(57)【要約】【課題】弾性表面波素子において、一対の櫛形の電極からなるすだれ状電極に交流電圧を印加したときに、一対の櫛型の電極間でショートの発生を抑制することである。【解決手段】水晶基板１０と、前記水晶基板１０上に形成された、面心立方構造の下地金属層２１と、前記下地金属層２１の上層に形成された金層２２を含む、一対の櫛型の電極２０Ａ、２０Ｂからなるすだれ状電極と、を有し、一対の櫛型の電極２０Ａ，２０Ｂが互いに非接触の状態で対向するように水晶基板１０上に形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶基板と、
前記水晶基板上に形成された、面心立方構造の下地金属層と、前記下地金属層の上層に形成された金層を含む、一対の櫛型の電極からなるすだれ状電極と、
を有する弾性表面波素子。
【請求項２】
前記下地金属層がニッケルからなる
請求項１に記載の弾性表面波素子。
【請求項３】
前記下地金属層がパラジウムからなる
請求項１に記載の弾性表面波素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波素子に関し、特に、すだれ状電極を構成する一対の櫛型の電極間でショートすることを抑制できる弾性表面波素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子の一つである弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ）素子は、水晶基板などの圧電基板上にすだれ状電極（ＩＤＴ：Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を備えている。すだれ状電極は、一対となっており、櫛型の電極が非接触で対向するように圧電基板上に形成されている。このすだれ状電極に交流電圧を印加することで、圧電基板の有する圧電効果および逆圧電効果により、すだれ状電極が形成されている圧電基板の表面および表面付近を周波数帯で振動させることができる。弾性表面波素子は、すだれ状電極の組合せや構成によって、発振器、帯域フィルタ、ジャイロなど、様々な電子機器を構成する電子回路に幅広く用いられている。
【０００３】
従来の弾性表面波素子は、例えば、水晶基板上に、金からなるすだれ状電極が形成された構成である。
ここで、水晶基板と金からなるすだれ状電極は、密着性が低いため、電極の剥離が生じやすい不利益がある。
【０００４】
上記の水晶基板と金からなるすだれ状電極の密着性を高めるため、水晶基板と金からなるすだれ状電極との界面に、チタンあるいはクロムからなる下地金属層を設けた構成が知られている。
【０００５】
しかし、水晶基板と金からなるすだれ状電極の界面に、チタンあるいはクロムからなる下地金属層を設けた構成の弾性表面波素子では、一対の櫛型の電極から構成されているすだれ状電極に交流電圧を印加し圧電基板の表面および表面付近が高い周波数帯で振動したときに、金層の金粒子が下地金属層の向きに移動する。移動した金層の金粒子は、下地金属層内部だけでなく、下地金属層の外周に沿って移動し、さらに、下地金属層の外周に沿って移動した金粒子が水晶基板上を移動し隣接する櫛形の電極まで移動する。最終的には、一方の櫛型の電極から他方の櫛型の電極にひげ状の金属結晶が延設されたような状態となり、一対の櫛型の電極間をショートさせてしまい、弾性表面波素子を搭載した弾性表面波装置から所定の出力信号が出力されないという不利益がある。
【０００６】
特許文献１には、水晶基板上に形成されたすだれ状電極を覆うようにｃ軸配向のＺｎＯ膜が形成された構成の弾性表面波素子が開示されている。
特許文献２には、弾性表面波素子を搭載した弾性表面波装置、具体的には、弾性表面波発振器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２８３８０７号公報
【特許文献２】特開２０１２−１６０９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
解決しようとする課題は、弾性表面波素子において、一対の櫛形の電極からなるすだれ状電極に交流電圧を印加したときに、一対の櫛型の電極間でショートの発生を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の弾性表面波素子は、水晶基板と、前記水晶基板上に形成された、面心立方構造の下地金属層と、前記下地金属層の上層に形成された金層を含む、一対の櫛型の電極からなるすだれ状電極と、を有する。
【００１０】
本発明の弾性表面波装置は、好適には、前記下地金属層がニッケルからなる。
また、本発明の弾性表面波装置は、好適には、前記下地金属層がパラジウムからなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の弾性表面波素子によれば、金と同一の面心立方構造の下地金属層を用いることで、金層と水晶基板との密着性を高めつつ、すだれ状電極に交流電圧を印加させ水晶基板の表面および表面付近を振動させたときに、一方の櫛型の電極から他方の櫛型の電極に向かって金層の金粒子が移動し、ひげ状の金属結晶が生じることを抑制し、ひげ状の金属結晶により一対の櫛型の電極間がショートすることを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１（ａ）は本発明の実施形態に係る弾性表面波装置の平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＸ−Ｘ’における断面図である。
【図２】図２は本発明の実施形態に係る弾性表面波装置の要部拡大断面図である。
【図３】図３は本発明の実施形態に係る弾性表面波装置の形成方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の弾性表面波素子の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
＜実施形態＞
［弾性表面波素子の構成］
図１（ａ）は、本実施形態における弾性表面波素子の平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＸ−Ｘ’における断面図である。弾性表面波素子は、例えば、水晶基板１０上に、一対の櫛型の電極（２０Ａ，２０Ｂ）からなるすだれ状電極とパッドが形成された構成である。
【００１５】
水晶基板１０は、すだれ状電極に交流電圧を印加したときに、すだれ状電極が形成されている水晶基板１０の上面および上面付近を所定の周波数で振動させるためのものである。また、水晶基板１０は、矩形形状の平板状となっており、例えば、平面視して、短辺が０．２ｍｍ〜４．０ｍｍとなっており、長辺が０．２ｍｍ〜４．０ｍｍとなっている。このような水晶基板１０は、例えば、人工水晶体が水晶体の有する結晶軸に対して所定の角度となるように所定の大きさで切断され、所定の厚みとなるまで研磨されて製造されている。
【００１６】
すだれ状電極は、水晶基板１０の上面に形成され、水晶基板１０に交流電圧を印加させるためのものである。また、すだれ状電極は、一対の櫛型の電極（２０Ａ、２０Ｂ）からなっており、非接触の状態で互いに対向するように設けられている。つまり、各櫛形の電極（２０Ａ，２０Ｂ）は、それぞれ対向する電極に向かって突出した電極指を備えている。このとき、一方の櫛型の電極２０Ａの電極指と他方の櫛型の電極２０Ｂの電極指とは、非接触の状態で、かつ、平面視して、それぞれの櫛型の電極（２０Ａ，２０Ｂ）の電極指が平行となるように水晶基板１０上に形成されている。図面上は、一対の櫛型の電極（２０Ａ，２０Ｂ）のそれぞれが４本の電極指を有する構成を示しているが、これに限定されるものではない。なお、本実施形態の弾性表面波素子では、ＳｉＯ２膜等の絶縁膜によってすだれ状電極の上から水晶基板１０の上面を覆うことはしておらず、すだれ状電極は、基本的に、真空雰囲気、窒素雰囲気又はその他ガス（空気等）雰囲気に晒されている。
【００１７】
すだれ状電極を構成する一対の櫛型の電極（２０Ａ、２０Ｂ）の幅は、例えば、０．１〜５．０μｍ程度である。また、すだれ状電極を構成する一対の櫛型の電極（２０Ａ、２０Ｂ）の高さ（厚み）は、例えば、０．１〜５．０μｍ程度である。
一対の櫛型電極（２０Ａ、２０Ｂ）の間隔は、例えば、０．１〜５．０μｍ程度である。
上記の櫛型の電極（２０Ａ、２０Ｂ）の幅、高さ、電極の間隔などの設計は、本実施形態の弾性表面波素子により実現しようとする電子回路、周波数帯などに応じて適宜変更可能である。
【００１８】
パッドは、すだれ状電極を構成している一対の櫛型の電極（２０Ａ、２０Ｂ）に弾性表面波素子の外部から交流電圧を印加するためものである。パッドは、水晶基板１０の上面の端部であって、櫛型の電極（２０Ａ，２０Ｂ）のそれぞれの端部に接続されるように形成されている。図面上では、櫛型の電極（２０Ａ、２０Ｂ）の端部にパッドを有する構成を示しているが、パッドなどの接続部は適宜設計に応じて配置して設けることができる。
【００１９】
ここで、弾性表面波素子の動作について説明する。
弾性表面波素子は、外部から交流電圧がパッドから印加されると、パッドに接続されている一対の櫛型の電極（２０Ａ、２０Ｂ）に交流電圧が印加されることとなる。上述したように、一方の櫛型の電極２０Ａの電極指と他方の櫛型の電極２０Ｂの電極指とは、平面視して、交互で、かつ、平行となるように、水晶基板１０上に形成されているので、電圧が印加されると、異なる電荷が水晶基板１０に交互に蓄積されることとなる。これにより、平面視して、一方の櫛型の電極２０Ａの電極指と他方の櫛型の電極２０Ｂの電極指とで挟まれた水晶基板１０の一部に歪みが生じ、変形する。その結果、水晶基板１０は、変形前の状態に戻ろうとするため、圧電効果により最初に櫛形の電極（２０Ａ、２０Ｂ）に蓄積された電荷と反対の電荷が蓄積される。つまり、一対の櫛型の電極（２０Ａ、２０Ｂ）に電圧が印加されると、弾性表面波素子は、圧電効果および逆圧電効果により、平面視して、櫛形の電極（２０Ａ、２０Ｂ）に挟まれた水晶基板１０の一部が振動する。従って、弾性表面波素子に交流電圧を印加すると、櫛型の電極（２０Ａ、２０Ｂ）に異なる電荷が交互に蓄積され変形することとなり、平面視して、櫛型の電極（２０Ａ、２０Ｂ）に挟まれている水晶基板１０の上面及び上面付近を振動させることができる。
【００２０】
［すだれ状電極の層構成］
図２は本実施形態に係る弾性表面波素子の要部拡大断面図である。
すだれ状電極は、例えば、水晶基板１０上に形成され、一対の櫛型電極（２０Ａ，２０Ｂ）からなり、この一対の櫛型電極（２０Ａ，２０Ｂ）は、面心立方構造の下地金属層２１と、下地金属層２１の上層に形成された金層２２から構成されている。
【００２１】
金層２２は、面心立方構造の金属の一つである金が用いられる。
金層２２は、厚みが、例えば、０．１〜５．０μｍ程度であり、下地金属層２１と比較して十分厚い厚みとなっている。このため、金層２２の厚みが、すだれ状電極を構成する一対の櫛型の電極（２０Ａ、２０Ｂ）の厚みとみなすことができる。
【００２２】
下地金属層２１は、金と水晶の密着性より水晶との密着性の良い金属が用いられる。また、下地金属層２１は、面心立方構造の金属からなり、例えば、ニッケルあるいはパラジウムを好ましく用いることができる。金層２２に面心立方構造の金属の一つである金が用いられているので、下地金属層２１に金層２２に用いられる金と同じ結晶構造の金属を用いることで、下地金属層２１と水晶基板１０との密着性を高めつつ、金層２２と下地金属層２１との密着性を高めることが可能となる。
下地金属層２１の厚みは、例えば、１．０〜１００ｎｍ程度である。
下地金属層２１は、その厚みが金層２２に対して十分薄く、金層２２の厚みが実質的に一対の櫛型の電極（２０Ａ，２０Ｂ）の高さ（厚み）となる。
【００２３】
さらに、下地金属層２１に用いられる金属としては、原子配置格子定数が金と近いものを用いることで、下地金属層２１と水晶基板１０との密着性を高めつつ、金層２２と下地金属層２１との密着性を高めることが可能となる。この点からも、ニッケルおよびパラジウムは好ましい。
ここで、面心立方構造の金の格子定数は４．０８Åであり、パラジウムの格子定数は、３．８９Åであり、ニッケルの格子定数は３．８９Åである。このため、本実施形態である弾性表面波素子では、金と同じ結晶構造である面心立方構造となっている金属であって、格子定数が金と近い金属を下地金属層２１に用いることで、金層２２の金粒子が下地金属層２１に向かって、より、移動しやすくすることができ、結果、下地金属層２１の側面に沿って金層２２の金粒子が移動する量を低減させることが可能となる。
【００２４】
本実施形態の弾性表面波素子によれば、金と同一の結晶構造である面心立方構造の金属を下地金属層２１に用いることで、すだれ状電極に交流電圧が印加され水晶基板１０の上面および上面付近が振動するとき、同じ結晶構造のため、金層２２の金粒子が下地金属層２１に移動しやすくなり、結果、下地金属層２１と水晶基板１０との密着性を高めつつ、下地金属層２１と金層２２との密着性を高めることが可能となる。
【００２５】
また、本実施形態の弾性表面波素子によれば、下地金属層２１に金と同一の結晶構造である面心立方構造の金属を用いることで、すだれ状電極に交流電圧を印加し、水晶基板１０の上面および上面付近を振動させたとき、従来と比較して、金層２２の金粒子が下地金属層２１に向かって移動しやすくなるため、下地金属層２１の外周に沿って移動する量を低減させることが可能となる。従って、本実施形態の弾性表面波素子によれば、金層２２の金粒子が下地金属層２１に移動し、下地金属層２１の外周に沿って移動する量が低減されるので、一方の櫛型の電極２０Ａから他方の櫛型の電極２０Ｂに向かう向きにひげ状の金属結晶が延設されるような状態となることを低減させることができる。結果、本実施形態の弾性表面波素子によれば、ひげ状の金属結晶により一対の櫛型の電極間がショートすることを低減させることができる。
【００２６】
また、本実施形態の弾性表面波素子によれば、本実施形態である弾性表面波素子では、金と同じ結晶構造である面心立方構造となっている金属であって、格子定数が金と近い金属、具体的には、ニッケル、または、パラジウムを下地金属層２１に用いることで、金層２２の金粒子が下地金属層２１に向かって、より、移動しやすくすることができる。その結果、下地金属層２１の側面に沿って金層２２の金粒子が移動する量を、より低減させることが可能となる。結果、本実施形態の弾性表面波素子によれば、ひげ状の金属結晶により一対の櫛型の電極間がショートすることを、より、低減させることが可能となる。
【００２７】
［すだれ状電極の形成方法］
図３は本実施形態に係る弾性表面波素子の形成方法を示す断面図である。
例えば、図３（ｓ）に示すように、水晶基板１０上に、真空蒸着あるいはスパッタリングなどの物理蒸着あるいはその他の成膜方法により、ニッケルあるいはパラジウムを１．０〜１００ｎｍ程度で被着させ、下地金属層２１を形成する。
【００２８】
次に、図３（ｂ）に示すように、下地金属層２１の上層に、真空蒸着あるいはスパッタリングなどの物理蒸着あるいはその他の成膜方法により、金を０．１〜５．０μｍ程度の厚みで被着し、金層２２を形成する。
【００２９】
次に、フォトリソグラフィ技術により金層２２上に所定のパターンのレジスト膜をパターン形成し、得られたレジスト膜をマスクとして反応性イオンエッチングまたはウェットエッチングの処理を施すことにより、金層２２および下地金属層２１を順次エッチング加工し、上記構成の櫛型の電極（２０Ａ，２０Ｂ）を形成し、すだれ状電極とする。
以上のようにして、図１および図２に示す構成のすだれ状電極を形成することができる。
【００３０】
あるいは、水晶基板１０上にフォトリソグラフィ技術により所定のパターンのレジスト膜をパターン形成した後で、上記と同様に下地金属層２１と金層２２とを順次積層し、レジスト膜を除去することでリフトオフによりパターン加工して一対の櫛型の電極（２０Ａ、２０Ｂ）を形成し、すだれ状電極としてもよい。
【００３１】
［実施例］
水晶基板上に、結晶構造が面心立構造であるニッケルを下地金属層とし、この下地金属層に金層を順次積層させ、所定のパターンに加工した弾性表面波素子を、実施例として形成した。
また、比較例として、結晶構造が体心立方構造であるクロムを下地金属層に用いた弾性表面波素子、および、結晶構造が六方晶系構造であるチタンを下地金属層に用いた弾性表縁波素子をそれぞれ形成した。
【００３２】
弾性表面波素子が搭載される弾性表面波装置は、例えば、弾性表面波素子および弾性表面波素子を発振させるための発振回路機能を有した集積回路素子を有しており、弾性表面波装置が約１００℃前後となっている雰囲気下で使用されている。
今回は、上記のように形成した弾性表面波素子をそれぞれ弾性表面波装置に搭載し、実際に使用している約１００℃前後となっている雰囲気下で、搭載されている弾性表面波素子のすだれ状電極に交流電圧を印加させ、弾性表面波装置から出力される信号電圧の出力確認を行った。
【００３３】
下地金属層としてクロムを用いた弾性表面波素子を搭載した弾性表面波装置は、１００℃前後の雰囲気下ですだれ状電極に交流電圧を印加させてから、１２０時間以内に、５０％以上の割合で、弾性表面波装置からの出力される信号電圧が出力されなくなった。信号電圧が出力されなくなった弾性表面波装置の弾性表面波素子のすだれ状電極を、電子顕微鏡で確認したところ、すだれ状電極を形成している一対の櫛型の電極が、一方の櫛型の電極から他方の櫛型の電極へ延びている、金からなる金属結晶によってショートしていた。
【００３４】
下地金属層としてチタンを用いた弾性表面波素子を搭載した弾性表面波装置は、１００℃前後の雰囲気下ですだれ状電極に交流電圧を印加させてから、２４時間以内に、９０％以上の割合で、弾性表面波装置からの出力される信号電圧が出力されなくなった。下地金属層としてクロムを用いた場合と同様に、信号電圧が出力されなくなった。弾性表面波装置の弾性表面波素子のすだれ状電極を、電子顕微鏡で確認したところ、すだれ状電極を形成している一対の櫛型の電極が、一方の櫛型の電極から他方の櫛型の電極へ延びている、金からなる金属結晶によってショートしていた。
【００３５】
下地金属層としてニッケルを用いた弾性表面波素子を搭載した弾性表面波装置は、１００℃前後の雰囲気下ですだれ状電極に交流電圧を印加させてから、２０００時間を経過しても弾性表面波装置から信号電圧が出力された状態となっていた。また、２０００時間を経過しても、弾性表面波装置からの信号電圧の値に大きな変動は見られなかった。２０００時間後の弾性表面波装置の弾性表面波素子のすだれ状電極を電子顕微鏡で確認したところ、一方の櫛型の電極から他方の櫛型の電極へ延びている、金からなる金属結晶を確認することができなかった。
【００３６】
下地金属層として金と同一の面心立方構造のニッケルを用いることで、一方の櫛型の電極から他方の櫛型へ延びる突起の発生を低減させ、一対の櫛型の電極間のショートの発生を抑制することができることを確認することができた。
【００３７】
本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、下地金属層としては、面心立方構造の金属からなるパラジウムも好ましく用いることができる。
【００３８】
また、弾性表面波素子としては、水晶基板の上面に一対の櫛型の電極からなるすだれ状電極が一つ形成されているだけでなく、複数のすだれ状電極を形成した構成としてもよい。
すだれ状電極が二つ設けられている場合、例えば、それぞれの櫛型の電極の電極指が、平面視して、平行となるように、水晶基板の上面に並んで配置される。このとき、一方のすだれ状電極は、交流電圧が印加され水晶基板の上面および上面付近を振動させる駆動用電極として用いられ、他方のすだれ状電極は、振動により一対の櫛型の電極に蓄積された電荷を出力信号として検出する検出用電極として用いられる。
すだれ状電極は、下地金属層と金層との２層構造からなるものに限定されず、３層以上の層から構成されていてもよい。例えば、ＳＡＷの反射係数を調整するため等の目的で適宜な金属層又は絶縁層（いずれもすだれ状）を金層の上に重ねてもよい。
また、金、ニッケル及びパラジウムは、それぞれ純金属であるが、電気・電子の技術分野において慣習上許容される範囲で、その製造や成膜の過程において混入又は残留する意図しない不純物が含まれていてもよい。
【００３９】
また、弾性表面波素子としては、水晶基板の上面に、すだれ状電極の他に、反射電極を有する構成としてもよい。
反射電極は、すだれ状電極に交流電圧を印加し水晶基板の上面および上面付近を振動させたときに、この振動を反射させて増幅させるためのものである。反射電極は、例えば、帯状になっており、すだれ状電極を構成する櫛形の電極の電極指とほぼ同じ間隔で配列されており、平面視して、すだれ状電極と離間して形成されている。
【００４０】
弾性表面波素子を搭載した弾性表面波装置の一例としは、弾性表面波発振器がある。弾性表面波発振器は、凹部を有するパッケージと、この凹部内に実装された弾性表面波素子および弾性表面波素子を発振させる発振回路の機能を有した集積回路素子と、凹部内を気密封止するための蓋体とで構成されている。弾性表面波素子および集積回路素子は、凹部内に固着保持されている。弾性表面波素子は、例えば、パッドが凹部内に形成された電極パッドとワイヤボンディングによって電気的に接続されている。集積回路素子は、複数の接続端子を有しており、この接続端子が凹部内に形成された接続パッドとワイヤボンディングによって電気的に接続されている。接続パッドのうち二つは、パッケージの内部配線または／および配線パターンによって電極パッドと電気的に接続されている。接続パッドのうち残りの四つは、パッケージの内部配線または／および配線パターンによってパッケージの下面に形成されている実装端子と電気的に接続されている。このような構成で弾性表面波素子を搭載した弾性表面波発振器が構成されている。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、発振器、帯域フィルタ、ジャイロなど、様々な電子機器を構成する電子回路に適用できる。
【符号の説明】
【００４２】
１０…水晶基板
２０Ａ、２０Ｂ…櫛形の電極
２１…下地金属層
２２…金層
【図１】
2015159470.tif 000003
【図２】
2015159470.tif 000004
【図３】
2015159470.tif 000005