(57)【要約】【課題】ダイヤモンドを利用した弾性表面波デバイスであっても、デバイス製造工程では、静電気が発生することによる基板の破損を防ぐことができて、デバイス製造歩留りを向上させることが可能であり、また、実使用時には、帯電を防止して高性能を長時間維持することが可能な弾性表面波デバイスを提供する。【解決手段】弾性表面波デバイスであって、基材上に、少なくとも、ダイヤモンド膜、圧電材料膜、電極を具備し、前記ダイヤモンド膜の全部又は一部はドーパントがドープされた電気伝導性を有するダイヤモンドであることを特徴とする弾性表面波デバイス。【選択図】        図１
2004336600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性表面波デバイスであって、基材上に、少なくとも、ダイヤモンド膜、圧電材料膜、電極を具備し、前記ダイヤモンド膜の全部又は一部はドーパントがドープされた電気伝導性を有するダイヤモンドであることを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項２】
前記ダイヤモンド膜が、気相合成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項３】
前記電気伝導性を有するダイヤモンドの電気抵抗率が、２０℃で１０１３Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項４】
前記電気伝導性を有するダイヤモンドのドーパントが、ボロン又はリンであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項５】
前記ダイヤモンド膜の一部の電気伝導性を有するダイヤモンドは、ダイヤモンド膜の全表面又は一部表面に形成されているものであって、厚みを２０μｍ以下としたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項６】
前記圧電材料膜の電気抵抗率が、２０℃で１０１４Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の弾性表面波デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイヤモンドを利用した弾性表面波（ＳＡＷ；  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ）デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＡＷデバイスは、圧電体（圧電材料膜、圧電材料基板）の上に形成した櫛型電極（ＩＤＴ；  Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）に高周波信号（ＲＦ信号）を印加して弾性表面波を励振し、伝搬された信号を再びＲＦ信号に変換して、特定の周波数を選びだす素子である。帯域通過フィルタや共振器として、光通信、衛星通信、移動体通信などに広く使用されており、通信のキーデバイスである。通常のＳＡＷデバイスには、水晶、酸化亜鉛、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）、タンタル酸リチウム（ＬＴ）などの圧電材料が用途に応じて用いられている。
【０００３】
ところで、ＳＡＷデバイスの適応中心周波数ｆ０は、弾性表面波の伝播速度Ｖと櫛型電極周期λとを用いて、ｆ０＝Ｖ／λで表されることが知られている。そこで、通信の高周波化の要求に対しては、櫛型電極周期λをより短いものとすること、すなわち、櫛型電極パターンを微細化することで対応してきた（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、微細化に伴う線幅制御の困難性や線幅が細くなることによる劣化の進行が問題となっていた。
【０００４】
そこで、最近の通信の急速な高周波化の要求に対しては、櫛型電極パターンの微細化だけではなく、弾性表面波の伝播速度Ｖの高速化で対応する必要に迫られた。具体的には、サファイアやダイヤモンドの様な高弾性の材料を基材上に製膜し、その膜の上に圧電材料薄膜を形成した構造の基板を用いて、高速度の弾性表面波を利用することで対応した（例えば、特許文献２参照。）。中でもダイヤモンドは物質中最高の弾性定数を有し、圧電材料を積層しても１０，０００ｍ／ｓ以上の伝播速度（Ｖ）を実現できる唯一の材料である。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−２８３９０号公報
【特許文献２】
特開平２−２０９１０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ダイヤモンドをＳＡＷデバイスに利用した場合、ＳＡＷデバイス製造工程では、基板表面に静電気が生じて、基板が破損し、デバイス製造歩留りが低下するという問題が生じていた。また、仕上がったＳＡＷデバイスの実使用時においても、長時間の使用により、ＳＡＷデバイス表面が帯電するという問題がある。この表面電荷は、自然と短絡して、火花放電と関連して、著しい処理または性能の欠陥を引き起こし、さらにはＳＡＷデバイスの亀裂さえも引き起こす可能性がある。
【０００７】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、ダイヤモンドを利用した弾性表面波デバイスであっても、デバイス製造工程では、静電気が発生することによる基板の破損を防ぐことができて、デバイス製造歩留りを向上させることが可能であり、また、実使用時には、帯電を防止して高性能を長時間維持することが可能な弾性表面波デバイスを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、弾性表面波デバイスであって、基材上に、少なくとも、ダイヤモンド膜、圧電材料膜、電極を具備し、前記ダイヤモンド膜の全部又は一部はドーパントがドープされた電気伝導性を有するダイヤモンドであることを特徴とする弾性表面波デバイスを提供する（請求項１）。
【０００９】
このように、ダイヤモンド膜の全部又は一部がドーパントがドープされた電気伝導性を有するダイヤモンドであれば、ダイヤモンドの高弾性という優れた特性を生かしつつ、ＳＡＷデバイスの製造工程において、基板表面への静電気蓄積を抑えることができるため、基板の破損を防ぐことができ、デバイス歩留りを向上させることができる。さらに、ＳＡＷデバイスの実使用時においても、ＳＡＷデバイス表面の帯電を防ぐことができ、高性能を長寿命で維持できる。
【００１０】
この場合、前記ダイヤモンド膜が、気相合成されたものとすることができる（請求項２）。
【００１１】
このように、ダイヤモンド膜は、例えば、気相合成法により製膜することができ、またドープガスを用いることにより電気伝導性を付与するのも容易である。
【００１２】
この場合、前記電気伝導性を有するダイヤモンドの電気抵抗率が、２０℃で１０１３Ω・ｃｍ以下であるのが好ましい（請求項３）。
【００１３】
このように、電気伝導性を有するダイヤモンドの電気抵抗率が、２０℃で１０１３Ω・ｃｍ以下であれば、ＳＡＷデバイスの製造工程で、静電気の発生を確実に防ぐことができ、また、ＳＡＷデバイスの実使用時においても、長時間の間、確実に帯電を防止することができる。
【００１４】
また、前記電気伝導性を有するダイヤモンドのドーパントが、ボロン又はリンであるのが好ましい（請求項４）。
【００１５】
このように、電気伝導性を有するダイヤモンドのドーパントが、ボロン又はリンであれば、これらのドーパントは比較的容易にダイヤモンドにドープすることができるため、ダイヤモンドの電気抵抗率を、所望の電気抵抗率に制御することが簡単にできる。
【００１６】
この場合、前記ダイヤモンド膜の一部の電気伝導性を有するダイヤモンドは、ダイヤモンド膜の全表面又は一部表面に形成されているものであって、厚みを２０μｍ以下としたものであるのが好ましい（請求項５）。
【００１７】
このように、ダイヤモンド膜の一部の電気伝導性を有するダイヤモンドは、ダイヤモンド膜の全表面又は一部表面に形成されているものであって、厚みを２０μｍ以下としたものであれば、ＳＡＷデバイスの製造工程で、静電気の発生を防止することが十分に可能であり、また、ＳＡＷデバイスの実使用時においても、長時間の間、帯電を防止することが十分に可能である。しかも、電気伝導性を付与するためにドープするドーパントの量を減らすことができるため、ダイヤモンドの結晶性低下を最小限に抑えることができるし、また、コスト低減の効果もある。
【００１８】
この場合、前記圧電材料膜の電気抵抗率が、２０℃で１０１４Ω・ｃｍ以下であるのが好ましい（請求項６）。
【００１９】
このように、圧電材料膜の電気抵抗率が、２０℃で１０１４Ω・ｃｍ以下であれば、ＳＡＷデバイスの製造工程で、静電気の発生をより確実に防止することができ、また、ＳＡＷデバイスの実使用時においても、電荷蓄積をより確実に抑えることができる。
【００２０】
以下、本発明について説明する。
本発明者らは、絶縁性のダイヤモンドを利用したＳＡＷデバイスは、ＳＡＷデバイス製造工程で、基板表面に静電気を生じ易く、また、ＳＡＷデバイスの実使用時には、圧電材料の焦電気応答又は圧電気応答により、ＳＡＷデバイスの温度変化に応じて、あるいはＳＡＷデバイスに加えられた機械的応力に応じて、ＳＡＷデバイス表面を帯電させ易いことに注目した。
【００２１】
そこで、本発明者らは、鋭意研究及び検討を重ねた結果、デバイス製造工程で、静電気の発生を防ぎ、また、デバイスの実使用時に、長時間の間、帯電を防止するには、絶縁性のダイヤモンドのみをＳＡＷデバイスに用いるのではなく、ドーパントをドープして電気伝導性を付与したダイヤモンドを用いれば効果的であることに想到し、本発明を完成させたものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明の弾性表面波デバイスは、基材上に、少なくとも、ダイヤモンド膜、圧電材料膜、電極を具備し、前記ダイヤモンド膜の全部又は一部はドーパントがドープされた電気伝導性を有するダイヤモンドであるものである。
【００２３】
このような本発明の弾性表面波デバイスの一例を図１に示す。
この弾性表面波デバイス１０は、シリコンウェーハ等の基材１１上に、ダイヤモンド膜１２、圧電材料膜１３が設けられ、該圧電材料膜１３の上に、更にアルミ等からなる櫛型電極１４が設けられたものである。本発明では、ダイヤモンド膜１２の全部又は一部にドーパントをドープして電気伝導性を付与したものとしている。
この弾性表面波デバイス１０は、左側の電極１４に入力された高周波信号を、表面弾性波１５に変換し、右側の電極１４で再度高周波信号に変換する過程で、特定の周波数を選び出している。
【００２４】
このように、ダイヤモンド膜の全部又は一部がドーパントがドープされた電気伝導性を有するダイヤモンドであれば、ダイヤモンドの高弾性という優れた特性を生かしつつ、ＳＡＷデバイスの製造工程において、基板表面への静電気蓄積を効果的に抑えることができるため、基板の破損を防ぐことができ、デバイス製造歩留りを向上させることができる。さらに、ＳＡＷデバイスの実使用時においても、ＳＡＷデバイス表面の帯電を効果的に防ぐことができ、高性能を長寿命で維持できる。尚、ダイヤモンド膜の全部がドーパントをドープされて電気伝導性を有するダイヤモンドであれば、該ダイヤモンド膜の製膜工程を単純化できるため、極めて容易に製膜可能であるという利点がある。ただし、表面電荷の蓄積を防止し、静電気の発生を防止するためには、少なくともダイヤモンド膜の表面が電気伝導性を有するものであれば良い。したがって、表層のみドーパントをドープして電気伝導性を付与するようにしても良い。これによって、バルク部のダイヤモンド膜の品質低下を防止でき、高い弾性特性を有するものとできる利点がある。
【００２５】
このようなダイヤモンド膜の製膜方法としては、例えば気相合成法がある。ここでは、気相合成法によりダイヤモンド膜を製膜する方法について説明する。
まず、ダイヤモンド膜を基材上に製膜する際には、基材表面上にダイヤモンド粒子を存在させることで、ダイヤモンドの核発生密度を高くでき、気相合成ダイヤモンド膜の形成が容易となる。そこで、薄くても均一な連続膜を得るために、基材表面にダイヤモンド懸濁液の塗布、ダイヤモンド懸濁液での超音波処理、ダイヤモンド粒子でのスクラッチ処理等によって、ダイヤモンド粒子を基材表面に種つけする前処理を行うことが有効である。
【００２６】
このような前処理をした基材上に、例えば、ＤＣアーク放電、ＤＣグロー放電、燃焼炎、高周波（ＲＦ）、マイクロ波、熱フィラメント等をエネルギー源として用いた気相合成法によりダイヤモンド膜を製膜することができる。特に、マイクロ波ＣＶＤ法および熱フィラメントＣＶＤ法は、大面積でしかも結晶性の良いダイヤモンド膜を製膜することができるので好ましい。
【００２７】
マイクロ波ＣＶＤ法によりダイヤモンド膜を製膜する方法について、図２に示したマイクロ波ＣＶＤ装置を参照して説明する。
このマイクロ波ＣＶＤ装置２０は、ガス導入管２１とガス排出管２２を備えたチャンバー２３内に、ヒーター等の加熱体が装着されたステージ２５が配置されている。そして、チャンバー２３内にプラズマを発生できるように、マイクロ波電源２７が導波管２８を介してマイクロ波導入窓２４に接続されている。
【００２８】
このマイクロ波ＣＶＤ装置２０を用いてダイヤモンド膜の製膜を行うには、先ずダイヤモンド膜の製膜を行う基材２６をステージ２５上に載置し、その後チャンバー２３内を不図示のロータリーポンプで排気して減圧する。次に、所望流量の原料ガス（例えば、メタン＋水素）をガス導入管２１からチャンバー２３内に導入する。この時、例えば、所定のドーパントの元素を含むガス（例えば、Ｂ（ＯＣＨ３）３、ジボラン、ホスフィン）を、原料ガスに添加することで、ダイヤモンドにドーパントをドープすることが可能である。次に、ガス排出管２２のバルブを調節してチャンバー２３内を所定気圧にした後、マイクロ波電源２７および導波管２８からマイクロ波を印加してチャンバー２３内にプラズマを発生させ基材２６上にダイヤモンド膜を製膜する。ドーパントガスの導入をＣＶＤ反応の後半でのみ導入するようにすれば、ダイヤモンド膜の表面のみが導電性を有するものとすることができる。
【００２９】
本発明の弾性表面波デバイスは、以上のように製膜したダイヤモンド膜の全部又は一部を、電気伝導性を有するダイヤモンドとしているものだが、この電気伝導性を有するダイヤモンドの電気抵抗率が、２０℃で１０１３Ω・ｃｍ以下であるのが好ましく、この範囲の電気抵抗率であれば、ＳＡＷデバイスの製造工程で、静電気の発生を効果的に防ぐことができ、また、ＳＡＷデバイスの実使用時においても、長時間の間、確実に帯電を防止することができる。
【００３０】
また、電気伝導性を有するダイヤモンドのドーパントが、ボロン又はリンであるのが好ましい。これらのドーパントは比較的容易にダイヤモンドにドープすることができるため、ダイヤモンドの電気抵抗率を、所望の電気抵抗率に高精度で制御することが簡単にできるからである。
【００３１】
ボロン又はリン等のドーパントをダイヤモンドにドープするには、例えば、ダイヤモンド膜の製膜法がマイクロ波ＣＶＤ法であれば、上述のようにドーパントの元素を含むガスを、原料ガスに添加することでドープすれば良い。
また、ダイヤモンド膜を製膜した後で、イオン注入法等により、ドーパントをダイヤモンドにドープすることも可能である。
【００３２】
さらに、本発明の弾性表面波デバイスにおいては、ダイヤモンド膜の膜厚は、０．１μｍ〜４０．０μｍの範囲であるのが好ましい。ダイヤモンド膜の膜厚が、０．１μｍ以上であれば、高周波に対応したＳＡＷデバイスとして十分に機能することができるし、また、厚さは４０．０μｍあれば十分であり、４０．０μｍより厚い場合と比較して、同等の性能を維持したままで、原料の節約、製膜時間の短縮が達成でき、コストの低減を図ることができるからである。
【００３３】
また、ＳＡＷデバイスの製造工程で、静電気が基板の表面に発生し、また、ＳＡＷデバイスの実使用時には、デバイス表面に帯電することが問題となっているのであるから、これらの現象を防ぐには、特に、ダイヤモンド膜の一部の電気伝導性を有するダイヤモンドは、ダイヤモンド膜の全表面又は一部表面に形成されているものであって、厚みを２０μｍ以下としたものであるのが、より効率的であり、好ましい。このようにすることで、少なくとも表面の一部で電気伝導性を有するので、ＳＡＷデバイスの製造工程で、静電気の発生を防止することが可能であり、また、ＳＡＷデバイスの実使用時においても、長時間の間、帯電を防止することが十分に可能である。しかも、電気伝導性を付与するためにドープするドーパントの量を減らすことができるため、ダイヤモンドの結晶性低下を最小限に抑えることができ、したがって高弾性特性を維持できるとともに、コスト低減の効果もある。
【００３４】
本発明の弾性表面波デバイスに使用する圧電材料膜としては、例えば、ＺｎＯ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、水晶等を挙げることができる。
特に、この圧電材料膜の電気抵抗率が、２０℃で１０１４Ω・ｃｍ以下であるものが好ましい。この範囲の電気抵抗率であれば、ダイヤモンドに導電性を付与することによる効果も加わり、ＳＡＷデバイスの製造工程で、静電気の発生をより確実に防止することができ、また、ＳＡＷデバイスの実使用時においても、電荷蓄積をより確実に抑えることができるからである。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明を実施例および比較例を挙げて具体的に説明する。
（実施例１）
直径１００ｍｍ、厚さ２ｍｍ、方位＜１００＞の両面研磨単結晶シリコンウェーハを基材として用意した。
そして、この基材上に、前処理工程、製膜工程を経てダイヤモンド膜を製膜した。
【００３６】
前処理工程では、ダイヤモンドの核発生密度を向上させるために、基材に前処理を行う。
先ず、基材をスピン塗布装置に真空吸着し、表面にダイヤモンド粒子の懸濁液（平均粒径５０ｎｍクラスターダイヤモンド）を５０ｍｌ滴下した。
次に、基材を３０００ｒ．ｐ．ｍ．で３０秒間回転させて表面のダイヤモンド粒子の懸濁液を均一塗布状態とした。その後自然乾燥させて基材表面にダイヤモンドの種付け層を形成した。
【００３７】
上記前処理工程後の製膜工程では、前処理した基材上にダイヤモンド膜を製膜する。
先ず、図２に示したマイクロ波ＣＶＤ装置２０のチャンバー２３内のステージ２５上に基材２６をセットした。
次に、ロータリーポンプで１０−３Ｔｏｒｒ以下の減圧状態に排気した後、メタンガス、水素ガス、Ｂ（ＯＣＨ３）３ガスからなる原料ガスをガス導入管２１から供給した。各ガスは、メタンガス４０．０ｓｃｃｍ、水素ガス９４０．０ｓｃｃｍ、Ｂ（ＯＣＨ３）３ガス２０．０ｓｃｃｍでチャンバー２３内に導入し、体積比率を、メタンガス／水素ガス／Ｂ（ＯＣＨ３）３ガス＝４．０／９４．０／２．０とした。
次に、ガス排出管２２のバルブを調節してチャンバー２３内を２０Ｔｏｒｒとして、マイクロ波電源２７により３０００Ｗのマイクロ波を印加してプラズマを発生させ、ボロンドープダイヤモンド膜の製膜を９５時間かけて行った。この製膜時に、基材はマイクロ波吸収で発熱し、表面温度は８６０℃に達していた。
次に、この様にして得られたボロンドープダイヤモンド膜の表面を、研磨加工して仕上げた。研磨加工後、中央３５ｍｍ角領域では、ダイヤモンド膜の膜厚が３０μｍ、表面粗さがＲａで３ｎｍであり、当該ダイヤモンド膜の電気抵抗率値を測定したところ、２０℃で０．６Ω・ｃｍであった。
【００３８】
更に、このダイヤモンド膜上にスパッタ法でＺｎＯ膜を、１．０μｍの厚さまで製膜した。この製膜は、ＺｎＯをターゲットとしたＲ．Ｆ．マグネトロンスパッタ装置で行った。
【００３９】
続いて、このＺｎＯ膜上に、やはりスパッタ法で櫛型電極となるＡｌ層を、０．２μｍの厚さまで製膜した。この製膜は、ＡｌをターゲットとしたＲ．Ｆ．マグネトロンスパッタ装置で行った。
【００４０】
その後、Ａｌ層を反応性イオンエッチングで１μｍの線幅にパターニング加工して、櫛型電極とした。そして、最後に、素子の切り出しを行い、パッケージしてＳＡＷデバイスを完成させた。
【００４１】
その結果、ＳＡＷデバイスの製造工程においては、基板にチャージアップは発生せず、破損の問題もなかった。
また、以上のように製造したボロンドープの導電性ダイヤモンドを使用したＳＡＷデバイスを実使用したところ、使用開始から２，０００時間を超えても全く問題なく動作した。
【００４２】
（比較例１）
ダイヤモンド膜の製膜工程において、ボロン源であるＢ（ＯＣＨ３）３を原料ガスに添加しないことのみを除いて、実施例１と同様の方法でＳＡＷデバイスを製造した。この場合、ダイヤモンド膜の電気抵抗率は、２×１０１４Ω・ｃｍであった。
【００４３】
その結果、ＳＡＷデバイスの製造工程においては、基板にチャージアップが発生して、多数の基板が破損していた。
また、このＳＡＷデバイスを実使用したところ、使用開始から約１００時間のところで帯電が原因の火花放電が発生して、回路に異状を起こし動作不可能となった。
【００４４】
以上のことから明らかなように、実施例１のＳＡＷデバイスでは、ドーパントがドープされた電気伝導性を有するダイヤモンドを利用することで、ＳＡＷデバイス製造工程において、基板表面への静電気蓄積を抑えることができ、結果として、基板の破損を防ぐことができることが判る。
また、ＳＡＷデバイスの実使用時においても、実施例１のＳＡＷデバイスは、デバイス表面の帯電を防ぐことができ、比較例１のＳＡＷデバイスと比較して、かなりの長時間の間、高性能を維持できることが判る。
【００４５】
尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ダイヤモンドをＳＡＷデバイスに使用する場合に、絶縁性のダイヤモンドのみを使用するのではなく、ドーパントがドープされた電気伝導性を有するダイヤモンドをダイヤモンド膜の全部又は一部で使用することで、ＳＡＷデバイス製造工程での静電気蓄積を抑え、基板の破損やデバイス歩留まりを向上させることができる。また、仕上がったＳＡＷデバイスの実使用時においても、ＳＡＷデバイス表面の帯電を防ぐことができ、高性能を長寿命で維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＳＡＷデバイスの一例を示す概略図である
【図２】マイクロ波ＣＶＤ装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１０…弾性表面波デバイス、  １１…基材、  １２…ダイヤモンド膜、
１３…圧電材料膜、  １４…櫛型電極、  １５…表面弾性波、
２０…マイクロ波ＣＶＤ装置、  ２１…ガス導入管、  ２２…ガス排出管、
２３…チャンバー、  ２４…マイクロ波導入窓、  ２５…ステージ、
２６…基材、  ２７…マイクロ波電源、  ２８…導波管。
【図１】
2004336600.tif 000003
【図２】
2004336600.tif 000004