(57)【要約】【課題】  耐電力に優れアフターコロージョンの発生を抑制できる弾性表面波素子を提供する。【解決手段】  圧電基板上に電極を備えた弾性表面波素子であって、前記電極は単層の膜からなる電極膜と、前記電極膜はＺｒが０．３５〜０．５０ｗｔ％、Ｓｉが０．１５〜０．２５ｗｔ％、Ｆｅが０．１０〜０．２５ｗｔ％、Ｃｕが０．０５〜０．２０ｗｔ％、Ｔｉが０．０１５〜０．０３５ｗｔ％、Ｂが０．００１〜０．０２ｗｔ％でその他不可避の不純物を含有するアルミニウム合金からなることを特徴とする弾性表面波素子。【効果】  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板の表面上に電極を備えた弾性表面波素子であって、
前記電極は単層の電極膜からなり、
前記電極膜はＺｒが０．３５〜０．５０ｗｔ％、Ｓｉが０．１５〜０．２５ｗｔ％、Ｆｅが０．１０〜０．２５ｗｔ％、Ｃｕが０．０５〜０．２０ｗｔ％、Ｔｉが０．０１５〜０．０３５ｗｔ％、Ｂが０．００１〜０．０２ｗｔ％でその他不可避の不純物を含有するアルミニウム合金からなることを特徴とする弾性表面波素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共振器、フィルタ、遅延線に用いられる弾性表面波素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）素子は圧電基板上にアルミニウム等による電極膜を形成し、共振器、フィルタ、遅延線等に応用されている。なかでも圧電基板上に櫛状（ＩＤＴ：Inter Digital Transducer）電極と反射電極とからなるＳＡＷ共振器を複数組み合わせてなるラダー型ＳＡＷフィルタが一般的に知られ通信機器等に広く使用されている。  
【０００３】
近年、このようなラダー型ＳＡＷフィルタはその動作周波数が数１００ＭＨｚ〜２ＧＨ
と高周波数化するとともに高出力化を要求され、そのためラダー型ＳＡＷフィルタには高い入力電力に対する耐電力を有する電極構造が求められている。このような要求を満すには従来のアルミニウム合金を用いた単層の電極構造では充分な耐電力を得ることできず、その対策としてアルミニウムと銅の合金並びにアルミニウムとマグネシウムの合金を積層した多層膜の電極構造が提案されている（例えば特許文献１）。
【０００４】
また、動作周波数の高周波数化によりラダー型ＳＡＷフィルタは電極膜の電極幅の微細化が必要になり、例えば圧電基板にＬｉＴａＯ3を用いたラダー型ＳＡＷフィルタはその動作周波数が中心周波数６００ＭＨｚの時は電極幅を１．３７μｍ、８８０ＭＨｚの時は電極幅を約０．９２μｍ、１．５ＧＨｚの時は電極幅を約０．５５μｍに形成する必要がある。このように微細な電極幅を形成したＩＤＴ電極に大きな電力を印加すると、弾性表面波によって生じる歪みにより電極膜に応力が発生し、その応力が電極膜の限界応力を超えると電極材料であるアルミニウム原子が結晶粒界を移動し、その結果突起（ヒロック）と空隙（ボイド）を発生させＩＤＴ電極の破壊が生じ、ラダー型ＳＡＷフィルタの劣化にいたるという一種の金属疲労に似たエレクトロマイグレーションの問題が知られている。
【０００５】
このエレクトロマイグレーションの問題点に対し、ＩＤＴ電極の電極材料としてアルミニウムに銅を添加したアルミニウム２元合金や、銅の他にチタン、ニッケル、パラジウムを添加した合金等を用いて耐電力を向上させることが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
さらに、ＩＤＴ電極の電極幅が１μｍ以下のような場合には、加工時に圧電基板がダメージを受けることによる素子特性の劣化が顕著になり、歩留まりが低下する問題が知られている。このような問題に対し、銅又は銅を２％以上含むアルミニウム合金材料からなる電極層に効率良くパターニングを行うことを可能とする製造方法も知られている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００１−１１９２５９号公報
【特許文献２】特開平１０−２２７６４号公報
【特許文献３】特開２００２−２２３１３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記のような従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
【０００８】
従来から弾性表面波素子を用いたラダー型ＳＡＷフィルタの電極材料にアルミニウム合金を用いた単層の電極膜または多層の電極膜が知られている。しかし、単層の電極膜では耐電力に優れた電極材料が得られていない。
【０００９】
また、弾性表面波素子からなるＩＤＴ電極に微細な電極幅を形成する方法としてはドライエッチング等が知られているが、従来のＩＤＴ電極に用いられるアルミニウム合金に含有される金属は化学反応を起こし易い銅、マグネシウムを多く含んでいるのでアフターコロージョンの問題が有りドライエッチングによる精密な電極形成が難しいなどの問題があった。
【００１０】
本発明は、以上の点に着目してなされたもので、単層の電極膜で耐電力に優れ、ＩＤＴ電極を形成する際、ドライエッチングによるアフターコロージョンの問題の少ない弾性表面波素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記課題を解決するため、次の構成を採用する。
本発明による弾性表面波素子は、圧電基板の表面上に電極を備えた弾性表面波素子であって、前記電極は単層の電極膜からなり、前記電極膜はＺｒが０．３５〜０．５０ｗｔ％、Ｓｉが０．１５〜０．２５ｗｔ％、Ｆｅが０．１０〜０．２５ｗｔ％、Ｃｕが０．０５〜０．２０ｗｔ％、Ｔｉが０．０１５〜０．０３５ｗｔ％、Ｂが０．００１〜０．０２ｗｔ％でその他不可避の不純物を含有するアルミニウム合金からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、弾性表面波素子のＩＤＴ電極にＺｒ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂを所定量添加したアルミニウム合金を用いることにより、耐電力に優れた弾性表面波素子が得られる。  
【００１３】
また、電極膜が単層なので電極膜形成工程を簡略化でき電極幅を精度良く形成できる。
【００１４】
さらに、アルミニウム合金に含まれる添加金属のうち銅の添加量が従来の電極に用いたアルミニウム合金と比べ非常に少なく、マグネシウムが添加されていないのでドライエッチングを行う際、アフターコロージョンが発生しにくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
本発明の弾性表面波素子及びそれを用いたＳＡＷ共振器の例を図１、図２を参照して説明する。
【００１７】
先ず、図１は本発明に係る弾性表面波素子の概略断面図の一例を示す。
【００１８】
図１に示す弾性表面波素子１はＬｉＴａＯ3単結晶からなる圧電基板１０の表面上にＺｒ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂを所定量添加したアルミニウム合金２０からなる単層の電極膜から形成されている。そしてこの単層の電極膜は圧電基板ＬｉＴａＯ3上にアルミニウム合金をスパッタ成膜法により厚さ３００ｎｍの単層に形成したものである。  ここで本発明に使用できる圧電基板としては、例えば、ＬｉＮｂＯ3基板、水晶基板などの圧電単結晶基板が挙げられ、弾性表面波素子に使用できるものであれば特に限定はされない。
【００１９】
更に、本発明の弾性表面波素子の電極膜を形成するアルミニウム合金の組成を表１に示す。
【００２０】
【表１】
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ここで、表１に示す合金組成からなるアルミニウム合金のうちＺｒはアルミニウムの粒界にＡｌ3Ｚｒを析出させるので耐熱性及び強度を向上させ、ＳｉはＺｒの析出を促進させる。また、Ｆｅ、Ｃｕはアルミニウム結晶粒内において分散して強度を向上させ、Ｔｉ、Ｂは結晶を微細化させる効果がある。
【００２１】
次いで、図２は本発明の弾性表面波素子を用いたＳＡＷ共振器の概略平面図の一例を示す。
【００２２】
図２に示すＳＡＷ共振器４は図１で説明した弾性表面波素子１を用いて１組のＩＤＴ電極２と２つの反射器電極３とから構成される。
【００２３】
ここで本実施の形態のＳＡＷ共振器４の電極幅はその動作周波数と圧電基板の表面を伝播する弾性表面波の表面波音速とで決まり、８８０ＭＨｚの場合にはその電極幅と電極間ピッチは約０．９２μｍである。
【００２４】
次に、図３は本発明のＳＡＷ共振器４を用いたラダー型ＳＡＷフィルタの構成図の一例を示す。
【００２５】
図３に示すラダー型ＳＡＷフィルタ５は、図２で説明したＩＤＴ電極２と反射器電極３からなるＳＡＷ共振器４を３個直列に接続した直列共振子２１と、ＳＡＷ共振器４を２個並列に接続した並列共振子２２の構成により配置されている。
【００２６】
次いで、図４は図３に示す本実施例のラダー型ＳＡＷフィルタ５の耐電力評価結果を示す。
【００２７】
図４は横軸に印加電力、縦軸に自然対数で表わした寿命時間を示す。そして図４には本実施例のアルミニウム合金を用いたラダー型ＳＡＷフィルタの他に、これと比較するために、他の電極材料を用いたラダー型ＳＡＷフィルタの寿命も併せて示す。
【００２８】
即ち、図４に示す３つの曲線は、ラダー型ＳＡＷフィルタの電極材料が、
・  は本発明に係るアルミニウム合金（実施例）
・  はＡｌ−１ｗｔ％Ｃｕ合金（比較例１）
・  は純アルミニウム（比較例２）
であることを示す。
【００２９】
ここで、図３で示したラダー型ＳＡＷフィルタの試料について、１２０度の雰囲気で１Ｗ〜３Ｗの電力を印加して、８８０ＭＨｚの単一周波数にて耐電力試験を行った。
【００３０】
この図４に示す耐電力試験の結果から、周囲温度１２０℃、印加電力２Ｗにおいて、実施例の寿命は１４０時間、比較例１の寿命は７０時間、そして比較例２の寿命は１０時間の耐電力特性を示した。この結果から本発明の弾性表面波素子を用いたラダー型ＳＡＷフィルタの寿命は所定の添加合金を所定量含有させたアルミニウム合金を用いることで比較例１に対し２倍、比較例２に対し１４倍の耐電力特性が得られた。
【００３１】
次に、本発明の弾性表面波素子を用いたラダー型ＳＡＷフィルタの耐電力特性の評価に用いた測定系をフロー図により説明する。
【００３２】
図５に示すフロー図において、３１は発信器、３２はアンプ（増幅器）、３３はサンプル（ラダー型ＳＡＷフィルタの評価試料）、３４は恒温槽、３５は出力測定器である。
【００３３】
評価に用いた耐電力測定系において、発信器３１で印加周波数と電力を設定し、これをアンプ３２で増幅した後、サンプル３３のラダー型ＳＡＷフィルタに印加する。そして、サンプル３３を通過した出力は出力測定器３５で測定する。
【００３４】
その際、サンプルを恒温槽３４に収納し常温より高い温度に保持することで、環境温度からの劣化を加速し、発信器３１で設定する印加周波数と電力を高めることで印加電力面からの劣化を加速することにより寿命試験に要する時間を短縮して測定した。
【００３５】
また、サンプル３３のラダー型ＳＡＷフィルタの出力電圧が急激に低下した時点では弾性表面波素子のＩＤＴ電極がエレクトロマイグレーションによる破壊が生じていることから、出力測定器３５での出力電圧が下がり始めた時点を寿命とした。
【００３６】
次いで、本実施例のラダー型ＳＡＷフィルタのドライエッチングによる製造の概略を説明する。
【００３７】
まず圧電基板の表面にスパッタ成膜法により厚さ３００ｎｍのアルミニウム合金膜を形成する。このアルミニウム合金膜を形成した圧電基板上にフォトレジストを塗布しフォトレジスト膜を形成する。さらにフォトレジスト膜を形成した圧電基板に電極パターンを形成したフォトマスクを密着させ露光する。
【００３８】
つぎに、現像液により露光部のフォトレジスト膜を除去し、電極パターンのフォトレジスト膜を残す。さらにフォトレジスト膜による電極パターンをマスクとして、アルミニウム合金膜にハロゲン系混合ガスによるプラズマエッチングを施しラダー型ＳＡＷフィルタの電極を形成する。最後に電極パターン上に残ったフォトレジスト膜を除去する。
【００３９】
このようにしてラダー型ＳＡＷフィルタは完成する。なお、比較例のＡｌ−１ｗｔ％Ｃｕ合金（比較例１）と純アルミニウム（比較例２）による電極膜を用いたラダー型ＳＡＷフィルタも同様の方法で製造した。
【００４０】
ここで、銅やマグネシウムが多く添加された組成の合金膜ではドライエッチングに用いられるハロゲン系混合ガス（Ｃｌ2とＢＣｌ3との混合ガス）によるアフターコロージョンの問題がありドライエッチングが難しいが、本発明のアルミニウム合金は添加金属としてアフターコロージョンを起こしにくいＺｒが主な添加金属であり、アフターコロージョンを起こしやすい銅の添加量はごく少量であるので、ドライエッチングによるアフターコロージョンの問題が発生しにくい。また、電極膜が単層なので電極膜形成工程が簡単で電極幅を精度良く形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る弾性表面波素子の概略断面図である。
【図２】本発明に係るＳＡＷ共振器の電極の概略平面図である。
【図３】本発明に係るラダー型ＳＡＷフィルタの概略構成図である。
【図４】本発明に係る弾性表面波素子の耐電力評価結果の図である。
【図５】本発明に係る弾性表面波素子の評価に用いた耐電力測定系の説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
１      弾性表面波素子
２      ＩＴＤ電極
３      反射器電極
４      ＳＡＷ共振器
５      ラダー型ＳＡＷフィルタ
１０    圧電体基板
２０    電極膜
２１    直列共振子
２２    並列共振子
３１    発信器
３２    アンプ（増幅器）
３３    サンプル（評価試料）
３４    出力測定
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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