(57)【要約】【課題】ＬｉＴａＯ３　の単結晶からなる圧電基板上に、耐ストレスマイグレーション性に優れた電極が形成された、弾性表面波素子を提供する。【解決手段】圧電基板２上に、Ｔｉを主成分とする下地電極層５およびＡｌを主成分とする主電極層４を気相法によって順次形成する工程において、下地電極層５を８０ｎｍを超える厚みで形成するときには、圧電基板２の温度を室温以上とし、下地電極層５を８０ｎｍ以下の厚みで形成するときには、圧電基板２の温度を８０℃以上の温度とし、それによって、主電極層４において（１，１，１）配向した３軸配向膜が得られるようにする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬｉＴａＯ３　の単結晶からなる圧電基板と、前記圧電基板上に形成された電極とを備える、弾性表面波素子であって、
前記電極は、前記圧電基板上に形成されるＴｉを主成分とする下地電極層と、Ａｌを主成分とする主電極層とを備え、
前記主電極層は、３軸配向膜からなる、弾性表面波素子。
【請求項２】
前記圧電基板は、カット角が３６°〜４５°のＬｉＴａＯ３　の単結晶からなる圧電基板である、請求項１に記載の弾性表面波素子。
【請求項３】
前記主電極層は、Ｃｕを４重量％以下含む、請求項１または２に記載の弾性表面波素子。
【請求項４】
前記下地電極層は、１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内の厚みを有する、請求項１ないし３のいずれかに記載の弾性表面波素子。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の弾性表面波素子の製造方法であって、
前記圧電基板を用意する、第１の工程と、
前記圧電基板上に、前記下地電極層および前記主電極層を気相法によって順次形成する、第２の工程とを備え、
前記第２の工程において、前記下地電極層を８０ｎｍを超える厚みで形成するときには、前記圧電基板の温度を室温以上とし、前記下地電極層を８０ｎｍ以下の厚みで形成するときには、前記圧電基板の温度を８０℃以上の温度とする、弾性表面波素子の製造方法。
【請求項６】
前記第１の工程と前記第２の工程との間に、前記圧電基板の表面を洗浄する工程をさらに備え、前記洗浄工程は、前記圧電基板の表面研磨層を除去しないように実施される、請求項５に記載の弾性表面波素子の製造方法。
【請求項７】
前記第２の工程は、前記下地電極層および前記主電極層をリフトオフ法によってパターニングする工程を備える、請求項５または６に記載の弾性表面波素子の製造方法。
【請求項８】
前記第２の工程は、前記リフトオフ法において適用されるレジストの現像後であって、前記下地電極層を形成する前に、前記圧電基板の前記レジストから露出した面をプラズマ処理する工程を備える、請求項７に記載の弾性表面波素子の製造方法。
【請求項９】
前記第２の工程において、前記圧電基板の温度は、１６０℃以下とされる、請求項７または８に記載の弾性表面波素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、弾性表面波共振子または弾性表面波フィルタのような弾性表面波素子およ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の構造および形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
弾性表面波素子は、周知のように、機械的振動エネルギーが固体表面付近にのみ集中して伝搬する弾性表面波を利用した電子部品であり、一般に、圧電性を有する圧電基板と、この圧電基板上に形成された、信号を印加するためのインタディジタル電極および／またはグレーティング電極のような電極とをもって構成される。
【０００３】
このような弾性表面波素子において、電極材料としては、電気抵抗率が低く、比重の小さいＡｌまたはＡｌを主成分として含むＡｌ系合金を用いるのが一般的である。
【０００４】
しかしながら、Ａｌは耐ストレスマイグレーション性が悪く、大きな電力を投入すると、電極にヒロックやボイドが発生し、やがては、電極が短絡または断線して、弾性表面波素子が破壊に至ることがある。
【０００５】
上述した問題の解決を図るため、電極の成膜法として、イオンビームスパッタを用い、結晶配向性を向上させることによって、耐電力性を向上させる方法が、特開平７−１６２２５５号公報において提案されている（第１の従来技術）。また、Ａｌをエピタキシャル成長させることによって、結晶方位を一定方向に配向させ、それによって、耐電力性を向上させる方法が、特開平３−４８５１１号公報において提案されている（第２の従来技術）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１の従来技術では、高周波、大電力用途に向けられるとき、耐電力性が不十分であるという問題がある。
【０００７】
また、第２の従来技術は、実質的に水晶基板に対してのみ適用可能であり、そのため、圧電性が大きく、フィルタ等に広く用いられている、たとえばＬｉＴａＯ３　基板上では、結晶性の良好なエピタキシャル膜を得ることが困難であるという問題がある。
【０００８】
そこで、この発明の目的は、上述したような問題を解決し得る、弾性表面波素子およびその製造方法を提供しようとすることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ＬｉＴａＯ３　の単結晶からなる圧電基板と、この圧電基板上に形成された電極とを備える、弾性表面波素子にまず向けられるものであって、上述した技術的課題を解決するため、次のような構成を備えることを特徴としている。
【００１０】
まず、この発明に係る弾性表面波素子において、上述の電極は、Ａｌを主成分とする主電極層を備え、この主電極層と圧電基板との間には、Ａｌの結晶性を向上させるためのＴｉを主成分とする下地電極層が形成される。そして、主電極層は、３軸配向膜からなることを特徴としている。
【００１１】
上述した圧電基板は、一般的に用いられている、カット角が３６°〜４５°のＬｉＴａＯ３　の単結晶からなる圧電基板であることが好ましい。
【００１２】
Ａｌを主成分とする主電極層は、Ｃｕを４重量％以下含んでいてもよい。
【００１３】
Ｔｉを主成分とする下地電極層は、その厚みが薄い方が好ましく、たとえば１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内の厚みを有していることが好ましい。
【００１４】
この発明は、上述したような弾性表面波素子を製造するための方法にも向けられる。
【００１５】
この発明に係る弾性表面波素子の製造方法は、前述したような圧電基板を用意する、第１の工程と、圧電基板上に、下地電極層および主電極層を、たとえば蒸着またはスパッタリングのような気相法によって順次形成する、第２の工程とを備えている。
【００１６】
そして、第２の工程において、下地電極層を８０ｎｍを超える厚みで形成するときには、圧電基板の温度を室温以上とし、下地電極層を８０ｎｍ以下の厚みで形成するときには、圧電基板の温度を８０℃以上の温度とすることを特徴としている。
【００１７】
上述した第１の工程と第２の工程との間に、圧電基板の表面を洗浄する工程をさらに備えていることが好ましく、この洗浄工程は、圧電基板の表面研磨層を除去しないように実施されることが好ましい。
【００１８】
また、第２の工程では、下地電極層および主電極層をリフトオフ法によってパターニングする工程が実施されることが好ましい。
【００１９】
上述のように、リフトオフ法によるパターニング工程が実施される場合、第２の工程は、リフトオフ法において適用されるレジストの現像後であって、下地電極層を形成する前に、圧電基板のレジストから露出した面をプラズマ処理する工程を備えることが好ましい。
【００２０】
また、リフトオフ法によるパターニング工程を備える場合、第２の工程において、圧電基板の温度は、１６０℃以下とされることが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の一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り、圧電基板２上に電極３が形成された部分を示している。
【００２２】
圧電基板２は、ＬｉＴａＯ３　の単結晶から構成される。また、電極３は、ＡｌからなるまたはＡｌを主成分とするＡｌ系合金からなる主電極層４を備えるとともに、主電極層４と圧電基板２との間に形成される、Ａｌの結晶性を向上させるためのＴｉからなるまたはＴｉを主成分とするＴｉ系合金からなる下地電極層５を備えている。この電極３は、その平面形状の図示を省略するが、インタディジタル電極またはグレーティング電極を構成している。
【００２３】
このような弾性表面波素子１において、その特徴とするところは、主電極層４が３軸配向膜から構成されることにある。前述したように、主電極層４に含まれるＡｌは耐ストレスマイグレーション性が悪く、弾性表面波素子１に大きな電力を投入し続けると、ストレスマイグレーションによって電極３が破壊されることがある。上述のように、主電極層４が３軸配向膜から構成されることによって、たとえば１軸配向膜から構成される場合に比べて、電極３の耐ストレスマイグレーション性を高めることができ、したがって、弾性表面波素子１の耐電力性を高めることができる。
【００２４】
圧電基板２としては、好ましくは、カット角が３６°〜４５°のＬｉＴａＯ３　の単結晶からなる圧電基板が用いられる。このようなカット角のＬｉＴａＯ３　基板は、当該分野において一般的に用いられているものであり、また、カット角を３６°以上とすることにより、主電極層４において３軸配向膜がより得やすいことがわかっている。
【００２５】
主電極層４は、前述したように、Ａｌを主成分とするものであるが、Ｃｕを含んでいてもよい。この場合、Ｃｕの含有率が４重量％を超えると、主電極層４の比抵抗が増すという不具合が生じるため、Ｃｕは４重量％以下の含有率をもって主電極層４に含有されることが好ましい。また、主電極層４が、純粋なＡｌで構成される場合に比べて、Ｃｕを含む方が、弾性表面波素子１の耐電力性の向上にとって有利であることがわかっている。
【００２６】
下地電極層５の厚みに関して、後述する実験例からわかるように、より厚いほど、主電極層４において３軸配向膜を得やすいが、表面波特性が悪化する。そのため、下地電極層５はできるだけ薄い方が好ましく、たとえば１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内の厚みとされることが好ましい。この発明では、下地電極層５が薄くされた場合でも、主電極層４において３軸配向膜を得ることを可能にするため、後述するように、成膜時の圧電基板２の温度が制御される。
【００２７】
このような弾性表面波素子１を製造するため、たとえば、図２に示すような工程が実施される。なお、図２には、電極３のパターニングのため、リフトオフ法を適用する方法が示されている。
【００２８】
まず、図２（１）に示すように、ＬｉＴａＯ３　の単結晶からなる圧電基板２が用意される。
【００２９】
次に、圧電基板２の表面が洗浄される。この洗浄にあたって、たとえば、純水による洗浄が実施されるが、圧電基板２の表面研磨層すなわち研磨によって生じた加工変質層を除去しないようにされることが好ましい。たとえば、圧電基板２の洗浄にあたって、ＢＨＦ処理を施して表面研磨層を除去してしまうと、後の工程において形成される主電極層４が３軸配向膜となりにくいことが確認されている。
【００３０】
次に、図２（２）に示すように、圧電基板２上に、ポジ型レジストが、たとえばスピンコーターによって塗布され、レジスト層６が形成される、レジスト層６は、次いで、プリベーク処理される。
【００３１】
次に、図２（３）に示すように、露光処理が施される。露光処理にあたっては、所定の開口パターンを有するマスク７が用いられ、このマスク７を通してたとえば紫外線８のような活性光線がレジスト層６に照射される。
【００３２】
次に、レジスト層６がポストベーク処理された後、現像液が付与され、それによって、図２（４）に示すように、レジスト層６が現像処理される。
【００３３】
次に、レジスト残渣を除去することを目的として、圧電基板２のレジスト層６から露出した面が、たとえばＯ２　＋ＣＦ４　ガスを用いてプラズマ処理される。このプラズマ処理は、また、弾性表面波素子１の耐電力性の向上にも寄与することが確認されている。
【００３４】
次に、図２（５）に示すように、圧電基板２上およびレジスト層６上に、たとえば蒸着またはスパッタリングのような気相法によって、Ｔｉを主成分とする下地電極層５およびＡｌを主成分とする主電極層５が順次形成される。
【００３５】
この工程において、下地電極層５を８０ｎｍを超える厚みで形成するときには、圧電基板２の温度が室温以上とされ、下地電極層５を８０ｎｍ以下の厚みで形成するときには、圧電基板２の温度が８０℃以上の温度とされることによって、主電極層４を３軸配向膜とすることができる。なお、圧電基板２の加熱温度に関して、後述するレジスト層６の剥離工程を容易にするため、その上限は１６０℃以下に選ばれることが好ましい。
【００３６】
次に、図２（６）に示すように、レジスト層６が剥離され、それによって、レジスト層６上に形成された主電極層４および下地電極層５がレジスト層６とともに除去される。その結果、所望のパターニングが施された主電極層４および下地電極層５からなる電極３が圧電基板２上に形成された、弾性表面波素子１が得られる。
【００３７】
弾性表面波素子１を製造するため、特に、電極３をパターニングするため、図３に示すようなエッチング法が採用されてもよい。
【００３８】
図３は、エッチング法による弾性表面波素子１の製造方法を示している。図３において、図２に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３９】
まず、図３（１）に示すように、圧電基板２が用意され、次いで、圧電基板２の表面が洗浄される。
【００４０】
次に、図３（２）に示すように、圧電基板２上に、下地電極層５および主電極層４が気相法によって順次形成される。この工程において、図２に示したリフトオフ法の場合と同様、下地電極層５を８０ｎｍを超える厚みで形成するときには、圧電基板２の温度が室温以上とされ、下地電極層５を８０ｎｍ以下の厚みで形成するときには、圧電基板２の温度が８０℃以上の温度とされることによって、主電極層４を３軸配向膜とすることができる。
【００４１】
次に、図３（３）に示すように、主電極層４上に、ポジ型レジストからなるレジスト層６が形成される。
【００４２】
次に、図３（４）に示すように、マスク７を通して紫外線８をレジスト層６に照射することによって、露光処理が施される。
【００４３】
次に、図３（５）に示すように、現像処理され、レジスト層６に所望のパターンが与えられる。次に、図３（６）に示すように、主電極層４および下地電極層５の、レジスト層６から露出した部分が、エッチング処理されることによって除去され、主電極層４および下地電極層５に所望のパターンが与えられる。
【００４４】
次に、図３（７）に示すように、レジスト層６が剥離され、それによって、主電極層４および下地電極層５を備える電極３が圧電基板２上に形成された、弾性表面波素子１が得られる。
【００４５】
以上のような弾性表面波素子１の製造方法における、圧電基板２上に、下地電極層５および主電極層４を気相法によって順次形成する工程で採用される圧電基板２の温度および下地電極層５の厚みについての好ましい範囲を求めるために実施した実験例について説明する。
【００４６】
【実験例】
この実験例は、図２に示したリフトオフ法に従って実施した。
【００４７】
まず、図２（１）に示すように、圧電基板２として、厚さ０．３５ｍｍであって直径１００ｍｍのカット角が３８．５°のＬｉＴａＯ３　の単結晶からなる圧電基板を用意した。
【００４８】
次に、圧電基板２の表面を、純水を用いて洗浄した。
【００４９】
次に、図２（２）に示すように、圧電基板２上に、ポジ型のレジストをスピンコーターによって塗布し、レジスト層６を形成し、次いで、レジスト層６をプリベーク処理した。
【００５０】
次に、図２（３）に示すように、マスク７を通して紫外線８をレジスト層６に照射し、それによって、レジスト層６を露光処理した。
【００５１】
次に、レジスト層６にポストベーク処理を施した後、現像液を付与して、図２（４）に示すように、レジスト層６を現像処理した。
【００５２】
次に、圧電基板２のレジスト層６から露出した面を、Ｏ２　＋ＣＦ４　ガスを用いてプラズマ処理した。
【００５３】
次に、図２（５）に示すように、０．３〜２．０ｎｍ／秒の成膜速度をもって、Ｔｉの蒸着膜を成膜することによって、圧電基板２上およびレジスト層６上に下地電極層５を形成し、次いで、０．３〜２．０ｎｍ／秒の成膜速度をもってＡｌ−１％Ｃｕ合金からなる蒸着膜を成膜することによって、下地電極層５上に主電極層４を形成した。
【００５４】
上述の成膜工程において、表１に示すように、圧電基板２に対する加熱温度を変え、圧電基板２の温度を室温、６０℃、８０℃および１６０℃にそれぞれ設定するとともに、下地電極層５の厚みを１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で種々に変えた各試料を作製した。なお、主電極層４の厚みは、すべての試料について、３００ｎｍとした。
【００５５】
次に、図２（６）に示すように、レジスト層６を除去し、所望のパターニングが施された主電極層４および下地電極層５を備える電極３が圧電基板２上に形成された、各試料に係る弾性表面波素子１を完成させた。
【００５６】
次に、得られた各試料に係る弾性表面波素子１における主電極層４の結晶構造をＸ線回折により求め、３軸配向膜となっているか否かを評価した。その結果が表１に示されている。
【００５７】
【表１】
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【００５８】
表１からわかるように、下地電極層５を、１００ｎｍおよび２００ｎｍというように、８０ｎｍを超える厚みで形成したときには、圧電基板２の温度を室温以上とすれば、主電極層４において（１，１，１）配向した３軸配向膜が得られている。他方、下地電極層５を、１０ｎｍ〜８０ｎｍというように、８０ｎｍ以下の厚みで形成したときには、圧電基板２の温度を８０℃以上の温度としたときにのみ、主電極層４において３軸配向膜が得られている。
【００５９】
次に、表１に示した各試料に係る弾性表面波素子１の耐電力性の比較を行なったところ、主電極層４において（１，１，１）配向した３軸配向膜が得られている試料では、１軸配向膜が得られている試料と比較すると、一定電力を加えたときの故障発生に至る時間を１００倍以上と長くすることができた。
【００６０】
なお、上述したような実験結果は、主電極層４の厚みが変わっても、圧電基板２を構成するＬｉＴａＯ３　単結晶のカット角が変わっても、主電極層４に含まれるＣｕ含有率が変わっても、下地電極層５および主電極層４の形成のためにスパッタリング法を適用しても、あるいは、下地電極層５および主電極層４のパターニングのためにエッチング法を適用しても、同様に得られることが確認されている。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る弾性表面波素子によれば、Ａｌを主成分とする主電極層が３軸配向膜から構成されるので、このような主電極層を備える電極の耐ストレスマイグレーション性を向上させることができ、その結果、弾性表面波素子の耐電力性を向上させることができる。
【００６２】
この発明に係る弾性表面波素子の製造方法によれば、圧電基板上に、Ｔｉを主成分とする下地電極層およびＡｌを主成分とする主電極層を気相法によって順次形成する工程において、下地電極層を８０ｎｍを超える厚みで形成するときには、圧電基板の温度を室温以上とし、下地電極層を８０ｎｍ以下の厚みで形成するときには、圧電基板の温度を８０℃以上の温度とするようにしているので、上述したような（１，１，１）配向した３軸配向膜を主電極層において確実に得ることができる。
【００６３】
この発明において、圧電基板として、カット角が３６°〜４５°のＬｉＴａＯ３　の単結晶からなる圧電基板が用いられると、主電極層における（１，１，１）配向した３軸配向膜をより確実に得ることができる。
【００６４】
また、主電極層において、Ｃｕを４重量％以下含むようにすると、電極の比抵抗が増すという不具合を避けながら、弾性表面波素子の耐電力性の向上に寄与させることができる。
【００６５】
下地電極層の厚みを１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲に選ぶと、下地電極層の厚みの増大による表面波特性の悪化を招くことを抑制することができる。
【００６６】
この発明に係る弾性表面波素子の製造方法において、圧電基板上に下地電極層を形成する前に、圧電基板の表面を洗浄する際、圧電基板の表面研磨層を除去しないようにされると、これが除去された場合に比べて、主電極層において３軸配向膜をより確実に得ることができる。
【００６７】
この発明に係る弾性表面波素子の製造方法において、下地電極層および主電極層をリフトオフ法によってパターニングするようにすれば、電極に所望のパターンを能率的に与えることができる。この場合において、リフトオフ法において適用されるレジストの現像後であって、下地電極層を形成する前に、圧電基板をプラズマ処理すれば、レジストの残渣を確実に除去することができ、また、弾性表面波素子の耐電力性を向上させる効果を期待することができる。
【００６８】
また、前述した圧電基板の温度として、これを１６０℃以下の温度に選ぶようにすれば、リフトオフ法におけるレジストの除去が困難になるという問題を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一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。
【図２】図１に示した弾性表面波素子１を製造するにあたってリフトオフ法が適用される場合の製造方法に含まれる典型的な工程を順次示す断面図である。
【図３】図１に示した弾性表面波素子１を製造するにあたってエッチング法が適用される場合の製造方法に含まれる典型的な工程を順次示す断面図である。
【符号の説明】
１　弾性表面波素子
２　圧電基板
３　電極
４　主電極層
５　下地電極層
６　レジスト層
７　マスク
８　紫外線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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