弾性表面波素子
【課題】耐電力性（マイグレーション耐性）のさらなる向上を図るとともに温度変化による周波数変動を抑えた信頼性の高い弾性表面波素子を提供する。
【解決手段】酸化亜鉛を主成分とする圧電体層４を有する基板２と、前記基板２上に形成された少なくとも一対の櫛歯型電極５ａ，５ｂからなるＩＤＴ６と、を有し、前記櫛歯型電極５ａ，５ｂは、Ａｌ−Ｔｉ合金からなる第１電極層１６Ａと、Ａｌ−Ｎｄ合金からなる第２電極層１６Ｂとが前記圧電体層４上にこの順で積層されて構成されている。
【解決手段】酸化亜鉛を主成分とする圧電体層４を有する基板２と、前記基板２上に形成された少なくとも一対の櫛歯型電極５ａ，５ｂからなるＩＤＴ６と、を有し、前記櫛歯型電極５ａ，５ｂは、Ａｌ−Ｔｉ合金からなる第１電極層１６Ａと、Ａｌ−Ｎｄ合金からなる第２電極層１６Ｂとが前記圧電体層４上にこの順で積層されて構成されている。
【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素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は通信分野におけるキーデバイスである弾性表面波素子（Suface Accoustic Wave Device:SAWデバイス）に関するものである。市場としては、携帯電話に代表される移動体通信（mobile communication）分野があり、他にはセンサ、タッチパネルなど多岐にわたる。ＳＡＷデバイスとは、圧電材料を利用して高周波信号を表面弾性波に変換し、再度高周波信号に変換する過程で特定の周波数が選び出される現象を利用した素子であり、あらゆる通信機器に必須のデバイスである。圧電基板上に形成される電極は櫛歯形状を有しており、これにより圧電基板の表面に弾性表面波が励起し、また弾性表面波を電気信号として取り出す役目も果たしている。
【０００３】
また、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。ところが、ＳＡＷデバイスの高周波化に伴いＳＡＷデバイスの電極膜厚が薄くなると、電極抵抗が増大して挿入損失が悪化するという問題がある。
【０００４】
そこで、圧電基板の表面に形成されるＩＤＴ（すだれ状トランスデューサ）を、材料が異なる２層の電極層を積層して構成する技術が開示されている（例えば、特許文献１〜３参照）。特許文献１には、ＺｎＯからなる圧電膜上にＡｌ−Ｔｉ合金からなる第１電極層とＡｌからなる第２電極層をこの順で積層してなるＩＤＴが開示されている。特許文献２には、Ａｌ−Ｍｇ合金からなる第１膜と、Ａｌ−Ｃｕ（Ｔｉ，Ｐｄ，Ｓｉ，Ｇｅ）合金からなる第２膜とを積層してなるＩＤＴが開示されている。また、特許文献３には、Ａｌ−Ｃｕ合金からなる第一層とＡｌ−Ｃｕ合金とからなる第二層とからなるＩＤＴが開示されている。
【特許文献１】特開平６−３５０３７７号公報
【特許文献２】特開平１０−１３５７６７号公報
【特許文献３】特開平８−１９１２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の構成により、ＳＡＷデバイスの耐電力性すなわちマイグレーション耐性を向上させることができた。本発明の課題としては、耐電力性（マイグレーション耐性）のさらなる向上を図るとともに温度変化による周波数変動を抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の弾性表面波素子は、上記課題を解決するために、基板上に酸化亜鉛を主成分とする圧電体層を有する基材と、前記圧電体層上に形成された少なくとも一対の櫛歯型電極からなるＩＤＴとを有し、前記櫛歯型電極は、Ａｌ−Ｔｉ合金からなる第１電極層とＡｌ−Ｎｄ合金からなる第２電極層とが前記圧電体層上にこの順で積層されて構成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、ＩＤＴを構成する各櫛歯型電極がＡｌ−Ｔｉ合金からなる第１電極層とＡｌ−Ｎｄ金からなる第２電極層による積層構造とされており、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とする圧電体層にＡｌ−Ｔｉ合金からなる第１電極層が接触している。第１電極層（Ａｌ−Ｔｉ合金）は温度による周波数変動が小さくマイグレーション耐性に優れている。第２電極層（Ａｌ−Ｎｄ合金）は第１電極層よりも抵抗値が小さいという特性を有する。したがって、低抵抗化およびマイグレーション耐性の向上を両立することができ、より信頼性の高い弾性表面波素子を得ることができる。
【０００８】
また、櫛歯型電極は、アニール処理が施されていることが好ましい。
本発明によれば、アニール処理を施すことによってＡｌ合金からなる櫛歯型電極の抵抗値を下げることができる。
【０００９】
また、動作周波数が１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの範囲内であることが好ましい。
本発明によれば、弾性表面波の伝搬速度を高速化することによって弾性表面波素子の高周波化を図ることができ、ひいては通信の高速化に対応することが可能となる。
【００１０】
また、前記櫛歯型電極の膜厚が１０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内であることが好ましい。
本発明によれば、櫛歯型電極の膜厚が４００ｎｍ以下とすることで電気抵抗損失の増大が緩和されて挿入損失の劣化が抑制される。しかし、櫛歯型電極の膜厚が１０ｎｍ以下になると膜厚形成方法によっては連続膜が形成できなくなる虞があった。このようなことから、櫛歯型電極の膜厚を１０〜４００ｎｍの範囲内とすることで上記したような効果を確実に得られるようにする。
【００１１】
また、前記基板が、ダイヤモンド、水晶、ランガサイト、リン酸ガリウム、シリコン、窒化アルミニウム、四ホウ酸リチウム、サファイヤのうちのいずれかからなることが好ましい。
本発明によれば、高い周波数精度及び周波数安定性が得られる。
【００１２】
また、前記基板と前記圧電体層との間に、ダイヤモンド、水晶、ランガサイト、リン酸ガリウム、シリコン、窒化アルミニウム、四ホウ酸リチウム、サファイヤのうちのいずれかの材料からなる層を有することが好ましい。
本発明によれば、高い周波数精度及び周波数安定性が得られる。
【００１３】
また、少なくとも一対の櫛歯型電極からなる前記ＩＤＴとを有する単位フィルタが同一基板上に複数形成され、前記各単位フィルタの各入出力端子がワイヤーボンディングによって並列に接続されていることが好ましい。
本発明によれば、複数の単位フィルタを同一の基板上に形成することによって弾性表面波素子全体の小型化を図ることができる。
【００１４】
また、少なくとも一対の櫛歯型電極からなる前記ＩＤＴを有する単位フィルタが複数の個別基材上に形成され、フリップチップボンディングにより、前記複数の個別基材を配線が形成されたパッケージに実装することで前記各単位フィルタの各入出力端子が並列に接続されることが好ましい。
本発明によれば、複数の個別基材をパッケージに実装するのと同時に単位フィルタ間の接続がなされるので製造が容易となる。また、ワイヤーボンディングに比べて配線の破断を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
（弾性表面波素子）
以下、弾性表面波素子の基本構成について述べる。
図１は本発明を適用したＳＡＷ素子の概略構成を示す平面図であって、図２は図１の要部を拡大して示す断面図である。
ＳＡＷ素子１は、例えばシリコンからなる矩形薄板の基板２と、該基板２の主面に形成されるダイヤモンド層３とからなる基材２５を有している。そしてこの基材２５上には、例えばＺｎＯ（酸化亜鉛）からなる圧電体層４が積層されている。このようなダイヤモンド積層構造の基材２５を用いることにより、ＳＡＷ素子１を水晶等の圧電基材を用いる場合に比して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。
【００１７】
すなわち、このＳＡＷ素子１の中心周波数ｆはｆ＝ｖ／λ（但し、ｖは弾性表面波の伝搬速度、λは波長）の関係であることが知られているため、そのデバイスの高周波化を達成する（中心周波数ｆを高くする）には波長λを短く、つまり波長λの長さを決定する電極指間のピッチを短くすれば良い。ところが、製造技術上の限界により制限されるため、伝搬速度ｖが大きな弾性表面波を利用することで効果的に目的を達成することができる。
【００１８】
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。本実施形態ではダイヤモンド層３を用いたが、それ以外に、水晶、ランガサイト、リン酸ガリウム、シリコン、窒化アルミニウム、四ホウ酸リチウム、またはサファイヤ（Ａ１２０３）からなる薄膜を用いても良い。
【００１９】
ＺｎＯからなる圧電体層４の上面中央部分には、導電性薄膜からなる入力用（受信用）のＩＤＴ６及び出力用（送信用）のＩＤＴ８が設けられ、さらにこれらの両側に、同じく導電性薄膜からなる一対の反射器電極３０，３０が設けられている。ＩＤＴ６は少なくとも一対の櫛歯型電極５ａ，５ｂを互いに交差する（噛み合う）ように配置したもので、同様にＩＤＴ８においても少なくとも一対の櫛歯型電極７ａ，７ｂを互いに交差する（噛み合う）ように配置したものである。これらＩＤＴ６，８に交流電圧が印加されると、圧電効果により隣り合う電極指１２ａ，１２ａ間の基板面に互いに逆位相の歪みが周期的に発生して波長λの表面波が励起されるようになっている。
【００２０】
ここで、これら各櫛歯型電極５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂは互いに平行に延びる複数の電極指１２ａの端部をバスパー１２ｂで連結した櫛形形状となっており、図示するようにそれぞれの櫛歯型電極５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂの電極指１２ａのかみ合い長さをＷで表している。また、図中における符号ＨはこれらＩＤＴ電極６，８及び反射器電極３０，３０の厚さ方向の高さを示している。
【００２１】
これら櫛歯型電極５ａ、５ｂ、７ａ、７ｂ及び反射器電極３０，３０は信頼性向上及び加工性の観点からＡｌを主成分とする合金からなる電極層で形成され、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。
【００２２】
次に、櫛歯型電極の構成について詳述する。
図２は、基板２の入力用櫛歯型電極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、本実施形態の櫛歯型電極５ａ，５ｂは特性の異なる２層の電極層から構成されている。具体的には、Ａｌ−Ｔｉ合金からなる第１電極層１６Ａと、Ａｌ−Ｎｄ合金からなる第２電極層１６Ｂとが圧電体層４上にこの順で積層され且つ互いに電気的に接続されて構成されている。Ａｌ−ＮｄはＡｌ−Ｔｉに比べて抵抗値が小さいため、第２電極層１６Ｂが主電極として機能する。
なお、図１に示す櫛歯型電極７ａ，７ｂも同様に第１電極層１６Ａ及び第２電極層１６Ｂによる積層構造とされている。
【００２３】
また、本実施形態では第１電極層１６Ａと第２電極層１６Ｂの膜厚が１対１となるように形成されており、具体的に櫛歯型電極５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂにおける総膜厚が１０〜４００ｎｍの範囲内であることが好ましい。詳しくは後述するが、電極膜厚が４００ｎｍ以下であれば電気抵抗損失の増大が緩和されて挿入損失（ＩＬ）の劣化を抑制することが可能である。しかし、電極膜厚が１０ｎｍより薄くなるとその成膜方法によっては連続膜が形成できなくなり断線する虞がある。このようなことから、電極膜厚を１０〜４００ｎｍの範囲内で適宜設定するようにし、求められるＳＡＷフィルタのスペックに応じて上記効果が確実に得られる構成とする。
【００２４】
具体的には、櫛歯型電極５ａ，５Ｂ，７ａ，７Ｂの総膜厚を１０〜４００ｎｍとすることによってＳＡＷフィルタの中心周波数を１〜１０ＧＨｚまで制御することができる。例えば、中心周波数１ＧＨｚのフィルタとする場合には電極膜厚を約４００ｎｍとし、中心周波数１０ＧＨｚのフィルタとする場合には電極膜厚を約１０ｎｍとする。本実施例では、中心周波数２．４５ＧＨｚのフィルタを目的としているため櫛歯型電極５ａ，５Ｂ，７ａ，７Ｂの総膜厚を４０ｎｍとしている。
【００２５】
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の表面にゴミ等の異物が付着して隣接する櫛歯型電極５，７間が電気的に短絡することを未然に防止できるようになる。絶縁保護膜１１は、例えばＳｉＯ２（シリコン酸化物）をスパッタリング又は蒸着することで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（酸化タンタル）のような酸化物や、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）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４及びダイヤモンド層３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。
【００２６】
［実施例１］
以下、図２及び図３を参照して説明する。
まず、図２に示すように単結晶シリコンからなる基板２上に熱フィラメントＣＶＤ法を用いて膜厚２０μｍのダイヤモンド層３を形成する。次に、圧電体層４であるＺｎＯ（酸化亜鉛）をＲＦマグネトロンスパッタ法にて膜厚が５００ｎｍとなるように成膜する。
【００２７】
まず、圧電体層４上に、ＡｌにＴｉを１％重量添加した合金層をＤＣマグネトロンスパッタ法にて２０ｎｍの膜厚となるように合金層を成膜し、その上に、ＡｌにＮｄを２％原子量添加してなる合金層を同じくＤＣマグネトロンスパッタ法にて２０ｎｍの膜厚となるように成膜して、Ａｌ−Ｔｉ合金層とＡｌ−Ｎｄ合金層とを積層する。さらに、Ａｌ−Ｎｄ合金層上にポジレジストをスピン塗布法により塗布し、ステッパーにより櫛歯型電極５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂ、グレーティング反射器電極３０，３０及び入出力端子（不図示）のパターンを露光して現像する。その後、エッチングを行い、アセトン浸漬やＯ２プラズマでのアッシングによりレジストを剥離することによって櫛歯型電極５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂ、グレーティング反射器及び入出力端子（不図示）をパターン形成する。そこに、酸化シリコンをＲＦマグネトロンスパッタ法にて膜厚が４６ｎｍとなるように成膜して絶縁保護膜１１を形成し、最後に櫛歯型電極５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂの抵抗値を低減させるために３００℃で６０分間アニール処理を行うことによって、ＳＡＷ素子１を形成する。
【００２８】
（電極材料の選定）
圧電体層上に形成する電極材料は以下の試験結果に基づいて選定した。
表１に、元素ごとの標準電極電位を示す。これは、表１における上段側の元素ほどイオン化しやすいことを表している。
【００２９】
【表１】
【００３０】
例えば、ＺｎＯからなる圧電体層４上にＡｌ−Ｃｕ合金層からなる電極（以下、Ａｌ−Ｃｕ電極という）を形成する場合、表１に示すように、Ｚｎ（亜鉛）はＣｕ（銅）に比べてイオン化傾向が大きいため、櫛歯型電極５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂをパターン形成する際に圧電体層４上に成膜されたＡｌ−Ｃｕ合金層が完全にエッチングされるよりも前に圧電体層４中のＺｎがイオン化して圧電体層４の表面がダメージを受けてしまう。圧電体層４の表面がダメージを受けて表面粗さが増大すると圧電体層４の表面で反射が起こり、伝搬損失の増大や電気機械結合係数の低下さらにはデバイス特性の低下や耐電力性の低下を引き起こす虞がある。これを防止するため、電極材料には圧電材料よりもイオン化傾向の大きい物質（Ｔｉ、Ｎｄ）をＡｌに少量添加したものを使用する。ところが、圧電体層４上にＡｉ−Ｎｄ合金層からなる電極（以下、Ａｌ−Ｎｄ電極という）を設けるとイオン密度が高くなって電池効果が生じてしまうことから、圧電体層４上に形成される第１電極層１６ＡをＡｌ−Ｔｉ合金層で構成する。
【００３１】
（電極膜厚）
図３に、各電極材料（Ａｌ−Ｔｉ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｎｄ）における電極膜厚による比抵抗（電気抵抗率）の変化を示す。
同図より、いずれの材料からなる電極においてもその膜厚が４００ｎｍ程度となるまで比抵抗が漸次低下していることが分かる。そのため電極を４００ｎｍ以下の膜厚で形成することが好ましいが、電極膜厚が１０ｎｍ以下になると断線する虞があることから電極膜厚を１０〜４００ｎｍの範囲内として規定する。
また、膜厚ごとに各電極の比抵抗値を比較すると、Ａｌ−Ｔｉ合金層からなる電極（以下、Ａｌ−Ｔｉ電極という）の比抵抗値よりもＡｌ−Ｃｕ電極やＡｌ−Ｎｄ電極の比抵抗値の方がはるかに小さく、中でもＡｌ−Ｎｄ電極の比抵抗値が最も小さいことが明らかとなった。ところがＡｌ−Ｃｕ電極は比抵抗値が小さいという特性を有する一方、上述したように、ＣｕはＺｎよりもイオン化傾向が小さいため（表１参照）エッチングによってパターン形成する際に下層にある圧電体層４の表面がダメージを受けてしまう虞がある。そのため、第２電極層１６Ｂの電極材料としてＺｎよりもイオン化傾向の大きいＡｌ−Ｎｄ合金を選択する。
【００３２】
［特性と信頼性の評価］
図４は、各電極（Ａｌ−Ｎｄ電極、Ａｌ−Ｔｉ電極、Ａｌ−Ｎｄ／Ａｌ−Ｔｉ電極）におけるアニール処理前後の比抵抗値の変化を示す。
但し、Ａｌ−Ｎｄ／Ａｌ−Ｔｉ電極では、Ａｌ−Ｔｉ電極が圧電体層４に接触するような積層構造となっている。
ここでは、ウェハプロセス（電極のパターニング）終了後、電極を有する基材をクリーンオーブン内に入れ該クリーンオーブン内を３００℃まで昇温するのに６０分、その後クリーンオーブン内の温度を３００℃を６０分間キープし、クリーンオーブン内を室温まで６０分かけて降温させるというプロセスでアニール処理を行った。
図４によれば、いずれの材料からなる電極においてもアニール処理を施すことによって、当該処理を施す前よりも比抵抗値を格段に低減できることが確認できた。また、Ａｌ−Ｔｉ電極はＡｌ−Ｎｄ電極よりも抵抗値が大きくなっているが、Ａｌ−Ｔｉ電極とＡｌ−Ｎｄ電極との２層電極構造とすることでＡｌ−Ｔｉ電極やＡｌ−Ｎｄ電極を単層で設ける場合よりも抵抗値を低下できることが分かった。
【００３３】
（Ａｌ−Ｎｄ／Ａｌ−Ｔｉ電極の挿入損失特性）
次に、ネットワークアナライザを用いて、Ａｌ−Ｎｄ／Ａｌ−Ｔｉ電極を有するＳＡＷフィルタの挿入損失特性を測定した。図５にＳ２１周波数特性（Ａｌ−Ｎｄ／Ａｌ−Ｔｉ）を示し、図６に温度８５℃での中心周波数の経時変化（Ａｌ−Ｎｄ／Ａｌ−Ｔｉ）を示す。
図５により、Ａｌ−Ｎｄ／Ａｌ−Ｔｉ電極の挿入損失（ＩＬ）が５．２ｄＢ、Ｑ値（挿入損失や共振の鋭さ等の性能を表す値）が７３３であることが分かる。また、図６から駆動時間が３００時間経過したときのＳＡＷフィルタの周波数変動は約１００ｐｐｍであることが分かった。
【００３４】
ここで、比較のためにＡｌ−Ｔｉ電極を有するＳＡＷフィルタと、Ａｌ−Ｎｄ電極を有するＳＡＷフィルタそれぞれの周波数特性及び信頼性の評価について述べる。
（Ａｌ−Ｔｉ電極の挿入損失特性）
図７にＡｌ−Ｔｉ電極のＳ２１周波数特性を示し、図８に温度８５℃での中心周波数の経時変化を示す。図７によれば、Ａｌ−Ｔｉ電極の挿入損失（ＩＬ）は８．１ｄＢ、Ｑ値は７８６であった。また、図８によれば駆動時間が３００時間経過したときのＳＡＷフィルタの周波数変動は約４５ｐｐｍであった。
（Ａｌ−Ｎｄ電極の挿入損失特性）
図９にＡｌ−Ｎｄ電極のＳ２１周波数特性を示し、図１０に温度８５℃での中心周波数の経時変化を示す。図９によれば、Ａｌ−Ｔｉ電極の挿入損失（ＩＬ）は４．２ｄＢ、Ｑ値は６５６であった。また、図１０によれば駆動時間が３００時間経過したときのＳＡＷフィルタの周波数変動は約２００ｐｐｍであった。
【００３５】
以上の結果をまとめると、図１１の各電極材料による温度８５℃での中心周波数の経時変化、表２の各電極材料による特性変化となる。
【００３６】
【表２】
【００３７】
図１１及び表２によれば、Ａｌ−Ｔｉは温度による周波数変動が小さいという利点もあるが、抵抗値が高いため挿入損失（ＩＬ）とＱ値が劣る。逆に、Ａｌ−Ｎｄは抵抗値が低いため挿入損失（ＩＬ）とＱ値が優れているが、中心周波数の変動がＡｌ−Ｔｉの約４倍にもなっている。
これに対して、Ａｌ−Ｎｄ／Ａｌ−Ｔｉからなる２層電極は、挿入損失（ＩＬ）及びＱ値ともに良好な値を示し、温度による中心周波数の変動も小さいことが確認できた。
【００３８】
以上により、ＩＤＴ６，８を構成する櫛歯型電極５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂをＡｌ−Ｎｄ／Ａｌ−Ｔｉからなる２層電極構造とすることにより低抵抗かつ信頼性を確保したＳＡＷ素子１を得ることができる。上述したように、Ａｌ−ＮｄはＡｌ−Ｔｉに比べて抵抗値が小さいという特性を有している。しかしながら、表１に示したようにＮｄはＴｉよりもイオン化傾向が高いことからＡｌ−Ｎｄ電極と圧電体層４とが接触するとイオン密度が高くなって電池効果が生じてしまう。そのため、Ｎｄよりもイオン化傾向の小さいＡｌ−Ｔｉ電極を圧電体層４上に形成する。ＴｉはＺｎよりもイオン化傾向が高いため、エッチング時に圧電体層４の表面がダメージを受けることもない。
このように、マイグレーションに優れるとともに温度による周波数変動が小さいＡｌ−Ｔｉからなる第１電極層１６Ａと、抵抗値の低いＡｌ−Ｎｄからなる第２電極層１６Ｂをこの順で圧電体層４上に積層してなる電極構造とすることにより、信頼性に優れたＳＡＷ素子１を得ることができる。
【００３９】
（ＳＡＷデバイス）
図１２はＳＡＷデバイスの概略構成を示す断面図である。
例えば上記のように構成したＳＡＷ素子をパッケージ内に実装すれば、ＳＡＷデバイス６０を形成することができる。図示するように、有底箱状のパッケージ６１の中央部に接着剤を介してＳＡＷ素子３００を実装する。なお、パッケージ６１の内部には電極６４及び配線パターン（不図示）が形成され、パッケージ６１の底面に形成した外部端子（不図示）との導通が確保されている。そこで、ＳＡＷ素子３００の入力端子及び出力端子（いずれも不図示）とパッケージ６１の電極６４とをワイヤーボンディングによって接続する。ワイヤーボンディングするためのワイヤー６９は、例えば、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）によって形成可能である。これにより、パッケージ６１の底面の外部端子からＳＡＷ素子３００の各ＩＤＴ６，８に通電可能となる。なお、パッケージ６１の上部にリッド６６を装着してパッケージ６１の内部を窒素雰囲気等に保持する。以上により弾性表面波デバイス６０が完成する。
【００４０】
なお、入力用ＩＤＴ及び出力用ＩＤＴを含む単位フィルタを同一の基板上に複数設けて各単位フィルタの入出力端子をワイヤーボンディングによって並列に接続するようにしても良い。
【００４１】
また、パッケージの内部に配置するＳＡＷ素子は複数の個別基材に単位フィルタをそれぞれ備えた構成であってもよく、この場合フリップチップボンディングにより接続配線が形成されたパッケージ内に実装することで、単位フィルタ同士を並列に接続してもよい。
【００４２】
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。
【００４３】
なお、上記実施例では基板２としてシリコンを用いているが、水晶、ランガサイト、リン酸ガリウム、シリコン、窒化アルミニウム、四ホウ酸リチウム、またはサファイヤ（Ａ１２０３）を基板として用いてもよい。
【００４４】
また、第１電極層１６Ａと第２電極層１６Ｂとの間にＡｌ層が介在していてもよく、またこのＡｌ層は第２電極層１６Ｂ上にあってもよい。さらに、圧電体層４の表面をイオン化傾向が略等しいＡｌ−Ｚｎ層で覆う構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本実施形態のＳＡＷ素子の概略構成を示す平面図。
【図２】図１の要部を拡大して示す断面図。
【図３】各電極材料における電極膜厚による比抵抗の変化を示すグラフ。
【図４】各電極材料におけるアニール処理前後の比抵抗値の変化を示すグラフ。
【図５】２層電極（Ａｌ−Ｎｄ／Ａｌ−Ｔｉ）の周波数特性を示すグラフ。
【図６】温度８５℃での２層電極の中心周波数の経時変化を示すグラフ。
【図７】Ａｌ−Ｔｉ電極のＳ２１周波数特性を示すグラフ。
【図８】温度８５℃でのＡｌ−Ｔｉ電極の中心周波数の経時変化を示すグラフ。
【図９】Ａｌ−Ｎｄ電極のＳ２１周波数特性を示すグラフ。
【図１０】温度８５℃でのＡｌ−Ｎｄ電極の中心周波数の経時変化を示すグラフ。
【図１１】各電極材料による温度８５℃での中心周波数の経時変化を示すグラフ。
【図１２】ＳＡＷデバイスの概略構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００４６】
１…ＳＡＷ素子（弾性表面波素子）、４…圧電体層、２…基板、５ａ，５ｂ…櫛歯型電極、６…ＩＤＴ、７ａ，７ｂ…櫛歯型電極、８…ＩＤＴ、１５Ａ…第１電極層、１５Ｂ…第２電極層、２５…基材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波を利用した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素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は通信分野におけるキーデバイスである弾性表面波素子（Suface Accoustic Wave Device:SAWデバイス）に関するものである。市場としては、携帯電話に代表される移動体通信（mobile communication）分野があり、他にはセンサ、タッチパネルなど多岐にわたる。ＳＡＷデバイスとは、圧電材料を利用して高周波信号を表面弾性波に変換し、再度高周波信号に変換する過程で特定の周波数が選び出される現象を利用した素子であり、あらゆる通信機器に必須のデバイスである。圧電基板上に形成される電極は櫛歯形状を有しており、これにより圧電基板の表面に弾性表面波が励起し、また弾性表面波を電気信号として取り出す役目も果たしている。
【０００３】
また、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。ところが、ＳＡＷデバイスの高周波化に伴いＳＡＷデバイスの電極膜厚が薄くなると、電極抵抗が増大して挿入損失が悪化するという問題がある。
【０００４】
そこで、圧電基板の表面に形成されるＩＤＴ（すだれ状トランスデューサ）を、材料が異なる２層の電極層を積層して構成する技術が開示されている（例えば、特許文献１〜３参照）。特許文献１には、ＺｎＯからなる圧電膜上にＡｌ−Ｔｉ合金からなる第１電極層とＡｌからなる第２電極層をこの順で積層してなるＩＤＴが開示されている。特許文献２には、Ａｌ−Ｍｇ合金からなる第１膜と、Ａｌ−Ｃｕ（Ｔｉ，Ｐｄ，Ｓｉ，Ｇｅ）合金からなる第２膜とを積層してなるＩＤＴが開示されている。また、特許文献３には、Ａｌ−Ｃｕ合金からなる第一層とＡｌ−Ｃｕ合金とからなる第二層とからなるＩＤＴが開示されている。
【特許文献１】特開平６−３５０３７７号公報
【特許文献２】特開平１０−１３５７６７号公報
【特許文献３】特開平８−１９１２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の構成により、ＳＡＷデバイスの耐電力性すなわちマイグレーション耐性を向上させることができた。本発明の課題としては、耐電力性（マイグレーション耐性）のさらなる向上を図るとともに温度変化による周波数変動を抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の弾性表面波素子は、上記課題を解決するために、基板上に酸化亜鉛を主成分とする圧電体層を有する基材と、前記圧電体層上に形成された少なくとも一対の櫛歯型電極からなるＩＤＴとを有し、前記櫛歯型電極は、Ａｌ−Ｔｉ合金からなる第１電極層とＡｌ−Ｎｄ合金からなる第２電極層とが前記圧電体層上にこの順で積層されて構成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、ＩＤＴを構成する各櫛歯型電極がＡｌ−Ｔｉ合金からなる第１電極層とＡｌ−Ｎｄ金からなる第２電極層による積層構造とされており、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とする圧電体層にＡｌ−Ｔｉ合金からなる第１電極層が接触している。第１電極層（Ａｌ−Ｔｉ合金）は温度による周波数変動が小さくマイグレーション耐性に優れている。第２電極層（Ａｌ−Ｎｄ合金）は第１電極層よりも抵抗値が小さいという特性を有する。したがって、低抵抗化およびマイグレーション耐性の向上を両立することができ、より信頼性の高い弾性表面波素子を得ることができる。
【０００８】
また、櫛歯型電極は、アニール処理が施されていることが好ましい。
本発明によれば、アニール処理を施すことによってＡｌ合金からなる櫛歯型電極の抵抗値を下げることができる。
【０００９】
また、動作周波数が１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの範囲内であることが好ましい。
本発明によれば、弾性表面波の伝搬速度を高速化することによって弾性表面波素子の高周波化を図ることができ、ひいては通信の高速化に対応することが可能となる。
【００１０】
また、前記櫛歯型電極の膜厚が１０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内であることが好ましい。
本発明によれば、櫛歯型電極の膜厚が４００ｎｍ以下とすることで電気抵抗損失の増大が緩和されて挿入損失の劣化が抑制される。しかし、櫛歯型電極の膜厚が１０ｎｍ以下になると膜厚形成方法によっては連続膜が形成できなくなる虞があった。このようなことから、櫛歯型電極の膜厚を１０〜４００ｎｍの範囲内とすることで上記したような効果を確実に得られるようにする。
【００１１】
また、前記基板が、ダイヤモンド、水晶、ランガサイト、リン酸ガリウム、シリコン、窒化アルミニウム、四ホウ酸リチウム、サファイヤのうちのいずれかからなることが好ましい。
本発明によれば、高い周波数精度及び周波数安定性が得られる。
【００１２】
また、前記基板と前記圧電体層との間に、ダイヤモンド、水晶、ランガサイト、リン酸ガリウム、シリコン、窒化アルミニウム、四ホウ酸リチウム、サファイヤのうちのいずれかの材料からなる層を有することが好ましい。
本発明によれば、高い周波数精度及び周波数安定性が得られる。
【００１３】
また、少なくとも一対の櫛歯型電極からなる前記ＩＤＴとを有する単位フィルタが同一基板上に複数形成され、前記各単位フィルタの各入出力端子がワイヤーボンディングによって並列に接続されていることが好ましい。
本発明によれば、複数の単位フィルタを同一の基板上に形成することによって弾性表面波素子全体の小型化を図ることができる。
【００１４】
また、少なくとも一対の櫛歯型電極からなる前記ＩＤＴを有する単位フィルタが複数の個別基材上に形成され、フリップチップボンディングにより、前記複数の個別基材を配線が形成されたパッケージに実装することで前記各単位フィルタの各入出力端子が並列に接続されることが好ましい。
本発明によれば、複数の個別基材をパッケージに実装するのと同時に単位フィルタ間の接続がなされるので製造が容易となる。また、ワイヤーボンディングに比べて配線の破断を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
（弾性表面波素子）
以下、弾性表面波素子の基本構成について述べる。
図１は本発明を適用したＳＡＷ素子の概略構成を示す平面図であって、図２は図１の要部を拡大して示す断面図である。
ＳＡＷ素子１は、例えばシリコンからなる矩形薄板の基板２と、該基板２の主面に形成されるダイヤモンド層３とからなる基材２５を有している。そしてこの基材２５上には、例えばＺｎＯ（酸化亜鉛）からなる圧電体層４が積層されている。このようなダイヤモンド積層構造の基材２５を用いることにより、ＳＡＷ素子１を水晶等の圧電基材を用いる場合に比して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。
【００１７】
すなわち、このＳＡＷ素子１の中心周波数ｆはｆ＝ｖ／λ（但し、ｖは弾性表面波の伝搬速度、λは波長）の関係であることが知られているため、そのデバイスの高周波化を達成する（中心周波数ｆを高くする）には波長λを短く、つまり波長λの長さを決定する電極指間のピッチを短くすれば良い。ところが、製造技術上の限界により制限されるため、伝搬速度ｖが大きな弾性表面波を利用することで効果的に目的を達成することができる。
【００１８】
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。本実施形態ではダイヤモンド層３を用いたが、それ以外に、水晶、ランガサイト、リン酸ガリウム、シリコン、窒化アルミニウム、四ホウ酸リチウム、またはサファイヤ（Ａ１２０３）からなる薄膜を用いても良い。
【００１９】
ＺｎＯからなる圧電体層４の上面中央部分には、導電性薄膜からなる入力用（受信用）のＩＤＴ６及び出力用（送信用）のＩＤＴ８が設けられ、さらにこれらの両側に、同じく導電性薄膜からなる一対の反射器電極３０，３０が設けられている。ＩＤＴ６は少なくとも一対の櫛歯型電極５ａ，５ｂを互いに交差する（噛み合う）ように配置したもので、同様にＩＤＴ８においても少なくとも一対の櫛歯型電極７ａ，７ｂを互いに交差する（噛み合う）ように配置したものである。これらＩＤＴ６，８に交流電圧が印加されると、圧電効果により隣り合う電極指１２ａ，１２ａ間の基板面に互いに逆位相の歪みが周期的に発生して波長λの表面波が励起されるようになっている。
【００２０】
ここで、これら各櫛歯型電極５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂは互いに平行に延びる複数の電極指１２ａの端部をバスパー１２ｂで連結した櫛形形状となっており、図示するようにそれぞれの櫛歯型電極５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂの電極指１２ａのかみ合い長さをＷで表している。また、図中における符号ＨはこれらＩＤＴ電極６，８及び反射器電極３０，３０の厚さ方向の高さを示している。
【００２１】
これら櫛歯型電極５ａ、５ｂ、７ａ、７ｂ及び反射器電極３０，３０は信頼性向上及び加工性の観点からＡｌを主成分とする合金からなる電極層で形成され、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。
【００２２】
次に、櫛歯型電極の構成について詳述する。
図２は、基板２の入力用櫛歯型電極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、本実施形態の櫛歯型電極５ａ，５ｂは特性の異なる２層の電極層から構成されている。具体的には、Ａｌ−Ｔｉ合金からなる第１電極層１６Ａと、Ａｌ−Ｎｄ合金からなる第２電極層１６Ｂとが圧電体層４上にこの順で積層され且つ互いに電気的に接続されて構成されている。Ａｌ−ＮｄはＡｌ−Ｔｉに比べて抵抗値が小さいため、第２電極層１６Ｂが主電極として機能する。
なお、図１に示す櫛歯型電極７ａ，７ｂも同様に第１電極層１６Ａ及び第２電極層１６Ｂによる積層構造とされている。
【００２３】
また、本実施形態では第１電極層１６Ａと第２電極層１６Ｂの膜厚が１対１となるように形成されており、具体的に櫛歯型電極５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂにおける総膜厚が１０〜４００ｎｍの範囲内であることが好ましい。詳しくは後述するが、電極膜厚が４００ｎｍ以下であれば電気抵抗損失の増大が緩和されて挿入損失（ＩＬ）の劣化を抑制することが可能である。しかし、電極膜厚が１０ｎｍより薄くなるとその成膜方法によっては連続膜が形成できなくなり断線する虞がある。このようなことから、電極膜厚を１０〜４００ｎｍの範囲内で適宜設定するようにし、求められるＳＡＷフィルタのスペックに応じて上記効果が確実に得られる構成とする。
【００２４】
具体的には、櫛歯型電極５ａ，５Ｂ，７ａ，７Ｂの総膜厚を１０〜４００ｎｍとすることによってＳＡＷフィルタの中心周波数を１〜１０ＧＨｚまで制御することができる。例えば、中心周波数１ＧＨｚのフィルタとする場合には電極膜厚を約４００ｎｍとし、中心周波数１０ＧＨｚのフィルタとする場合には電極膜厚を約１０ｎｍとする。本実施例では、中心周波数２．４５ＧＨｚのフィルタを目的としているため櫛歯型電極５ａ，５Ｂ，７ａ，７Ｂの総膜厚を４０ｎｍとしている。
【００２５】
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の表面にゴミ等の異物が付着して隣接する櫛歯型電極５，７間が電気的に短絡することを未然に防止できるようになる。絶縁保護膜１１は、例えばＳｉＯ２（シリコン酸化物）をスパッタリング又は蒸着することで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（酸化タンタル）のような酸化物や、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）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４及びダイヤモンド層３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。
【００２６】
［実施例１］
以下、図２及び図３を参照して説明する。
まず、図２に示すように単結晶シリコンからなる基板２上に熱フィラメントＣＶＤ法を用いて膜厚２０μｍのダイヤモンド層３を形成する。次に、圧電体層４であるＺｎＯ（酸化亜鉛）をＲＦマグネトロンスパッタ法にて膜厚が５００ｎｍとなるように成膜する。
【００２７】
まず、圧電体層４上に、ＡｌにＴｉを１％重量添加した合金層をＤＣマグネトロンスパッタ法にて２０ｎｍの膜厚となるように合金層を成膜し、その上に、ＡｌにＮｄを２％原子量添加してなる合金層を同じくＤＣマグネトロンスパッタ法にて２０ｎｍの膜厚となるように成膜して、Ａｌ−Ｔｉ合金層とＡｌ−Ｎｄ合金層とを積層する。さらに、Ａｌ−Ｎｄ合金層上にポジレジストをスピン塗布法により塗布し、ステッパーにより櫛歯型電極５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂ、グレーティング反射器電極３０，３０及び入出力端子（不図示）のパターンを露光して現像する。その後、エッチングを行い、アセトン浸漬やＯ２プラズマでのアッシングによりレジストを剥離することによって櫛歯型電極５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂ、グレーティング反射器及び入出力端子（不図示）をパターン形成する。そこに、酸化シリコンをＲＦマグネトロンスパッタ法にて膜厚が４６ｎｍとなるように成膜して絶縁保護膜１１を形成し、最後に櫛歯型電極５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂの抵抗値を低減させるために３００℃で６０分間アニール処理を行うことによって、ＳＡＷ素子１を形成する。
【００２８】
（電極材料の選定）
圧電体層上に形成する電極材料は以下の試験結果に基づいて選定した。
表１に、元素ごとの標準電極電位を示す。これは、表１における上段側の元素ほどイオン化しやすいことを表している。
【００２９】
【表１】
【００３０】
例えば、ＺｎＯからなる圧電体層４上にＡｌ−Ｃｕ合金層からなる電極（以下、Ａｌ−Ｃｕ電極という）を形成する場合、表１に示すように、Ｚｎ（亜鉛）はＣｕ（銅）に比べてイオン化傾向が大きいため、櫛歯型電極５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂをパターン形成する際に圧電体層４上に成膜されたＡｌ−Ｃｕ合金層が完全にエッチングされるよりも前に圧電体層４中のＺｎがイオン化して圧電体層４の表面がダメージを受けてしまう。圧電体層４の表面がダメージを受けて表面粗さが増大すると圧電体層４の表面で反射が起こり、伝搬損失の増大や電気機械結合係数の低下さらにはデバイス特性の低下や耐電力性の低下を引き起こす虞がある。これを防止するため、電極材料には圧電材料よりもイオン化傾向の大きい物質（Ｔｉ、Ｎｄ）をＡｌに少量添加したものを使用する。ところが、圧電体層４上にＡｉ−Ｎｄ合金層からなる電極（以下、Ａｌ−Ｎｄ電極という）を設けるとイオン密度が高くなって電池効果が生じてしまうことから、圧電体層４上に形成される第１電極層１６ＡをＡｌ−Ｔｉ合金層で構成する。
【００３１】
（電極膜厚）
図３に、各電極材料（Ａｌ−Ｔｉ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｎｄ）における電極膜厚による比抵抗（電気抵抗率）の変化を示す。
同図より、いずれの材料からなる電極においてもその膜厚が４００ｎｍ程度となるまで比抵抗が漸次低下していることが分かる。そのため電極を４００ｎｍ以下の膜厚で形成することが好ましいが、電極膜厚が１０ｎｍ以下になると断線する虞があることから電極膜厚を１０〜４００ｎｍの範囲内として規定する。
また、膜厚ごとに各電極の比抵抗値を比較すると、Ａｌ−Ｔｉ合金層からなる電極（以下、Ａｌ−Ｔｉ電極という）の比抵抗値よりもＡｌ−Ｃｕ電極やＡｌ−Ｎｄ電極の比抵抗値の方がはるかに小さく、中でもＡｌ−Ｎｄ電極の比抵抗値が最も小さいことが明らかとなった。ところがＡｌ−Ｃｕ電極は比抵抗値が小さいという特性を有する一方、上述したように、ＣｕはＺｎよりもイオン化傾向が小さいため（表１参照）エッチングによってパターン形成する際に下層にある圧電体層４の表面がダメージを受けてしまう虞がある。そのため、第２電極層１６Ｂの電極材料としてＺｎよりもイオン化傾向の大きいＡｌ−Ｎｄ合金を選択する。
【００３２】
［特性と信頼性の評価］
図４は、各電極（Ａｌ−Ｎｄ電極、Ａｌ−Ｔｉ電極、Ａｌ−Ｎｄ／Ａｌ−Ｔｉ電極）におけるアニール処理前後の比抵抗値の変化を示す。
但し、Ａｌ−Ｎｄ／Ａｌ−Ｔｉ電極では、Ａｌ−Ｔｉ電極が圧電体層４に接触するような積層構造となっている。
ここでは、ウェハプロセス（電極のパターニング）終了後、電極を有する基材をクリーンオーブン内に入れ該クリーンオーブン内を３００℃まで昇温するのに６０分、その後クリーンオーブン内の温度を３００℃を６０分間キープし、クリーンオーブン内を室温まで６０分かけて降温させるというプロセスでアニール処理を行った。
図４によれば、いずれの材料からなる電極においてもアニール処理を施すことによって、当該処理を施す前よりも比抵抗値を格段に低減できることが確認できた。また、Ａｌ−Ｔｉ電極はＡｌ−Ｎｄ電極よりも抵抗値が大きくなっているが、Ａｌ−Ｔｉ電極とＡｌ−Ｎｄ電極との２層電極構造とすることでＡｌ−Ｔｉ電極やＡｌ−Ｎｄ電極を単層で設ける場合よりも抵抗値を低下できることが分かった。
【００３３】
（Ａｌ−Ｎｄ／Ａｌ−Ｔｉ電極の挿入損失特性）
次に、ネットワークアナライザを用いて、Ａｌ−Ｎｄ／Ａｌ−Ｔｉ電極を有するＳＡＷフィルタの挿入損失特性を測定した。図５にＳ２１周波数特性（Ａｌ−Ｎｄ／Ａｌ−Ｔｉ）を示し、図６に温度８５℃での中心周波数の経時変化（Ａｌ−Ｎｄ／Ａｌ−Ｔｉ）を示す。
図５により、Ａｌ−Ｎｄ／Ａｌ−Ｔｉ電極の挿入損失（ＩＬ）が５．２ｄＢ、Ｑ値（挿入損失や共振の鋭さ等の性能を表す値）が７３３であることが分かる。また、図６から駆動時間が３００時間経過したときのＳＡＷフィルタの周波数変動は約１００ｐｐｍであることが分かった。
【００３４】
ここで、比較のためにＡｌ−Ｔｉ電極を有するＳＡＷフィルタと、Ａｌ−Ｎｄ電極を有するＳＡＷフィルタそれぞれの周波数特性及び信頼性の評価について述べる。
（Ａｌ−Ｔｉ電極の挿入損失特性）
図７にＡｌ−Ｔｉ電極のＳ２１周波数特性を示し、図８に温度８５℃での中心周波数の経時変化を示す。図７によれば、Ａｌ−Ｔｉ電極の挿入損失（ＩＬ）は８．１ｄＢ、Ｑ値は７８６であった。また、図８によれば駆動時間が３００時間経過したときのＳＡＷフィルタの周波数変動は約４５ｐｐｍであった。
（Ａｌ−Ｎｄ電極の挿入損失特性）
図９にＡｌ−Ｎｄ電極のＳ２１周波数特性を示し、図１０に温度８５℃での中心周波数の経時変化を示す。図９によれば、Ａｌ−Ｔｉ電極の挿入損失（ＩＬ）は４．２ｄＢ、Ｑ値は６５６であった。また、図１０によれば駆動時間が３００時間経過したときのＳＡＷフィルタの周波数変動は約２００ｐｐｍであった。
【００３５】
以上の結果をまとめると、図１１の各電極材料による温度８５℃での中心周波数の経時変化、表２の各電極材料による特性変化となる。
【００３６】
【表２】
【００３７】
図１１及び表２によれば、Ａｌ−Ｔｉは温度による周波数変動が小さいという利点もあるが、抵抗値が高いため挿入損失（ＩＬ）とＱ値が劣る。逆に、Ａｌ−Ｎｄは抵抗値が低いため挿入損失（ＩＬ）とＱ値が優れているが、中心周波数の変動がＡｌ−Ｔｉの約４倍にもなっている。
これに対して、Ａｌ−Ｎｄ／Ａｌ−Ｔｉからなる２層電極は、挿入損失（ＩＬ）及びＱ値ともに良好な値を示し、温度による中心周波数の変動も小さいことが確認できた。
【００３８】
以上により、ＩＤＴ６，８を構成する櫛歯型電極５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂをＡｌ−Ｎｄ／Ａｌ−Ｔｉからなる２層電極構造とすることにより低抵抗かつ信頼性を確保したＳＡＷ素子１を得ることができる。上述したように、Ａｌ−ＮｄはＡｌ−Ｔｉに比べて抵抗値が小さいという特性を有している。しかしながら、表１に示したようにＮｄはＴｉよりもイオン化傾向が高いことからＡｌ−Ｎｄ電極と圧電体層４とが接触するとイオン密度が高くなって電池効果が生じてしまう。そのため、Ｎｄよりもイオン化傾向の小さいＡｌ−Ｔｉ電極を圧電体層４上に形成する。ＴｉはＺｎよりもイオン化傾向が高いため、エッチング時に圧電体層４の表面がダメージを受けることもない。
このように、マイグレーションに優れるとともに温度による周波数変動が小さいＡｌ−Ｔｉからなる第１電極層１６Ａと、抵抗値の低いＡｌ−Ｎｄからなる第２電極層１６Ｂをこの順で圧電体層４上に積層してなる電極構造とすることにより、信頼性に優れたＳＡＷ素子１を得ることができる。
【００３９】
（ＳＡＷデバイス）
図１２はＳＡＷデバイスの概略構成を示す断面図である。
例えば上記のように構成したＳＡＷ素子をパッケージ内に実装すれば、ＳＡＷデバイス６０を形成することができる。図示するように、有底箱状のパッケージ６１の中央部に接着剤を介してＳＡＷ素子３００を実装する。なお、パッケージ６１の内部には電極６４及び配線パターン（不図示）が形成され、パッケージ６１の底面に形成した外部端子（不図示）との導通が確保されている。そこで、ＳＡＷ素子３００の入力端子及び出力端子（いずれも不図示）とパッケージ６１の電極６４とをワイヤーボンディングによって接続する。ワイヤーボンディングするためのワイヤー６９は、例えば、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）によって形成可能である。これにより、パッケージ６１の底面の外部端子からＳＡＷ素子３００の各ＩＤＴ６，８に通電可能となる。なお、パッケージ６１の上部にリッド６６を装着してパッケージ６１の内部を窒素雰囲気等に保持する。以上により弾性表面波デバイス６０が完成する。
【００４０】
なお、入力用ＩＤＴ及び出力用ＩＤＴを含む単位フィルタを同一の基板上に複数設けて各単位フィルタの入出力端子をワイヤーボンディングによって並列に接続するようにしても良い。
【００４１】
また、パッケージの内部に配置するＳＡＷ素子は複数の個別基材に単位フィルタをそれぞれ備えた構成であってもよく、この場合フリップチップボンディングにより接続配線が形成されたパッケージ内に実装することで、単位フィルタ同士を並列に接続してもよい。
【００４２】
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。
【００４３】
なお、上記実施例では基板２としてシリコンを用いているが、水晶、ランガサイト、リン酸ガリウム、シリコン、窒化アルミニウム、四ホウ酸リチウム、またはサファイヤ（Ａ１２０３）を基板として用いてもよい。
【００４４】
また、第１電極層１６Ａと第２電極層１６Ｂとの間にＡｌ層が介在していてもよく、またこのＡｌ層は第２電極層１６Ｂ上にあってもよい。さらに、圧電体層４の表面をイオン化傾向が略等しいＡｌ−Ｚｎ層で覆う構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本実施形態のＳＡＷ素子の概略構成を示す平面図。
【図２】図１の要部を拡大して示す断面図。
【図３】各電極材料における電極膜厚による比抵抗の変化を示すグラフ。
【図４】各電極材料におけるアニール処理前後の比抵抗値の変化を示すグラフ。
【図５】２層電極（Ａｌ−Ｎｄ／Ａｌ−Ｔｉ）の周波数特性を示すグラフ。
【図６】温度８５℃での２層電極の中心周波数の経時変化を示すグラフ。
【図７】Ａｌ−Ｔｉ電極のＳ２１周波数特性を示すグラフ。
【図８】温度８５℃でのＡｌ−Ｔｉ電極の中心周波数の経時変化を示すグラフ。
【図９】Ａｌ−Ｎｄ電極のＳ２１周波数特性を示すグラフ。
【図１０】温度８５℃でのＡｌ−Ｎｄ電極の中心周波数の経時変化を示すグラフ。
【図１１】各電極材料による温度８５℃での中心周波数の経時変化を示すグラフ。
【図１２】ＳＡＷデバイスの概略構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００４６】
１…ＳＡＷ素子（弾性表面波素子）、４…圧電体層、２…基板、５ａ，５ｂ…櫛歯型電極、６…ＩＤＴ、７ａ，７ｂ…櫛歯型電極、８…ＩＤＴ、１５Ａ…第１電極層、１５Ｂ…第２電極層、２５…基材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に酸化亜鉛を主成分とする圧電体層を有する基材と、
前記圧電体層上に形成された少なくとも一対の櫛歯型電極からなるＩＤＴとを有し、
前記櫛歯型電極は、Ａｌ−Ｔｉ合金からなる第１電極層とＡｌ−Ｎｄ合金からなる第２電極層とが前記圧電体層上にこの順で積層されて構成されていることを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項２】
前記櫛歯型電極は、アニール処理が施されていることを特徴とする請求項２記載の弾性表面波素子。
【請求項３】
動作周波数が１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの範囲内であることを特徴とする請求項１または２記載の弾性表面波素子。
【請求項４】
前記櫛歯型電極の膜厚が１０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内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。
【請求項５】
前記基板が、ダイヤモンド、水晶、ランガサイト、リン酸ガリウム、シリコン、窒化アルミニウム、四ホウ酸リチウム、サファイヤのうちのいずれかからな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。
【請求項６】
前記基板と前記圧電体層との間に、ダイヤモンド、水晶、ランガサイト、リン酸ガリウム、シリコン、窒化アルミニウム、四ホウ酸リチウム、サファイヤのうちのいずれかの材料からなる層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。
【請求項７】
少なくとも一対の前記櫛歯型電極からなる前記ＩＤＴとを有する単位フィルタが同一基材上に複数形成され、
前記各単位フィルタの各入出力端子がワイヤーボンディングによって並列に接続されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の弾性表面波素子。
【請求項８】
少なくとも一対の前記櫛歯型電極からなる前記ＩＤＴを有する単位フィルタが複数の個別基材上に形成され、
フリップチップボンディングにより、前記複数の個別基材を配線が形成されたパッケージに実装することで前記各単位フィルタの各入出力端子が並列に接続されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の弾性表面波素子。
【請求項１】
基板上に酸化亜鉛を主成分とする圧電体層を有する基材と、
前記圧電体層上に形成された少なくとも一対の櫛歯型電極からなるＩＤＴとを有し、
前記櫛歯型電極は、Ａｌ−Ｔｉ合金からなる第１電極層とＡｌ−Ｎｄ合金からなる第２電極層とが前記圧電体層上にこの順で積層されて構成されていることを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項２】
前記櫛歯型電極は、アニール処理が施されていることを特徴とする請求項２記載の弾性表面波素子。
【請求項３】
動作周波数が１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの範囲内であることを特徴とする請求項１または２記載の弾性表面波素子。
【請求項４】
前記櫛歯型電極の膜厚が１０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内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。
【請求項５】
前記基板が、ダイヤモンド、水晶、ランガサイト、リン酸ガリウム、シリコン、窒化アルミニウム、四ホウ酸リチウム、サファイヤのうちのいずれかからな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。
【請求項６】
前記基板と前記圧電体層との間に、ダイヤモンド、水晶、ランガサイト、リン酸ガリウム、シリコン、窒化アルミニウム、四ホウ酸リチウム、サファイヤのうちのいずれかの材料からなる層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。
【請求項７】
少なくとも一対の前記櫛歯型電極からなる前記ＩＤＴとを有する単位フィルタが同一基材上に複数形成され、
前記各単位フィルタの各入出力端子がワイヤーボンディングによって並列に接続されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の弾性表面波素子。
【請求項８】
少なくとも一対の前記櫛歯型電極からなる前記ＩＤＴを有する単位フィルタが複数の個別基材上に形成され、
フリップチップボンディングにより、前記複数の個別基材を配線が形成されたパッケージに実装することで前記各単位フィルタの各入出力端子が並列に接続されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に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８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−２１２９０４（Ｐ２００９−２１２９０４Ａ）
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５４７４４（Ｐ２００８−５４７４４）
【出願日】平成２０年３月５日（２００８．３．５）
【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９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月５日（２００８．３．５）
【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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