(57)【要約】【課題】  弾性波素子に使用する電極の耐電力性と耐腐食性の問題を、電気特性の劣化が少なく同時に解決できる弾性波素子の製造方法を提供する。【解決手段】  圧電基板１上に、Ａｌよりも大きい拡散係数と酸化反応の標準生成自由エネルギーを持つ元素を、Ａｌと混合した状態で成膜し、前記金属膜を用いて弾性波素子用電極を作製し、前記電極を酸素雰囲気中で熱処理を行う。【選択図】        図１
2005167859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板上にＡｌ合金電極を形成した弾性波素子の製造方法において、
Ａｌよりも大きい拡散係数と酸化反応の標準生成自由エネルギーを持つ元素をＡｌと混合した状態で金属膜を成膜する工程と、前記金属膜を用いて弾性波素子用電極を作製する工程と、前記電極を酸素雰囲気中で熱処理する工程を備えたことを特徴とする弾性波素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の弾性波素子の製造方法において、
Ａｌよりも大きい拡散係数と酸化反応の標準生成自由エネルギーを持つ元素として、Ｍｇ、Ｂａ、Ｃａ、Ｂｅ、ＣｅおよびＬｉのうち、少なくとも一つの元素を使用して弾性波素子用電極を作製したことを特徴とする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、無線通信装置等に使用される弾性波素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
準マイクロ波帯を使用した携帯電話等の無線通信システム用デバイスとして弾性波を使用した共振子、フィルタおよびデュプレクサが使用されている。この弾性波素子には、その電気的特性を得るために配線幅および配線間隔が１μｍ以下のＡｌ配線を用いた櫛形電極が使用される。この櫛形電極に高い電力の高周波信号が加わると、櫛形電極中のＡｌ原子に高周波電流による電気的マイグレーションと、櫛形電極が振動することによる機械的マイグレーションが発生する。このマイグレーションによる櫛形電極の劣化に伴い、耐電力性が劣化する。それに伴い前記デバイス特性が劣化するという問題が発生する。
【０００３】
また、前記櫛形電極に電極作製工程中や保管中の水分やガスなどが付着すると、Ａｌ電極がそれらと化合物を形成し腐食されてしまう。このときも前記同様に櫛形電極の劣化に伴うデバイス特性劣化という問題が発生する。
【０００４】
以上より弾性波素子用の電極には、電気特性を維持した状態で耐電力性と耐腐食性を向上した電極製造方法が必要とされている。
【特許文献１】特開平１０−７５１４１号公報
【特許文献２】特開２００１−１１９２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記の課題のうち耐電力性の向上を目的として以下のような方法が提案されている。
【０００６】
特許文献１においては、弾性表面波素子の製造方法として、圧電基板上に弾性表面波素子用の櫛形電極の主導体であるＡｌ電極成膜後、その上にＭｇ電極を形成する方法が示されている。この方法では、櫛形電極作製は真空蒸着法を用いたリフトオフ法により行っている。その後、電極の熱処理を真空中で行うが、この熱処理によってＭｇがＡｌ電極側に拡散する。拡散したＭｇが、前記の高周波電流印加時や電極振動によるＡｌのマイグレーションを妨げ、櫛形電極の耐電力性が向上するというものである。しかし、電極腐食の問題については改善されていない。
【０００７】
特許文献２では、圧電基板を用いた弾性表面波素子及びその製造方法として、ＡｌにＭｇを含んだ膜の上下からＡｌにＣｕを含んだ膜で挟みこみ、その膜を圧電基板上に作製する方法が示されている。この膜を作製した後、真空中あるいは不活性ガス中で熱処理を行い、ＭｇをＡｌ−Ｃｕの電極層へ拡散させている。ここでＡｌに含まれているＭｇあるいはＣｕの量を固溶解度以上にしておくと、熱処理時にＡｌに固溶しきれないＣｕとＭｇが粒界拡散し、Ａｌ−Ｃｕ膜内でＡｌ、Ｃｕ、Ｍｇの３成分からなる合金が形成される。これはジュラルミンと同一成分であり、この合金により機械的強度の改善とマイグレーションの防止がされ、耐電力性が向上できるというものである。しかし、この電極の場合も前記特許文献１と同様に熱処理による酸化膜等が電極表面には作製されないため、腐食性については改善されていない。
【０００８】
以上のように前記特許文献では、耐電力性の改善については述べられているが、耐腐食性についての改善は不十分である。そこで本発明は、耐電力性と耐腐食性の問題を、電気特性の劣化が少なく同時に解決できる弾性波素子の製造方法を提供することを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明では、圧電基板上にＡｌ合金電極を形成する弾性波素子の製造方法において、Ａｌよりも大きい拡散係数と酸化反応の標準生成自由エネルギーを持つ元素をＡｌと混合した状態で成膜する工程と、前記金属膜を用いて弾性波素子用電極を作製する工程と、前記電極を酸素雰囲気中で熱処理を行う工程を備える弾性波素子の製造方法とした。
【００１０】
まずＡｌよりも大きい拡散係数を持つ元素を含むことにより、拡散係数の大きいＡｌ以外の元素が、Ａｌの移動の妨げとなって耐電力性を向上することができる。
【００１１】
また電極を構成するＡｌと、Ａｌよりも大きい拡散係数と酸化反応の標準生成自由エネルギーを持つ元素を真空蒸着法等により成膜する際、混合した状態で蒸着を行う。この成膜方法により、Ａｌよりも大きい拡散係数と酸化反応の標準生成自由エネルギーを持つ元素が、Ａｌ中に均一に混入された合金電極が作製される。その後の熱処理工程において、Ａｌよりも大きい拡散係数と酸化反応の標準生成自由エネルギーを持つ元素をＡｌ電極の周辺部に均一に拡散させることができる。このことによりＡｌよりも大きい拡散係数と酸化反応の標準生成自由エネルギーを持つ元素の濃度が電極周辺部で高くなり、Ａｌのマイグレーションを抑制し、さらに耐電力性を向上することができる。
【００１２】
次に耐腐食性の向上についてであるが、本発明ではＡｌと、Ａｌよりも大きい拡散係数と酸化反応の標準生成自由エネルギーを持つ元素を用いて作製した弾性波素子の電極を、酸素置換した酸素雰囲気で熱処理を行うこととした。
【００１３】
まず酸素雰囲気で熱処理することにより、Ａｌと、Ａｌよりも大きい拡散係数と酸化反応の標準生成自由エネルギーを持つ元素が電極表面に酸化膜を形成する。この酸化膜によりＡｌ電極表面が保護されて、工程中や保管中にＡｌ電極周辺に存在する水分やガス等による腐食を防止することができる。
【００１４】
またＡｌよりも拡散係数と酸化反応の大きい元素を使用することにより、さらに耐腐食性を向上することができる。なお酸化反応の標準生成自由エネルギーとは、そのエネルギーが大きいほど酸化されやすいという酸化反応の難易度を示す指標である（金属データブック  改訂３版  日本金属学会編  丸善株式会社）。これまでの実験により、Ａｌ電極のみを酸素雰囲気で熱処理して作製したＡｌの酸化膜はその表面に空孔等があり、Ａｌ電極を十分保護することができず、Ａｌ電極周辺に存在する水分やガス等によりＡｌ電極が腐食されることが確認されている。そこでＡｌよりも大きい拡散係数と酸化反応の標準生成自由エネルギーを持つ元素による酸化膜で、Ａｌ電極の保護できていない部分を保護し、耐腐食性を向上させることを考えた。
【００１５】
本発明で使用したＡｌよりも大きい拡散係数と酸化反応の標準生成自由エネルギーを持つ元素は、酸素雰囲気中で熱処理すると、ＡｌよりもＡｌ電極表面で酸化膜を形成しやすい。このため、酸化膜の外周部に近いほどＡｌよりも大きい拡散係数と酸化反応の標準生成自由エネルギーを持つ元素の方が、Ａｌよりも酸化膜の比率が大きくなる。さらにＡｌよりも拡散係数が大きいため、熱処理を行なうとＡｌよりも大きい拡散係数と酸化反応の標準生成自由エネルギーを持つ元素の方がＡｌ電極外周部に拡散しやすい。このためＡｌの酸化膜がない部分にも酸化膜を形成し、Ａｌ電極を十分保護することができる。このようにＡｌと、Ａｌよりも大きい拡散係数と酸化反応の標準生成自由エネルギーを持つ元素による酸化膜により、工程中や保管中にＡｌ電極周辺に存在する水分やガス等によりＡｌとの化合物が生成されないため耐腐食性が向上する。
【００１６】
なお、Ａｌよりも大きい拡散係数と酸化反応の標準生成自由エネルギーを持つ元素はＡｌ電極中では抵抗成分となり、弾性波素子の電気特性を劣化させる原因となる。しかし、Ａｌよりも大きい拡散係数と酸化反応の標準生成自由エネルギーを持つ元素は、酸素雰囲気での熱処理のとき、Ａｌよりも酸化膜を形成しやすいため、Ａｌ電極外周部での濃度が小さくなる。このため、Ａｌよりも大きい拡散係数と酸化反応の標準生成自由エネルギーを持つ元素が、Ａｌ電極外周部にさらに拡散される。これにより電極内部でのＡｌよりも大きい拡散係数と酸化反応の標準生成自由エネルギーを持つ元素の濃度が小さくなり、Ａｌ電極の特性に近い状態となり、電気特性の劣化が小さい電極とすることができる。このことにより前記特許文献に示す合金電極よりも電気特性のよい弾性波素子を得ることができる。
【００１７】
以上のように本発明の弾性波素子の製造方法により櫛形電極表面には、ＡｌとＡｌよりも大きい拡散係数と酸化反応の標準生成自由エネルギーを持つ元素による酸化膜が形成されるため、耐腐食性を向上させることができる。この酸化膜により、工程中や保管中の水分やガス等によるＡｌ電極の腐食を十分防ぐことができるため、これまで必要であった電極のＳｉＮｘ等による保護膜とその作製工程が不要になり、素子の低コスト化も可能となる。
【００１８】
また従来は共振子、フィルタあるいはデュプレクサ等のデバイス完成後の電極腐食による特性劣化を防止するために、コストの高い気密封止パッケージが必要であった。しかし本発明による保護膜を用いることにより、耐腐食性を向上できるため気密封止パッケージよりも簡易なパッケージとすることができ、パッケージコストも低減することができる。
【００１９】
このように弾性波素子を、Ａｌよりも大きい拡散係数と酸化反応の標準生成自由エネルギーを持つ元素をＡｌと混合した状態で成膜する工程と、前記金属膜を用いて弾性波素子用電極を作製する工程と、前記電極を酸素雰囲気中で熱処理を行う工程を備える製造方法により作製することにより、弾性波素子の電気特性を劣化させることなく櫛形電極の耐電力性、耐腐食性を向上することができる。
【００２０】
また、Ａｌよりも大きい拡散係数と酸化反応の標準生成自由エネルギーを持つ元素の具体例としては、Ｍｇ、Ｂａ、Ｃａ、Ｂｅ、ＣｅおよびＬｉが挙げられる。これらの元素のうち少なくとも１つの元素とＡｌを用いて弾性波素子用電極を作製することにより、弾性波素子の電気特性を劣化させることなく耐電力性、耐腐食性を向上することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように本発明における弾性波素子の製造方法においては、Ａｌよりも大きい拡散係数と酸化反応の標準生成自由エネルギーを持つ元素をＡｌと混合した状態で成膜する工程と、前記金属膜を用いて弾性波素子用電極を作製する工程と、前記電極を酸素雰囲気中で熱処理を行う工程を備えることにより、弾性波素子の電気特性を劣化させることなく耐電力性、耐腐食性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
【実施例】
【００２３】
以下において図を参照しつつ本発明の第１の実施例について説明する。図１は本発明の一実施例における弾性波素子の製造工程を示す図である。
【００２４】
弾性表面波（ＳＡＷ）共振子の作製方法を一例として説明する。ＳＡＷ共振子を作製する圧電基板として用意した厚み０．３５ｍｍ、直径１００ｍｍのＬｉＴａＯ3基板１上に、フォトリソグラフィー技術によりＳＡＷ共振子として必要な櫛形電極用のレジストパターン２を作製する。使用する圧電基板としては、ＬｉＮｂＯ3や水晶等の所望の特性が得られる基板であれば種類は問わない。本実施例では、櫛形電極の線幅と線間隔は０．５μｍ、レジスト厚みは１μｍとした。なお、櫛形電極作製はリフトオフにより行うため、レジスト開口部の形状は、図１（ａ）のように逆テーパ形状にした。これは、レジスト上の金属膜と櫛形電極が成膜中につながることを防ぎ、高精度な配線形成をするためである。
【００２５】
次に図１（ｂ）のように、Ａｌと、Ａｌよりも大きい拡散係数と酸化反応の標準生成自由エネルギーを持つ元素を真空蒸着により成膜する。本実施例においては、Ａｌよりも大きい拡散係数と酸化反応の標準生成自由エネルギーを持つ元素としてＭｇを用いた。蒸着時には、ＡｌとＭｇを別の蒸着源として用意し、Ｍｇ量はＡｌに対して５重量％とした。なおＭｇ等の他の元素の比率は、電気特性の劣化等を考慮して、Ａｌに対して１〜１０重量％程度が適していると思われる。蒸着方法としては、２つの電子ビームを各蒸着源に同時に照射して成膜を行う２元蒸着法を用いた。蒸着源に電子ビームが照射されると、Ａｌ原子３とＭｇ原子４が蒸発し、蒸着源の上部に配置した圧電基板に付着し合金膜を形成する。Ａｌ原子３とＭｇ原子４により、櫛形電極を作製する部分６とそれ以外のレジスト上部５にＡｌとＭｇの合金膜が形成される。本実施例では、合金膜５、６の厚みは３００ｎｍになるように蒸着膜を形成した。
【００２６】
ここで蒸着方法は図２に示すように１元蒸着法（ａ）、２元蒸着法（ｂ）、合金スパッタリング法（ｃ）等あるが、どの方法を用いても構わない。それぞれの成膜方法には以下のような特徴がある。
【００２７】
１元蒸着法では、他の元素を所望の比率でＡｌと合金化した蒸着源１４に、１つの電子ビーム照射装置１２から電子ビーム１３を照射し、蒸発粒子を基板に付着させることにより成膜を行う。この方法では一つの電子ビーム照射装置でよいため、簡単な構造の蒸着装置で成膜できる。
【００２８】
２元蒸着法では、各元素ごとに所望の比率に設定した蒸着源２２、２３を用意しておくことで、Ｍｇ等のＡｌ以外の元素の比率を正確に蒸着することができ、所望の特性を持つ合金電極を作製することができる。
【００２９】
合金スパッタリングでは、ＡｌとＭｇ等の合金ターゲット電極３２へＡｒ等の不活性ガスのイオン３３を衝突させ、その作用によりはじき出された合金粒子３４をターゲット上部に配置された基板３１へ成膜する。この方法では、所望の元素比率で作製されたターゲット電極から直接成膜されるため、前記２種類の方法よりも所望の比率に近い電極を作製することができる。なお前記合金電極を成膜する前に、基板と金属膜の密着強度を向上させるため、Ｔｉ等による下地電極を作製しても構わない。
【００３０】
図１（ｂ）の工程において合金膜を作製した基板を、レジスト剥離液等に浸すことにより不要なレジストとその上部の合金膜を除去する。この工程により図１（ｃ）のような櫛形電極６が作製される。
【００３１】
次に、図１（ｄ）のような櫛形電極６の外周部に酸化膜６ａを作製するため、酸素置換された酸素雰囲気中で熱処理を行う。なお熱処理は、酸素を５００ｓｃｃｍの流量で熱処理炉内に流しながら行った。本実施例での熱処理温度は３５０℃で、処理時間は６０分である。このとき、Ｍｇが櫛形電極６の外周部に拡散し、Ａｌのマイグレーションを妨げる効果が生じ、櫛形電極の耐電力性を向上することができる。また櫛形電極６の外周部にＭｇとＡｌの酸化膜６ａが形成される。このとき、Ｍｇの方がＡｌよりも拡散係数と酸化反応の標準生成自由エネルギーが大きいため、ＡｌよりもＭｇの方が櫛形電極６表面で酸化膜６ａを形成しやすい。このため、櫛形電極６は酸化膜６ａの外周部に近いほどＡｌよりもＭｇの酸化膜の比率が大きくなる。またＭｇの酸化膜がＡｌの酸化膜に生じる空孔部分等を保護するため耐腐食性を向上させることができる。
【００３２】
以上のように耐電力性と耐腐食性に優れた櫛形電極６を作製することができる。なお、本実施例での熱処理温度以外にも、使用する元素あるいは電気特性を考慮して所望の温度にする必要があるが、熱処理後のＳＡＷ共振子の電気特性等から考慮して、その熱処理温度範囲は１５０℃から３５０℃程度が適していると思われる。
【００３３】
また拡散したＭｇは、Ａｌよりも大きい拡散係数を持つため、櫛形電極６の外周部でＭｇの酸化膜６ａが形成されたあとも、櫛形電極６の外周部へ順次供給される。これにより、酸化膜６ａよりも内側の電極部分は電極周辺部に比べＭｇ濃度が低くなり、Ａｌ電極に近い電気特性を得ることができる。これにより電気特性の劣化の少ないＳＡＷ共振子が作製でき、櫛形電極外周部のＭｇ濃度が高いので耐電力性も向上することができる。
【００３４】
図３は本発明の製造方法を用いて作製したＳＡＷ共振子用櫛形電極の概略平面図である。本実施例では、例えば圧電基板であるＬｉＴａＯ3上に、フォトリソグラフィー技術により、櫛形状のレジストパターンを作製する。このときレジストパターンが図１（ａ）のように逆テーパ形状になるように加工する。本実施例では櫛形電極の線幅４２と線間隔４３が０．５μｍになるようにレジストパターン開口部の加工を行った。次に、例えば２元蒸着法によりＡｌとＭｇの蒸着源に電子ビームを同時に照射し、基板全面にＡｌとＭｇの合金膜を作製する。本実施例での合金膜の膜厚は３００ｎｍである。次に、基板をレジスト剥離液に浸し、櫛形電極以外の部分のレジストとそのレジスト上の合金膜を除去する。その後、酸素置換した酸素雰囲気で基板の熱処理を行う。以上の工程により、ＳＡＷ共振子用の櫛形電極４１を作製することができる。なお図３の櫛形電極は、その形状を簡易的に示した概略平面図であり、実際のＳＡＷ共振子に使用する際は、数１０〜数１００本の櫛数が必要である。
【００３５】
本実施例のように、本発明における弾性波素子の製造方法においては、Ａｌよりも大きい拡散係数と酸化反応の標準生成自由エネルギーを持つ元素をＡｌと混合した状態で成膜する工程と、前記金属膜を用いて弾性波素子用電極を作製する工程と、前記電極を酸素雰囲気中で熱処理を行う工程により、弾性波素子の電気特性を劣化させることなく耐電力性、耐腐食性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施例における製造工程を示す断面図である。
【図２】本発明における電極の成膜方法の例を示す概略図である。
【図３】本発明の製造方法を用いて作製したＳＡＷ共振子用の櫛形電極の概略平面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    基板
２    レジスト
３    Ａｌ原子
４    Ｍｇ原子
５    レジスト上の合金膜
６    櫛形電極の合金膜
６ａ    酸化膜
１１    基板
１２    電子ビーム照射装置
１３    電子ビーム
１４    蒸着源
１５    蒸着粒子
２１    基板
２２、２３    蒸着源
２４、２５    電子ビーム照射装置
２６、２７    電子ビーム
２８、２９    蒸着原子
３１    基板
３２    ターゲット電極
３３    不活性ガスイオン
３４    スパッタリング原子
４１    櫛形電極
４２    線幅
４３    線間隔
【図１】
2005167859.tif 000003
【図２】
2005167859.tif 000004
【図３】
2005167859.tif 000005