(57)【要約】【課題】  バンプ材料の圧電性基板への拡散防止を図りつつ、超音波接合時の圧電性基板の割れを防止することができる表面弾性波素子、表面弾性波装置、表面弾性波デュプレクサ、及び表面弾性波素子の製造方法を提供すること。【解決手段】  本発明の表面弾性波素子１２は、圧電性基板１５と、この圧電性基板上に形成された櫛形電極３１と、外部の電極４５とバンプ２６を介して電気的に接続されるべき層であって、櫛形電極３１と電気的に接続されたパッド下地層２２とを備えている。そして、上記のパッド下地層２２は、単結晶アルミニウムで形成されると共に、Ｃｕ，Ｔａ，Ｗ，及びＴｉのうち少なくとも１種類の金属が偏析している。【選択図】  図１
2005191923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電性基板と、
前記圧電性基板上に形成された櫛形電極と、
外部の電極とバンプを介して電気的に接続されるべき層であって、前記櫛形電極と電気的に接続されたパッド下地層と、を備え、
前記パッド下地層は、単結晶アルミニウムで形成されると共に、Ｃｕ，Ｔａ，Ｗ，及びＴｉのうち少なくとも１種類の金属が偏析していることを特徴とする表面弾性波素子。
【請求項２】
前記パッド下地層の上に、嵩上げ電極が設けられていることを特徴とする請求項１記載の表面弾性波素子。
【請求項３】
前記櫛形電極と一体的に形成された配線の一部が、前記パッド下地層と前記嵩上げ電極層とに挟まれていることを特徴とする請求項２記載の表面弾性波素子。
【請求項４】
前記嵩上げ電極は、Ａｌ又はＡｕからなることを特徴とする請求項２又は３記載の表面弾性波素子。
【請求項５】
前記圧電性基板の材料の格子定数と前記パッド下地層の材料の格子定数との間の格子定数を有する材料で構成されたバッファ層が、前記圧電性基板と前記パッド下地層との間に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のうち何れか一項記載の表面弾性波素子。
【請求項６】
前記バッファ層を構成する材料は、ＴｉＮ又はＴｉであることを特徴とする請求項５記載の表面弾性波素子。
【請求項７】
前記圧電性基板の材料は、タンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムであることを特徴とする請求項１〜６のうち何れか一項記載の表面弾性波素子。
【請求項８】
前記偏析した金属の粒径は、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜７のうち何れか一項記載の表面弾性波素子。
【請求項９】
表面弾性波素子と、前記表面弾性波素子が搭載される面に電極端子が形成された実装基板とを備える表面弾性波装置であって、
前記表面弾性波素子は、
圧電性基板と、
前記圧電性基板上に形成された櫛形電極と、
前記実装基板の前記電極端子とバンプを介して電気的に接続されると共に、前記櫛形電極と電気的に接続されたパッド下地層と、を有し、
前記パッド下地層は、単結晶アルミニウムで形成されると共に、Ｃｕ，Ｔａ，Ｗ，及びＴｉのうち少なくとも１種類の金属が偏析していることを特徴とする表面弾性波装置。
【請求項１０】
表面弾性波素子を有する表面弾性波デュプレクサであって、
前記表面弾性波素子は、
圧電性基板と、
前記圧電性基板上に形成された櫛形電極と、
外部の電極とバンプを介して電気的に接続されるべき層であって、前記櫛形電極と電気的に接続されたパッド下地層と、を備え、
前記パッド下地層は、単結晶アルミニウムで形成されると共に、Ｃｕ，Ｔａ，Ｗ，及びＴｉのうち少なくとも１種類の金属が偏析していることを特徴とする表面弾性波デュプレクサ。
【請求項１１】
Ａｌ合金のスパッタリングによって、Ｃｕ，Ｔａ，Ｗ，及びＴｉのうち少なくとも１種類の金属が偏析している単結晶アルミニウムのパッド下地層を圧電性基板上に形成するステップと、
前記パッド下地層に電気的に接続された櫛形電極を前記圧電性基板上に形成するステップと、
を含むことを特徴とする表面弾性波素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面弾性波素子、表面弾性波装置、表面弾性波デュプレクサ、及び表面弾性波素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、誘電体を用いたフィルタや共振子に替わって、表面弾性波装置の一種である表面弾性波フィルタや表面弾性波共振子が、携帯電話、コードレス電話等の移動体通信機器の高周波回路に採用されることが多くなっている。これは、表面弾性波フィルタは、誘電体フィルタに比べて寸法が小さいことや、同一寸法における電気特性が高いこと等の理由によるものである。このような表面弾性波装置は、特に、８００MHｚから２ＧＨｚ前後の携帯電話端末機のＲＦ帯で多用されている。
【０００３】
表面弾性波装置は、主として、圧電性基板と、その表面に形成された金属膜からなる櫛形の電極パターンと、圧電性基板および電極パターンを収容するパッケージとから構成される。圧電性基板には、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、水晶などの単結晶材料が用いられ、特に、ＲＦ帯フィルタ用には、大きな電気機械結合係数を有する、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムが多用されている。より具体的には、６４°回転Ｙカットのニオブ酸リチウム単結晶がその電気機械結合係数の大きいことから、また３４°〜４４°回転Ｙカットのタンタル酸リチウム単結晶がその電気機械結合係数が大きくかつ周波数温度係数が比較的小さいことから多用されている。電極パターンには、アルミニウムなどが用いられる。パッケージには、セラミックや樹脂が使用され、その表面には金のパッド電極が形成される。
【０００４】
近年、表面弾性波装置は、小型薄型化を要求されつつある。この要求を満足させるために、パッケージの金パッド電極と、圧電性基板に形成された櫛形電極との接続方法は、ワイヤボンド実装から、フリップチップ実装を採るようになってきている。表面弾性波装置のフリップチップ実装には、ハンダバンプを溶融させて実装する方法と、金バンプを用いた超音波接合による実装方法がある。後者の超音波接合技術は、圧電性基板上に設けたパッド電極の上に金バンプを形成し、その金バンプとベース基板の金メッキ電極とを超音波にて接合する技術である。
【０００５】
パッド電極に金バンプを形成する方法として、アーク放電により金ワイヤーから金ボールを作製し、この金ボールに対して超音波を印加しながら荷重をかけて表面弾性波装置のパッド電極に押し付ける方法と、パッド電極に金メッキにより凸状の金バンプを形成する方法がある。前者の超音波を利用する方法では、パッド電極は、アルミニウム薄膜又は金薄膜等で形成する。
【０００６】
アルミニウムパッド電極は、例えば、圧電性基板上に櫛形電極用のアルミニウム薄膜を形成し、この上に、金バンプ材料の拡散防止用の拡散バリア層、及び、アルミニウムのパッドを積層した構造となる。また、このバリア層の材料としては、一般的にはＮｉＣｒ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉなどが使用される。このようなバリア層を設けた表面弾性波素子は、例えば下記特許文献１に開示されている。
【０００７】
金の拡散バリア層としては約２００ｎｍ程度の膜厚が必要である。もし、バリア層を形成しないと、金の拡散が圧電性基板まで進み、パッド電極と圧電性基板の界面で剥離が発生する。フリップチップ実装では、バンプの接合が電気的導通を得ると共に、圧電性基板とパッケージとの接合強度を得ている。パッド電極と圧電性基板界面で剥離が生じた場合には、機械的な強度が劣化し、表面弾性波装置には耐衝撃性能が劣るという不具合が発生する。
【０００８】
金バンプ材料の拡散防止膜としては、上記材料の他にアルミニウムの自然酸化膜が有効である。アルミニウムの自然酸化膜は約５ｎｍ程度形成され、それ以上は進行しない。この自然酸化膜は、例えば、櫛形電極パターンをエッチングする際に大気中で自然に形成される。
【０００９】
ところで、表面弾性波装置の櫛形電極材料としては、アルミニウムと銅の合金を使用することが考えられる。この合金材料は、多結晶薄膜である。
【特許文献１】特開２００１−３１３３０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、本発明者らは、上記の多結晶アルミニウムの自然酸化膜は、多結晶粒の表面を覆っているため、局所的に厚みが異なる領域が発生することに着目した。このような多結晶アルミニウム合金の自然酸化膜を金等のバンプ材料の拡散防止層として使用した場合、自然酸化膜の厚みのバラツキにより、薄い部分から局所的に金の拡散が進んでしまい、拡散防止層として充分な機能を果たしているとは言い難い。
【００１１】
自然酸化膜の厚みのバラツキという問題を解消するために、本発明者らは、まず、単結晶アルミニウムを利用することを検討した。詳しくは、圧電性基板の上に粒界の無い単結晶アルミニウムを形成し、この単結晶アルミニウム表面を自然酸化させ、その上にパッド電極を形成するという手法である。このときのパッド電極近傍は、圧電性基板の上に形成された単結晶アルミニウム層、単結晶アルミニウムの自然酸化膜、及びパッド電極である金電極層あるいはアルミニウム電極層という積層構造になっている。
【００１２】
このような単結晶アルミニウムは、エピタキシャル成長によって形成することができる。この際、不純物が含まれない方が結晶性の良好な単結晶アルミニウムとなる。このため、本発明者らは、単結晶アルミニウムの形成に、純アルミニウムを使用することを試みた。
【００１３】
しかしながら、純アルミニウムを使用した場合、超音波フリップチップ接合時に、金バンプ下の圧電性基板の割れが発生した。この基板の割れは、機械強度を劣化させて、耐衝撃性能が劣るという不具合を招いてしまう。この割れの原因は解明されていないが、本発明者らは、単結晶アルミニウム電極と圧電性基板の格子のミスマッチにより発生する薄膜の大きな内部応力によるものと考えている。
【００１４】
本発明の課題は、バンプ材料の圧電性基板への拡散防止を図りつつ、超音波接合時の圧電性基板の割れを防止することができる表面弾性波素子、表面弾性波装置、表面弾性波デュプレクサ、及び表面弾性波素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
（１）本発明の表面弾性波素子は、圧電性基板と、この圧電性基板上に形成された櫛形電極と、外部の電極とバンプを介して電気的に接続されるべき層であって、櫛形電極と電気的に接続されたパッド下地層とを備えている。そして、上記のパッド下地層は、単結晶アルミニウムで形成されると共に、Ｃｕ，Ｔａ，Ｗ，及びＴｉのうち少なくとも１種類の金属が偏析している。
【００１６】
この表面弾性波素子においては、パッド下地層が粒界の無い単結晶アルミニウムで形成されているため、該パッド下地層に形成される自然酸化膜は厚みのバラツキが低減されている。このため、この自然酸化膜によって、バンプの材料が圧電性基板へ拡散する事態を防止することができる。
【００１７】
また、パッド下地層にＣｕ，Ｔａ，Ｗ，及びＴｉのうち少なくとも１種類の金属の偏析が生じており、このような偏析は、フリップチップ実装の超音波接合の際に圧電性基板に亀裂が入る事態を抑止することに有効であることが、発明者らの研究により新たに見出された。尚、本明細書中において金属の偏析とは、その原子のみが局所的に析出していること以外に、その金属が高濃度に含まれる合金が局所的に析出していることも含む意である。
【００１８】
本発明の表面弾性波素子において、上記パッド下地層の上に、嵩上げ電極が設けられていることが好ましい。この嵩上げ電極は、例えばＡｌ又はＡｕによって形成することができる。
【００１９】
このような構成を採用した場合、パッド下地層は、嵩上げ電極及びバンプを介して外部の電極と電気的に接続されることになる。この際、超音波接合により、バンプ材料が嵩上げ電極に拡散し、表面弾性波素子を外部の電極に対して強固に固定することができる。
【００２０】
また、櫛形電極と一体的に形成された配線の一部が、パッド下地層と嵩上げ電極層とに挟まれているように構成してもよい。
【００２１】
また、本発明の表面弾性波素子において、圧電性基板の材料の格子定数とパッド下地層の材料の格子定数との間の格子定数を有する材料で構成されたバッファ層が、圧電性基板とパッド下地層との間に設けられていることが好ましい。この場合、圧電性基板の材料とパッド下地層の材料との間の格子不整合がバッファ層により緩衝されるため、パッド下地層の形成時にアルミニウムが単結晶化しやすくなる。
【００２２】
また、圧電性基板の材料は、タンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムであることが好ましく、バッファ層を構成する材料は、ＴｉＮ又はＴｉであることが好ましい。更に、パッド下地層において偏析した金属の粒径は、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２３】
（２）本発明の表面弾性波デュプレクサは、表面弾性波素子を有する表面弾性波デュプレクサであって、表面弾性波素子は、圧電性基板と、圧電性基板上に形成された櫛形電極と、外部の電極とバンプを介して電気的に接続されるべき層であって、櫛形電極と電気的に接続されたパッド下地層とを備え、パッド下地層は、単結晶アルミニウムで形成されると共に、Ｃｕ，Ｔａ，Ｗ，及びＴｉのうち少なくとも１種類の金属が偏析していることを特徴とする。
【００２４】
この表面弾性波デュプレクサにおいては、パッド下地層が粒界の無い単結晶アルミニウムで形成されているため、該パッド下地層に形成される自然酸化膜は厚みのバラツキが低減されている。このため、この自然酸化膜によって、バンプの材料が圧電性基板へ拡散する事態を防止することができる。また、パッド下地層にＣｕ，Ｔａ，Ｗ，及びＴｉのうち少なくとも１種類の金属の偏析が生じているため、上記のように、フリップチップ実装の超音波接合の際に圧電性基板に亀裂が入る事態を抑止することができる。
【００２５】
（３）本発明の表面弾性波装置は、表面弾性波素子と、表面弾性波素子が搭載される面に電極端子が形成された実装基板とを備える表面弾性波装置であって、表面弾性波素子は、圧電性基板と、圧電性基板上に形成された櫛形電極と、実装基板の電極端子とバンプを介して電気的に接続されると共に、櫛形電極と電気的に接続されたパッド下地層とを有し、パッド下地層は、単結晶アルミニウムで形成されると共に、Ｃｕ，Ｔａ，Ｗ，及びＴｉのうち少なくとも１種類の金属が偏析していることを特徴とする。
【００２６】
この表面弾性波装置においては、パッド下地層が粒界の無い単結晶アルミニウムで形成されているため、該パッド下地層に形成される自然酸化膜は厚みのバラツキが低減されている。このため、この自然酸化膜によって、バンプの材料が圧電性基板へ拡散する事態を防止することができる。また、パッド下地層にＣｕ，Ｔａ，Ｗ，及びＴｉのうち少なくとも１種類の金属の偏析が生じているため、上記のように、フリップチップ実装の超音波接合の際に圧電性基板に亀裂が入る事態を抑止することができる。
【００２７】
（４）本発明の表面弾性波素子の製造方法は、Ａｌ合金のスパッタリングによって、Ｃｕ，Ｔａ，Ｗ，及びＴｉのうち少なくとも１種類の金属が偏析している単結晶アルミニウムのパッド下地層を圧電性基板上に形成するステップと、パッド下地層に電気的に接続された櫛形電極を圧電性基板上に形成するステップとを含むものである。
【００２８】
このような製造方法で得られた表面弾性波素子においては、パッド下地層が粒界の無い単結晶アルミニウムで形成されているため、該パッド下地層に形成される自然酸化膜は厚みのバラツキが低減されている。このため、この自然酸化膜によって、バンプの材料が圧電性基板へ拡散する事態を防止することができる。また、パッド下地層にＣｕ，Ｔａ，Ｗ，及びＴｉのうち少なくとも１種類の金属の偏析が生じているため、上記のように、フリップチップ実装の超音波接合の際に圧電性基板に亀裂が入る事態を抑止することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、バンプ材料の圧電性基板への拡散防止を図りつつ、超音波接合時の圧電性基板の割れを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る表面弾性波素子、表面弾性波装置、表面弾性波デュプレクサ、及び表面弾性波素子の製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、同一要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。
【００３１】
図１は、本発明に係る表面弾性波装置の一実施形態を示す概略断面図である。図１に示すように、本発明に係る表面弾性波装置１０は、表面弾性波素子１２と、この表面弾性波素子１２が搭載される実装基板１４と、表面弾性波素子１２を封止するカバー１６とを備えている。
【００３２】
表面弾性波素子１２の図中下面には、櫛形電極３１及びこれに電気的に接続されたパッド電極２０が形成されている。パッド電極２０の詳細は後述する。尚、図１では櫛形電極を模式的に描いており、より詳細な構成は図２に示す。一方、実装基板１４の表面弾性波素子１２が搭載される面１４ａには、表面弾性波素子１２の動作に必要な電圧を印加するための金メッキ電極（電極端子）４５が形成されている。そして図に示すように、表面弾性波素子１２は実装基板１４にフリップチップ実装されており、対応する表面弾性波素子１２のパッド電極２０と実装基板１４の金メッキ電極４５とはＡｕバンプ２６を介して接続されている。
【００３３】
カバー１６は、表面弾性波素子１２を密封封止して保護するための部材であり、表面弾性波素子１２の側面を四方から囲むダム部１６Ａと、表面弾性波素子１２の図中上面を覆うキャップ部１６Ｂの２つの部材で構成されている。ダム部１６Ａ及びキャップ部１６Ｂは、例えばＢＴ樹脂によって形成することができる。
【００３４】
次に、図２及び図３を参照して、表面弾性波素子１２をより詳細に説明する。図２は、表面弾性波素子１２の平面図であり、図３は、図２のIII-III方向の断面図である。
【００３５】
表面弾性波素子１２は、圧電性基板１５と、この上に形成された７つの表面弾性波共振子３０と、圧電性基板の周縁に配された６つのパッド電極２０とを備えている。
【００３６】
圧電性基板１５は、タンタル酸リチウム製単結晶基板や、ニオブ酸リチウム製単結晶基板とすることができる。また、本発明でいう圧電性基板とは、全体が圧電性材料からなる基板に限られず、非圧電性材料からなる基板上に圧電性薄膜を形成したものを含む意である。
【００３７】
表面弾性波共振子３０は、櫛形電極３１とこれを挟む一対の反射器３２，３２とによって構成されている。櫛形電極３１は、圧電性基板１５に表面弾性波を励振するためのものであり、反射器３２は、共振を起こすためのものである。櫛形電極３１は、例えばアルミニウム、又は、アルミニウムとＣｕ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｔａ，Ｗ等との合金によって形成することができる。また、アルミニウムとＣｕ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｔａ，Ｗ等との合金の膜を複数積層させた積層膜としてもよい。反射器３２は、例えば櫛形電極と同様の材料で形成することができる。尚、電極パターンは図２に示したものに限られず、表面弾性波共振子３０の数、配線パターン等は適宜変更することができる。但し、図２に示したように点対称の関係を有するような電極パターンを採用することにより、表面弾性波素子１２を実装基板１４上にフリップチップ実装した際、表面弾性波素子１２の重心と圧電性基板１５の重心とを鉛直方向において一致させられるため、表面弾性波素子１２の安定性を向上させることができる。また、櫛形電極３１の指数及びピッチ等についても適宜変更することができる。
【００３８】
パッド電極２０は、バッファ層２１、パッド下地層２２、導電層２３、及び嵩上げ電極２４をこの順で積層することにより構成されている。
【００３９】
パッド下地層２２は、櫛形電極３１とは一体形成されておらず、別体となっている。このため、パッド下地層２２と櫛形電極３１の膜厚をそれぞれ最適値に設定することができる。また、パッド下地層２２は、単結晶アルミニウムによって形成されていると共に、Ｃｕが偏析している。尚、本明細書における単結晶とは、粒界の全くない完全な単結晶以外に、わずかな粒界及び亜粒界を含む単結晶や高い配向性を有する多結晶も含む意である。また、パッド下地層２２の上面には、自然酸化膜が形成されている。パッド下地層２２は、外部の電極（ここでは図１の金メッキ電極４５）とバンプを介して電気的に接続されるべきものであり、また、表面弾性波共振子３０の櫛形電極３１と導電層２３を通じて電気的に接続されている。
【００４０】
導電層２３は、櫛形電極３１と一体的に形成された配線であり、この端部がパッド下地層２２に乗り上がり、パッド下地層２２と嵩上げ電極２４の間に挟まれた形になっている。尚、導電層２３がパッド下地層２２に乗り上がる領域を少なくし、パッド下地層２２と嵩上げ電極２４とが部分的に接するように構成してもよい。
【００４１】
嵩上げ電極２４は、例えばＡｌ又はＡｕ等で形成されており、その上面には自然酸化膜が形成される。
【００４２】
バッファ層２１は、圧電性基板１５の材料であるタンタル酸リチウムの格子定数と、パッド下地層２２の材料であるアルミニウムの格子定数の間の格子定数を有するＴｉＮで構成されている。このようなバッファ層２１を設けることにより、圧電性基板１５の材料とパッド下地層２２の材料との間の格子不整合が緩衝されるため、パッド下地層２２をエピタキシャル成長させる際にアルミニウムが単結晶化しやすくなる。バッファ層２１は格子不整合を緩衝できるものであればよく、ＴｉＮの他、Ｔｉ等によって形成してもよい。
【００４３】
次に、本実施形態の表面弾性波装置１０の製造方法を説明する。
【００４４】
最初に、図４のフローチャートを参照して、表面弾性波素子１２の製造過程を説明する。まず、３インチ径の圧電性基板１５を準備し、この圧電性基板１５の主面に水洗処理を施して不純物を除去した後、この洗浄された主面がターゲット材の方向を向くようにスパッタリング装置内にセットする。そして、純度９９．９％の金属チタンをターゲット材とし、窒素とアルゴンとの混合ガス雰囲気中でスパッタリングをおこない、圧電性基板１５の全面にＴｉＮバッファ層２１を成膜する（ステップ１０）。尚、以下の説明においては、ステップを「Ｓ」と略す。
【００４５】
次に、スパッタリング装置内を真空に保持したまま、ターゲット材を０．５ｗｔ％濃度でＣｕが添加されたＡｌ合金に変更して、圧電性基板１５上に厚さ３００ｎｍ程度の単結晶アルミニウム膜を成膜する（Ｓ２０）。この際、アルミニウム膜にはＣｕが偏析する。このアルミニウム膜は、後にパッド下地層２２となるものである。また、アルミニウム膜は、バッファ層２１上に形成するため、単結晶化されやすくなる。
【００４６】
次に、スパッタリング装置から圧電性基板１５を取り出し、バッファ層及びアルミニウム膜を公知のフォトリソグラフィ（エッチング等）技術を用いてパターニングし、所望パターンのパッド下地層２２を得る（Ｓ３０）。この際、パッド下地層２２は、作製する表面弾性波素子の個数（例えば、２００個）に対応する数だけ形成する。また、パッド下地層２２の表面には、大気中への暴露によってＡｌ2Ｏ3からなる自然酸化膜が形成される。この自然酸化膜は、粒界の無い単結晶アルミニウムからなるパッド下地層２２に形成されるため、厚みのバラツキが著しく低減されている。
【００４７】
次に、圧電性基板１５上に、櫛形電極３１となる層を成膜する（Ｓ４０）。その後、フォトリソグラフィ技術により、所望パターンの櫛形電極３１を得る（Ｓ５０）。この際、櫛形電極３１と共に、パッド下地層２２に端部が乗り上がった導電層２３を形成する。反射器３２は、櫛形電極３１と同時に形成してもよいし、別工程で形成してもよい。
【００４８】
次に、圧電性基板１５上に、嵩上げ電極２４となる層を例えばＡｌ等により成膜する（Ｓ６０）。その後、フォトリソグラフィ技術により、所望パターンの嵩上げ電極２４を得る（Ｓ７０）。これにより、パッド電極２０が仕上がり、表面弾性波素子１２が完成する。尚、嵩上げ電極２４には、大気の曝露によってその表面にＡｌ2Ｏ3からなる自然酸化膜が形成される。また、嵩上げ電極２４は、単層でなく、積層構造にしてもよい。積層構造としては、例えばクロム層とアルミニウム層の積層パターンが例示される。
【００４９】
続いて、表面弾性波装置の作製手順を説明する。
【００５０】
以上のようにして得られた表面弾性波素子１２の各嵩上げ電極２４の上に、バンプボンダによって、Ａｕ等からなる球状のバンプを形成する。そして、この球状のバンプに超音波振動を加えることにより、嵩上げ電極２４の表面に形成された自然酸化膜を突き破り、バンプ２６と嵩上げ電極２４とが接合される。
【００５１】
次に、バンプ２６が接合された表面弾性波素子１２を、ＢＴ樹脂製の実装基板１４上にフリップチップ実装する。すなわち、表面弾性波素子１２のバンプ２６が形成された面を実装基板１４の素子搭載面１４ａと対向させた状態（図１に示す状態）で、バンプ２６と実装基板１４の金メッキ電極４５とが接触するように位置合わせをおこないつつ表面弾性波素子１２を実装基板１４上に搭載する。
【００５２】
そして、表面弾性波素子１２を実装基板１４上に搭載した後、コレット（図示せず）で表面弾性波素子１２を真空吸着により支持すると共に実装基板１４の面方向に超音波振動させて、バンプ２６と金メッキ電極４５とを接合する。最後に、圧電性基板１５上に、格子状パターンのＢＴ樹脂製ダム部プレート（厚さ０．４ｍｍ）と、同じくＢＴ樹脂製の平板状キャッププレート（厚さ０．２ｍｍ）を被せて複数の表面弾性波素子１２を密封封止した後、ダイシング加工することにより、複数の表面弾性波装置１０が完成する。ダイシング加工により、ダム部プレートはダム部１６Ａとなり、平板状キャッププレートはキャップ部１６Ｂとなる。尚、実装基板１４とダム部プレート（ダム部１６Ａ）との間、及び、ダム部プレートとキャッププレート（キャップ部１６Ｂ）との間は、樹脂接着剤で接着される。
【００５３】
上述したように、表面弾性波素子１２を実装基板１４上にフリップチップ実装する際、表面弾性波素子１２には、嵩上げ電極２４上のバンプ２６と金メッキ電極４５とを接合するための超音波振動が加えられる。この振動は、例えば振幅約１μｍで０．５秒程度加えられる。本発明者らは、不純物を含まない単結晶アルミニウム製の電極膜を成膜して作製する表面弾性波装置では、このような振動が表面弾性波素子１２に加えられた場合、金バンプが形成された領域及びその周辺領域の圧電性基板１５に亀裂が入り易いことを見出した。このような亀裂は、表面弾性波装置の断線不良や特性劣化等の原因となるため、極力発生しない方が好ましい。一方、本実施形態のように、パッド下地層成膜用のターゲット材としてＣｕを添加したアルミニウムを用いた場合には、このような亀裂の発生が抑制される。
【００５４】
本発明者らは、鋭意研究の結果、このように圧電性基板１５の亀裂が抑制される理由は、ターゲットに添加されたＣｕがパッド下地層の単結晶アルミニウム内に偏析していることにあることを見出した。すなわち、図５に示したＴＥＭ写真で認められるパッド下地層２２中のＣｕ偏析により、超音波振動に起因する亀裂の発生が抑制される。ここで図５は、パッド下地層中に析出したＣｕ偏析の状態を示したＴＥＭ写真である。尚、偏析している原子の特定にはＥＤＳ（エネルギ分散スペクトロスコピー）分析装置を用い、Ｃｕの偏析であることを確認した（図６参照）。ここで図６は、図５に示したｂ点におけるＥＤＳ定性分析結果（ＥＤＳスペクトル）を示したグラフである。このグラフの横軸は特性Ｘ線のエネルギー（ｋｅＶ）であり、縦軸はＸ線強度（ｃｐｓ：ｃｏｕｎｔ−ｐｅｒ−ｓｅｃｏｎｄ）である。このグラフより、偏析した部分は、Ｃｕ又はＣｕ濃度が高いＡｌ−Ｃｕ合金であると考えられる。図５の（ａ）で観察される偏析部分の粒径は約４００ｎｍであるが、その他の粒径もおよそ１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲内にある。
【００５５】
また、このように超音波接合時の圧電性基板の割れを防止する効果に加えて、本実施形態によれば次のような効果も奏される。パッド下地層２２に形成された自然酸化膜に厚みのバラツキが生じると、なかには厚さが極端に薄くなる領域もあり、この領域を介してバンプ２６の材料がパッド下地層２２に拡散してしまう。そして、バンプ材料が圧電性基板１５とパッド下地層２２の界面に到達すると、両者が剥離し易くなり、表面弾性波素子１２の耐衝撃性が著しく低下する。これに対して本実施形態では、上述のようにパッド下地層２２が粒界の無い単結晶アルミニウムで形成されているため、該パッド下地層２２に形成される自然酸化膜は厚みのバラツキが低減されている。このため、自然酸化膜において厚みが極端に薄い部分は殆ど発生しなくなり、バンプの材料であるＡｕが圧電性基板１５へ拡散する事態を防止することができる。これにより、パッド下地層２２と圧電性基板１５の接合強度が高くなり、表面弾性波素子１２の耐衝撃性が向上する。
【００５６】
次に、図７を参照して、上述した表面弾性波素子１２を備えた表面弾性波デュプレクサについて説明する。同図は、本実施形態の表面弾性波デュプレクサを示した分解斜視図である。表面弾性波デュプレクサ４０は、携帯電話機の送信部と受信部のそれぞれに用いられる送信フィルタと受信フィルタの２つを、一つのアンテナを共用できるように分岐回路を使って１つのパッケージに収めた電子部品である。従って、この表面弾性波デュプレクサ４０は、対応周波数の異なる２つの表面弾性波素子１２を備えている。
【００５７】
そして、実装基板１４上に搭載された２つの表面弾性波素子１２を密封するように、上述したカバー１６が被されている。また、実装基板１４の表面弾性波素子１２搭載面の裏側には、方形波状の遅延回路が設けられた回路基板４２がそれぞれ絶縁プレート４４を介して２層積層されている。
【００５８】
このような表面弾性波デュプレクサ４０においても、表面弾性波素子１２のパッド下地層２２にＣｕの偏析が生じているため、圧電性基板１５に割れが生じる事態を抑止することができる。また、単結晶アルミニウムからなるパッド下地層に形成された自然酸化膜は厚みのバラツキが低減されているため、バンプの材料が圧電性基板へ拡散する事態を防止することができる。
【００５９】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、パッド下地層成膜用のターゲット材は、ＡｌにＣｕを添加したものに限定されず、Ｃｕ、Ｔａ、Ｗ及びＴｉのうちの一種類又は複数種類の金属をＡｌに添加したものであってもよい。この場合にも、圧電性基板１５上にスパッタリングされたパッド下地層内には上記金属の偏析が生じるため、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
次に、実施例に基づいて、本発明をより具体的に説明する。
【実施例１】
【００６１】
実施例１では、表面弾性波装置の強度測定を行った。
【００６２】
［実施例の表面弾性波装置］
まず、実施例の表面弾性波装置の製造過程を説明する。圧電性基板として３９°回転Ｙカットタンタル酸リチウム基板を準備し、この基板上にスパッタリング法により、ＴｉＮバッファ層及び単結晶アルミニウム膜を順次成膜した。この具体的な手順を以下に示す。まず、純度９９．９％の金属チタンをターゲット材として、窒素とアルゴンとの混合ガス雰囲気中において、圧電性基板上に厚さ４ｎｍのＴｉＮバッファ層を成膜した。基板上にＴｉＮバッファ層を成膜した後、スパッタリング装置内を真空に保持したまま、０．５ｗｔ％濃度のＣｕが添加されたアルミニウムをターゲット材として基板上に厚さ１００ｎｍ程度のアルミニウム膜を成膜した。
【００６３】
このアルミニウム膜をＴＥＭ観察した結果、図５に示したような不純物が単結晶アルミニウムの中に偏析していることが判明した。ＥＤＳ定性分析評価の結果から、この粒状の不純物は高密度のＣｕで構成されていることが明らかとなった。つまり、ターゲット材に含有されていたＣｕが、スパッタリングの際にアルミニウム原子と固溶せずに、アルミニウム膜の内部にＣｕ偏析として析出した。
【００６４】
このような単結晶アルミニウム膜を、一般的なフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングし、厚さ１００ｎｍのパッド下地層を形成した。具体的には、アルミニウム膜上にフォトレジストのマスクパターンを形成し、三塩化ホウ素（ＢＣｌ3）と塩素（Ｃｌ2）の混合ガスでアルミニウム膜及びバッファ層をドライエッチングしてパターニングした。
【００６５】
次に、パッド下地層を形成した圧電性基板に、櫛形電極となるアルミニウム層−Ｃｕ合金層を成膜した。その後、フォトリソグラフィ技術により、所望パターンの櫛形電極を得た。この際、パッド下地層に端部が乗り上がった導電層も形成した。
【００６６】
次に、導電層及び櫛形電極が形成された圧電性基板に、クロムとアルミニウムの積層膜を形成した。その後、この積層膜にフォトリソグラフィ技術を施すことにより、所望パターンの嵩上げ電極を得た。嵩上げ電極は、クロム１１０ｎｍ、アルミニウム５００ｎｍの積層体とした。次いで、この嵩上げ電極に、超音波接合技術により金バンプを接合した。
【００６７】
その後、このようにして得られた表面弾性波素子を、超音波接合によって実装基板にフリップチップ実装し、本実施例の表面弾性波装置を得た。この際、表面弾性波素子のバンプと実装基板の金メッキ電極とが接続されるようにした。
【００６８】
［比較例の表面弾性波装置］
比較例として、パッド下地層をスパッタリングで形成する際に、不純物を含まない純度９９．９９９％のアルミニウムをターゲット材として用いた表面弾性波素子を準備した。この比較例では、パッド下地層以外の構成は実施例のものと同じにし、超音波接合技術により嵩上げ電極の上には金バンプを接合した。その後、この表面弾性波素子を超音波接合によって実装基板にフリップチップ実装し、比較例の表面弾性波装置を得た。
【００６９】
［表面弾性波装置の強度試験］
実施例及び比較例の表面弾性波装置に対して、ダイシェア試験装置を利用して強度試験を行った。この際、フリップチップ実装時の超音波の印加時間及びパワーを種々変化させ、各条件で強度試験を実施した。強度試験では、実装基板にフリップチップした表面弾性波素子をシェアツールで接合部が破壊するまで徐々に荷重を上げて横から水平方向に押し、破壊の状況を確認した。図８（ａ）及び図８（ｂ）に、この結果を示す。
【００７０】
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、シェア強度試験を実施した後の破壊モードを「○」、「●」、「×」の印で示した表である。また、図８（ａ）は、ターゲット材にＣｕが添加された実施例の結果を示しており、図８（ｂ）は、ターゲット材に不純物を添加しなかった比較例の結果を示している。表中の「○」印は金バンプが破壊された理想的なモード、「●」印は圧電性基板に亀裂が入ったモード、「×」印は金バンプと実装基板の金メッキ電極との接合が不十分だったモードである。各表より、アルミニウム電極からなるバンプ下地層に何も偏析していない比較例の表面弾性波装置（図８（ｂ）参照）に比べ、バンプ下地層にＣｕが偏析している表面弾性波装置（図８（ａ）参照）の方が、フリップチップ実装において理想的な破壊モードである「○」印となる超音波の印加時間及びパワーの条件範囲が広いことがわかり、また不適当な破壊モードである「●」印となる条件範囲が狭いことがわかる。このことから、アルミニウム電極にＣｕが偏析することで、表面弾性波素子の圧電性基板に割れが生じる事態が大幅に改善されたことがわかる。
【実施例２】
【００７１】
実施例２では、パッド電極とバンプとの接合強度について実験を行った。まず、実施例１と同様にして作製した実施例及び比較例の表面弾性波装置をそれぞれ２０個用意した。そして、０．５ｍ、１．０ｍ、１．５ｍ、２．０ｍのそれぞれの高さから、コンクリート板上に３回落下させ、バンプ部分の断線不良発生数を調べた。
【表１】
2005191923.tif 000003
【００７２】
この表１の結果から、Ｃｕが偏析した単結晶アルミニウム層をパッド電極に含む表面弾性波装置（実施例）は、純アルミニウム層をパッド電極に含む表面弾性波装置（比較例）に比べて、バンプとパッド電極との接合強度が強化していることが分かった。
【００７３】
以上、本発明者らによってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、パッド下地層と櫛形電極とを接続する導電層は、その端部がパッド下地層に乗り上がる構成ではなく、パッド下地層と圧電性基板との境界に部分的に挿入された形状にしてもよい。また、電極層が嵩上げ電極の上に乗り上がる構成にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明に係る表面弾性波素子の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】表面弾性波素子の一実施形態を示す平面図である。
【図３】図２におけるIII-III方向の断面図である。
【図４】表面弾性波素子の製造過程を示すフローチャートである。
【図５】パッド下地層中に析出したＣｕ偏析の状態を示したＴＥＭ写真である。
【図６】図５に示したｂ点におけるＥＤＳ定性分析結果（ＥＤＳスペクトル）を示したグラフである。
【図７】本発明に係る表面弾性波デュプレクサの一実施形態を示す分解斜視図である。
【図８】図８（ａ）及び図８（ｂ）は、シェア強度試験を実施した後の破壊モードを示すグラフである。
【符号の説明】
【００７５】
１０…表面弾性波装置、１２…表面弾性波素子、１４…実装基板、１５…圧電性基板、１６…カバー、２０…パッド電極、２１…バッファ層、２２…パッド下地層、２３…導電層、２４…嵩上げ電極、２６…バンプ、３０…表面弾性波共振子、３１…櫛形電極、３２…反射器、４０…表面弾性波デュプレクサ、４２…回路基板、４４…絶縁プレート、４５…金メッキ電極。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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