(57)【要約】【課題】  耐電力性が大きく、挿入損失が小さい弾性表面波素子を提供する。【解決手段】  この弾性表面波素子では、タンタル酸リチウムからなる圧電基板１上に、一対の簾状の電極２および３が、それぞれの電極指２ａおよび３ａが等間隔で交互に配列するように配置されている。また、電極２および３の両側には、格子状の電極４ａおよび５ａを有する反射器４および５が形成されている。電極指２ａは、圧電基板１上に形成されている約２０ｎｍの膜厚を有するチタンからなる第１層１２と、第１層１２上に形成されている約３７４ｎｍの膜厚を有するアルミニウムおよび銅を含む第２層２２とから構成されている。第２層２２では、アルミニウムからなる結晶粒２２ｂは、圧電基板１表面に概ね垂直な方向に伸びた柱状構造を有し、その結晶粒界には、第１層１２の表面から電極２の表面に至るアルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒２２ｃが形成されている。【選択図】図５
2007013815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板上に形成されている電極を備え、
前記電極は、
前記圧電基板上に形成されているチタンを含む第１層と、
前記第１層上に形成されているアルミニウムおよび銅を含む第２層とを有し、
前記第２層には、アルミニウムからなる柱状の結晶粒の結晶粒界にアルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒が形成されている、弾性表面波素子。
【請求項２】
圧電基板上に電極を形成する工程を備え、
前記電極を形成する工程は、
前記圧電基板上にチタンを含む第１層を形成する工程と、
前記第１層上にアルミニウム銅合金を含む第２層を形成する工程と、
前記第２層中において、アルミニウムからなる柱状の結晶粒を形成するとともに、前記アルミニウムからなる柱状の結晶粒の結晶粒界にアルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒が形成されるように前記第１層および前記第２層を熱処理する工程とを有する、弾性表面波素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１層および前記第２層を熱処理する工程は、前記第１層および前記第２層を２７０℃以上で１５時間以上、熱処理する工程を含む、請求項２に記載の弾性表面波素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、弾性表面波素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機などの通信機器において、使用周波数帯域の高周波数化および高出力化が要求されている。これに伴って、これらの通信機器に用いられる弾性表面波素子の耐電力性の向上が要求されており、いくつかの電極構造を有する弾性表面波素子が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
図１４は、従来の第１の例による弾性表面波素子の構造を説明するための平面模式図である。また、図１５は、従来の第１の例による弾性表面波素子の構造を説明するための１本の電極指の断面模式図である。図１４および図１５を参照して、従来の第１の例による弾性表面波素子の構造について説明する。
【０００４】
従来の第１の例による弾性表面波素子では、図１４および図１５に示すように、タンタル酸リチウムなどからなる圧電基板１０１上に、一対の簾状の電極１０２および１０３が形成されている。電極１０２および１０３は、それぞれの電極指１０２ａおよび１０３ａが等間隔で交互に配列するように配置されている。また、電極１０２および１０３の両側には、格子状の電極１０４ａおよび１０５ａを有する反射器１０４および１０５が形成されている。また、電極１０２および１０３には、図示しない信号線を介して他の回路素子などが接続されている。
【０００５】
電極指１０２ａは、図１５に示すように、アルミニウムおよび銅（銅濃度：約０．５ｗｔ％〜約２．０ｗｔ％）を含む単一の薄膜１１２で構成されている。また、他の電極指１０３ａおよび反射器１０４および１０５の電極１０４ａおよび１０５ａも電極指１０２ａと同様に単一の薄膜１１２で構成されている。これにより、従来の第１の例による弾性表面波素子が形成されている。
【０００６】
図１６および図１７は、従来の第１の例による弾性表面波素子の形成プロセスを説明するための断面模式図である。図１６および図１７を参照して、次に、上記のような構造を有する従来の第１の例による弾性表面波素子の形成プロセスについて説明する。
【０００７】
まず、図１６に示すように、圧電基板１０１上に蒸着またはスパッタリング法により、アルミニウムおよび銅（銅濃度：約０．５ｗｔ％〜約２．０ｗｔ％）を含む薄膜１１２を形成する。次に、この薄膜１１２を約１００℃〜約３００℃で約５時間〜約１００時間、熱処理する。
【０００８】
次に、図１７に示すように、薄膜１１２上にフォトリソグラフ工程などにより形成されたレジストパターン１０８を形成する。そして、ドライエッチング法などにより、レジストパターン１０８をマスクとして薄膜１１２をエッチングした後、レジストパターン１０８を除去することにより、図１４および図１５に示すような平面構造および断面構造を有する電極１０２、１０３および反射器１０４および１０５を形成する。このようにして、従来の第１の例による弾性表面波素子が形成される。
【０００９】
従来の第１の例による弾性表面波素子では、図示しない信号線を介して、電極１０２および１０３に高周波信号を印加することにより、圧電基板１０１の表面に弾性表面波を発生させることができる。このとき、印加される高周波信号の周波数に応じて、反射器１０４および１０５の間で弾性表面波の共振現象が起こるので、これを利用することにより、また、複数の弾性表面波素子を組み合わせることにより、さまざまな機能を持つ回路素子を形成することができる。
【００１０】
また、図１８は、従来の第１の例による弾性表面波素子における電極の結晶粒界の状態を説明するための模式図である。図１８に示すように、従来の第１の例による弾性表面波素子における電極１０２では、上記の熱処理により、アルミニウムおよび銅を含む結晶粒１０２ｂが成長するとともに、この結晶粒１０２ｂの結晶粒界近傍に銅が偏析し、結晶粒１０２ｂ内に比べて銅の濃度が高い領域１０２ｃが結晶粒界に沿って電極１０２中に一様に分布している。これにより、電極１０２中のアルミニウム原子の拡散を抑制することができるので、高周波振動によるストレスマイグレーションおよび高周波電流によるエレクトロマイグレーションが生じにくく、電極１０２にボイドやヒロックなどが発生することを抑制することができる。その結果、電極材料がアルミニウム単体で構成されている場合と比べて電極の断線や短絡が生じにくいので、耐電力性を向上させることができる。
【００１１】
図１９は、従来の第２の例による弾性表面波素子の構造を説明するための１本の電極指の断面模式図である。従来の第２の例による弾性表面波素子は、図１４に示す従来の第１の例による弾性表面波素子と同様の平面構造を有しており、断面構造のみが異なっている。即ち、図１９に示すように、従来の第２の例による弾性表面波素子の電極指１０２ａは、タンタル酸リチウムなどからなる圧電基板１０１上に形成されているチタンからなる第１層１１２と、第１層１１２上に形成されているアルミニウムおよび銅を含む第２層１２２とから構成されている。また、他の電極指１０３ａおよび反射器１０４および１０５の電極１０４ａおよび１０５ａも電極指１０２ａと同様に第１層と第２層との積層構造を有している。これにより、従来の第２の例による弾性表面波素子が形成されている。
【００１２】
従来の第２の例による弾性表面波素子の電極１０２および１０３では、上記従来の第１の例による弾性表面波素子と同様の効果が第２層１２２により得られるとともに、第２層１２２と圧電基板１２１との間に機械的強度の大きいチタンからなる第１層１１２が形成されているので、電極１０２および１０３に作用する弾性表面波による繰り返し応力を緩和することができる。これにより、高周波振動によるストレスマイグレーションが生じにくいので、電極１０２および１０３にボイドやヒロックなどが発生することを抑制することができる。その結果、電極１２２の断線や短絡が生じにくいので、弾性表面波素子の耐電力性を大きくすることができる。
【特許文献１】国際公開第９７／１１５２６号公報
【特許文献２】特開２００２−３６８５６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記した従来の第１および第２の例による弾性表面波素子においても、さらに、高周波数化および高出力化が進んだ場合には、十分な耐電力性を有しているとはいえず、さらなる性能向上が求められていた。また、従来の第１の例による弾性表面波素子においては、電極１１２は、導電性の低いアルミニウム銅合金により構成されており、銅濃度の高い領域１１２ｃが結晶粒界に沿って電極１１２中に一様に分布しているので、電極１１２の電気抵抗が増加しやすく、挿入損失が大きくなるという問題点があった。
【００１４】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、
この発明の１つの目的は、耐電力性が大きく、挿入損失が小さい弾性表面波素子を提供することである。
【００１５】
この発明のもう１つの目的は、耐電力性が大きく、挿入損失が小さい弾性表面波素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による弾性表面波素子は、圧電基板上に形成されている電極を備え、電極は、圧電基板上に形成されているチタンを含む第１層と、第１層上に形成されているアルミニウムおよび銅を含む第２層とを有し、第２層には、アルミニウムからなる柱状の結晶粒の結晶粒界にアルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒が形成されている。なお、本発明における「柱状の結晶粒」とは、圧電基板表面に概ね垂直な方向に伸びた柱状構造を有している結晶粒を意味している。
【００１７】
この第１の局面による弾性表面波素子では、上記のように、電極の第２層は、アルミニウムからなる柱状の結晶粒の結晶粒界にアルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒を有しているので、アルミニウムからなる柱状の結晶粒におけるアルミニウム原子の拡散を抑制することができる。また、上記電極では、圧電基板と上記第２層との間に機械的強度の大きいチタンを含む第１層が形成されているので、第２層に作用する弾性表面波による繰り返し応力を緩和することができる。これらにより、高周波振動によるストレスマイグレーションおよび高周波電流によるエレクトロマイグレーションが生じくいので、電極にボイドやヒロックなどが発生することを抑制することができる。その結果、電極の断線や短絡を抑制し、弾性表面波素子の耐電力性を向上させることができる。
【００１８】
さらに、アルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒は、圧電基板表面に概ね垂直な方向に伸びた柱状構造を有しているので、圧電基板表面に平行な方向に対しては分散して分布している。これにより、アルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒は、圧電基板表面に平行な方向に流れる高周波電流に対して抵抗となりにくい。さらに、アルミニウムからなる柱状の結晶粒は、銅の濃度がエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）法による検出限界以下（約０．１ｗｔ％以下）であって実質的に銅を含んでいないので、高い導電性を有している。その結果、電極の電気抵抗を小さくすることができるので、弾性表面波素子の挿入損失を小さくすることができる。
【００１９】
したがって、この第１の局面においては、耐電力性が大きく、挿入損失が小さい弾性表面波素子を容易に得ることができる。
【００２０】
また、この発明の第２の局面による弾性表面波素子の製造方法は、圧電基板上に電極を形成する工程を備え、電極を形成する工程は、圧電基板上にチタンを含む第１層を形成する工程と、第１層上にアルミニウム銅合金を含む第２層を形成する工程と、第２層中において、アルミニウムからなる柱状の結晶粒を形成するとともに、アルミニウムからなる柱状の結晶粒の結晶粒界にアルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒が形成されるように第１層および第２層を熱処理する工程とを有する。
【００２１】
この第２の局面による弾性表面波素子の製造方法では、上記のように、チタンを含む第１層上にアルミニウム銅合金を含む第２層を形成した後で熱処理することにより、第２層において、アルミニウムからなる結晶粒を圧電基板表面に概ね垂直な方向に伸びた柱状に成長させることができる。このとき、この熱処理によって、銅は、第２層中を拡散し、アルミニウムからなる柱状の結晶粒の結晶粒界に偏析されやすい。その結果、アルミニウムからなる柱状の結晶粒内には実質的に銅を含まないようにするとともに、アルミニウムからなる柱状の結晶粒の結晶粒界に沿ってアルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒を形成することができる。これにより、アルミニウムからなる柱状の結晶粒におけるアルミニウム原子の拡散を抑制することができる。
【００２２】
また、上記電極では、圧電基板と上記第２層との間に機械的強度の大きいチタンを含む第１層が形成されているので、第２層に作用する弾性表面波による繰り返し応力を緩和することができる。これらにより、高周波振動によるストレスマイグレーションおよび高周波電流によるエレクトロマイグレーションが生じくいので、電極にボイドやヒロックなどが発生することを抑制することができる。その結果、電極の断線や短絡を抑制し、弾性表面波素子の耐電力性を向上させることができる。
【００２３】
さらに、アルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒は、圧電基板表面に概ね垂直な方向に伸びた柱状構造を有しているので、圧電基板表面に平行な方向の第２層の表面および断面に対しては、分散して分布している。これにより、アルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒は、圧電基板表面に平行な方向に流れる高周波電流に対して抵抗となりにくい。さらに、アルミニウムからなる柱状の結晶粒は、実質的に銅を含んでいないので、高い導電性を有している。その結果、電極の電気抵抗を小さくすることができるので、弾性表面波素子の挿入損失を小さくすることができる。
【００２４】
したがって、この第２の局面においては、耐電力性が大きく、挿入損失が小さい弾性表面波素子を容易に製造することができる。
【００２５】
上記第２の局面による弾性表面波素子において、好ましくは、第１層および第２層を熱処理する工程は、第１層および第２層を２７０℃以上で１５時間以上、で熱処理する工程を含む。このように構成すれば、第２層において、実質的に銅を含まないアルミニウムからなる柱状の結晶粒を容易に形成することができるとともに、アルミニウムからなる柱状の結晶粒の結晶粒界に沿って高濃度の銅を含むアルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒を容易に形成することができる。その結果、さらに、弾性表面波素子の耐電力性を大きくするとともに、挿入損失を小さくすることができる。
【００２６】
なお、本発明における「圧電基板」とは、圧電材料から構成される基板だけでなく、非圧電材料からなる基板の表面に圧電材料からなる薄膜が形成されている基板も含む広い概念である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態による弾性表面波素子の構造を説明するための平面模式図である。また、図２は、本発明の一実施形態による弾性表面波素子の構造を説明するための１本の電極指の断面模式図である。図１および図２を参照して、本発明の一実施形態による弾性表面波素子の構造について説明する。
【００２９】
本発明の一実施形態による弾性表面波素子では、図１に示すように、タンタル酸リチウムからなる圧電基板１上に、一対の簾状の電極２および３が形成されている。電極２および３は、それぞれの電極指２ａおよび３ａが等間隔で交互に配列するように配置されている。また、電極２および３の両側には、格子状の電極４ａおよび５ａを有する反射器４および５が形成されている。また、電極２および３には、図示しない信号線を介して他の回路素子などが接続されている。
【００３０】
電極指２ａは、図２に示すように、圧電基板１上に形成されている約２０ｎｍの膜厚を有するチタンからなる第１層１２と、第１層１２上に形成されている約３７４ｎｍの膜厚を有するアルミニウムおよび銅（銅濃度：約０．５ｗｔ％〜約２．０ｗｔ％）を含む第２層２２とから構成されている。また、他の電極指３ａおよび反射器４および５の電極４ａおよび５ａも電極指２ａと同様に第１層１２と第２層２２との積層構造を有している。これにより、本発明の一実施形態による弾性表面波素子が構成されている。
【００３１】
図３および図４は、本発明の一実施形態による弾性表面波素子における電極の形成プロセスを説明するための断面模式図である。図３および図４を参照して、次に、上記のような構造を有する本発明の一実施形態による弾性表面波素子の形成プロセスについて説明する。
【００３２】
まず、図３に示すように、圧電基板１上にスパッタリング法により約２０ｎｍの膜厚を有するチタンからなる第１層１２を形成する。次に、スパッタリング法により約３７４ｎｍの膜厚を有するアルミニウムおよび銅（銅濃度：約０．５ｗｔ％〜約２．０ｗｔ％）を含む第２層２２を形成する。次に、積層された第１層１２および第２層２２を約２７０℃以上で熱処理する。
【００３３】
次に、図４に示すように、第２層２２上にフォトリソグラフ工程によりレジストパターン８を形成する。そして、ドライエッチング法などにより、レジストパターン８をマスクとして、第１層１２および第２層２２をエッチングした後、レジストパターン８を除去することにより、図１および図２に示すような平面構造および断面構造を有する電極２、３および反射器４および５を形成する。このようにして、本発明の一実施形態による弾性表面波素子の電極が形成される。
【００３４】
図５は、本発明の一実施形態による弾性表面波素子の電極における第２層の結晶粒界の状態を説明するための断面模式図である。また、図６は、本発明の一実施形態による弾性表面波素子の電極における第２層の結晶粒界の状態を説明するための平面模式図である。図５および図６を参照して、次に、本発明の一実施形態による弾性表面波素子の電極における第２層の結晶粒界の状態について説明する。
【００３５】
図５に示すように、第２層２２では、アルミニウムからなる結晶粒２２ｂは、第１層１２の表面に概ね垂直な方向、即ち、圧電基板１表面に概ね垂直な方向に伸びた柱状構造を有している。そして、アルミニウムからなる柱状の結晶粒２２ｂの結晶粒界には、第１層１２の表面から電極２の表面に至るアルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒２２ｃが形成されている。これにより、第２層２２中のアルミニウムからなる柱状の結晶粒２２ｂにおけるアルミニウム原子の拡散を抑制することができる。その結果、高周波振動によるストレスマイグレーションおよび高周波電流によるエレクトロマイグレーションが生じくいので、電極２にボイドやヒロックなどが発生することを抑制することができる。
【００３６】
また、図６に示すように、アルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒２２ｃは、アルミニウムからなる柱状の結晶粒２２ｂの結晶粒界に形成されているが、圧電基板１の表面に平行な方向に対しては結晶粒界に沿って一様に形成されておらず、分散して形成されている。これにより、アルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒２２ｃは、圧電基板１表面に平行な方向に流れる高周波電流に対して抵抗となりにくい。さらに、アルミニウムからなる柱状の結晶粒２２ｂは、実質的に銅を含んでいないので、高い導電性を有している。その結果、電極２の電気抵抗を小さくすることができる。
【００３７】
また、図１に示すように、本発明の一実施形態による弾性表面波素子の電極２では、圧電基板１と第２層２２との間に機械的強度の大きいチタンからなる第１層１２が形成されているので、第２層２２に作用する弾性表面波による繰り返し応力を緩和することができる。これによっても、高周波振動によるストレスマイグレーションが生じくく、電極２にボイドやヒロックなどが発生することを抑制することができる。これらの結果、電極２の断線や短絡を抑制し、弾性表面波素子の耐電力性を向上させるとともに、挿入損失を小さくすることができる。
【００３８】
（実験１）
上記した一実施形態による効果を確認するために以下のような比較実験を行った。まず、スパッタ法により、タンタル酸リチウムからなる圧電基板１上に、チタンからなる約２０ｎｍの膜厚を有する第１層１２およびアルミニウム銅合金からなる約３７４ｎｍの膜厚を有する第２層２２を順次、積層形成した。
【００３９】
このときの成膜条件は、ＤＣスパッタ装置を使用し、約２０ｓｃｃｍのＡｒガス流量および約０．３２Ｐａの圧力で、投入電力は約１ｋＷである。また、第１層１２の成膜時に使用したチタンのターゲットの純度は、５Ｎ（９９．９９９％）である。また、第２層２２の成膜時には、銅濃度が約０．５ｗｔ％、約１．０ｗｔ％、および約２．０ｗｔ％である３種類のアルミニウム銅合金のターゲットを使用した。このときの第２層２２中の銅濃度は、それぞれ、約０．５ｗｔ％、約１．０ｗｔ％、約２．０ｗｔ％であった。
【００４０】
次に、積層された第１層６および第２層７を、約２５０℃または約３００℃で、それぞれ、約１０時間熱処理した。
【００４１】
次に、三塩化ボロンと塩素との混合ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法によって、第１層１２および第２層２２をパターニングすることにより、図１および図２に示すような平面構造および断面構造を有する一対の簾状の電極２および３と反射器４および５とを有する弾性表面波素子を形成した。このとき、簾状の電極２および３の電極指２ａおよび３ａの本数は各１８０本づつ、各電極指２ａおよび３ａの幅と間隔は約１．１２５μｍ、電極指２ａおよび３ａの開口長（交差幅）は約１００μｍとした。また、反射器４および５の電極４ａおよび５ａの本数は各５０本づつとした。
【００４２】
（実験２）
実験２では、実験１のアルミニウムおよび銅を含む第２層２２に代えて、銅を含まないアルミニウムのみからなる第２層を有する以外は、実験１と同様に弾性表面波素子を形成した。即ち、実験２で形成した弾性表面波素子の電極は、チタンからなる第１層とアルミニウムからなる第２層との積層構造を有している。なお、実験２では、アルミニウムからなる第２層の成膜には、純度４Ｎ（９９．９９％）のアルミニウムのターゲットを使用し、また、実験１の電極指２ａおよび３ａと質量を略等しくするために、アルミニウムからなる第２層の膜厚を約４００ｎｍとした。
【００４３】
（実験３）
実験３では、実験２のチタンからなる第１層とアルミニウムからなる第２層との積層構造を有する電極に代えて、アルミニウムからなる第２層のみで構成されている電極とする以外は、実験２と同様に弾性表面波素子を形成した。なお、実験３では、実験１の電極指と質量を略等しくするために、アルミニウムからなる第２層の膜厚を約４００ｎｍとした。
【００４４】
（実験４）
実験４では、実験１のチタンからなる第１層１２およびアルミニウムおよび銅を含む第２層２２の積層構造を有する電極２に代えて、アルミニウムおよび銅を含む第２層２２のみで構成されている電極とする以外は、実験１と同様に弾性表面波素子を形成した。なお、実験４では、実験１の電極指と質量を略等しくするために、アルミニウムおよび銅を含む第２層の膜厚を約４００ｎｍとした。
【００４５】
次に、上記実験１〜４により作製した各弾性表面波素子の挿入損失の評価を行った。
【００４６】
まず、実験２および３で作製した各弾性表面波素子について、共振周波数である約９００ＭＨｚ付近の周波数帯域における挿入損失の最小値を評価した。
【００４７】
図７は、実験２および３で作製した各弾性表面波素子の挿入損失の最小値を示す特性図である。ここで、図７では、それぞれ、電極がチタンからなる第１層とアルミニウムからなる第２層とが積層されている場合（Ａｌ/Ｔｉ）を「△」印で、アルミニウムからなる第２層のみからなる場合（Ａｌ）を「▲」印で示している。
【００４８】
図７に示すように、アルミニウムからなる第２層のみから構成されている電極よりも、チタンからなる第１層とアルミニウムからなる第２層とが積層されている電極の方が挿入損失が小さい。また、実験２および３では、チタンからなる第１層の有無に関わらず、熱処理の温度が大きくなるとともに挿入損失が大きくなっており、実験２および３で作製した各弾性表面波素子については、チタンからなる第１層とアルミニウムからなる第２層とが積層されている電極に対して熱処理を行わない場合（図中、熱処理温度：約２５℃で表示）の挿入損失（約０．２８ｄＢ）が最も小さい。熱処理前後における電極表面のＡＦＭ観察の結果より、この要因としては、銅を含まないアルミニウムの再結晶化に伴って電極表面の凹凸が増加したためと考えられる。
【００４９】
次に、実験４で作製した各弾性表面波素子について、共振周波数である約９００ＭＨｚ付近の周波数帯域における挿入損失の最小値を評価した。図８は、実験４で作製した各弾性表面波素子の挿入損失の最小値を示す特性図である。
【００５０】
ここで、図８では、それぞれ、熱処理前の第２層中の銅濃度が約０．５ｗｔ％の場合（Ａｌ−０．５ｗｔ％Ｃｕ）を「◇」印で、約１．０ｗｔ％の場合（Ａｌ−１．０ｗｔ％Ｃｕ）を「□」印で、約２．０ｗｔ％の場合（Ａｌ−２．０ｗｔ％Ｃｕ）を「○」印で示している。
【００５１】
図８に示すように、実験４で作製したアルミニウムおよび銅を含む第２層のみからなる電極を有する弾性表面波素子では、熱処理することにより挿入損失が減少する傾向が見られるが、いずれも、約０．３ｄＢ以上の挿入損失があり、実験２および３で作製した弾性表面波素子の挿入損失よりも大きいことがわかった。
【００５２】
次に、実験１で作製した各弾性表面波素子について、共振周波数である約９００ＭＨｚ付近の周波数帯域における挿入損失の最小値を評価した。
【００５３】
図９は、実験１で作製した各弾性表面波素子の挿入損失の最小値を示す特性図である。ここで、図９では、それぞれ、熱処理前の第２層２２中の銅濃度が約０．５ｗｔ％の場合（Ａｌ−０．５ｗｔ％Ｃｕ／Ｔｉ）を「◇」印で、約１．０ｗｔ％の場合（Ａｌ−１．０ｗｔ％Ｃｕ／Ｔｉ）を「□」印で、約２．０ｗｔ％の場合（Ａｌ−２．０ｗｔ％Ｃｕ／Ｔｉ）を「○」印で示している。
【００５４】
図９に示すように、実験１で作製した弾性表面波素子では、熱処理温度の増加とともに挿入損失の減少傾向が見られるとともに、約３００℃の熱処理を行うことにより、いずれの弾性表面波素子においても約０．２５ｄＢ以下まで挿入損失が減少していることがわかった。
【００５５】
図１０は、実験１で作製した弾性表面波素子の第２層の表面の反射電子線像の一例である。なお、このとき観察したアルミニウムおよび銅を含む第２層２２は、チタンからなる第１層１２上に形成されたアルミニウムおよび銅（銅濃度：約１．０ｗｔ％）を含む第２層２２を、約３００℃、約１０時間熱処理したものである。
【００５６】
図１０に示すように、このアルミニウムおよび銅を含む第２層２２の表面には、白い斑点状の領域が分散して存在している。この白い斑点状の領域は、ＥＤＸ法による分析の結果、約２２ｗｔ％の銅を含有しているアルミニウム銅合金であることがわかった。また、その他の領域では、ＥＤＸ法による分析では銅は検出されず、実質的に銅を含まないアルミニウムから構成されていることがわかった。また、この第２層の断面観察より、第２層２２では、結晶粒がチタンからなる第１層１２の表面に概ね垂直な方向、即ち、圧電基板１の表面に概ね垂直な方向に伸びた柱状に成長しており、上記の白い斑点状の領域もチタンからなる第１層１２の表面から電極２の表面に至る柱状の結晶粒であることを確認した。
【００５７】
これらの結果、図１０で示した実験１で作製した弾性表面波素子の第２層２２は、実質的に銅を含まないアルミニウムからなる柱状の結晶粒２２ｂと、その結晶粒界に形成されているアルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒２２ｃとから構成されていることがわかった。
【００５８】
なお、実験１のその他の温度で熱処理した第２層および実験２〜４の第２層においても、アルミニウムまたはアルミニウム銅合金からなる結晶粒は存在しているが、図１０に示すような白い斑点状の領域、即ち、アルミニウムからなる柱状の結晶粒の結晶粒界に形成されたアルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒は観察されなかった。これにより、弾性表面波素子の挿入損失の低減に対しては、上記アルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒の生成が影響していることがわかった。
【００５９】
（実験５）
次に、タンタル酸リチウムからなる圧電基板１上に、約２０ｎｍの膜厚を有するチタンからなる第１層１２と、第１層１２上に形成された約３７４ｎｍの膜厚を有するアルミニウムおよび銅（銅濃度：約１．０ｗｔ％）を含む第２層２２との積層構造（Ａｌ−１．０ｗｔ％Ｃｕ／Ｔｉ）を形成した。その後、積層された第１層１２および第２層２２を、それぞれ、約１００℃〜約４００℃、約６時間または約２４時間の熱処理を行った。そして、熱処理後に第２層２２中に成長する結晶粒の結晶粒界付近に偏析する銅の濃度を評価した。
【００６０】
また、比較例として、タンタル酸リチウムからなる圧電基板１上に直接形成した、約４００ｎｍの膜厚を有するアルミニウムおよび銅（銅濃度：約１．０ｗｔ％）を含む第２層についても、同様の評価を行った。
【００６１】
図１１は、熱処理後の結晶粒界に偏析した銅の濃度と熱処理温度との関係を示す特性図である。図１１では、それぞれ、第１層１２および第２層２２からなる積層構造（Ａｌ−１．０ｗｔ％Ｃｕ／Ｔｉ）を約２４時間熱処理した場合を「○」印で、約６時間熱処理した場合を「●」印で示している。また、第１層１２を形成せずに、アルミニウムおよび銅を含む第２層２２のみからなる単層構造（Ａｌ−１．０ｗｔ％Ｃｕ）を約２４時間熱処理した場合を「◇」印で、約６時間熱処理した場合を「◆」印で示している。
【００６２】
図１１に示すように、第１層１２がない場合には、熱処理時間に関わらず、熱処理によって結晶粒界に銅が偏析しても、その濃度は約７原子％程度までであった。また、いずれの場合にも、アルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒も観察されなかった。
【００６３】
これに対して、第１層１２および第２層２２からなる積層構造を熱処理した場合には、約２７０℃付近から結晶粒界に銅の偏析が顕著になり、偏析した銅の濃度も約２５原子％にまで増加することがわかった。このとき、銅が偏析している結晶粒界には、アルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒が形成されており、熱処理温度が約２７０℃以上の場合には、このアルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒内の銅濃度は約７原子％以上であった。また、このとき、他の結晶粒内には、実質的に銅は含まれていないことがわかった。
【００６４】
これらの結果より、下地であるチタンからなる第１層１２の影響によりアルミニウムおよび銅を含む第２層２２中の結晶粒が成長しやすくなるので、これにより、結晶粒界への銅の偏析が促進されるとともに、結晶粒界にアルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒が形成されると考えられる。
【００６５】
（実験６）
次に、タンタル酸リチウムからなる圧電基板１上に、約２０ｎｍの膜厚を有するチタンからなる第１層１２上と、約３７４ｎｍの膜厚を有するアルミニウムおよび銅（銅濃度：約０．５ｗｔ％〜約２．０ｗｔ％）を含む第２層２２との積層構造（Ａｌ−０．５ｗｔ％Ｃｕ／Ｔｉ、Ａｌ−１．０ｗｔ％Ｃｕ／Ｔｉ、Ａｌ−２．０ｗｔ％Ｃｕ／Ｔｉ）をそれぞれ形成した。その後、それぞれ、約１００℃〜約４５０℃、約３時間〜約３０時間の熱処理を行った。そして、熱処理後に第２層２２中に実質的に銅を含まないアルミニウムからなる柱状の結晶粒と、その結晶粒界にアルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒とが形成される最低熱処理温度を調べた。
【００６６】
図１２は、第２層中にアルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒が形成される最低熱処理温度と熱処理時間との相関を示す特性図である。ここで、図１２では、それぞれ、熱処理前の第２層２２中の銅濃度が約０．５ｗｔ％の場合（Ａｌ−０．５ｗｔ％Ｃｕ／Ｔｉ）を「◇」印で、約１．０ｗｔ％の場合（Ａｌ−１．０ｗｔ％Ｃｕ／Ｔｉ）を「□」印で、約２．０ｗｔ％の場合（Ａｌ−２．０ｗｔ％Ｃｕ／Ｔｉ）を「○」印で示している。
【００６７】
図１２に示すように、熱処理時間の増加にともなって、アルミニウムからなる柱状の結晶粒の結晶粒界にアルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒が形成される熱処理温度は低くなるが、熱処理前の第２層２２の銅濃度に関わらず、約２７０℃より低い温度では、上記アルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒は形成されないことがわかった。また、熱処理温度を約２７０℃とした場合の最低熱処理時間は、約１５時間であることがわかった。これにより、熱処理温度および熱処理時間をそれぞれ約２７０℃以上および約１５時間以上とすることにより、容易に、アルミニウムからなる柱状の結晶粒と、その結晶粒界にアルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒とを有する第２層を形成することができることがわかった。
【００６８】
（実験７）
実験７では、本発明の一実施形態による弾性表面波素子を用いてラダー型のフィルターを形成した。図１３は、本発明の一実施形態による弾性表面波素子を備える高周波フィルタの等価回路図である。
【００６９】
図１３に示すように、実験７では、４つの弾性表面波素子ｓ１〜ｓ４は、一方の信号線Ｌ１に対して、それぞれ、直列接続されている。また、弾性表面波素子ｐ１は、弾性表面波素子ｓ１およびｓ２の間の信号線Ｌ１と信号線Ｌ２とに対して並列接続されている。また、弾性表面波素子ｐ２は、弾性表面波素子ｓ３およびｓ４の間の信号線Ｌ１と信号線Ｌ２とに対して並列接続されている。即ち、実験７の高周波フィルターは、３つの弾性表面波素子ｓ１、ｓ２およびｐ１からなるＴ型フィルターと、３つの弾性表面波素子ｓ３、ｓ４およびｐ２からなるＴ型フィルターとが直列接続した構成となっている。
【００７０】
各弾性表面波素子ｓ１〜ｓ４およびｐ１、ｐ２については、熱処理条件を約３００℃、約１０時間と一定にする以外は実験１で作製した弾性表面波素子と同様に作製した。即ち、各弾性表面波素子ｓ１〜ｓ４およびｐ１、ｐ２の電極は、チタンからなる約２０ｎｍの膜厚を有する第１層１２と、アルミニウムおよび銅を含む約３７４ｎｍの膜厚を有する第２層２２との積層構造を有しており、第２層中の銅濃度は、約０．５ｗｔ％、約１．０ｗｔ％、約２．０ｗｔ％である。
【００７１】
また、各弾性表面波素子ｓ１〜ｓ４およびｐ１、ｐ２は、それぞれ、表１に示す構成の簾上の電極および反射器を有している。なお、表１の電極指本数および反射器の電極本数は、それぞれ、一つの簾状の電極内の電極指および一つの反射器内の電極の本数である。
【００７２】
【表１】
2007013815.tif 000003
次に、上記のように作製した各高周波フィルターの耐電力性の評価を行った。結果を表２に示す。なお、高周波フィルターの耐電力性は、以下のように推定寿命により評価した。
【００７３】
まず、約５０℃に保持した恒温槽内において、一定の入力電力を信号線の一端より入射し、信号線の他端で出力電力を測定する。このとき、信号線の他端にアイソレータを接続することにより、高周波フィルター内に反射電力が生じないようにした。次に、上記入力電力と出力電力との差（挿入損失）の経時変化をモニターし、測定開始時と比較して挿入損失が０．５ｄＢ増加するまでの時間を劣化時間とした。そして、縦軸に劣化時間を対数で、横軸に入力電力の大きさを実数で、それぞれ表示し、各入力電力における素子の劣化時間をプロットし、それらのプロットを結んで得られた直線から入力電力が１.２Ｗであるときの劣化時間を推定し、これを高周波フィルターの推定寿命とした。また、入力電力の周波数は、高周波フィルターの挿入損失が約２．８ｄＢとなる２つの周波数のうち、大きい方の周波数から約２．５ＭＨｚだけ小さい周波数とした。また、比較例として、約３００℃、約１０時間の熱処理をせずに形成した高周波フィルターについても同様に、耐電力性を評価した。
【００７４】
【表２】
2007013815.tif 000004
表２に示すように、約３００℃の熱処理を行うことにより、いずれの高周波フィルターも推定寿命が大きく増加している。これより、熱処理により、第２層中に、アルミニウムからなる柱状の結晶粒と、その結晶粒界にアルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒とを形成することにより、耐電力性が大きく向上することがわかった。
【００７５】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００７６】
たとえば、上記実施形態では、電極２および３の第１層１２はチタンから構成されていたが、本発明はこれに限らず、クロムおよびタンタルなど他の元素を含有していてもよい。
【００７７】
また、上記実施形態では、電極２および３の第２層２２は、アルミニウムおよび銅を含んでいたが、本発明はこれに限らず、マグネシウムおよびパラジウムなど他の元素を含有していてもよい。また、熱処理後の上記第２層中に形成されるアルミニウムからなる柱状の結晶粒２２ｂおよびアルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒２２ｃについても、マグネシウムおよびパラジウムなど他の元素を含有していてもよい。
【００７８】
また、上記実施形態では、一対の簾状の電極の両側に反射器をそれぞれ有するいわゆるキャビティ型の弾性表面波素子を形成していたが、本発明はこれに限らず、多電極指対型の弾性表面波素子など、他の構造の弾性表面波素子であってもよい。
【００７９】
また、上記実施形態では、熱処理後に第１層１２および第２層２２のパターニングを行ったが、本発明はこれに限らず、第１層１２および第２層２２のパターニングを行った後に熱処理を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の一実施形態による弾性表面波素子の構造を説明するための平面模式図である。
【図２】本発明の一実施形態による弾性表面波素子の構造を説明するための１本の電極指の断面模式図である。
【図３】本発明の一実施形態による弾性表面波素子における電極の形成プロセスの第１工程を説明するための断面模式図である。
【図４】本発明の一実施形態による弾性表面波素子における電極の形成プロセスの第２工程を説明するための断面模式図である。
【図５】本発明の一実施形態による弾性表面波素子の電極における第２層の結晶粒界の状態を説明するための断面模式図である。
【図６】本発明の一実施形態による弾性表面波素子の電極における第２層の結晶粒界の状態を説明するための平面模式図である。
【図７】実験２および３で作製した各弾性表面波素子の挿入損失の最小値を示す特性図である。
【図８】実験４で作製した各弾性表面波素子の挿入損失の最小値を示す特性図である。
【図９】実験１で作製した各弾性表面波素子の挿入損失の最小値を示す特性図である。
【図１０】実験１で作製した弾性表面波素子の第２層表面の反射電子線像の一例である。
【図１１】熱処理後のアルミニウム銅合金からなる薄膜中に偏析した銅の濃度と熱処理温度との関係を示す特性図である。
【図１２】アルミニウム銅合金からなる薄膜中にアルミニウム銅合金からなる柱状の結晶粒が形成される最低熱処理温度と熱処理時間との相関を示す特性図である。
【図１３】本発明の一実施形態による弾性表面波素子を備える高周波フィルタの等価回路図である。
【図１４】従来の第１の例による弾性表面波素子の構造を説明するための平面模式図である。
【図１５】従来の第１の例による弾性表面波素子の構造を説明するための１本の電極指の断面模式図である。
【図１６】従来の第１の例による弾性表面波素子の形成プロセスの第１工程を説明するための断面模式図である。
【図１７】従来の第１の例による弾性表面波素子の形成プロセスの第２工程を説明するための断面模式図である。
【図１８】従来の第１の例による弾性表面波素子における電極の結晶粒界の状態を説明するための模式図である
【図１９】従来の第２の例による弾性表面波素子の構造を説明するための１本の電極指の断面模式図である。
【符号の説明】
【００８１】
１          圧電基板
２、３      電極
２ａ、３ａ  電極指
４、５      反射器
４ａ、５ａ  電極
【図１】
2007013815.tif 000005
【図２】
2007013815.tif 000006
【図３】
2007013815.tif 000007
【図４】
2007013815.tif 000008
【図５】
2007013815.tif 000009
【図６】
2007013815.tif 000010
【図７】
2007013815.tif 000011
【図８】
2007013815.tif 000012
【図９】
2007013815.tif 000013
【図１２】
2007013815.tif 000014
【図１３】
2007013815.tif 000015
【図１４】
2007013815.tif 000016
【図１５】
2007013815.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2007013815.tif 000019
【図１９】
2007013815.tif 000020
【図１０】
2007013815.tif 000021
【図１１】
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【図１８】
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