極をプロットした極点図は６回対称のパターンとなるのが特徴である。
【００２５】
また、特許文献２３には「極点図で観察される回折パターンが複数の（１１１）対称中心を有する双晶構造を有する電極」が開示されている。このような複数の対称中心を持つ双晶構造を実現するために、３６〜４２度回転ＹカットのＬｉＴａＯ3あるいはＬｉＮｂＯ3基板をウェットエッチングする工程と、ＴｉまたはＣｒバッファー層を設けることが、不可欠であることが記載されている。ところで、この特許文献２３の発明者らは、非特許文献２において、３８．５度回転ＹカットのＬｉＴａＯ3基板上に、基板温度１８０℃で１０ｎｍのＴｉバッファーを蒸着した後、基板温度を室温まで下げて蒸着した１５０ｎｍのＡｌ膜の成長方位を極点図測定によって解析している。これによると、上述した（非特許文献１の）ＬｉＮｂＯ3基板上のＡｌ（１１１）双晶成長と全く同様で、ＬｉＴａＯ3の（００１）面と平行にＡｌ（１１１）が双晶成長していると記載されているので、特許文献２３の「複数の対称中心を有するＡｌ（１１１）双晶」も、ＬｉＴａＯ3の（００１）面に平行に成長していると考えるのが妥当である。
【００２６】
つまり特許文献２３で得られるＡｌ膜は、図１４に示すようにドメイン（１１１）ａが圧電基板ｂの法線Ｚ１に対して（９０−３８．５）°、すなわち５１．５°ずれた方向に成長するが、図において縦に成長したドメイン（１１１）群の中に、鏡面対称となる２つのドメイン（１１１）が混在しているといえる。
【００２７】
この複数の対称中心を有する（１１１）双晶構造を有するＡｌ電極を形成するためには、特許文献２３にも記載されているように、下地電極層を形成する前に、圧電基板の表面に結晶面を露出させるために、リン酸、ピロリン酸、安息香酸、オクタン酸、塩酸、硝酸、硫酸、フッ酸、緩衝フッ酸および硫酸水素カリウムから選ばれた少なくとも１種類のエッチャントによるエッチング処理が必要である。ウェットエッチングによる前処理は、基板表面の状態を再現性良く制御するのは難しく、そのために歩留まりが悪いという問題がある。また、製造工程が増えるという観点からも好ましくない。
【００２８】
【特許文献１】特開平６−６１７３号公報
【特許文献２】特開２００２−３６８５６８号公報
【特許文献３】特開平９−１３５１４３号公報
【特許文献４】特開２００５−３９６７６号公報
【特許文献５】特開２００２−１３５０７５号公報
【特許文献６】特開平５−９０２６８号公報
【特許文献７】特開平７−１３５４４３号公報
【特許文献８】特開２００１−９４３８２号公報
【特許文献９】特開２００３−１８８６７２号公報
【特許文献１０】特開平３−１４３０８号公報
【特許文献１１】特開平３−４８５１１号公報
【特許文献１２】特開平６−１３２７７７号公報
【特許文献１３】特開平７−１７０１４５号公報
【特許文献１４】特開平８−２８２７２号公報
【特許文献１５】特開平５−１８３３７３号公報
【特許文献１６】特開平８−１５４０３０号公報
【特許文献１７】特開平７−１６２２５５号公報
【特許文献１８】特開平５−１９９０６２号公報
【特許文献１９】特開平８−２０４４８３号公報
【特許文献２０】再公表ＷＯ９９／１６１６８
【特許文献２１】再公表ＷＯ００／７４２３５
【特許文献２２】特開２００３−１０１３７２
【特許文献２３】特開２００３−２５８５９４
【非特許文献１】Ｏ.Ｎａｋａｇａｗａｒａ ｅｔ ａｌ．，Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ ２４９（２００３），ｐｐ４９７−５０１
【非特許文献２】Ｏ.Ｎａｋａｇａｗａｒａ ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃ．２００３ ＩＥＥＥ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，ｐｐ１７３４−１７３７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
８００ＭＨｚ〜２ＧＨｚのＲＦ帯域の分波器（デュプレクサ）用の弾性表面波フィルタには低抵抗かつ耐電力性を有する電極材料が必要とされている。このためには、ストレスマイグレーション耐性に優れた単結晶Ａｌ膜が最も有望視されているが、６４度回転ＹカットのＬｉＮｂＯ3基板上や、３２度〜４４度回転ＹカットのＬｉＴａＯ3基板は、エピタキシャル成長に不可欠である低指数結晶面が基板表面と一致しないため、これらの圧電基板上への単結晶Ａｌ膜のエピタキシャル成長は、容易ではない。［背景技術］で詳述したように、基板の前処理やバッファー層を導入する等の工夫を施しても、同一基板上であっても得られる単結晶Ａｌ膜のエピタキシャル成長方位が様々であることからも、ＬｉＴａＯ3やＬｉＮｂＯ3基板上への単結晶Ａｌ膜を再現性良く成長させることが難しいことが分かる。
【００３０】
すなわち、本発明の目的は、優れた耐電力性を有し、製造容易でかつ、再現性良く成長させることができる擬似単結晶Ａｌ電極膜を備えた表面弾性波素子及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
上記の目的を達成するために、本発明者らは、ＬｉＴａＯ3やＬｉＮｂＯ3基板上へ、単結晶Ａｌを再現性良くエピタキシャル成長させるための条件について詳細な検討を行った。特に、圧電基板の基板前処理についての処理条件や、圧電基板のＹカット角、Ｔｉ下地膜膜厚に対して、得られるＡｌ膜の成長モードがどう変化するのかを調べた。その結果、意外なことに、これまでＡｌ単結晶膜のエピタキシャル成長に必須と考えられてきたウェットエッチング等による基板の前処理が、再現性の観点からは必ずしも好ましくないということが分かった。本来であれば、ウェットエッチング等による基板の前処理は、研磨等によって圧電基板表面上に存在する結晶構造の乱れた表面変質層を除去し、圧電基板表面に結晶面を露出させ、エピタキシャル成長のテンプレートを作り出す工程であるが、ＲＦ帯域の弾性表面波素子に使用されるタンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム基板においては、こうして露出した結晶面は、低指数で表される低指数面ばかりでなく、より高次の指数で表される高指数面が共存するために、低指数面上に成長するＡｌ単結晶膜ばかりでなく、高指数面上に成長するＡｌ単結晶膜が共存するような状態となってしまう。高指数面は用いる圧電基板のカット角はもちろんのこと、ウェットエッチング条件によって様々に変化するために、再現性良く、単結晶Ａｌ膜を成長させることが難しくなってしまうものと考えられる。
【００３２】
そこで、本発明者らは、圧電基板のウェットエッチング等による基板前処理工程を省略し、基板表面の汚れを落とすための洗浄処理例えば超音波洗浄のみを施した圧電基板を使い、Ｔｉ下地膜厚を変えて、Ｔｉ下地膜上に成長するＡｌ膜の成長過程を調べたところ、これまでに報告のない形態の成長モードが存在し、これが再現性良くできることをつきとめ、本発明をなすに至った。この新しい成長モードによるＡｌ膜は、単一の成長方位を持つ単結晶膜でも、複数の対称中心を有する双晶構造膜のいずれでもなく、２つの（１１１）ドメインからなるいわば擬似単結晶Ａｌ膜であって、以下に示すような特徴を有する。
【００３３】
すなわち、本発明は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）あるいはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）である単結晶の圧電基板と、該圧電基板上に形成された電極と、を備えた弾性表面波素子において、
前記電極は、チタン（Ｔｉ）からなる第１の膜と、該第１の膜上に形成されたアルミニウム（Ａｌ）あるいはＡｌに金属原子を微量添加したＡｌ系合金からなる第２の膜と、からなり、
前記第２の膜は、各々互いに異なる方位に成長した２つの（１１１）ドメインよりなる結晶膜により構成され、
２つの（１１１）ドメインの〈１１１〉方向がいずれも圧電基板の表面に対し０〜１０度の範囲内で傾き、
各（１１１）ドメイン面内においては〈１１−２〉方向が揃っておりかつ一方の（１１１）ドメイン面内の〈１１−２〉方向と他方の（１１１）ドメイン面内の〈１１−２〉方向とは、互いに１〜１５度離れていることを特徴とする。
本発明の具体的態様としては、前記２つの（１１１）ドメインのうち、少なくとも一方の（１１１）ドメインの＜１１−２＞方向が、前記圧電基板面内のＸ軸方向におおむね平行である構造、あるいは前記２つの（１１１）ドメインが、前記圧電基板面内のＸ軸に対して、おおむね鏡面対称である構造が挙げられる。また前記圧電基板は例えば３６〜５０度回転Ｙカットのタンタル酸リチウム基板である。前記Ｔｉ下地膜の膜厚は、５ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましく、５ｎｍ〜２０ｎｍであることがより好ましい。
【００３４】
他の発明は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）あるいはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）である単結晶の圧電基板と、該圧電基板上に形成された電極と、を備え、前記電極は、チタン（Ｔｉ）からなる第１の膜と、該第１の膜上に形成されたアルミニウム（Ａｌ）あるいはＡｌに金属原子を微量添加したＡｌ系合金からなる第２の膜と、からなり、 前記第２の膜は、各々互いに異なる方位に成長した２つの（１１１）ドメインよりなる結晶膜により構成され、２つの（１１１）ドメインの〈１１１〉方向がいずれも圧電基板の表面に対し０〜１０度の範囲内で傾き、かつ２つの（１１１）ドメイン面内の〈１１−２〉方向が互いに１〜１５度離れている弾性表面波素子を製造する方法であって、
前記圧電基板の表面を洗浄する洗浄工程と、
圧電基板上に前記第１の膜を形成する工程と、
前記第１の膜の上に前記第２の膜を形成する工程と、を含み、
前記洗浄工程は、ウエットエッチングを行わずに、圧電基板の表面に有機溶媒を接触させた状態で有機溶媒に超音波を印加して洗浄する工程であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、圧電基板上に形成されるＡｌあるいはＡｌ系合金電極層が、方位角のずれが１５°以内である２つの（１１１）ドメインよりなる擬似単結晶であるので、優れた耐電力性を示す。また、本発明の電極は、基板表面の結晶構造の乱れた加工変質層を除去するためのウェットエッチング等の基板前処理が不要であるため製造容易であるとともに、２つの（１１１）単結晶ドメインが別々に成長した擬似単結晶Ａｌ電極膜を再現性良く成長させることができるために、耐電力性に優れた表面弾性波素子を安価に、高い製造歩留まりで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明の上記の目的、特徴および利点を明確にすべく、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
【００３７】
図１は本発明の実施形態による弾性表面波素子１の一部を示す断面図である。圧電基板２上に電極３が形成されている。圧電基板２は、ＬｉＴａＯ3あるいはＬｉＮｂＯ3のいずれかであるが、より好ましくは、３６〜５０度回転ＹカットのＬｉＴａＯ3あるいはＬｉＮｂＯ3基板である。ただし、ＲＦ帯域の弾性表面波素子として用いられる場合は、３６〜５０度回転ＹカットのＬｉＴａＯ3がより好ましい。電極３は、圧電基板２上に形成されたＴｉ下地膜（第１の膜）４とのこの上に形成されたＡｌ膜またはＡｌにＣｕやＭｇなどの金属原子を微量添加したＡｌ系合金膜からなる電極膜（第２の電極膜）５とを備えている。ここでいう「ＣｕやＭｇなどの金属原子を微量添加」するとは、電気抵抗が高くなって実用上使えなくなる添加量よりも少ない添加量であり、例えば重量百分率でＡｌに対し、０．１〜５％程度である。なお、図１には、図示していないが、電極３の上面および側面を覆うように、電気絶縁性の薄膜が形成されていてもよい。
【００３８】
このような弾性表面波素子１は、スパッタ装置等により、圧電基板２上へのＴｉ下地膜４とＡｌあるいはＡｌ合金膜５を順次堆積して積層膜を形成する成膜工程と、レジスト塗布、露光、現像により、この積層膜上に櫛形電極形状のレジストパターンを焼きつけるフォトリソグラフィ工程と、ドライエッチング装置等により、レジストパターンをマスクにして、積層膜を櫛形電極形状に加工するエッチング工程を経て製造される。
【００３９】
ＡｌあるいはＡｌ合金からなる電極膜５は、２つの（１１１）ドメインよりなる擬似単結晶膜より構成され、２つの（１１１）ドメインの＜１１１＞方向は、いずれも圧電基板３の基板表面に対し、０〜１０度の範囲内にあり、かつ（１１１）ドメイン面内の＜１１−２＞方向が互いに１〜１５度離れている。
【００４０】
図２は２つのドメイン（１１１）Ｄ１、Ｄ２の配向関係を模式的に示した図であり、図２（ａ）の側面図に示すようにこれらドメイン（１１１）Ｄ１、Ｄ２の成長方向と圧電基板２との夫々のなす角度α１、α２がいずれも０〜１０度である。また図２（ｂ）の平面図において６１、６２は、夫々２つのドメイン（１１１）Ｄ１、Ｄ２の面内の〈１１−２〉の方向に対応する結晶軸を示しており、各（１１１）ドメイン面内においては〈１１−２〉方向が揃っている。つまり一方のドメイン（１１１）Ｄ１は、いずれの高さ部位においても結晶軸６１の方向が揃っており、また他方のドメイン（１１１）Ｄ２は、いずれの高さ部位においても結晶軸６２の方向が揃っている。そしてこれら結晶軸６１、６２（方向）のなす角βが１〜１５度の範囲にある。
【００４１】
本発明の一実施の形態では、電極膜５は、上述の２つの（１１１）ドメインのうち、少なくとも一方の（１１１）ドメインの＜−１−１２＞方向が、該圧電基板面内のＸ軸方向におおむね平行になっている。
また、他の実施の形態では、電極膜５は、前記２つの（１１１）ドメインが、該圧電基板面内のＸ軸に対して、おおむね鏡面対称になるように配列している。
【００４２】
すなわち、本発明のＡｌあるいはＡｌ合金膜は、２つの（１１１）ドメインから成るものの、（１１１）面に垂直な方向である＜１１１＞結晶軸の傾斜角が、基板法線方向から０〜１０度の範囲内に収まっていること、さらに、各（１１１）ドメイン面内の＜１１−２＞方向が基板面内に対してほぼ平行であって、互いに１〜１５度の角度を持っており、
Ａ．２つの（１１１）ドメインのうち、少なくとも一方の（１１１）ドメインの＜−１−１２＞方向が、該圧電基板面内のＸ軸方向におおむね平行になっているか、
Ｂ．あるいはまた、２つの（１１１）ドメインが、該圧電基板面内のＸ軸に対して、おおむね鏡面対称になるように配列した、擬似単結晶膜である。つまりこの場合には、２つの（１１１）ドメインが、該圧電基板面内のＸ軸に対して対称であるということである。
【００４３】
このような２つの形態Ａ、Ｂのいずれかになる理由の詳細は不明であるが、基板の研磨工程等で生ずる表面状態の違いに起因して、Ａ、Ｂ２つの形態が現われるものと考えられる。ただし本発明は、このような態様に限られるものではない。
【００４４】
擬似単結晶膜であると称している理由は、単一のドメインではないものの、２つのドメインの成長面である（１１１）面が、圧電基板表面に対してほぼ平行で、かつ、圧電基板面内のＸ軸方向におおむね平行になっていて、圧電基板とＡｌ膜との間に、一定の方位関係、つまりエピタキシャル関係が認められるからである。言い換えれば２つの単結晶ドメインが別々に成長していることが認められるからである。
【００４５】
Ｔｉ下地膜の膜厚は５ｎｍ以上であれば、上述の２つの（１１１）ドメインからなる擬似単結晶膜が再現良く得られる。５ｎｍより小さいと、一軸配向膜となってしまう。Ｔｉ下地膜が極端に薄かったり、設けられていない場合は、単結晶膜はおろか配向膜さえもえられない。一方、Ｔｉ下地膜厚を大きくすることによって、２つの（１１１）ドメインからなる擬似単結晶構造が崩れることはないが、必要以上に厚くすることは、電極抵抗の増大を招くことになるので好ましくない。したがって、弾性表面波素子の電極として用いる場合、Ｔｉ膜厚は５〜１０ｎｍにすれば十分である。
【００４６】
ストレスマイグレーションが生じるとき、Ａｌ原子あるいは空孔の拡散経路としては、結晶粒と結晶粒の境目である粒界と、結晶粒内の２つがある。前者を経路とする拡散は後者を経路とする場合に比べ数桁大きな拡散速度を有するため、結晶粒界をなくすあるいは減らすことが耐電力性を改善するためには有効であることは、（背景技術）で述べたとおりである。本発明の擬似単結晶膜は２つの（１１１）ドメインより構成されるが、上述したように、２つのドメインの面内の結晶軸間のずれ角はせいぜい１５度であるから、結晶粒界を挟んで２つの結晶粒の傾斜角はせいぜい１５度ということになって、本発明の擬似単結晶Ａｌ膜は、いわゆる小傾角粒界からなる粒界構造を持つことになる。一方、特許文献２３や非特許文献１あるいは２に開示されている複数の（１１１）対称中心を有する双晶構造を有するＡｌ膜は、一対の双晶構造に対する結晶粒の傾斜角が１８０度あり、さらに複数対の双晶が何らの相関もなく存在すると、いわゆる（１１１）の一軸高配向膜の粒界構造に近いものになる。したがって、弾性表面波素子電極のストレスマイグレーション耐性あるいは耐電力性については、（単一ドメインからなる）単結晶構造と本発明の２つの（１１１）ドメインよりなる擬似単結晶とは、同程度であり、また複数の（１１１）対象中心を有する双晶構造と一軸高配向とは、互いに同程度であるが、前記単結晶構造よりは小さい。
【実施例】
【００４７】
本発明の具体的実施例の説明に先立ち、まず、圧電基板上に成長したＡｌあるいはＡｌ合金膜の配向構造を解析、理解するために不可欠なＸ線極点図について説明する。
【００４８】
前述したとおり、ＲＦ帯域のフィルタ等に用いられる弾性表面波素子の圧電基板は、６４度回転ＹカットのＬｉＮｂＯ3や、３２度〜４４度回転ＹカットのＬｉＴａＯ3というように、基板表面が圧電結晶の低指数面と一致することはまれで、一般的に圧電結晶の低指数面は基板表面に対して大きく傾斜している。このような傾斜面上にエピタキシャル成長したＡｌの状態を、通常のＸ線回折計で測定（２θ／θスキャン）しようとすると、Ａｌの成長面が基板表面から傾いているために、ピークが全く現れないことになる。特許文献１２、１３、１４、１８では、まさにこのＸ線回折でピークが見られなかったという結果を持って、単結晶Ａｌが成長していると判断している。しかしながら、この議論では不正確であり、基板表面と傾いた面上で一軸配向したとしても、ピークは観察できない可能性はある。したがって、基板表面に対して傾いた結晶面上にエピタキシャル成長しているかどうかを評価するためには、以下に説明する極点図測定を行わなければならない。
【００４９】
極点図とは、ある結晶面がサンプルの中でどのような配向を持っているかを表した図であり、極ステレオ投影図に、注目すべき方位（これを極と呼ぶ）がどのような強度で分布しているかをプロットしたものである。つまり極点図を見れば、サンプル表面に対して、注目する結晶面がどう配向しているかの情報が得ることができる。極点図測定では、図３に示すように特定の結晶面に対応する２θを固定したまま、ω軸に直交する２つの軸、そのひとつは基板面内にあってω軸に直交するＰｓｉ軸、もうひとつは、基板中心をとおり表面法線に平行なＰｈｉ軸、をそれぞれ煽り・回転させながら、Ｘ線強度を測定することになる。極ステレオ投影図では、径方向がＰｓｉ、周方向がＰｈｉである。
【００５０】
例えば、基板表面と平行に（１１１）面が成長した単結晶Ａｌを考える。ＣｕＫαのＸ線源を用いるとすれば、Ａｌ（１１１）面の回折角３８．５°に２θを固定し、Ｐｓｉ、Ｐｈｉ軸をスキャンし、強度を極ステレオ投影図上にプロットすると図４に示したような極点図がえられる。すなわち、｛１１１｝面同士のなす角は７０．５°であるため、中心にひとつと、Ｐｓｉ＝７０．５°の円周上で、１２０°おきに３つの（１１１）極が出現する。もし、（１１１）双晶であるとすると、図４のパターンと図４を１８０°回転させたパターンが重畳した図５のパターンとなる。つまり、Ａｌ（１１１）単結晶の場合は３回対称のパターンであるのに対し、Ａｌ（１１１）双晶構造の場合は、６回対称のパターンとなる。なお、基板の特定方向をＰｈｉ＝０°としておけば、基板とＡｌ膜の方位関係を抑えることができる。
【００５１】
さらに、（１１１）面が基板表面から傾いた双晶構造の（１１１）極点図は、図５の中心にあった（１１１）極が基板表面の傾斜角だけＰｓｉを移動した図６のようになる。図６はＰｓｉ＝１０°傾斜した場合の極点図である。非特許文献１で記載されているとおり、６４度ＹカットＬｉＮｂＯ3基板上のＡｌ膜は、基板表面から２６°傾いたＬｉＮｂＯ3面上にＡ１（１１１）面が双晶成長するので、この場合の（１１１）極点図はまさに、中心がＰｓｉ＝２６°にある図６のようなパターンとなる。
【００５２】
以上の例では、（１１１）極点図がどうなるかを説明したが、（１００）極点図も同様に考えることができる。基板表面と平行に（１１１）面が成長した単結晶Ａｌでは、｛１１１｝面と｛１００｝面とのなす角は、５４．７°なので、Ａｌ（２００）面の回折角４４．８°に２θを固定し、Ｐｓｉ，Ｐｈｉ軸をスキャンし、強度を極ステレオ投影図上にプロットすると、図７のようにＰｓｉ＝５４．７°の円周上に、１２０°おきに３つの（１００）極が出現したパターンとなる。図４と図７を比較すると明らかなように、中心を除く３つのスポットの出現の仕方は、６０°位相ずれがあるのが特徴である。（１１１）双晶さらに、傾斜成長した双晶の（１００）極点図もこれにならって作図できる。
【００５３】
配向構造解析にあたっては、複数の極に関する極点図測定を行い、お互いの極点図間に矛盾がないことを確認することが望ましい。また、（１１１）配向構造を議論するのであれば、（１１１）極点図を用いる方が解釈が容易である。特許文献２３のような「複数の対称中心を有する（１１１）双晶構造」を表すにあたり、（１００）極点図を用いると、対称中心である（１１１）極がどこにあるか分からないので、解釈を誤ることがある。
（実施例１）
まず４０度ＹカットＬｉＴａＯ3基板を有機溶媒例えばイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）中に浸漬し、この溶液に超音波を印加する超音波洗浄を行った後、ＤＣマグネトロンスパッタ装置に導入した。５×１０-8Ｔｏｒｒまで真空排気後、マスフローコントローラを通して高純度Ａｒガスを導入し、Ｔｉを１０ｎｍ、Ａｌを２００ｎｍ、順次積層した。いずれのターゲットに対しても、アルゴン圧７ｍＴｏｒｒ、ＤＣ０．５Ａの条件で成膜した。なお、基板温度は室温とした。
【００５４】
このＡｌ膜についてＣｕＫαをＸ線源とした４軸のＸ線回折装置を用い、（１１１）ならびに（２００）の２つの極点図測定を行った。１１１反射および２００反射の回折角（２θ）はそれぞれ、３８．５°、４４．８°である。この際、４０度ＹカットＬｉＴａＯ3基板のＸ軸とＰｈｉ＝０°が一致するようにサンプルをＸ線回折計（ゴニオメータステージ）にセットした。
【００５５】
図８ならびに図９にそれぞれ（１１１）極点図、（１００）極点図を示す。まず（１１１）極点図をみると、中心部に２つの強いスポット（これをそれぞれＡ、Ｂとする）があって、それぞれを中心として、図中に点線で示した２つの三角形で示したパターンに注目する。なお、図８のこれ以外のシャープなスポットは、タンタル酸リチウム基板のピークであるので無視する。Ａを中心とする三角形パターン、ならびにＢを中心とする三角形パターンを、ＡとＢが極ステレオ投影図の中心に来るように座標移動を行うと、図１０に示すように、６つのスポットがＰｓｉ＝７０°の円周上にならび、Ａを属するスポット同士、あるいはＢに属するスポット同士は１２０°隔たってならんだパターンに変換され、Ａを中心とする（１１１）単結晶ドメインとＢを中心とする（１１１）単結晶ドメインの２つが存在することが分かる。つまり、２つの（１１１）ドメインからなる擬似単結晶膜ができていることになる。なお。図１０のように２つの（１１１）ドメインの中心を一致させると、両者の面内でのずれ角は１０°であることが分かる。
【００５６】
図８の極点図からさらに、各（１１１）ドメインとＬｉＴａＯ3基板との整合関係について分析する。Ａ、Ｂ、２つのスポットは、Ｐｓｉ＝３°の円周上にあることから、２つの（１１１）単結晶ドメインは、その（１１１）結晶面がＬｉＴａＯ3基板面におおむね平行、あるいは数度傾斜していることが分かる。さらに、４０度ＹカットＬｉＴａＯ3基板のＸ軸とＰｈｉ＝０°が一致するので、各（１１１）ドメインの＜−１−１２＞方向が、ＬｉＴａＯ3のＸ軸方向におおむね平行となっている。あるいは、２つの（１１１）ドメインが、Ｘ軸に対して、おおむね鏡面対称になるように配列しているということができる。上述したように、この場合は、２つの（１１１）ドメインは面内で約１０°離れている。
【００５７】
図８の（１１１）極点図で解析した構造は、図９の（１００）極点図においても全く矛盾なく説明できる。しかし図９の（１００）極点図においては、図８のような中心となる極がないので、（１００）極点図のみからドメイン構造、特に、ドメインの＜１１１＞軸の基板表面からの傾き角やドメイン間の面内でのずれ角の値を正確に見積もるのは、面倒かつ困難である。したがって、以下の実施例では、すべて（１１１）極点図を用いることにする。
（実施例２）
第２の実施例として、４０度ＹカットＬｉＴａＯ3基板上での成長について説明する。本実施例ではイオンビームスパッタ装置を用いてＴｉ／Ａｌ−０．５ｗｔ％Ｃｕ積層膜を成膜した。実施例１と同様、３６度Ｙカットタンタル酸リチウム基板は、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）による超音波洗浄後、イオンビームスパッタ装置に導入した。カウフマン型のイオンソースから引き出されたＡｒイオンをターゲットに照射し、そこからスパッタされたターゲット材料を基板上に堆積させる。Ｔｉターゲットは、ビーム電圧１０００Ｖ、ビーム電流３０ｍＡの条件で、Ａ１−０．５ｗｔ％Ｃｕターゲットは、ビーム電圧１２００Ｖ、ビーム電流５０ｍＡの条件で成膜した。それぞれの膜厚を５ｎｍ、２００ｎｍとした。アルゴン圧は２×１０-4Ｔｏｒｒであった。また、基板温度は室温とした。
【００５８】
Ａｌ（１１１）極点図を図１１に示す。２つの（１１１）ドメインからなる擬似単結晶膜であることは実施例１と基本的には同じであるが、２つのドメイン間の面内でのずれ角が約５°とかなり接近していることを除けば、基本的な構造は実施例２と同じである。
【００５９】
なお、２つの（１１１）ドメイン間の面内でのずれ角は、３６度ＹカットＬｉＴａＯ3基板上では、さらに小さくなった。Ｔｉ（５ｎｍ）／Ａ１−０．５ｗｔ％Ｃｕ（２００ｎｍ）における２つの（１１１）ドメイン間の面内でのずれ角は、１〜３°であった。
（実施例３）
第３の実施例として、５０度ＹカットＬｉＴａＯ3基板上での成長について説明する。イオンビームスパッタ装置を用いてＴｉ／Ａｌ−０．５ｗｔ％Ｃｕ−３．５ｗｔ％Ｍｇ積層膜を実施例２と同じ条件で成膜した。Ｔｉ、Ａｌ−０．５ｗｔ％Ｃｕ−３．５ｗｔ％Ｍｇの膜厚を１０ｎｍ、２００ｎｍとした。
【００６０】
Ａｌ（１１１）極点図を図１２に示す。２つの（１１１）ドメインの中心となるスポットをＡ、Ｂとすると、それぞれの座標は（Ｐｈｉ、Ｐｓｉ）＝（１５７°，６°）、（２３９°，９°）であるので、面垂直方向の整合関係は、（１１１）面に垂直な＜１１１＞軸は、タンタル酸リチウム基板表面に対し、それぞれ６°あるいは９°傾いていることになる。一方、面内の整合関係は、タンタル酸リチウム基板のＸ軸とＰｈｉ＝０°が一致するので、各（１１１）ドメインの＜−１−１２＞方向が、タンタル酸リチウムのＸ軸方向におおむね平行となっている。あるいは、２つの（１１１）ドメインがＸ軸に対して、おおむね鏡面対称になるように配列しているということができる。この場合は、２つの（１１１）ドメインは面内で約１５°離れている。
（比較例）
比較例として、３６度ＹカットＬｉＴａＯ3基板上でのＴｉ（ｌｎｍ）／Ａｌ（２００ｎｍ）積層膜のＡｌ（１１１）極点図を図１３に示す。サンプルは、実施例１と同じスパッタ装置ならびに成膜条件で成膜した。図１３のように測定された極点図は、中心にスポットとＰｓｉ＝７０°の円周上にほぼ一様な強度をもったリングパターンとからなり、この膜が、一軸高配向膜であることを示している。なお、中心のスポットとリング以外のスポットは、ＬｉＴａＯ3基板からの回折点である。
【００６１】
Ｔｉ下地膜厚が５ｎｍより薄くなると、２つの（１１１）ドメインからなる擬似単結晶は安定に成長できなくなる。Ｔｉ膜厚が極端に薄かったり、存在しない場合は高配向膜にもならず、いわゆる多結晶体構造の膜になった。基板のカットアングルを変えてＴｉ膜厚の効果を調べたが、Ｔｉ下地膜厚が５ｎｍ以上あれば、カットアングルに大きく影響されずに、実施例１〜３に示したように、２つの（１１１）ドメインからなる擬似単結晶膜は安定に成長できる。
（実施例４）
実施例１〜３、ならびに比較例で成膜した電極膜を、フォトリソグラフィならびにドライエッチングし、８００ＭＨｚ帯用に設計したラダー型弾性表面波フィルタを作製した。作製した弾性表面波フィルタについて耐電力性評価試験を行った。評価試験は、特許文献２０あるいは２１に記載されている評価系、試験条件に準拠して行った。その結果、比較例の一軸高配向電極の寿命に対し、本発明による実施例１〜３の２つの（１１１）ドメインからなる擬似単結晶Ａｌ電極のそれは、５０００倍以上にもなり、本発明の電極膜の耐電力性が著しく向上することが分かった。
【００６２】
以上説明した実施例では、圧電基板として、３６〜５０度ＹカットＬｉＴａＯ3基板を用いたが、格子定数がほぼ同じＬｉＮｂＯ3基板上であっても、２つの（１１１）単結晶ドメインからなる擬似単結晶Ａｌ膜を安定に成長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施形態における弾性表面波素子の基本構造を示す図。
【図２】本発明に用いられる電極を構成する２つの（１１１）ドメインのイメージを示す説明図。
【図３】Ｘ線強度の測定における結晶面とＸ線の入射との関係を示す説明図。
【図４】基板面に平行に（１１１）面が成長した単結晶膜の（１１１）極点図。
【図５】基板面に平行に（１１１）面が成長した双晶膜の（１１１）極点図。
【図６】基板面に対し傾斜成長した（１１１）双晶膜の（１１１）極点図。
【図７】基板面に平行に（１１１）面が成長した単結晶膜の（１００）極点図。
【図８】４０度ＹカットＬｉＴａＯ3基板／Ｔｉ（１０ｎｍ）／Ａｌ（２００ｎｍ）のＡｌ（１１１）の極点図（実測図）
【図９】４０度ＹカットＬｉＴａＯ3基板／Ｔｉ（１０ｎｍ）／Ａｌ（２００ｎｍ）のＡｌ（２００）の極点図(実測図)
【図１０】図７のＡｌ（１１１）の極点図で、２つの（１１１）ドメイン中心スポットを極ステレオ投影図の中心に移動させ、２つのドメインの（１１１）面内の相対関係を表した図。
【図１１】４０度ＹカットＬｉＴａＯ3基板／Ｔｉ（５ｎｍ）／Ａｌ（２００ｎｍ）のＡｌ（１１１）の極点図（実測図）
【図１２】５０度ＹカットＬｉＴａＯ3基板／Ｔｉ（１０ｎｍ）／Ａｌ（２００ｎｍ）のＡｌ（１１１）の極点図（実測図）
【図１３】３６度ＹカットＬｉＴａＯ3基板／Ｔｉ（１ｎｍ）／Ａｌ（２００ｎｍ）のＡｌ（１１１）の極点図（実測図）。
【図１４】双晶膜のイメージを示す説明図。
【符号の説明】
【００６４】
１ 弾性表面波素子
２ 圧電基板
３ 電極
４ Ｔｉ下地膜
５ ＡｌまたはＡｌ系合金膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）あるいはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）である単結晶の圧電基板と、該圧電基板上に形成された電極と、を備えた弾性表面波素子において、
前記電極は、チタン（Ｔｉ）からなる第１の膜と、該第１の膜上に形成されたアルミニウム（Ａｌ）あるいはＡｌに金属原子を微量添加したＡｌ系合金からなる第２の膜と、からなり、
前記第２の膜は、各々互いに異なる方位に成長した２つの（１１１）ドメインよりなる結晶膜により構成され、
２つの（１１１）ドメインの〈１１１〉方向がいずれも圧電基板の表面に対し０〜１０度の範囲内で傾き、
各（１１１）ドメイン面内においては〈１１−２〉方向が揃っておりかつ一方の（１１１）ドメイン面内の〈１１−２〉方向と他方の（１１１）ドメイン面内の〈１１−２〉方向とは、互いに１〜１５度離れていることを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項２】
前記２つの（１１１）ドメインのうち、少なくとも一方の（１１１）ドメインの＜１１−２＞方向が、前記圧電基板面内のＸ軸方向におおむね平行であることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波素子。
【請求項３】
前記２つの（１１１）ドメインが、前記圧電基板面内のＸ軸に対して、おおむね鏡面対称になるように配列されたことを特徴とする請求項１記載の弾性表面波素子。
【請求項４】
前記圧電基板が、３６〜５０度回転Ｙカットのタンタル酸リチウム基板であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の弾性表面波素子。
【請求項５】
前記Ｔｉ下地膜の膜厚が５ｎｍ〜２０ｎｍであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の弾性表面波素子。
【請求項６】
タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）あるいはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）である単結晶の圧電基板と、該圧電基板上に形成された電極と、を備え、前記電極は、チタン（Ｔｉ）からなる第１の膜と、該第１の膜上に形成されたアルミニウム（Ａｌ）あるいはＡｌに金属原子を微量添加したＡｌ系合金からなる第２の膜と、からなり、 前記第２の膜は、各々互いに異なる方位に成長した２つの（１１１）ドメインよりなる結晶膜により構成され、２つの（１１１）ドメインの〈１１１〉方向がいずれも圧電基板の表面に対し０〜１０度の範囲内で傾き、かつ２つの（１１１）ドメイン面内の〈１１−２〉方向が互いに１〜１５度離れている弾性表面波素子を製造する方法であって、
前記圧電基板の表面を洗浄する洗浄工程と、
圧電基板上に前記第１の膜を形成する工程と、
前記第１の膜の上に前記第２の膜を形成する工程と、を含み、
前記洗浄工程は、ウエットエッチングを行わずに、圧電基板の表面に有機溶媒を接触させた状態で有機溶媒に超音波を印加して洗浄する工程であることを特徴とする弾性表面波素子の製造方法。
【請求項７】
前記２つの（１１１）ドメインのうち、少なくとも一方の（１１１）ドメインの＜１１−２＞方向が、前記圧電基板面内のＸ軸方向におおむね平行であることを特徴とする請求項６記載の弾性表面波素子の製造方法。
【請求項８】
前記２つの（１１１）ドメインが、前記圧電基板面内のＸ軸に対して、おおむね鏡面対称になるように配列されたことを特徴とする請求項６記載の弾性表面波素子の製造方法。
【請求項１】
タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）あるいはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）である単結晶の圧電基板と、該圧電基板上に形成された電極と、を備えた弾性表面波素子において、
前記電極は、チタン（Ｔｉ）からなる第１の膜と、該第１の膜上に形成されたアルミニウム（Ａｌ）あるいはＡｌに金属原子を微量添加したＡｌ系合金からなる第２の膜と、からなり、
前記第２の膜は、各々互いに異なる方位に成長した２つの（１１１）ドメインよりなる結晶膜により構成され、
２つの（１１１）ドメインの〈１１１〉方向がいずれも圧電基板の表面に対し０〜１０度の範囲内で傾き、
各（１１１）ドメイン面内においては〈１１−２〉方向が揃っておりかつ一方の（１１１）ドメイン面内の〈１１−２〉方向と他方の（１１１）ドメイン面内の〈１１−２〉方向とは、互いに１〜１５度離れていることを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項２】
前記２つの（１１１）ドメインのうち、少なくとも一方の（１１１）ドメインの＜１１−２＞方向が、前記圧電基板面内のＸ軸方向におおむね平行であることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波素子。
【請求項３】
前記２つの（１１１）ドメインが、前記圧電基板面内のＸ軸に対して、おおむね鏡面対称になるように配列されたことを特徴とする請求項１記載の弾性表面波素子。
【請求項４】
前記圧電基板が、３６〜５０度回転Ｙカットのタンタル酸リチウム基板であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の弾性表面波素子。
【請求項５】
前記Ｔｉ下地膜の膜厚が５ｎｍ〜２０ｎｍであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の弾性表面波素子。
【請求項６】
タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）あるいはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）である単結晶の圧電基板と、該圧電基板上に形成された電極と、を備え、前記電極は、チタン（Ｔｉ）からなる第１の膜と、該第１の膜上に形成されたアルミニウム（Ａｌ）あるいはＡｌに金属原子を微量添加したＡｌ系合金からなる第２の膜と、からなり、 前記第２の膜は、各々互いに異なる方位に成長した２つの（１１１）ドメインよりなる結晶膜により構成され、２つの（１１１）ドメインの〈１１１〉方向がいずれも圧電基板の表面に対し０〜１０度の範囲内で傾き、かつ２つの（１１１）ドメイン面内の〈１１−２〉方向が互いに１〜１５度離れている弾性表面波素子を製造する方法であって、
前記圧電基板の表面を洗浄する洗浄工程と、
圧電基板上に前記第１の膜を形成する工程と、
前記第１の膜の上に前記第２の膜を形成する工程と、を含み、
前記洗浄工程は、ウエットエッチングを行わずに、圧電基板の表面に有機溶媒を接触させた状態で有機溶媒に超音波を印加して洗浄する工程であることを特徴とする弾性表面波素子の製造方法。
【請求項７】
前記２つの（１１１）ドメインのうち、少なくとも一方の（１１１）ドメインの＜１１−２＞方向が、前記圧電基板面内のＸ軸方向におおむね平行であることを特徴とする請求項６記載の弾性表面波素子の製造方法。
【請求項８】
前記２つの（１１１）ドメインが、前記圧電基板面内のＸ軸に対して、おおむね鏡面対称になるように配列されたことを特徴とする請求項６記載の弾性表面波素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−１３４９３２（Ｐ２００７−１３４９３２Ａ）
【公開日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３２５６６３（Ｐ２００５−３２５６６３）
【出願日】平成１７年１１月１０日（２００５．１１．１０）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月１０日（２００５．１１．１０）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
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