弾性表面波素子及びその製造方法
【課題】ダイヤモンド積層構造の基板にＩＤＴを形成した高周波化対応のダイヤモンドＳＡＷ素子において、その周波数を高精度に調整することができかつ周波数安定性に優れたＳＡＷ素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】基板２と、基板２上に形成された交差指電極５ａ，５ｂ及び交差指電極からなるＩＤＴと、を有し、原子量が１５０ａｍｕよりも大きくて物理吸着が少ないＴａ粒子１２を、基板２の主面に、交差指電極５ａ，５ｂ間及び交差指電極間が短絡しない程度に付着され、それにより周波数を調整したＳＡＷ素子１である。
【解決手段】基板２と、基板２上に形成された交差指電極５ａ，５ｂ及び交差指電極からなるＩＤＴと、を有し、原子量が１５０ａｍｕよりも大きくて物理吸着が少ないＴａ粒子１２を、基板２の主面に、交差指電極５ａ，５ｂ間及び交差指電極間が短絡しない程度に付着され、それにより周波数を調整したＳＡＷ素子１である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波（ＳＡＷ：surface acoustic wave）を利用したＳＡＷ素子に関し、特にダイヤモンド薄膜からなる積層構造の高速化基板を用いたＳＡＷ素子において、その周波数を調整して製造する方法、及びその方法を用いて製造されるＳＡＷ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から圧電基板の表面に形成した交差指電極からなるＩＤＴ（すだれ状トランスデューサ）により励振する弾性表面波を利用したＳＡＷ素子を備える共振子、フィルタ、発振器等のＳＡＷデバイスが様々な電子機器に多く利用されている。特に通信機器などの分野では、通信の高速化に対応したＳＡＷデバイスの高周波化及び高精細化が要求されている。ＳＡＷデバイスの高周波化を実現する方法として、ＩＤＴの微細化を図ること、又はＳＡＷの伝搬速度を高速化することがある。
【０００３】
高精細なＩＤＴの微細化は、製造技術上限界がある。そこで最近は、その表面にダイヤモンド薄膜及び圧電体層を積層した基板上にＩＤＴを形成した所謂ダイヤモンドＳＡＷデバイスが開発されている（例えば、非特許文献１，２を参照）。このような積層構造の基板を用いたＳＡＷ素子は、ＳＡＷ伝搬速度の高速化により、ＩＤＴを微細化することなく高周波化を図れることに加え、高い耐電力性を有するという特徴がある。更に、ＳｉＯ２膜からなる最上層を積層することによって、水晶基板を用いた従来のＳＡＷ素子よりも更に優れた温度特性が得られる。
【０００４】
他方、ＳＡＷデバイスの高精細化をはかるために、ＳＡＷの伝搬速度を変化させて周波数を所望の値に調整する様々な構造及び方法が従来から用いられている。水晶等の圧電基板を用いたＳＡＷ素子では、例えば、圧電基板上に形成されたすだれ状電極の膜厚をウェットエッチングで減少させて周波数を高くしたり、ＣＦ４ガスなどを用いたドライエッチングで圧電基板の表面を削ることにより周波数を低くする周波数調整方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、圧電基板の表面にＳｉＯ２の薄膜をスパッタし、スパッタ時間を変えることによりＳＡＷの伝搬速度を変化させて周波数を調整する方法が知られている（例えば、特許文献２を参照）。この方法では、スパッタ時間が短いとＳｉＯ２が連続膜にならず、長すぎると挿入損失（ＣＩ値）が増加して実用性を欠くことが示唆されている。同様に、櫛型電極を設けた圧電基板の少なくとも一部にＩＶ−ａ属元素を含む酸化物薄膜をスパッタで形成することにより、その動作周波数を調整し、また素子の表面を埃などから保護し得る構造のＳＡＷモジュール素子が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
更に、圧電基板上にＩＤＴを反射器とを有し、その共振周波数を観測しながら、反射器の表面にＡｕ，Ａｇ，Ａｌなどの金属導体膜を蒸着またはスパッタリングで形成することにより、周波数を調整可能にしたＳＡＷ共振子が提案されている（例えば、特許文献４を参照）。また、圧電基板上のＡｌ電極を陽極酸化させてその表面をアルミナにし、その重量を増加させることによって周波数を下げる方向にＳＡＷデバイスの周波数調整を行う方法が知られている（例えば、特許文献５，６参照）。
【特許文献１】特開平５−９０７８６５号公報
【特許文献２】特開昭５９−２１０７０８号公報
【特許文献３】特開２００３−２６４４４８号公報
【特許文献４】特開平３−３５１２号公報
【特許文献５】特開平８−４６４７４号公報
【特許文献６】特開平１１−３３０８８２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、上述した従来技術において、基板表面をドライエッチング又はウェットエッチングで削除するＳＡＷ素子の周波数調整方法は、エッチング時間と周波数変動量との制御が困難で、周波数調整にバラツキを生じる虞がある。しかも、ＣＦ４ガスを用いたドライエッチングの場合、フッ素ガスにより環境を汚染する虞があり、好ましくないという問題がある。
【０００８】
特に、上述したダイヤモンド積層構造の基板を有する所謂ダイヤモンドＳＡＷ素子の場合、ＣＦ４ガスのドライエッチングによる従来の周波数調整方法では、周波数調整量が大きくなるほど挿入損失の増加が大きくなって伝送量が低下する、即ち伝送特性が劣化する傾向にある。更にその温度特性は、周波数調整量が大きくなるほど頂点温度が大きくシフトする傾向がある。これは、より一層ＳＡＷ素子の高精度化及び高周波化を図る上で大きな問題となる。
【０００９】
また、圧電基板表面に酸化物を付着させる周波数調整方法は、一般に周波数調整量の高精度な制御が比較的難しい。そのため、特にＳＡＷ素子の高周波化が進むほど、酸化物の付着量に関する周波数の変動量が大きくなるから、周波数の微調整は困難になる。
【００１０】
また、ＳＡＷ素子全体に金薄膜を付着させる周波数調整方法は、周波数調整及び制御の具体的な条件、工程は何ら開示されていない。実際、従来のトリミング装置を最大出力（３．３ｋＷ）の６０％，６５％で使用し、最大１５秒の加工時間で試験した結果、フィラメントの加熱に最初の秒数を要した後、９〜１１秒で周波数に変化が生じ、１０秒前後で急激に大きく変化したと報告している。また、フィラメント電力が高くなるほどトリミング速度の制御が困難であり、その有効な制御、機械的信頼性、エージングには、更に研究が必要とされている。
【００１１】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、ダイヤモンド積層構造の基板にＩＤＴを形成した高周波化対応のダイヤモンドＳＡＷ素子において、その周波数を高精度に調整することができかつ周波数安定性に優れたＳＡＷ素子及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本出願人は、高周波弾性表面波素子であるダイヤモンドＳＡＷ素子の表面上に、Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｔｉのいずれかからなる粒子をスパッタリングで均一に付着させて、ＳＡＷ素子の周波数を調整する方法を既に提案している。これによれば、周波数の調整量を、スパッタ電力を適当に選択し且つその加工時間を設定することによって線形的に制御することができる。しかしながら、上記材料は水や有機物を付着し易い特徴があることや、密着性が良くないことからマイグレーションが起こりやすい。そのため、周波数調整後の封止工程や信頼性試験にて、周波数が大きく変動してしまうという問題がある。
【００１３】
本発明の弾性表面波素子の製造方法は、上記課題を解決するために、圧電材料と少なくとも１組の交差指電極からなるＩＤＴとを有する弾性表面波素子を形成する工程と、物理蒸着法を用いて、前記弾性表面波素子の表面に原子量が１５０ａｍｕよりも大きくて物理吸着が少ない金属またはその酸化物の粒子を付着させて前記弾性表面波素子の周波数を調整する工程と、を有することを特徴とする。
【００１４】
本出願人は、ＩＤＴを形成した基板の主面に、物理吸着が少ない金属の粒子、つまり気体の吸着が物理吸着ではなく化学吸着となるような金属の粒子を付着させることにより、ＳＡＷ素子の周波数調整を安定して行うことができる。物理吸着する金属粒子の場合、気体の付着が容易であるとともに離脱も容易であるため、環境によって重さが変動し、高精度な周波数調整が困難となる。化学吸着する金属粒子であれば、気体の離脱にエネルギーが必要となるため重さの変動が抑えられ、長期的に安定した周波数調整を行うことができる。また、水や有機物を付着し難く、マイグレーションを生じにくい。そのため、周波数調整後の製造工程及び信頼性試験の周波数変動を小さくすることが可能となる。さらに、粒子の質量が大きい（原子量が１５０ａｍｕよりも大きい）ので、僅かな付着量で有効に周波数調整を行うことができるとともに、交差指電極間の短絡が確実に防止される。
よって、高い周波数安定性及びエージング特性を得ることができ、信頼性が向上する。
【００１５】
また、前記周波数調整工程において、弾性表面波素子の温度を略一定に保持することが好ましい。
これにより、温度特性の変動が抑制されるので、周波数調整幅を大きくすることができるとともに安定した調整を行うことができる。
【００１６】
また、前記物理蒸着法がイオンビームスパッタであり、そのイオンビームの電流量、加速電圧及び加工時間により前記周波数の調整量を線形的に制御することが好ましい。
これにより、基板と電極材料とのスパッタ率を意識することなく（材料に関係なく）周波数を調整することができるので、処理時間の短縮が可能になる。また、基板に対して熱衝撃が少ないので測定のバラツキが抑えられ、高精度に周波数を調整することができる。
したがって、レート調整が安定するとともに、作業が簡単で効率が良く生産性を向上させることができる。
【００１７】
また、前記粒子の材料は、Ｔａ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｌａ，Ｗ，Ｚｒまたはこれらの酸化物（Ｔａ２Ｏ５，Ｎｂ２Ｏ５，Ｌａ２Ｏ３，ＨｆＯ２，ＷＯ３，ＺｒＯ２）であることが好ましい。
これにより、物理吸着が少なく密着力が比較的高い遷移金属系材料を用いているので、水や有機物を付着し難く、マイグレーションを生じにくい。そのため、周波数調整後の製造工程及び信頼性試験の周波数変動を小さくすることが可能となる。また、スパッタリングなどの物理蒸着法で基板表面にその付着速度を制御して付着させることができる。また、酸化物を用いることで微粒子の質量が更に増加したものとなり、周波数調整をより効果的に行うことができる。また、酸化物であることから密着性がさらに向上しエージング特性を高めることができる。
【００１８】
また、前記周波数調整工程が、前記粒子を第１の付着速度で付着させる工程と、その後に、前記第１の付着速度よりも遅い第２の付着速度で前記粒子を付着させる工程と、を有することが好ましい。
これにより、第１の付着速度では短時間で多量の粒子を付着させることができ、時間当たりの周波数変動量が大きくなるので、ＳＡＷ素子の周波数粗調整に適しているのに対し、第２の付着速度では、時間当たりの周波数変動量が小さくなるので、ＳＡＷ素子の周波数微調整に適している。したがって、粒子の付着速度を途中で変更するように制御することにより、例えばスパッタリングにおいてその使用電力を切り換えることによって、ＳＡＷ素子の周波数調整工程においてその粗調整と微調整とを連続して行うことができる。これは、同じスパッタ装置を使用して実施することができ、作業が簡単で効率がよく、生産性を向上させることができる。
【００１９】
また、前記弾性表面素子の表面に付着した前記粒子または前記粒子の集合体の大きさが、前記弾性表面波素子の波長λに対して１/４未満であることが好ましい。
これにより、交差指電極間の短絡が確実に防止され、マイグレーションが生じにくくなる。
【００２０】
本発明の弾性表面波素子は、圧電材料を含む基板と、前記基板上に形成された少なくとも１組の交差指電極からなるＩＤＴと、を有し、原子量が１５０ａｍｕよりも大きくて物理吸着が少ない金属またはその酸化物が、ＩＤＴが形成された前記基板の表面に付着していることを特徴とする。
本発明は、周波数を高精度に調整かつ調整量のばらつきを少なくすることができる。また、粒子が、物理吸着が少なく密着性の高い遷移金属の粒子であることから、水や有機物を付着し難く、マイグレーションを生じにくい。そのため、周波数調整後の製造工程及び信頼性試験の周波数変動を小さくすることが可能となる。さらに、粒子の質量が大きい（原子量が１５０ａｍｕよりも大きい）ので、僅かな付着量で有効に周波数調整を行うことができるとともに、交差指電極間の短絡が確実に防止される。よって、高い周波数安定性及びエージング特性を得ることができ、信頼性の高い弾性表面波素子を得ることができる。
【００２１】
また、付着した前記粒子または前記粒子の集合体の大きさが、前記交差指電極の間隔より小さいことが好ましい。
これにより、交差指電極間の短絡が確実に防止され、マイグレーションが生じにくくなる。
【００２２】
また、前記粒子が、Ｔａ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｌａ，Ｗ，Ｚｒまたはこれらの酸化物（Ｔａ２Ｏ５，Ｎｂ２Ｏ５，Ｌａ２Ｏ３，ＨｆＯ２，ＷＯ３，ＺｒＯ２）からなることが好ましい。
これにより、水や有機物を付着し難く、マイグレーションを生じにくい。そのため、周波数調整後の製造工程及び信頼性試験の周波数変動を小さくすることが可能となる。また、酸化物を用いることで微粒子の質量が更に増加したものとなり、周波数調整をより効果的に行うことができるとともに、密着性がさらに向上しエージング特性を高めることができる。
【００２３】
また、基板が、ダイヤモンド層及び圧電体層を積層して構成されていることが好ましい。
これにより、高周波化に対応したいわゆるダイヤモンドＳＡＷ素子において、非常に高い周波数精度及び周波数安定性が得られる。また、優れたエージング特性及び信頼性が確保される。
【００２４】
また、基板が、水晶、タンタル酸リチウム、ランガサイトのいずれか一種を主として構成されていることが好ましい。
これにより、電気機械結合係数の大きい弾性表面波が励振される。また、高周波化のために交差指電極間が狭ピッチになったとしても、粒子間の電気的導通が防止され、交差指同士の短絡を防止することができる。これにより、優れたエージング特性及び信頼性が確保される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明を適用したトランサルバーサル型構造のＳＡＷフィルタとしてのＳＡＷ素子１を示している。ＳＡＷ素子１は、例えばシリコンからなる矩形薄板の基板２を有する。基板２の主面には、ダイヤモンド層３が形成され、かつその上に例えばＺｎＯからなる圧電体層４が積層されている。このダイヤモンド積層構造の基板を用いることにより、ＳＡＷ素子１は、水晶等の圧電基板の場合に比してＳＡＷ伝搬速度を高速度化でき、それにより高周波化を図ることができる。
【００２６】
基板２は、シリコン以外の半導体材料や、パイレックス（登録商標）ガラス等のガラス材料、セラミックス材料、ポリイミド又はポリカーボネイト等の樹脂材料を用いることもできる。ダイヤモンド層３は、例えばダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜等のように、従来公知の方法により合成される多結晶ダイヤモンドの薄膜で形成することができる。圧電体層４には、ＺｎＯ以外に、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、Ｋ４Ｎｂ６Ｏ１７（ニオブ酸カリウム）等の様々な公知の圧電材料を用いることができる。
【００２７】
基板２には、その長手方向の左右に１対の交差指電極５ａ、５ｂからなる入力用（送信用）のＩＤＴ６と同じく１対の交差指電極７ａ、７ｂからなる出力用（受信用）のＩＤＴ８とが、圧電体層４上に形成されている。入力用の交差指電極５ａ、５ｂは、基板２の隣接する長手方向端部付近に形成された入力用の接続ランド９に接続され、かつ出力用の交差指電極７ａ、７ｂは、基板２の反対側の長手方向端部付近に形成された出力用の接続ランド１０に接続されている。前記交差指電極及び接続ランドは、加工性及びコストの観点からＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなる電極膜で形成され、従来と同様に、例えばフォトリソグラフィ技術を利用したウェットエッチングにより所望のパターンに加工される。別の実施例では、前記電極膜にＣｕを添加したＡｌ合金膜を用いることもできる。
【００２８】
図２は、基板２の入力用交差指電極５ａ、５ｂを形成した領域の断面をＳＡＷの伝搬方向に沿って示している。同図に示すように、基板２の最上層には、絶縁保護膜１１がＩＤＴ６，８（図１参照）の上に形成されている。絶縁保護膜１１でＩＤＴ６，８を被覆することにより、ＳＡＷ素子１表面にゴミ等の異物が付着して、隣接する交差指電極間が電気的に短絡されることを未然に防止できる。絶縁保護膜１１は、例えばＳｉＯ２をスパッタリング又は蒸着することにより、容易に所望の厚さに成膜される。絶縁保護膜１１には、ＳｉＯ２以外に、例えばＴａ２Ｏ５のような酸化物、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＮのような窒化物等、様々な絶縁材料を用いることができる。特にＳｉＯ２膜を用いた場合、その下層側に形成される圧電体層及びダイヤモンド層の温度係数を打ち消すことができ、それにより優れた温度特性が得られる。
【００２９】
絶縁保護膜１１の表面には、その全体にＴａ粒子１２が均一に付着されている。Ｔａ粒子１２の付着による質量増加により、ＳＡＷ素子１はＳＡＷ伝搬速度が低下し、その共振周波数を下げる方向に調整されている。Ｔａ粒子１２は、その原子量が１５０ａｍｕ以上である。Ｔａ粒子１２は、島状又はクラスタ状で、その大きさがＩＤＴ６，８の交差指電極５ａ、５ｂ、７ａ、７ｂの間隔よりも小さくなるように形成されている。また、この島状又はクラスタ状のＴａ粒子１２は、Ｔａをターゲットとするスパッタリングやイオンビームスパッタ等によりＳＡＷ素子１の電極形成面に均一に付着させることができる。島状又はクラスタ状に付着したＴａ粒子１２は、例えば二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）や飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）などの表面分析方法を用いて、ＳＡＷ素子１の主面を表面分析することによって確認できる。
【００３０】
（イオンビームスパッタ装置）
図３に、イオンビームスパッタ装置の概略構成を示す。
このイオンビームスパッタ装置２０は、蒸着室としての真空チャンバ２１、該真空チャンバ２１に接続される真空排気系３０、真空チャンバ２１内に配置されるイオンガン２２、ワークホルダ（不図示）、シャッター２７及び真空チャンバ２１外に測定器２９を備えている。
【００３１】
真空チャンバ２１内には板状のＴａからなるターゲット２３が配置されている。真空排気系３０を動作させると真空チャンバ２１内部が真空排気され、ターゲット２３が真空雰囲気下に置かれる。
【００３２】
イオンガン２２は、その放出口２２ａが真空チャンバ２１内部のターゲット２３の斜め側方位置に配置されており、イオンガン２２の内部で生成されたイオン（例えばＡｒイオン）が放出口２２ａからビーム状に引き出され、ターゲット２３の表面（スパッタ面）に斜めに入射する。
ここで、イオンビーム２４は所定のビーム幅を有しているので、イオンビーム２４がターゲット２３のスパッタ面に入射すると、そのビーム幅に応じた広さの領域（照射領域）が照射され、スパッタリングされた粒子（スパッタ粒子）がスパッタ面からワーク２６へと放出される。
【００３３】
ワークホルダ（不図示）は、ＩＤＴが形成されたワーク２６を保持するためのもので、ターゲット２３の斜め側方位置であってターゲット２３を挟んでイオンガン２２の放出口２２ａとは反対側の位置に配置される。したがって、イオンガン２２の放出口２２ａからイオンビーム２４を照射しスパッタリングを行うと、ターゲット２３からのスパッタ粒子（Ｔａ粒子）がワーク２６に向かって飛行する。
【００３４】
シャッター２７は、ワークホルダ（ワーク２６）とターゲット２３との間の位置であってワークホルダ（ワーク２６）の近傍位置に配置されている。このシャッター２７は、ワーク２６に蒸着される粒子量を制御するためのもので、ワーク２６の蒸着面を被覆自在に水平移動する。
【００３５】
測定器２９は、ＳＡＷ素子の周波数特性の測定を行うためのもので、本実施形態ではネットワークアナライザが用いられている。この測定器２９は、真空チャンバ２１内に配置される接地側プローブ２８ａと信号側プローブ２８ｂと、真空チャンバ２１外に配置される演算部とを備える。プローブ２８ａ，２８ｂは、ワークホルダ（ワーク２６）の近傍であってターゲット２３側とは反対側に配置され、ＩＤＴにおける一方の電極に接地側プローブ２８ａを導通させ、ＩＤＴにおける他方の電極に信号側プローブ２８ｂを導通させることで周波数特性の測定を行う。そして、演算部２９Ａにおいて周波数の測定値と目標値とを比較して周波数調整量を算出する。上記イオンガン２２は、測定器２９での周波数特性の算出結果に基づいてイオンの取り出し量を制御する。
【００３６】
なお、イオンガン２２、ターゲット２３、ワーク２６の位置関係は、ターゲット２３の物性、使用するイオンの種類、スパッタリング収率のイオン入射角依存性、ターゲット２３からの放出粒子の出射確立を考慮し、所望の周波数に対し必要なレートが出せる関係になるように各々の角度や距離などを設定する。
【００３７】
ＳＡＷ素子の周波数調整は、以下の要領で行う。
大筋には、圧電基板に形成された各ＳＡＷ素子の実際の周波数を測定し、その測定値を所望の周波数（目標値）と比較して必要な周波数調整量を算出する。この算出結果に対応してスパッタ電力を適当に選択しかつそれに基づいて加工時間を適当に設定して、ＳＡＷ素子１の周波数を調整する。
【００３８】
具体的には、まず真空チャンバ２１内に配置されたイオンガン２２よりイオンビーム（射出方向を矢印２４で示す）を、Ｔａから構成されたターゲット２３に向けて照射する。そして、イオンビーム２４によってスパッタされたスパッタ粒子（飛行方向を矢印２５で示す）すなわちＴａ粒子１２（図２参照）は、ワークホルダに保持されたワーク（圧電基板）２６へと飛んで行き、ワーク２６表面の電極が形成された部分に付着する。ワーク２６の周波数は、プローブ２８ａ，２８ｂをＳＡＷ素子の電極へ接触させ、その信号を真空チャンバ２１外に配置された演算部２９Ａで常時モニタリングする。測定器２９は、演算部２９Ａにおけるモニタリング結果に基づいて、イオンガン２２からのイオンの引出量を制御する。
【００３９】
ここで、本願出願人がスパッタリングによりＴａ粒子１２を付着させる加工時間（秒）に関する周波数の変化量ΔＦ（ｐｐｍ）を測定したところ、スパッタ電力が一定の場合に、加工時間と周波数変化量との間には、直線的に変化するという線形関係があることが分かった。
【００４０】
図４に、イオンの引き出し量とＦ調レート（周波数調整のレート）との関係を示す。縦軸が合わせ込み周波数との差ΔＦ［ｐｐｍ］を表し、横軸が時間Ｔを表す。
直線Ｌ１は、第１のスパッタレート（例えば、１０００ｐｐｍ/ｓｅｃ）で周波数を調整した場合である。直線Ｌ２は、第２のスパッタレート（例えば、１０ｐｐｍ/ｓｅｃ）で周波数を調整した場合である。直線Ｌ１は傾斜が急で、周波数が急激に変化していることを表しているのに対して、直線Ｌ２は比較的緩やかな周波数の変動を表している。従って、Ｔａ粒子１２の単位時間当たりの付着量及び付着速度は、スパッタ電力により決定される。
【００４１】
このように、まず最初に、イオンビームスパッタ装置２０のスパッタ電力を比較的高くし、Ｔａ粒子を比較的早い第１の付着速度で基板に付着させることで、ＳＡＷ素子の周波数をある所望の周波数範囲に合わせ込む周波数の粗調整を行う。次に、同じイオンビームスパッタ装置２０によって最初よりもスパッタ電力を低くし、従って第１の付着速度よりも遅い第２の付着速度でＴａ粒子を付着させることで、ＳＡＷ素子の周波数を所望の周波数値に合わせ込む周波数の微調整を行う。
【００４２】
そして、ＳＡＷ素子の周波数が所望の周波数に達したらシャッター２７を閉じてワーク２６の表面を被覆し、Ｔａ粒子の付着を遮断することで周波数調整を終了する。なお、イオンガン２２からのイオンビーム２４の照射を停止することで終了としてもよい。
【００４３】
そして、ＳＡＷ素子の周波数の調整を行った後、最後にワーク（圧電基板）２６を切断して各ＳＡＷ素子に分離する。
【００４４】
以上述べたように、本実施形態では、本実施形態で使用するＴａ粒子１２は、物理吸着が少なく密着性が良い金属粒子であることから水や有機物を付着し難く、またマイグレーションを生じにくい。そのため、周波数調整後の製造工程及び信頼性試験の周波数変動を小さくすることが可能となる。したがって、高い周波数安定性及びエージング特性を得ることができ、信頼性が向上する。また、その質量が比較的大きい（原子量１５０ａｍｕよりも大きい）ので、僅かな付着量で有効に周波数調整を行うことができる。また、付着した時に島状になっている時間が長いため、交差指電極間の短絡が確実に防止される。
【００４５】
また、本実施形態ではイオンビームスパッタ方式を用いている。しかし、従来例に多く記載されているエッチング方式では、水晶と電極材料とで大きくスパッタ率が異なる場合は選択的にエッチングすることができるため高速に処理することが可能になるが、水晶と電極材料とのスパッタ率に大きな差がない場合は処理時間が大幅に増加してしまう。そのため、本実施形態のようにイオンビームスパッタを採用することによって、上記スパッタ率を意識することなく（材料に関係なく）周波数を調整することができる。
【００４６】
また、スパッタレートを可変することで周波数調整レート（周波数の変化スピード）を調整することができる。未調整状態におけるＳＡＷ素子の周波数が、合わせ込み周波数に対してズレ量が大きい場合、合わせ込む周波数の近傍付近（例えば、５００ｐｐｍ手前）までは早いレートで調整し（粗調）、その後遅いレートに切り替えて所望の周波数に合わせ込むようにする。これにより、スパッタレートを変化させることでイオンの引き出し量を制御でき、結果、周波数調整における制御性に優れ、高速及び高精度にＦ調量及びＦ調レートを制御することが可能となる。また、ＳＡＷ素子を同じスパッタ装置に装着したまま連続して、周波数の粗調整と微調整とを行うことにより、従来に比して作業が大幅に簡単化されかつ作業効率が向上し、生産性の向上及びコストの低減を図ることができる。
【００４７】
なお、上記条件を満たす金属粒子の他の材料としては、Ｔａの他に、Ｎｂ，Ｈｆ，Ｌａ，Ｗ，Ｚｒを用いることもできる。また、これらの酸化物（Ｔａ２Ｏ５，Ｎｂ２Ｏ５，Ｌａ２Ｏ３，ＨｆＯ２，ＷＯ３，ＺｒＯ２）を用いることもできる。酸化物を用いることで、微粒子の質量が更に増加したものとなり、周波数調整をより効果的に行うことができる。また、酸化物であることから密着性がさらに向上し、マイグレーションの防止効果が高まり、エージング特性の向上を図ることができる。
【００４８】
ここで、原子量が１５０ａｍｕよりも大きい金属には、Ａｕ，Ｐｔなどが挙げられるが、ＡｕはＯ２に対して化学吸着ではなく、ＡｇはＯ２以外の気体（Ｃ２Ｈ２，Ｃ２Ｈ４，ＣＯ，Ｈ２，ＣＯ２，Ｎ２）を物理吸着するため、環境によっては周波数調整後に変動が生じる虞があるため好ましくない。
【００４９】
［信頼性試験］
次に、複数のＳＡＷ素子を長時間駆動させて周波数の長期的な変動幅を測定する信頼性試験を行う。
図５に、Ｔａを用いて周波数調整を行ったＳＡＷ素子のエージング特性を示す。
高温加速試験の条件を、保存温度８５℃、デバイスへの印加電力を５ｄＢｍとし、所定の時間経過した後の周波数の変化ΔＦを測定した。
図５に示すように、Ｔａを用いて周波数調整を行ったＳＡＷ素子は、試験開始後１００時間を少し越えたところまで周波数の変動はほとんど生じていない。その後ほんの僅かな変動が見受けられるが、その変動量は極めて小さく長時間に亘ってその変動幅に大きな変化がないことが分かる。
【００５０】
一方、図６にＡｕを用いて周波数調整を行ったＳＡＷ素子のエージング特性を示す。高温加速試験の条件は図５のときと同様である。
図６に示すように、Ａｕを用いて周波数調整を行ったＳＡＷ素子は、試験開始後まもなく周波数の変動が見受けられる。その変動幅は時間が経過するにつれて大きくなり、３００時間を経過したあたりからその変動幅が一段と大きくなっていることが分かる。
【００５１】
図５及び図６を比較すると、Ｔａを用いて周波数調整を行ったＳＡＷ素子の場合は、Ｔａ（異物）の付着による周波数の変動が長期的に防止されていることが分かる。Ａｕを用いて周波数調整を行ったＳＡＷ素子の場合は、周波数の変動が大きく、異物の影響が生じていることが分かった。したがって、安定した周波数特性を得るためには、本実施形態のようにＴａ粒子を用いて周波数の調整を行う方が良いことが分かる。これにより、ＳＡＷ素子の長期的な高信頼性を確保することが可能となる。
【００５２】
図７に、Ａｕ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｗを用いてそれぞれ周波数調整を行った複数のＳＡＷ素子の大気放置したときの周波数変動量を示す。
それぞれの材料で周波数の調整を行った後、大気中に４時間放置し、所定時間経過した後の周波数の変化ΔＦを測定した。図７によれば、Ａｕに比べ、物理吸着の少ないＴａ，Ｈｆ，Ｗの方が周波数の変動が小さいことが分かる。これにより、物理吸着の少ない金属材料を用いることでエージング特性が良好となり、従来のＡｕを用いた場合より優れていることが分かる。また、特にＴａは他の材料よりも周波数の変動が極めて少ないことが明らかとされ、Ｔａを用いて周波数調整を行った方が、長期的に安定した特性を有するＳＡＷ素子を得ることが可能となる。
【００５３】
［他の実施形態］
他の実施形態として、絶縁保護膜１１を省略し、ＩＤＴを形成した基板２の表面にＴａ粒子１２を直接付着させることができる。この場合にも、Ｔａ粒子１２を島状又はクラスタ状に形成することにより、隣接する交差指電極間の電気的短絡を防止しつつ、ＳＡＷ素子１の周波数を調整できる。
【００５４】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもなく、上記各実施形態を組み合わせても良い。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５５】
例えば、上記実施形態では測定器としてネットワークアナライザを用いたが、これに代えて、スペクトラムアナライザや周波数カウンタ等を用いてもよい。これらスペクトラムアナライザや周波数カウンタ等で周波数を測定しながら、適当なスパッタ電力（又は、真空蒸着の場合はその投入電力）を選択及び組み合わせて、所望の周波数値又は範囲に合わせ込むことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明を適用したＳＡＷフィルタの構成を概略的に示す斜視図。
【図２】図１のII-II線における部分拡大断面図。
【図３】イオンビームスパッタ装置の概略構成図。
【図４】ＳＡＷ素子における周波数調整量と加工時間との関係を示す線図。
【図５】Ｔａを用い周波数調整したＳＡＷ素子のエージング特性を示すグラフ。
【図６】Ａｕを用い周波数調整したＳＡＷ素子のエージング特性を示すグラフ。
【図７】各材料ごとの大気放置したときの周波数変動量を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５７】
１…ＳＡＷ素子、２…基板、３…ダイヤモンド層、４…圧電体層、５ａ，５ｂ…交差指電極、７ａ，７ｂ…交差指電極、９…入力用の接続ランド、１０…出力用の接続ランド、１１…絶縁保護膜、１２…Ｔａ粒子、Ｌ１…直線、Ｌ２…直線、２０…装置、２１…真空チャンバ、２２…イオンガン、２２ａ…放出口、２３…ターゲット、２４…イオンビーム、２４…矢印（イオンビームの射出方向を示す）、２５…矢印（スパッタ粒子の飛行方向を示す）、２６…ワーク、２７…シャッター、２８ａ…接地側プローブ、２８ｂ…信号側プローブ、２９…測定器、２９Ａ…演算部、３０…真空排気系
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波（ＳＡＷ：surface acoustic wave）を利用したＳＡＷ素子に関し、特にダイヤモンド薄膜からなる積層構造の高速化基板を用いたＳＡＷ素子において、その周波数を調整して製造する方法、及びその方法を用いて製造されるＳＡＷ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から圧電基板の表面に形成した交差指電極からなるＩＤＴ（すだれ状トランスデューサ）により励振する弾性表面波を利用したＳＡＷ素子を備える共振子、フィルタ、発振器等のＳＡＷデバイスが様々な電子機器に多く利用されている。特に通信機器などの分野では、通信の高速化に対応したＳＡＷデバイスの高周波化及び高精細化が要求されている。ＳＡＷデバイスの高周波化を実現する方法として、ＩＤＴの微細化を図ること、又はＳＡＷの伝搬速度を高速化することがある。
【０００３】
高精細なＩＤＴの微細化は、製造技術上限界がある。そこで最近は、その表面にダイヤモンド薄膜及び圧電体層を積層した基板上にＩＤＴを形成した所謂ダイヤモンドＳＡＷデバイスが開発されている（例えば、非特許文献１，２を参照）。このような積層構造の基板を用いたＳＡＷ素子は、ＳＡＷ伝搬速度の高速化により、ＩＤＴを微細化することなく高周波化を図れることに加え、高い耐電力性を有するという特徴がある。更に、ＳｉＯ２膜からなる最上層を積層することによって、水晶基板を用いた従来のＳＡＷ素子よりも更に優れた温度特性が得られる。
【０００４】
他方、ＳＡＷデバイスの高精細化をはかるために、ＳＡＷの伝搬速度を変化させて周波数を所望の値に調整する様々な構造及び方法が従来から用いられている。水晶等の圧電基板を用いたＳＡＷ素子では、例えば、圧電基板上に形成されたすだれ状電極の膜厚をウェットエッチングで減少させて周波数を高くしたり、ＣＦ４ガスなどを用いたドライエッチングで圧電基板の表面を削ることにより周波数を低くする周波数調整方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、圧電基板の表面にＳｉＯ２の薄膜をスパッタし、スパッタ時間を変えることによりＳＡＷの伝搬速度を変化させて周波数を調整する方法が知られている（例えば、特許文献２を参照）。この方法では、スパッタ時間が短いとＳｉＯ２が連続膜にならず、長すぎると挿入損失（ＣＩ値）が増加して実用性を欠くことが示唆されている。同様に、櫛型電極を設けた圧電基板の少なくとも一部にＩＶ−ａ属元素を含む酸化物薄膜をスパッタで形成することにより、その動作周波数を調整し、また素子の表面を埃などから保護し得る構造のＳＡＷモジュール素子が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
更に、圧電基板上にＩＤＴを反射器とを有し、その共振周波数を観測しながら、反射器の表面にＡｕ，Ａｇ，Ａｌなどの金属導体膜を蒸着またはスパッタリングで形成することにより、周波数を調整可能にしたＳＡＷ共振子が提案されている（例えば、特許文献４を参照）。また、圧電基板上のＡｌ電極を陽極酸化させてその表面をアルミナにし、その重量を増加させることによって周波数を下げる方向にＳＡＷデバイスの周波数調整を行う方法が知られている（例えば、特許文献５，６参照）。
【特許文献１】特開平５−９０７８６５号公報
【特許文献２】特開昭５９−２１０７０８号公報
【特許文献３】特開２００３−２６４４４８号公報
【特許文献４】特開平３−３５１２号公報
【特許文献５】特開平８−４６４７４号公報
【特許文献６】特開平１１−３３０８８２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、上述した従来技術において、基板表面をドライエッチング又はウェットエッチングで削除するＳＡＷ素子の周波数調整方法は、エッチング時間と周波数変動量との制御が困難で、周波数調整にバラツキを生じる虞がある。しかも、ＣＦ４ガスを用いたドライエッチングの場合、フッ素ガスにより環境を汚染する虞があり、好ましくないという問題がある。
【０００８】
特に、上述したダイヤモンド積層構造の基板を有する所謂ダイヤモンドＳＡＷ素子の場合、ＣＦ４ガスのドライエッチングによる従来の周波数調整方法では、周波数調整量が大きくなるほど挿入損失の増加が大きくなって伝送量が低下する、即ち伝送特性が劣化する傾向にある。更にその温度特性は、周波数調整量が大きくなるほど頂点温度が大きくシフトする傾向がある。これは、より一層ＳＡＷ素子の高精度化及び高周波化を図る上で大きな問題となる。
【０００９】
また、圧電基板表面に酸化物を付着させる周波数調整方法は、一般に周波数調整量の高精度な制御が比較的難しい。そのため、特にＳＡＷ素子の高周波化が進むほど、酸化物の付着量に関する周波数の変動量が大きくなるから、周波数の微調整は困難になる。
【００１０】
また、ＳＡＷ素子全体に金薄膜を付着させる周波数調整方法は、周波数調整及び制御の具体的な条件、工程は何ら開示されていない。実際、従来のトリミング装置を最大出力（３．３ｋＷ）の６０％，６５％で使用し、最大１５秒の加工時間で試験した結果、フィラメントの加熱に最初の秒数を要した後、９〜１１秒で周波数に変化が生じ、１０秒前後で急激に大きく変化したと報告している。また、フィラメント電力が高くなるほどトリミング速度の制御が困難であり、その有効な制御、機械的信頼性、エージングには、更に研究が必要とされている。
【００１１】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、ダイヤモンド積層構造の基板にＩＤＴを形成した高周波化対応のダイヤモンドＳＡＷ素子において、その周波数を高精度に調整することができかつ周波数安定性に優れたＳＡＷ素子及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本出願人は、高周波弾性表面波素子であるダイヤモンドＳＡＷ素子の表面上に、Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｔｉのいずれかからなる粒子をスパッタリングで均一に付着させて、ＳＡＷ素子の周波数を調整する方法を既に提案している。これによれば、周波数の調整量を、スパッタ電力を適当に選択し且つその加工時間を設定することによって線形的に制御することができる。しかしながら、上記材料は水や有機物を付着し易い特徴があることや、密着性が良くないことからマイグレーションが起こりやすい。そのため、周波数調整後の封止工程や信頼性試験にて、周波数が大きく変動してしまうという問題がある。
【００１３】
本発明の弾性表面波素子の製造方法は、上記課題を解決するために、圧電材料と少なくとも１組の交差指電極からなるＩＤＴとを有する弾性表面波素子を形成する工程と、物理蒸着法を用いて、前記弾性表面波素子の表面に原子量が１５０ａｍｕよりも大きくて物理吸着が少ない金属またはその酸化物の粒子を付着させて前記弾性表面波素子の周波数を調整する工程と、を有することを特徴とする。
【００１４】
本出願人は、ＩＤＴを形成した基板の主面に、物理吸着が少ない金属の粒子、つまり気体の吸着が物理吸着ではなく化学吸着となるような金属の粒子を付着させることにより、ＳＡＷ素子の周波数調整を安定して行うことができる。物理吸着する金属粒子の場合、気体の付着が容易であるとともに離脱も容易であるため、環境によって重さが変動し、高精度な周波数調整が困難となる。化学吸着する金属粒子であれば、気体の離脱にエネルギーが必要となるため重さの変動が抑えられ、長期的に安定した周波数調整を行うことができる。また、水や有機物を付着し難く、マイグレーションを生じにくい。そのため、周波数調整後の製造工程及び信頼性試験の周波数変動を小さくすることが可能となる。さらに、粒子の質量が大きい（原子量が１５０ａｍｕよりも大きい）ので、僅かな付着量で有効に周波数調整を行うことができるとともに、交差指電極間の短絡が確実に防止される。
よって、高い周波数安定性及びエージング特性を得ることができ、信頼性が向上する。
【００１５】
また、前記周波数調整工程において、弾性表面波素子の温度を略一定に保持することが好ましい。
これにより、温度特性の変動が抑制されるので、周波数調整幅を大きくすることができるとともに安定した調整を行うことができる。
【００１６】
また、前記物理蒸着法がイオンビームスパッタであり、そのイオンビームの電流量、加速電圧及び加工時間により前記周波数の調整量を線形的に制御することが好ましい。
これにより、基板と電極材料とのスパッタ率を意識することなく（材料に関係なく）周波数を調整することができるので、処理時間の短縮が可能になる。また、基板に対して熱衝撃が少ないので測定のバラツキが抑えられ、高精度に周波数を調整することができる。
したがって、レート調整が安定するとともに、作業が簡単で効率が良く生産性を向上させることができる。
【００１７】
また、前記粒子の材料は、Ｔａ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｌａ，Ｗ，Ｚｒまたはこれらの酸化物（Ｔａ２Ｏ５，Ｎｂ２Ｏ５，Ｌａ２Ｏ３，ＨｆＯ２，ＷＯ３，ＺｒＯ２）であることが好ましい。
これにより、物理吸着が少なく密着力が比較的高い遷移金属系材料を用いているので、水や有機物を付着し難く、マイグレーションを生じにくい。そのため、周波数調整後の製造工程及び信頼性試験の周波数変動を小さくすることが可能となる。また、スパッタリングなどの物理蒸着法で基板表面にその付着速度を制御して付着させることができる。また、酸化物を用いることで微粒子の質量が更に増加したものとなり、周波数調整をより効果的に行うことができる。また、酸化物であることから密着性がさらに向上しエージング特性を高めることができる。
【００１８】
また、前記周波数調整工程が、前記粒子を第１の付着速度で付着させる工程と、その後に、前記第１の付着速度よりも遅い第２の付着速度で前記粒子を付着させる工程と、を有することが好ましい。
これにより、第１の付着速度では短時間で多量の粒子を付着させることができ、時間当たりの周波数変動量が大きくなるので、ＳＡＷ素子の周波数粗調整に適しているのに対し、第２の付着速度では、時間当たりの周波数変動量が小さくなるので、ＳＡＷ素子の周波数微調整に適している。したがって、粒子の付着速度を途中で変更するように制御することにより、例えばスパッタリングにおいてその使用電力を切り換えることによって、ＳＡＷ素子の周波数調整工程においてその粗調整と微調整とを連続して行うことができる。これは、同じスパッタ装置を使用して実施することができ、作業が簡単で効率がよく、生産性を向上させることができる。
【００１９】
また、前記弾性表面素子の表面に付着した前記粒子または前記粒子の集合体の大きさが、前記弾性表面波素子の波長λに対して１/４未満であることが好ましい。
これにより、交差指電極間の短絡が確実に防止され、マイグレーションが生じにくくなる。
【００２０】
本発明の弾性表面波素子は、圧電材料を含む基板と、前記基板上に形成された少なくとも１組の交差指電極からなるＩＤＴと、を有し、原子量が１５０ａｍｕよりも大きくて物理吸着が少ない金属またはその酸化物が、ＩＤＴが形成された前記基板の表面に付着していることを特徴とする。
本発明は、周波数を高精度に調整かつ調整量のばらつきを少なくすることができる。また、粒子が、物理吸着が少なく密着性の高い遷移金属の粒子であることから、水や有機物を付着し難く、マイグレーションを生じにくい。そのため、周波数調整後の製造工程及び信頼性試験の周波数変動を小さくすることが可能となる。さらに、粒子の質量が大きい（原子量が１５０ａｍｕよりも大きい）ので、僅かな付着量で有効に周波数調整を行うことができるとともに、交差指電極間の短絡が確実に防止される。よって、高い周波数安定性及びエージング特性を得ることができ、信頼性の高い弾性表面波素子を得ることができる。
【００２１】
また、付着した前記粒子または前記粒子の集合体の大きさが、前記交差指電極の間隔より小さいことが好ましい。
これにより、交差指電極間の短絡が確実に防止され、マイグレーションが生じにくくなる。
【００２２】
また、前記粒子が、Ｔａ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｌａ，Ｗ，Ｚｒまたはこれらの酸化物（Ｔａ２Ｏ５，Ｎｂ２Ｏ５，Ｌａ２Ｏ３，ＨｆＯ２，ＷＯ３，ＺｒＯ２）からなることが好ましい。
これにより、水や有機物を付着し難く、マイグレーションを生じにくい。そのため、周波数調整後の製造工程及び信頼性試験の周波数変動を小さくすることが可能となる。また、酸化物を用いることで微粒子の質量が更に増加したものとなり、周波数調整をより効果的に行うことができるとともに、密着性がさらに向上しエージング特性を高めることができる。
【００２３】
また、基板が、ダイヤモンド層及び圧電体層を積層して構成されていることが好ましい。
これにより、高周波化に対応したいわゆるダイヤモンドＳＡＷ素子において、非常に高い周波数精度及び周波数安定性が得られる。また、優れたエージング特性及び信頼性が確保される。
【００２４】
また、基板が、水晶、タンタル酸リチウム、ランガサイトのいずれか一種を主として構成されていることが好ましい。
これにより、電気機械結合係数の大きい弾性表面波が励振される。また、高周波化のために交差指電極間が狭ピッチになったとしても、粒子間の電気的導通が防止され、交差指同士の短絡を防止することができる。これにより、優れたエージング特性及び信頼性が確保される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明を適用したトランサルバーサル型構造のＳＡＷフィルタとしてのＳＡＷ素子１を示している。ＳＡＷ素子１は、例えばシリコンからなる矩形薄板の基板２を有する。基板２の主面には、ダイヤモンド層３が形成され、かつその上に例えばＺｎＯからなる圧電体層４が積層されている。このダイヤモンド積層構造の基板を用いることにより、ＳＡＷ素子１は、水晶等の圧電基板の場合に比してＳＡＷ伝搬速度を高速度化でき、それにより高周波化を図ることができる。
【００２６】
基板２は、シリコン以外の半導体材料や、パイレックス（登録商標）ガラス等のガラス材料、セラミックス材料、ポリイミド又はポリカーボネイト等の樹脂材料を用いることもできる。ダイヤモンド層３は、例えばダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜等のように、従来公知の方法により合成される多結晶ダイヤモンドの薄膜で形成することができる。圧電体層４には、ＺｎＯ以外に、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、Ｋ４Ｎｂ６Ｏ１７（ニオブ酸カリウム）等の様々な公知の圧電材料を用いることができる。
【００２７】
基板２には、その長手方向の左右に１対の交差指電極５ａ、５ｂからなる入力用（送信用）のＩＤＴ６と同じく１対の交差指電極７ａ、７ｂからなる出力用（受信用）のＩＤＴ８とが、圧電体層４上に形成されている。入力用の交差指電極５ａ、５ｂは、基板２の隣接する長手方向端部付近に形成された入力用の接続ランド９に接続され、かつ出力用の交差指電極７ａ、７ｂは、基板２の反対側の長手方向端部付近に形成された出力用の接続ランド１０に接続されている。前記交差指電極及び接続ランドは、加工性及びコストの観点からＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなる電極膜で形成され、従来と同様に、例えばフォトリソグラフィ技術を利用したウェットエッチングにより所望のパターンに加工される。別の実施例では、前記電極膜にＣｕを添加したＡｌ合金膜を用いることもできる。
【００２８】
図２は、基板２の入力用交差指電極５ａ、５ｂを形成した領域の断面をＳＡＷの伝搬方向に沿って示している。同図に示すように、基板２の最上層には、絶縁保護膜１１がＩＤＴ６，８（図１参照）の上に形成されている。絶縁保護膜１１でＩＤＴ６，８を被覆することにより、ＳＡＷ素子１表面にゴミ等の異物が付着して、隣接する交差指電極間が電気的に短絡されることを未然に防止できる。絶縁保護膜１１は、例えばＳｉＯ２をスパッタリング又は蒸着することにより、容易に所望の厚さに成膜される。絶縁保護膜１１には、ＳｉＯ２以外に、例えばＴａ２Ｏ５のような酸化物、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＮのような窒化物等、様々な絶縁材料を用いることができる。特にＳｉＯ２膜を用いた場合、その下層側に形成される圧電体層及びダイヤモンド層の温度係数を打ち消すことができ、それにより優れた温度特性が得られる。
【００２９】
絶縁保護膜１１の表面には、その全体にＴａ粒子１２が均一に付着されている。Ｔａ粒子１２の付着による質量増加により、ＳＡＷ素子１はＳＡＷ伝搬速度が低下し、その共振周波数を下げる方向に調整されている。Ｔａ粒子１２は、その原子量が１５０ａｍｕ以上である。Ｔａ粒子１２は、島状又はクラスタ状で、その大きさがＩＤＴ６，８の交差指電極５ａ、５ｂ、７ａ、７ｂの間隔よりも小さくなるように形成されている。また、この島状又はクラスタ状のＴａ粒子１２は、Ｔａをターゲットとするスパッタリングやイオンビームスパッタ等によりＳＡＷ素子１の電極形成面に均一に付着させることができる。島状又はクラスタ状に付着したＴａ粒子１２は、例えば二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）や飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）などの表面分析方法を用いて、ＳＡＷ素子１の主面を表面分析することによって確認できる。
【００３０】
（イオンビームスパッタ装置）
図３に、イオンビームスパッタ装置の概略構成を示す。
このイオンビームスパッタ装置２０は、蒸着室としての真空チャンバ２１、該真空チャンバ２１に接続される真空排気系３０、真空チャンバ２１内に配置されるイオンガン２２、ワークホルダ（不図示）、シャッター２７及び真空チャンバ２１外に測定器２９を備えている。
【００３１】
真空チャンバ２１内には板状のＴａからなるターゲット２３が配置されている。真空排気系３０を動作させると真空チャンバ２１内部が真空排気され、ターゲット２３が真空雰囲気下に置かれる。
【００３２】
イオンガン２２は、その放出口２２ａが真空チャンバ２１内部のターゲット２３の斜め側方位置に配置されており、イオンガン２２の内部で生成されたイオン（例えばＡｒイオン）が放出口２２ａからビーム状に引き出され、ターゲット２３の表面（スパッタ面）に斜めに入射する。
ここで、イオンビーム２４は所定のビーム幅を有しているので、イオンビーム２４がターゲット２３のスパッタ面に入射すると、そのビーム幅に応じた広さの領域（照射領域）が照射され、スパッタリングされた粒子（スパッタ粒子）がスパッタ面からワーク２６へと放出される。
【００３３】
ワークホルダ（不図示）は、ＩＤＴが形成されたワーク２６を保持するためのもので、ターゲット２３の斜め側方位置であってターゲット２３を挟んでイオンガン２２の放出口２２ａとは反対側の位置に配置される。したがって、イオンガン２２の放出口２２ａからイオンビーム２４を照射しスパッタリングを行うと、ターゲット２３からのスパッタ粒子（Ｔａ粒子）がワーク２６に向かって飛行する。
【００３４】
シャッター２７は、ワークホルダ（ワーク２６）とターゲット２３との間の位置であってワークホルダ（ワーク２６）の近傍位置に配置されている。このシャッター２７は、ワーク２６に蒸着される粒子量を制御するためのもので、ワーク２６の蒸着面を被覆自在に水平移動する。
【００３５】
測定器２９は、ＳＡＷ素子の周波数特性の測定を行うためのもので、本実施形態ではネットワークアナライザが用いられている。この測定器２９は、真空チャンバ２１内に配置される接地側プローブ２８ａと信号側プローブ２８ｂと、真空チャンバ２１外に配置される演算部とを備える。プローブ２８ａ，２８ｂは、ワークホルダ（ワーク２６）の近傍であってターゲット２３側とは反対側に配置され、ＩＤＴにおける一方の電極に接地側プローブ２８ａを導通させ、ＩＤＴにおける他方の電極に信号側プローブ２８ｂを導通させることで周波数特性の測定を行う。そして、演算部２９Ａにおいて周波数の測定値と目標値とを比較して周波数調整量を算出する。上記イオンガン２２は、測定器２９での周波数特性の算出結果に基づいてイオンの取り出し量を制御する。
【００３６】
なお、イオンガン２２、ターゲット２３、ワーク２６の位置関係は、ターゲット２３の物性、使用するイオンの種類、スパッタリング収率のイオン入射角依存性、ターゲット２３からの放出粒子の出射確立を考慮し、所望の周波数に対し必要なレートが出せる関係になるように各々の角度や距離などを設定する。
【００３７】
ＳＡＷ素子の周波数調整は、以下の要領で行う。
大筋には、圧電基板に形成された各ＳＡＷ素子の実際の周波数を測定し、その測定値を所望の周波数（目標値）と比較して必要な周波数調整量を算出する。この算出結果に対応してスパッタ電力を適当に選択しかつそれに基づいて加工時間を適当に設定して、ＳＡＷ素子１の周波数を調整する。
【００３８】
具体的には、まず真空チャンバ２１内に配置されたイオンガン２２よりイオンビーム（射出方向を矢印２４で示す）を、Ｔａから構成されたターゲット２３に向けて照射する。そして、イオンビーム２４によってスパッタされたスパッタ粒子（飛行方向を矢印２５で示す）すなわちＴａ粒子１２（図２参照）は、ワークホルダに保持されたワーク（圧電基板）２６へと飛んで行き、ワーク２６表面の電極が形成された部分に付着する。ワーク２６の周波数は、プローブ２８ａ，２８ｂをＳＡＷ素子の電極へ接触させ、その信号を真空チャンバ２１外に配置された演算部２９Ａで常時モニタリングする。測定器２９は、演算部２９Ａにおけるモニタリング結果に基づいて、イオンガン２２からのイオンの引出量を制御する。
【００３９】
ここで、本願出願人がスパッタリングによりＴａ粒子１２を付着させる加工時間（秒）に関する周波数の変化量ΔＦ（ｐｐｍ）を測定したところ、スパッタ電力が一定の場合に、加工時間と周波数変化量との間には、直線的に変化するという線形関係があることが分かった。
【００４０】
図４に、イオンの引き出し量とＦ調レート（周波数調整のレート）との関係を示す。縦軸が合わせ込み周波数との差ΔＦ［ｐｐｍ］を表し、横軸が時間Ｔを表す。
直線Ｌ１は、第１のスパッタレート（例えば、１０００ｐｐｍ/ｓｅｃ）で周波数を調整した場合である。直線Ｌ２は、第２のスパッタレート（例えば、１０ｐｐｍ/ｓｅｃ）で周波数を調整した場合である。直線Ｌ１は傾斜が急で、周波数が急激に変化していることを表しているのに対して、直線Ｌ２は比較的緩やかな周波数の変動を表している。従って、Ｔａ粒子１２の単位時間当たりの付着量及び付着速度は、スパッタ電力により決定される。
【００４１】
このように、まず最初に、イオンビームスパッタ装置２０のスパッタ電力を比較的高くし、Ｔａ粒子を比較的早い第１の付着速度で基板に付着させることで、ＳＡＷ素子の周波数をある所望の周波数範囲に合わせ込む周波数の粗調整を行う。次に、同じイオンビームスパッタ装置２０によって最初よりもスパッタ電力を低くし、従って第１の付着速度よりも遅い第２の付着速度でＴａ粒子を付着させることで、ＳＡＷ素子の周波数を所望の周波数値に合わせ込む周波数の微調整を行う。
【００４２】
そして、ＳＡＷ素子の周波数が所望の周波数に達したらシャッター２７を閉じてワーク２６の表面を被覆し、Ｔａ粒子の付着を遮断することで周波数調整を終了する。なお、イオンガン２２からのイオンビーム２４の照射を停止することで終了としてもよい。
【００４３】
そして、ＳＡＷ素子の周波数の調整を行った後、最後にワーク（圧電基板）２６を切断して各ＳＡＷ素子に分離する。
【００４４】
以上述べたように、本実施形態では、本実施形態で使用するＴａ粒子１２は、物理吸着が少なく密着性が良い金属粒子であることから水や有機物を付着し難く、またマイグレーションを生じにくい。そのため、周波数調整後の製造工程及び信頼性試験の周波数変動を小さくすることが可能となる。したがって、高い周波数安定性及びエージング特性を得ることができ、信頼性が向上する。また、その質量が比較的大きい（原子量１５０ａｍｕよりも大きい）ので、僅かな付着量で有効に周波数調整を行うことができる。また、付着した時に島状になっている時間が長いため、交差指電極間の短絡が確実に防止される。
【００４５】
また、本実施形態ではイオンビームスパッタ方式を用いている。しかし、従来例に多く記載されているエッチング方式では、水晶と電極材料とで大きくスパッタ率が異なる場合は選択的にエッチングすることができるため高速に処理することが可能になるが、水晶と電極材料とのスパッタ率に大きな差がない場合は処理時間が大幅に増加してしまう。そのため、本実施形態のようにイオンビームスパッタを採用することによって、上記スパッタ率を意識することなく（材料に関係なく）周波数を調整することができる。
【００４６】
また、スパッタレートを可変することで周波数調整レート（周波数の変化スピード）を調整することができる。未調整状態におけるＳＡＷ素子の周波数が、合わせ込み周波数に対してズレ量が大きい場合、合わせ込む周波数の近傍付近（例えば、５００ｐｐｍ手前）までは早いレートで調整し（粗調）、その後遅いレートに切り替えて所望の周波数に合わせ込むようにする。これにより、スパッタレートを変化させることでイオンの引き出し量を制御でき、結果、周波数調整における制御性に優れ、高速及び高精度にＦ調量及びＦ調レートを制御することが可能となる。また、ＳＡＷ素子を同じスパッタ装置に装着したまま連続して、周波数の粗調整と微調整とを行うことにより、従来に比して作業が大幅に簡単化されかつ作業効率が向上し、生産性の向上及びコストの低減を図ることができる。
【００４７】
なお、上記条件を満たす金属粒子の他の材料としては、Ｔａの他に、Ｎｂ，Ｈｆ，Ｌａ，Ｗ，Ｚｒを用いることもできる。また、これらの酸化物（Ｔａ２Ｏ５，Ｎｂ２Ｏ５，Ｌａ２Ｏ３，ＨｆＯ２，ＷＯ３，ＺｒＯ２）を用いることもできる。酸化物を用いることで、微粒子の質量が更に増加したものとなり、周波数調整をより効果的に行うことができる。また、酸化物であることから密着性がさらに向上し、マイグレーションの防止効果が高まり、エージング特性の向上を図ることができる。
【００４８】
ここで、原子量が１５０ａｍｕよりも大きい金属には、Ａｕ，Ｐｔなどが挙げられるが、ＡｕはＯ２に対して化学吸着ではなく、ＡｇはＯ２以外の気体（Ｃ２Ｈ２，Ｃ２Ｈ４，ＣＯ，Ｈ２，ＣＯ２，Ｎ２）を物理吸着するため、環境によっては周波数調整後に変動が生じる虞があるため好ましくない。
【００４９】
［信頼性試験］
次に、複数のＳＡＷ素子を長時間駆動させて周波数の長期的な変動幅を測定する信頼性試験を行う。
図５に、Ｔａを用いて周波数調整を行ったＳＡＷ素子のエージング特性を示す。
高温加速試験の条件を、保存温度８５℃、デバイスへの印加電力を５ｄＢｍとし、所定の時間経過した後の周波数の変化ΔＦを測定した。
図５に示すように、Ｔａを用いて周波数調整を行ったＳＡＷ素子は、試験開始後１００時間を少し越えたところまで周波数の変動はほとんど生じていない。その後ほんの僅かな変動が見受けられるが、その変動量は極めて小さく長時間に亘ってその変動幅に大きな変化がないことが分かる。
【００５０】
一方、図６にＡｕを用いて周波数調整を行ったＳＡＷ素子のエージング特性を示す。高温加速試験の条件は図５のときと同様である。
図６に示すように、Ａｕを用いて周波数調整を行ったＳＡＷ素子は、試験開始後まもなく周波数の変動が見受けられる。その変動幅は時間が経過するにつれて大きくなり、３００時間を経過したあたりからその変動幅が一段と大きくなっていることが分かる。
【００５１】
図５及び図６を比較すると、Ｔａを用いて周波数調整を行ったＳＡＷ素子の場合は、Ｔａ（異物）の付着による周波数の変動が長期的に防止されていることが分かる。Ａｕを用いて周波数調整を行ったＳＡＷ素子の場合は、周波数の変動が大きく、異物の影響が生じていることが分かった。したがって、安定した周波数特性を得るためには、本実施形態のようにＴａ粒子を用いて周波数の調整を行う方が良いことが分かる。これにより、ＳＡＷ素子の長期的な高信頼性を確保することが可能となる。
【００５２】
図７に、Ａｕ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｗを用いてそれぞれ周波数調整を行った複数のＳＡＷ素子の大気放置したときの周波数変動量を示す。
それぞれの材料で周波数の調整を行った後、大気中に４時間放置し、所定時間経過した後の周波数の変化ΔＦを測定した。図７によれば、Ａｕに比べ、物理吸着の少ないＴａ，Ｈｆ，Ｗの方が周波数の変動が小さいことが分かる。これにより、物理吸着の少ない金属材料を用いることでエージング特性が良好となり、従来のＡｕを用いた場合より優れていることが分かる。また、特にＴａは他の材料よりも周波数の変動が極めて少ないことが明らかとされ、Ｔａを用いて周波数調整を行った方が、長期的に安定した特性を有するＳＡＷ素子を得ることが可能となる。
【００５３】
［他の実施形態］
他の実施形態として、絶縁保護膜１１を省略し、ＩＤＴを形成した基板２の表面にＴａ粒子１２を直接付着させることができる。この場合にも、Ｔａ粒子１２を島状又はクラスタ状に形成することにより、隣接する交差指電極間の電気的短絡を防止しつつ、ＳＡＷ素子１の周波数を調整できる。
【００５４】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもなく、上記各実施形態を組み合わせても良い。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５５】
例えば、上記実施形態では測定器としてネットワークアナライザを用いたが、これに代えて、スペクトラムアナライザや周波数カウンタ等を用いてもよい。これらスペクトラムアナライザや周波数カウンタ等で周波数を測定しながら、適当なスパッタ電力（又は、真空蒸着の場合はその投入電力）を選択及び組み合わせて、所望の周波数値又は範囲に合わせ込むことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明を適用したＳＡＷフィルタの構成を概略的に示す斜視図。
【図２】図１のII-II線における部分拡大断面図。
【図３】イオンビームスパッタ装置の概略構成図。
【図４】ＳＡＷ素子における周波数調整量と加工時間との関係を示す線図。
【図５】Ｔａを用い周波数調整したＳＡＷ素子のエージング特性を示すグラフ。
【図６】Ａｕを用い周波数調整したＳＡＷ素子のエージング特性を示すグラフ。
【図７】各材料ごとの大気放置したときの周波数変動量を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５７】
１…ＳＡＷ素子、２…基板、３…ダイヤモンド層、４…圧電体層、５ａ，５ｂ…交差指電極、７ａ，７ｂ…交差指電極、９…入力用の接続ランド、１０…出力用の接続ランド、１１…絶縁保護膜、１２…Ｔａ粒子、Ｌ１…直線、Ｌ２…直線、２０…装置、２１…真空チャンバ、２２…イオンガン、２２ａ…放出口、２３…ターゲット、２４…イオンビーム、２４…矢印（イオンビームの射出方向を示す）、２５…矢印（スパッタ粒子の飛行方向を示す）、２６…ワーク、２７…シャッター、２８ａ…接地側プローブ、２８ｂ…信号側プローブ、２９…測定器、２９Ａ…演算部、３０…真空排気系
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料と少なくとも１組の交差指電極からなるＩＤＴとを有する弾性表面波素子を形成する工程と、
物理蒸着法を用いて、前記弾性表面波素子の表面に原子量が１５０ａｍｕよりも大きくて物理吸着が少ない金属またはその酸化物の粒子を付着させて前記弾性表面波素子の周波数を調整する工程と、を有することを特徴とする弾性表面波素子の製造方法。
【請求項２】
前記周波数調整工程において、
前記弾性表面波素子の温度を略一定に保持することを特徴とする請求項１記載の弾性表面波素子の製造方法。
【請求項３】
前記物理蒸着法がイオンビームスパッタであり、そのイオンビームの電流量、加速電圧
及び加工時間により前記周波数の調整量を線形的に制御することを特徴とする請求項１又は２記載の弾性表面波素子の製造方法。
【請求項４】
前記粒子の材料は、Ｔａ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｌａ，Ｗ，Ｚｒまたはこれらの酸化物（Ｔａ２Ｏ５，Ｎｂ２Ｏ５，Ｌａ２Ｏ３，ＨｆＯ２，ＷＯ３，ＺｒＯ２）であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の弾性表面波素子の製造方法。
【請求項５】
前記周波数調整工程が、前記粒子を第１の付着速度で付着させる工程と、
その後に、前記第１の付着速度よりも遅い第２の付着速度で前記粒子を付着させる工程と、を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の弾性表面波素子の製造方法。
【請求項６】
前記弾性表面素子の表面に付着した前記粒子または前記粒子の集合体の大きさが、前記弾性表面波素子の波長λに対して１/４未満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の製造方法。
【請求項７】
圧電材料を含む基板と、
前記基板上に形成された少なくとも１組の交差指電極からなるＩＤＴと、を有し、
原子量が１５０ａｍｕよりも大きくて物理吸着が少ない金属またはその酸化物が、前記ＩＤＴが形成された前記基板の表面に付着していることを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項８】
付着した前記粒子または前記粒子の集合体の大きさが、前記交差指電極の間隔より小さいことを特徴とする請求項７記載の弾性表面波素子。
【請求項９】
前記粒子が、Ｔａ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｌａ，Ｗ，Ｚｒまたはこれらの酸化物（Ｔａ２Ｏ５，Ｎｂ２Ｏ５，Ｌａ２Ｏ３，ＨｆＯ２，ＷＯ３，ＺｒＯ２）からなることを特徴とする請求項７または８記載の弾性表面波素子。
【請求項１０】
前記基板が、ダイヤモンド層及び圧電体層を積層して構成されていることを特徴とする請求項７記載の弾性表面波素子。
【請求項１１】
前記基板が、水晶、タンタル酸リチウム、ランガサイトのいずれか一種を主として構成されていることを特徴とする請求項７記載の弾性表面波素子。
【請求項１】
圧電材料と少なくとも１組の交差指電極からなるＩＤＴとを有する弾性表面波素子を形成する工程と、
物理蒸着法を用いて、前記弾性表面波素子の表面に原子量が１５０ａｍｕよりも大きくて物理吸着が少ない金属またはその酸化物の粒子を付着させて前記弾性表面波素子の周波数を調整する工程と、を有することを特徴とする弾性表面波素子の製造方法。
【請求項２】
前記周波数調整工程において、
前記弾性表面波素子の温度を略一定に保持することを特徴とする請求項１記載の弾性表面波素子の製造方法。
【請求項３】
前記物理蒸着法がイオンビームスパッタであり、そのイオンビームの電流量、加速電圧
及び加工時間により前記周波数の調整量を線形的に制御することを特徴とする請求項１又は２記載の弾性表面波素子の製造方法。
【請求項４】
前記粒子の材料は、Ｔａ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｌａ，Ｗ，Ｚｒまたはこれらの酸化物（Ｔａ２Ｏ５，Ｎｂ２Ｏ５，Ｌａ２Ｏ３，ＨｆＯ２，ＷＯ３，ＺｒＯ２）であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の弾性表面波素子の製造方法。
【請求項５】
前記周波数調整工程が、前記粒子を第１の付着速度で付着させる工程と、
その後に、前記第１の付着速度よりも遅い第２の付着速度で前記粒子を付着させる工程と、を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の弾性表面波素子の製造方法。
【請求項６】
前記弾性表面素子の表面に付着した前記粒子または前記粒子の集合体の大きさが、前記弾性表面波素子の波長λに対して１/４未満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の製造方法。
【請求項７】
圧電材料を含む基板と、
前記基板上に形成された少なくとも１組の交差指電極からなるＩＤＴと、を有し、
原子量が１５０ａｍｕよりも大きくて物理吸着が少ない金属またはその酸化物が、前記ＩＤＴが形成された前記基板の表面に付着していることを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項８】
付着した前記粒子または前記粒子の集合体の大きさが、前記交差指電極の間隔より小さいことを特徴とする請求項７記載の弾性表面波素子。
【請求項９】
前記粒子が、Ｔａ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｌａ，Ｗ，Ｚｒまたはこれらの酸化物（Ｔａ２Ｏ５，Ｎｂ２Ｏ５，Ｌａ２Ｏ３，ＨｆＯ２，ＷＯ３，ＺｒＯ２）からなることを特徴とする請求項７または８記載の弾性表面波素子。
【請求項１０】
前記基板が、ダイヤモンド層及び圧電体層を積層して構成されていることを特徴とする請求項７記載の弾性表面波素子。
【請求項１１】
前記基板が、水晶、タンタル酸リチウム、ランガサイトのいずれか一種を主として構成されていることを特徴とする請求項７記載の弾性表面波素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１３０８０６（Ｐ２００９−１３０８０６Ａ）
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３０５８２５（Ｐ２００７−３０５８２５）
【出願日】平成１９年１１月２７日（２００７．１１．２７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２７日（２００７．１１．２７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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