(57)【要約】【課題】  弾性表面波素子の高耐電力化、低抵抗化、および低コスト化を同時に実現可能な電極構造を提供すること。【解決手段】  弾性表面波素子に設ける電極１０を、Tiの下地膜１２と主電極材料のAlにTiを添加した組成（Al-Ti）の上層膜１３とが順次積層された2層構造とし、上層膜１３の主電極材料であるAlに添加する異種金属元素を、下地膜１２の構成元素と同じTiとし、かつ、上層膜１３に添加されるTi濃度を0.4wt%以下とした。また、電極の比抵抗値が10μΩ・cm以下となるように上層膜１３と下地膜の膜厚を設定した。さらに、上層膜１３に、Ti以外の第２の異種金属であるMgまたはCuを0.5wt%以下の濃度で添加するようにした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板上に、少なくとも１つのインターディジタルトランスデューサを備えた弾性表面波素子であって、当該インターディジタルトランスデューサには、主成分であるAlに第１の異種金属であるTiが添加されたAi-Ti上層膜と、Tiを主成分とする下地膜とを積層させた２層構造の電極が設けられていることを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項２】
前記上層膜のTi添加濃度は、0.4wt%以下であることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波素子。
【請求項３】
前記上層膜と前記下地膜の組成と膜厚は、前記電極の比抵抗値が10μΩ・cm以下となるように設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の弾性表面波素子。
【請求項４】
前記上層膜には、Ti以外の第２の異種金属が0.5wt%以下の濃度で添加されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の弾性表面波素子。
【請求項５】
前記第２の異種金属は、MgまたはCuであることを特徴とする請求項4に記載の弾性表面波素子。
【請求項６】
前記第１の異種金属の添加濃度が0.3wt%以下であり、かつ、前記第２の異種金属の添加濃度が0.3wt%以下であることを特徴とする請求項４または５に記載の弾性表面波素子。
【請求項７】
前記第２の異種金属はCuであり、前記第１の異種金属の添加濃度が0.15wt%で、かつ、前記第２の異種金属の添加濃度が0.5wt%であることを特徴とする請求項５に記載の弾性表面波素子。
【請求項８】
前記弾性表面波素子は弾性表面波デュプレクサであることを特徴とする請求項１乃至７の何れか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技術に関し、特に、高耐電力化、低抵抗化、および低コスト化を可能とする弾性表面波デュプレクサ技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性表面波フィルタに代表される弾性表面波素子は、携帯電話等の移動通信機器に広く用いられている。特に近年では、移動通信機器の小型・薄型化を目的として、送信・受信信号を分離するためのアンテナ分波器を、誘電体素子から弾性表面波素子で置き換えようとする動きが活発になっている。アンテナ分波器には大電力が印加されるため、これに用いられる弾性表面波素子には高い耐電力性が不可欠とされ、弾性表面波素子を高耐電力化するための開発が行われてきた。
【０００３】
ところで、弾性表面波を励振・受信するインターディジタルトランスデューサ（Inter-Digital Transducer : IDT）に大電力が印加されると、その電極中ではストレスマイグレーションとエレクトロマイグレーションとが発生する。このとき、電極材料によってはこれらのマイグレーションにより電極破壊が起こり、その結果、弾性表面波素子の特性劣化を招く。したがって、弾性表面波素子の耐電力性はIDTに設けられる電極の材料に大きく依存することとなる。このような背景から、弾性表面波素子向けの電極材料の開発が活発になされてきた。
【０００４】
このような従来の電極材料の開発成果を、その原理により分類すると以下のようになる。第１に、電極材料としてのAlに異種金属を添加することで電極材料の強度を高める手法である（特許文献１および特許文献２など参照）。この手法では、主電極材料であるAlに、Cu、Ti、Ni、Mg、Pd等の耐マイグレーション特性（耐電力性）を向上させる金属元素を添加することで電極材料の強度を高めている。
【０００５】
第２に、電極材料であるAlの結晶粒のサイズを小さくすることで結晶粒界を多数形成し、これによって電極に作用する応力を構造的に緩和させる手法である（特許文献３および特許文献４参照）。この手法は、主電極材料のAlに、所定の2種類または3種類の元素を添加して結晶粒のサイズを小さくして粒界を多数発生させ、これにより応力を分散させて耐電力性の向上を図るものである。
【０００６】
第３に、薄い下地膜の上にAlの電極層を設けた２層構造とし、Al電極層の結晶配向の方向を一定とするか若しくは単結晶のAl層とすることで、電極の機械的強度を高める手法である（特許文献５乃至特許文献７参照）。具体的には、圧電基板上に極薄のTi膜あるいはCr膜を下地膜として形成し、その上に主電極材料であるAlの電極層を一定の結晶方向に配向させて形成して、Al電極層の耐電力性を向上させている。
【０００７】
そして、第４に、電極を３層以上の積層構造とすることで電極の強度を高める手法である（特許文献８乃至特許文献１３参照）。具体的には、下地膜と、Alを主成分とする膜と、Al以外の材料の金属膜などとを、3層以上積層させた多層電極構造とし、これにより機械的強度を高めている。
【０００８】
しかしながら、これら第１乃至第４の従来の手法では、現時点で弾性表面波素子に対して求められている特性（主として、高耐電力化、低抵抗化、および低コスト化の3点）を満足することが困難となってきている。その理由は下記のとおりである。弾性表面波素子の周波数帯域は、従来は800MHz〜1GHzが主流であったのに対して現在は1.8〜2GHzであり、2倍程度の高周波化が進んでいる。その結果、IDTの電極指幅は従来の1/2以下、電極膜厚もまた1/2以下になっている。電極指寸法が小さくなると耐電力性が低下するため、電極材料自体の耐電力をさらに向上させる必要がある。また、電極指幅および膜厚がそれぞれ1/2以下になったことで電極の断面積が1/4以下となり、電気抵抗は4倍以上に増加する。電気抵抗が高くなると弾性表面波素子の通過特性が劣化するため、電気抵抗の増加は極力避けることが必要である。さらに、移動通信機器の普及により低コスト化が促進されているため、弾性表面波素子も低コスト化する必要がある。ここで、上述した第1乃至第4の方法によりこのような要求を満足させることが可能かどうかを考察してみる。
【０００９】
先ず、第１および第２の方法の電極は単層構造であるため、十分な耐電力を得るためには主電極材料であるAlに相当量の不純物を添加する必要があるが、このような不純物の添加は電気抵抗の増加を招く結果となる。
【００１０】
次に、第３の方法に関しては、単に極薄の下地膜上に高い配向性のAl膜を設けるだけでは十分な耐電力性は得られず、特許文献１４に記載されているように、下地膜を厚く形成して電極全体の厚みに対する膜厚比率を大きくすることでのみ要求を満たすことができる。しかしながら、下地膜としてよく用いられるTiの比抵抗は、電極の主材料であるAlの比抵抗と比較して約20倍も高く、Ti下地層を厚く形成すると電極の電気抵抗を増大させてしまう結果となる。
【００１１】
さらに、第４の方法による電極は３層以上の多層構造を有するため、電極形成工程（成膜やエッチングなど）が頻雑となって高コスト化を招くことに加え、比較的低抵抗な主電極材料であるAlの電極全体に占める比率が低くなることにより電極の電気抵抗が増大してしまう。
【００１２】
このように、従来の手法では、現時点で弾性表面波素子に対して求められている、高耐電力化、低抵抗化、および低コスト化といった要求を全て満足することは困難である。
【特許文献１】特開昭62-163408号公報
【特許文献２】特開昭64-80113号公報
【特許文献３】特開平8-32404号公報
【特許文献４】特開平8-148966号公報
【特許文献５】特開平5-90268号公報
【特許文献６】特開平10-93368号公報
【特許文献７】再公表特許WO99/16168号公報
【特許文献８】特開平4-288718号公報
【特許文献９】特開平9-223944号公報
【特許文献１０】特願平7-122961号公報
【特許文献１１】米国特許第5909156号明細書
【特許文献１２】再発行出願第38278号明細書
【特許文献１３】再発行出願第38002号明細書
【特許文献１４】特開2002-368568号明細書
【特許文献１５】特開平6-6173号公報
【特許文献１６】特開平5-206776号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、弾性表面波素子の高耐電力化、低抵抗化、および低コスト化を同時に実現可能な電極構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、かかる課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、圧電基板上に、少なくとも１つのインターディジタルトランスデューサを備えた弾性表面波素子であって、当該インターディジタルトランスデューサには、主成分であるAlに第１の異種金属であるTiが添加されたAi-Ti上層膜と、Tiを主成分とする下地膜とを積層させた２層構造の電極が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の弾性表面波素子において、前記上層膜のTi添加濃度は、0.4wt%以下であることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の弾性表面波素子において、前記上層膜と前記下地膜の組成と膜厚は、前記電極の比抵抗値が10μΩ・cm以下となるように設定されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の弾性表面波素子において、前記上層膜には、Ti以外の第２の異種金属が0.5wt%以下の濃度で添加されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項4に記載の弾性表面波素子において、前記第２の異種金属は、MgまたはCuであることを特徴とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の弾性表面波素子において、前記第１の異種金属の添加濃度が0.3wt%以下であり、かつ、前記第２の異種金属の添加濃度が0.3wt%以下であることを特徴とする。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の弾性表面波素子において、前記第２の異種金属はCuであり、前記第１の異種金属の添加濃度が0.15wt%で、かつ、前記第２の異種金属の添加濃度が0.5wt%であることを特徴とする。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７の何れかに記載の弾性表面波素子において、前記弾性表面波素子は弾性表面波デュプレクサであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、弾性表面波素子に設ける電極を、Tiの下地膜と主電極材料のAlにTiを添加した組成（Al-Ti）の上層膜とが順次積層された2層構造とし、上層膜の主電極材料であるAlに添加する異種金属元素を、下地膜の構成元素と同じTiとし、かつ、上層膜に添加されるTi濃度を0.4wt%以下としたので、弾性表面波素子の高耐電力化、低抵抗化、および低コスト化を同時に実現可能な電極構造を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の弾性表面波素子はセラミックなどのパッケージに搭載され、素子とパッケージとはワイヤやバンプなどで接続される。上記パッケージはセラミック以外のものであってもよく、素子表面に空間を確保して樹脂封止されてもよい。また、このような素子は、単体でパッケージングされる以外に、モジュール基板に他のディスクリート部品と共に搭載されて実装されるようにしてもよい。
【００２４】
図１は、本発明の弾性表面波素子が備えている電極構造を説明するための図で、この電極１０は圧電基板１１上に、Tiの下地膜１２と、主電極材料のAlにTiを添加した組成（Al-Ti）の上層膜１３とが順次積層された2層構造とされている。ここで、電極構造を2層構造としているのは次のような理由による。上述した第１乃至第４の手法による電極構成のうち、耐電力性の向上、電極の低抵抗化、および低コスト化のすべてを満足するための電極構成としては、２層構造が最適であると考えられる。なぜならば、第１及び第２手法の単層構造で十分な耐電力性を確保するためには、主電極材料のAlに対して相当量の添加物を加える必要があり、電気抵抗の増加を招いてしまう。また、第４の手法の3層以上の多層構造では、一般に電極膜の成膜工程およびエッチング工程は、それぞれ膜層数回必要となるため製造プロセスが頻雑になるとともに、各層の厚さの精密制御が要求されるために歩留まりの劣化を招き、低コスト化が難しいと考えられるからである。しかしながら、単純に２層構造としても、即座に上記３つの課題を同時に解決することは難しいのは上述したとおりである。
【００２５】
そこで、本発明においては、電極１０を、Tiの下地膜１２と主電極材料のAlにTiを添加した組成（Al-Ti）の上層膜１３とが順次積層された2層構造とし、上層膜１３の主電極材料であるAlに添加する異種金属元素を、下地膜１２の構成元素と同じTiとしている。
【００２６】
従来、主電極材料のAlに数重量パーセントのCuを添加して上層膜を形成する例（例えば特許文献１４を参照）が知られているが、一般にCuをRIE（Reactive Ion Etching）法でエッチングすることは困難であり、このため、数wt%のCuを含有したAl-Cu上層膜のRIE条件とTiの下地膜のRIE条件とを異なる条件とする必要があり製造プロセスが頻雑になっていた。
【００２７】
これに対して、下地膜１２の構成元素と同じTiを主電極材料のAlに添加して上層膜１３を形成することとすると、AlとTiがともに塩素ガスを用いたRIEによりエッチング可能であるために、Al-Tiの上層膜１３とTiの下地膜１２を積層させた2層構造の電極指は、RIE条件を変えることなく連続した一度のRIEで形成可能となる。したがって、下地膜の構成元素であるTiとは異なる金属元素（例えばCu）を主電極材料のAlに添加して上層膜を形成した従来構造の電極に比較して、低コスト化を図ることが可能となる。このような構造の電極（指）をIDTに備えたフィルタは、例えば、図２、図３、および図４に示すような分波器（デュプレクサ）の構成要素として用いられる。
【００２８】
図２は、送信側及び受信側ともラダー型弾性表面波フィルタを使用した分波器であって、ラダー型弾性表面波フィルタを構成する各共振器２０は１ポート弾性表面波共振器であり、IDT２１と、その両側に設けた反射器２２、２３とからなる。
【００２９】
図３に示した分波器は、ラダー型弾性表面波フィルタ３２と縦結合２重モード型弾性表面波フィルタ３３を有する。ラダー型弾性表面波フィルタ３２は分波器の送信フィルタであり、縦結合２重モード型弾性表面波フィルタ３３は受信フィルタである。これらのフィルタ３２と３３は異なる帯域中心周波数を有する。ラダー型弾性表面波フィルタ３２の一端は共通端子に接続され、他端は個別端子（送信側端子）に接続されている。同様に、縦結合２重モード型弾性表面波フィルタ３３の一端は整合回路を介して共通端子に接続され、他端は個別端子（受信側端子）に接続されている。ここで、送信フィルタが複数の１ポート弾性表面波共振器２０をラダー型に接続したラダー型弾性表面波フィルタ３２であるのに対し、受信フィルタが縦結合２重モード型弾性表面波フィルタ３３で構成されている。ここで、ラダー型弾性表面波フィルタ３２は送信フィルタであり、縦結合２重モード型弾性表面波フィルタ３３は受信フィルタである。受信フィルタ３３は、複数の２重モード型弾性表面波フィルタ（２つの２重モード型弾性表面波フィルタ３４と３５：以下、ＤＭＳ（Ｄｕａｌ Ｍｏｄｅ ＳＡＷ）フィルタと略す）を並列に接続した回路構成である。ＤＭＳフィルタ３４と３５の各々は、例えば、３つのインターディジタルトランスデューサ（以下、ＩＤＴと略す）３６、３７及び３８と、２つの反射器３９と４０を有する。なお、便宜上、ＤＭＳフィルタ３５の各部の参照番号を省略してある。ＩＤＴ３６、３７及び３８は弾性表面波の伝搬方向に隣り合うように配置される。反射器３９と４０は例えばグレーティング反射器であって、ＩＤＴ３９と４０に隣り合うように配置されている。ＤＭＳフィルタ３５も同様に構成されている。２つのＤＭＳフィルタ３４と３５は、次のように並列に接続されている。ＤＭＳフィルタ３４と３５の夫々のＩＤＴ３６の一方のすだれ状電極（くしの歯状電極などとも呼ばれる）は共通に接続され、整合回路の一端に接続されており、他方のすだれ状電極は接地されている。ＤＭＳフィルタ３４のＩＤＴ３７と３８の夫々の一方のすだれ状電極は相互に接続され、更に同様に接続されたＤＭＳフィルタ３５のＩＤＴ３７と３８の夫々の一方のすだれ状電極に接続されているとともに、受信側端子に接続されている。ＩＤＴ３７と３８の他方の電極は接地されている。
【００３０】
図４に示す分波器は、図３に示した分波器の受信フィルタ３３をバランス（差動）出力となるように接続を変えたものである。この受信フィルタを、図４では受信フィルタ４５として示す。図３で接地されていたＩＤＴ３７のすだれ状電極をＤＭＳフィルタ３４と３５間で相互に接続するとともに、新たに設けた受信側端子４６に接続する。この受信側端子４６ともう一つの受信側端子４７とを介して、バランス出力が得られる。
【００３１】
ところで、本発明者らが行った実験によれば、下地膜１２にTiを用いた2層電極構造とする場合には、上層膜１３の主電極材料であるAlにTiを微量添加すると、AlにCuを添加したAl-Cu上層膜を備えている従来のAl-Cu/Tiの2層電極構造に比較して、その耐電力を大幅に高め得ることが判明した。なお、本発明者らの行った実験では、本発明の電極構造と従来構造の電極構造の下地膜のTiの比率をともに全体膜厚の24%とし、従来電極の上層膜の組成をAl-0.5wt%Cuとし、本発明のTi添加Al-Ti上層膜の組成をAl-0.15wt%Tiとした。このような上層膜組成としたのは、これらの2つの電極構造の電気抵抗を概ね等しくするためである。
【００３２】
これらの構造の電極を、通過帯域が1.9GHz帯である4段構成のラダー型弾性表面波フィルタに形成してそれらの耐電力性を評価した。耐電力評価法としては、環境温度85℃とし、1.2Wの電力（連続波）を3.5dB通過帯域の高周波端に印加し、3.5dB帯域幅が5%減少する寿命を測定した。その結果、Al-0.15wt%Ti／Tiの2層電極を備える本発明のラダー型弾性表面波フィルタは、従来のAl-0.5wt%Cu／Tiの2層電極を備えるラダー型弾性表面波フィルタと比較して、5倍以上の寿命をもつことが確認された。すなわち、上層膜の主電極材料AlへのTi添加量は、Cu添加量の1/3以下であるにもかかわらず5倍以上の耐電力性が得られ、Ti下地膜を有する2層構造のAl上層膜にTiを添加することが高耐電力化に極めて有効であることが判明した。なお、Tiを添加した方が高耐電力であるという結果は、従来の単層電極構造の耐電力結果（特許文献１５の表１を参照）とは逆であり、本発明者らの検討により初めて明らかにされた知見である。しかしながら、AlにTiを加えすぎると電気抵抗が急激に増加するという問題がある。
【００３３】
図５は、上層膜の主電極材料のAlにTiあるいはCuを添加したときの電極の比抵抗変化を説明するための図である。ここで、電極は2層構造とし、下地Ti膜の比率を全体膜厚の24%としている。この図から、Cu添加の場合と比較して、Ti添加した電極の比抵抗増加率は極めて高く、僅かなTi添加でも電極の比抵抗を急激に増大させてしまうということがわかる。しかしながら、上述したように、Ti下地膜を用いた2層構造で、かつ、上層膜をAl-Ti膜とした場合には、上層膜にCu添加した場合の添加量の1/3以下のTi添加量で5倍以上の耐電力向上が得られる。つまり、Ti添加ではCu添加の15倍以上の耐電力向上効果が認められることになるため、その添加量は微量で十分であり、添加量（と膜厚）を適切な値に設定するようにすれば上記の比抵抗増加の問題は回避可能である。本発明者らの検討によれば、上層膜の主電極材料Alに添加するTi濃度を0.4wt%以下とすることで電極の比抵抗値を10μΩ・cm以下とすることができることを見出した。
【００３４】
図６は、通過帯域が1.8〜2GHzである弾性表面波素子向けの電極（単層Alの場合180nm）での、Ti下地膜厚と上層膜中のTi濃度に対する比抵抗変化の様子を説明するための図である。なお、Ti下地膜厚を変更した場合、上層膜厚も変化させて電極全体の質量は一定に保つようにしている。ここで、良好な弾性表面波素子を作製するには、電極の比抵抗は10μΩ・cm以下であることが望ましい。また、電極全体としての主成分がAlとなるようにTi下地膜の膜厚比率を全体の50%以下に制限することとすると、図６に示した結果から、Ti添加濃度を0.4wt%以下にする必要があることがわかる。
【００３５】
図７は、通過帯域が0.8〜1GHzである弾性表面波素子向けの電極（単層Alの場合430nm）での、Ti下地膜厚と上層膜中のTi濃度に対する比抵抗変化を説明するための図である。この図から、Ti濃度0.4wt%以下であれば比抵抗を10μΩ・cm以下にすることができることがわかる。すなわち、上層膜中のTi添加濃度を0.4wt%以下にすれば、高耐電力で低抵抗な弾性表面波素子を作製できる。また、このような条件で弾性表面波素子を作製した場合、特許文献１６に記載されているような、低抵抗化のためのアニールプロセスが不要となり、低コストのままで低抵抗化が達成できる。
【００３６】
また、本発明者らの行った実験によれば、上層膜のAlに添加する異種金属をTiだけではなく、第2の異種材料を微量添加したとしても、その重量濃度が0.5wt%以下ならRIE条件を変更することなく電極形成が可能であることが判明した。すなわち、0.5wt%以下の第2の異種材料をAlに添加することでさらに耐電力を向上させることが可能となる。なお、このような第2の異種材料としては、高耐電力化が可能でAlに添加したときの抵抗増加が顕著ではないMgやCuが有効である。
【００３７】
さらに、Alに添加されるTiおよび第2の異種材料の濃度を0.3wt%以下にすれば、高耐電力性と更なる低抵抗を実現できる。これに加えて、上層膜へのTi添加量が0.3wt%以下であるなら、図６および図７に示したように、Ti下地膜の比率0〜50%のほぼすべての範囲で比抵抗が10μΩ・cm以下を満足するため、Ti膜比率および上層膜のTi添加量の設計自由度が増し、さらに望ましい。
【００３８】
以下に、実施例により本発明をより詳細に説明する。
【実施例１】
【００３９】
42°Y−X：LiTaO3基板を用い、通過帯域が1.9GHz帯である4段構成のラダー型弾性表面波フィルタを作製した。本実施例のフィルタの電極はAl-0.15wt%Ti/Tiの2層構造とし、Ti下地膜の膜厚比率は24%である。また、比較のため、上層膜をAl-0.5wt%Cuとした従来電極を備えたラダー型弾性表面波フィルタも作製した。なお、これらのフィルタの電極は何れも、上層膜と下地Ti膜に対するRIE条件を変えることなく、連続した一度のRIEで形成されている。
【００４０】
図８は、これら2種類の4段構成ラダー型弾性表面波フィルタの耐電力性を評価した結果を説明するための図で、横軸は3dB通過帯域の高周波端部に印加される電力（W）であり、縦軸は当該電力を印加した状態で通過帯域幅が5%だけ劣化する時間（寿命:h）である。この図に示した結果から明らかなように、Al-0.15wt%Ti/Tiの2層構造の電極を備えた本実施例の4段構成ラダー型弾性表面波フィルタでは、従来構造の電極(Al-0.5wt%Cu/Tiの2層構造)を備えた4段構成ラダー型弾性表面波フィルタよりも寿命が約1桁のびており、高耐電力化が実現されていることが確認できる。
【実施例２】
【００４１】
42°Y−X：LiTaO3基板を用い、通過帯域が800MHz帯である4段構成のラダー型弾性表面波フィルタを作製した。電極構造はAl-0.15wt%Ti-0.3wt%Cu/Tiの２層構造とし、下地Ti膜の膜厚比率は42%である。また、比較のため、上層膜をAl-0.5wt%Cuとした従来電極を備えた弾性表面波フィルタも作製した。なお、これらのフィルタの電極は何れも、上層膜と下地Ti膜に対するRIE条件を変えることなく、連続した一度のRIEで形成されている。
【００４２】
図９は、これら2種類の4段構成ラダー型弾性表面波フィルタの耐電力性を評価した結果を説明するための図で、縦軸は、電力（連続波）を3dB通過帯域の高周波端部に印加した場合の、3dB帯域幅が5%だけ劣化する時間（寿命:h）である。この図に示した結果から明らかなように、Al-0.15wt%Ti-0.3wt%Cu/Tiの2層構造の電極を備えた本実施例の4段構成ラダー型弾性表面波フィルタでは、従来構造の電極(Al-0.5wt%Cu/Tiの2層構造)を備えた4段構成ラダー型弾性表面波フィルタよりも寿命が約5倍（印加電力2.0Wの時）にのびており、高耐電力化が実現されていることが確認できる。
【実施例３】
【００４３】
42°Y−X：LiTaO3基板を用い、通過帯域が1.9GHz帯である多重モード結合型弾性表面波フィルタを作製した。電極構造はAl-0.15wt%Ti-0.5wt%Cu/Tiの2層構造とし、Ti下地膜の膜厚比率は24%である。また、比較のため、上層膜をAl-1wt%Cuとした従来電極を備えた弾性表面波フィルタも作製した。なお、これらのフィルタの電極は何れも、上層膜と下地Ti膜に対するRIE条件を変えることなく、連続した一度のRIEで形成されている。
【００４４】
図１０は、これら2種類の4段構成ラダー型弾性表面波フィルタが備える電極の断面の様子を説明するための透過電子顕微鏡像（TEM像）で、図10(a)は本実施例の4段構成ラダー型弾性表面波フィルタが備えるAl-0.15wt%Ti-0.5wt%Cu/Tiの2層構造の電極の断面TEM像であり、図10(b)は従来電極（Al-1wt%Cu/Tiの2層構造の電極）の断面TEM像である。
【００４５】
図10(b)に示すように、従来電極（Al-1wt%Cu/Tiの2層構造の電極）では、Cuを多く（1wt%）含有する上層膜と下地Ti膜のエッチング速度が異なるため、上層膜と下地膜の界面に相当する側部に「くびれ」が発生している。これに対して、本実施例の弾性表面波フィルタが備えるAl-0.15wt%Ti-0.5wt%Cu/Tiの2層構造電極では、図10(a)に示すように、上層膜と下地膜の界面に相当する側部に「くびれ」がない理想的な断面形状を有する電極が得られている。なお、このような「くびれ」のない電極形状は、上層膜への第2の添加物であるCuの濃度が0.5wt%以下の場合に得られることが確認されている。
【００４６】
図１１は、これら2種類の4段構成ラダー型弾性表面波フィルタの耐電力性を評価した結果を説明するための図で、縦軸は、0.1Wの電力（連続波）を4dB通過帯域の低周波端部に印加し、かつ5分ごとに印加電力を0.05Wづつ増加させた場合の、4dB帯域幅が5%だけ劣化する電力値（W）である。この図に示した結果から明らかなように、Al-0.15wt%Ti-0.5wt%Cu/Tiの2層構造電極の電極を備えた本実施例の4段構成ラダー型弾性表面波フィルタでは、従来構造の電極(Al-1wt%Cu/Tiの2層構造の電極)を備えた4段構成ラダー型弾性表面波フィルタよりも耐電力値が約1.2倍高くなっており、高耐電力化が実現されていることが確認できる。
【実施例４】
【００４７】
42°Y−X：LiTaO3基板を用い、通過帯域が1.9GHz帯である4段構成のラダー型弾性表面波フィルタを作製した。電極構造はAl-0.3wt%Ti/Tiの2層構造とし、Ti下地膜の膜厚比率は12%である。また、比較のために、上層膜をAl-0.5wt%Cuとした弾性表面波フィルタも作製した。
【００４８】
図12は、これら2種類の4段構成ラダー型弾性表面波フィルタの耐電力性を評価した結果を説明するための図で、縦軸は、電力（連続波）を3.5dB通過帯域の高周波端部に印加した場合の、3.5dB帯域幅が5%だけ劣化する時間（寿命:h）である。この図に示した結果から明らかなように、Al-0.3wt%Ti/Tiの2層構造の電極を備えた本実施例の4段構成ラダー型弾性表面波フィルタでは、従来構造の電極(Al-0.5wt%Cu/Tiの2層構造)を備えた4段構成ラダー型弾性表面波フィルタよりも寿命が約1桁のびており、高耐電力化が実現されていることが確認できる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、弾性表面波素子の高耐電力化、低抵抗化、および低コスト化を同時に実現可能な電極構造を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の弾性表面波素子が備えている電極構造を説明するための図である。
【図２】送信側及び受信側ともラダー型弾性表面波フィルタを使用した分波器の構成を説明するための図である。
【図３】ラダー型弾性表面波フィルタと縦結合２重モード型弾性表面波フィルタを有するた分波器の構成を説明するための図である。
【図４】図３に示した分波器の受信フィルタをバランス（差動）出力となるように接続を変えた構成の分波器を説明するための図である。
【図５】上層膜の主電極材料のAlにTiあるいはCuを添加したときの電極の比抵抗変化を説明するための図である。
【図６】通過帯域が1.8〜2GHzである弾性表面波素子向けの電極（単層Alの場合180nm）での、Ti下地膜厚と上層膜中のTi濃度に対する比抵抗変化の様子を説明するための図である。
【図７】通過帯域が0.8〜1GHzである弾性表面波素子向けの電極（単層Alの場合430nm）での、Ti下地膜厚と上層膜中のTi濃度に対する比抵抗変化を説明するための図である。
【図８】実施例１の4段構成ラダー型弾性表面波フィルタの耐電力性を評価した結果を説明するための図である。
【図９】実施例２の4段構成ラダー型弾性表面波フィルタの耐電力性を評価した結果を説明するための図である。
【図１０】実施例２の4段構成ラダー型弾性表面波フィルタが備える電極の断面の様子を説明するための透過電子顕微鏡像である。
【図１１】実施例３の4段構成ラダー型弾性表面波フィルタの耐電力性を評価した結果を説明するための図である。
【図１２】実施例４の4段構成ラダー型弾性表面波フィルタの耐電力性を評価した結果を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０  電極
１１  圧電基板
１２  下地膜
１３  上層膜
２０  共振器
２１、３６、３７、３８  IDT
２２、２３  反射器
３２  ラダー型弾性表面波フィルタ
３３  縦結合２重モード型弾性表面波フィルタ
３４、３５２重モード型弾性表面波フィルタ
３９、４０  反射器
４５  受信フィルタ
４６、４７  受信側端子
【図１】
2005347892.tif 000003
【図２】
2005347892.tif 000004
【図３】
2005347892.tif 000005
【図４】
2005347892.tif 000006
【図５】
2005347892.tif 000007
【図６】
2005347892.tif 000008
【図７】
2005347892.tif 000009
【図８】
2005347892.tif 000010
【図９】
2005347892.tif 000011
【図１０】
2005347892.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2005347892.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成16年6月8日(2004.6.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
圧電基板上に、少なくとも１つのインターディジタルトランスデューサを備えた弾性表面波素子であって、当該インターディジタルトランスデューサには、主成分であるAlに第１の異種金属であるTiが添加されたAl-Ti上層膜と、Tiを主成分とする下地膜とを積層させた２層構造の電極が設けられていることを特徴とする弾性表面波素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明は、かかる課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、圧電基板上に、少なくとも１つのインターディジタルトランスデューサを備えた弾性表面波素子であって、当該インターディジタルトランスデューサには、主成分であるAlに第１の異種金属であるTiが添加されたAl-Ti上層膜と、Tiを主成分とする下地膜とを積層させた２層構造の電極が設けられていることを特徴とする。