(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられた電極とを備え、
前記電極はＡｌを含む金属からなる第１の層を少なくとも有し、
前記電極の側壁にはＡｌ原子拡散防止層を設けた
ＳＡＷフィルタ。
【請求項２】
前記Ａｌ原子拡散防止層が
少なくとも前記第１の層の側壁を覆う
請求項１に記載のＳＡＷフィルタ。
【請求項３】
前記基板は段部を有し、
前記電極は前記段部の頂部に設けられた
請求項１に記載のＳＡＷフィルタ。
【請求項４】
前記Ａｌ原子拡散防止層が
少なくとも前記第１の層の側壁を覆う
請求項３に記載のＳＡＷフィルタ。
【請求項５】
前記Ａｌ原子拡散防止層は前記段部の側壁の少なくとも一部を覆う
請求項３又は請求項４に記載のＳＡＷフィルタ。
【請求項６】
前記電極が
前記第１の層と前記基板との間に下地層を有する
請求項１に記載のＳＡＷフィルタ。
【請求項７】
前記Ａｌ原子拡散防止層が
少なくとも前記第１の層の側壁を覆う
請求項６に記載のＳＡＷフィルタ。
【請求項８】
前記Ａｌ原子拡散防止層は前記下地層の側壁の少なくとも一部を覆う
請求項６又は請求項７に記載のＳＡＷフィルタ。
【請求項９】
Ａｌを含む金属層を有する電極を基板上に形成する工程と、
前記電極と同時にＡｌ拡散防止層の少なくとも一部をスパッタエッチングにより前記電極の側壁に形成する工程と
を含む、弾性表面波フィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は櫛形電極等の、基板上に形成された電極を有する弾性表面波フィルタとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平３−１４３０８号に開示されている従来の弾性表面波デバイスは圧電基板とその上に設けられたＣｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｐｄ等の耐マイグレーション特性に優れた添加物が微量添加された結晶方位的に一定方向に配向したエピタキシャル成長アルミニウム膜の電極を備え、その膜によってマイグレーション防止機能を持つ。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
その電極はエピタキシャル成長アルミニウム膜からなる単層膜であり、その電極粒径は膜厚と同程度までに成長している。そのためその電極はある膜厚以上では弾性表面波の伝搬に伴う応力に対して脆くなり、耐電力性が劣化する。特に粒界のない単結晶膜の電極では、長時間の応力の印加に対し亜粒界が形成され、結果その部分に応力が集中し逆に弾性表面波の伝搬に伴う応力に対して脆くなる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
弾性表面波の伝搬に伴う応力に対して耐性の向上した弾性表面波（ＳＡＷ）フィルタを提供する。
【０００５】
そのＳＡＷフィルタは、基板と、前記基板上に設けられた電極とを備え、前記電極はＡｌを含む金属からなる第１の層を少なくとも有し、前記電極の側壁にはＡｌ原子拡散防止層を設けた構成としている。
【０００６】
そのＳＡＷフィルタの製造方法はＡｌを含む金属層を有する電極を形成する工程と、前記電極と同時にＡｌ拡散防止層の少なくとも一部をスパッタエッチングにより前記電極の側壁に形成する工程とを含む。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態における弾性表面波（ＳＡＷ）フィルタの斜視図、図２はフィルタの構成図である。そのＳＡＷフィルタは基板１と、その上面に形成された電極２からなる弾性波共振子を備え、５つの共振子が梯子型に接続されたいわゆるラダー型表面弾性波フィルタである。電極２は櫛形電極２１および反射器２２により構成されている。本発明の実施の形態においては基板１はタンタル酸リチウムの３６°回転Ｙカット基板である。また実施の形態１においては櫛型電極の櫛間ピッチは約０．６μｍである、中心周波数が１．８ＧＨｚのバンドパスフィルタを説明する。
【０００８】
図３〜図６は実施の形態１における実施例１〜４のＳＡＷフィルタの要部である電極の断面図である。図７〜図１０は比較例１〜４のＳＡＷフィルタの電極の断面図である。
【０００９】
実施例１の電極１０２は図３に示すように、基板１上に形成された膜厚が２００ｎｍの第１の層４である。
【００１０】
実施例２の電極１１２は図４に示すように、基板１側から順に積層された膜厚が２００ｎｍの第１の層４と、第１の層のＡｌ原子の基板に対し垂直方向の粒界拡散を防止する第２の層５とを有する。
【００１１】
実施例３の電極１２２は図５に示すように、基板１から順に積層された下地層３と、膜厚が２００ｎｍの第１の層４とを有する。
【００１２】
実施例４の電極１３２は図６に示すように、基板１から順に積層された下地層３と、膜厚が２００ｎｍの第１の金属層４と、第１の金属層の粒界拡散を防止する層５とを有する。
【００１３】
比較例１の電極１４２は図７に示すように、基板１上に形成された膜厚が２００ｎｍの金属層４である。
【００１４】
比較例２の電極１５２は図８に示すように、基板１上に形成された膜厚が２５０ｎｍの金属層４である。
【００１５】
比較例３の電極１６２は図９に示すように、基板１から順に積層された膜厚が２００ｎｍの第１の金属層４と、第１の金属層のＡｌ原子の基板に対し垂直方向の粒界拡散を防止する第２の金属層５とを有する。
【００１６】
比較例４の電極１７２は図１０に示すように、基板１から順に積層された下地層となる第１の金属層３と、膜厚が２００ｎｍの第２の金属層４とを有する。
【００１７】
実施例１〜４および比較例１〜４の電極の各層の材料および膜厚、成膜方法を表１に示す。
【００１８】
【表１】
0004059080.tif 000002
【００１９】
表１にあるように、実施の形態１におけるＡｌもしくはＡｌを主体とした金属はＡｌＺｒＣｕ合金である。下地層および第２の層を有する電極は比較例４を除きＴｉを用いている。比較例４については下地層にＣｒを用いた。成膜はイオンビームスパッタおよびＤＣマグネトロンスパッタのいずれかにより行った。これらの電極膜の成膜後にＸ線回折のθ−２θ法により調べた結果、電極の配向性は、イオンビームスパッタにより電極膜を成膜した実施例１、実施例２、比較例２および下地層３にＴｉを用いた実施例３、実施例４のＡｌＺｒＣｕ層についてはＡｌの（１１１）面のピークのみ観測され、Ａｌ合金層は（１１１）軸が基板に対し垂直方向に配向した配向膜となっていることが確認された。その他の電極膜については特定の結晶面からのピークは観測されず、配向膜ではなく無配向な多結晶膜であることを確認している。実施の形態１において用いたフィルタの設計膜厚はＡｌ電極をもちいた場合２００ｎｍである。電極の厚さや材料に伴なう特性のずれについては櫛型電極のピッチを変えることで中心周波数がほぼ１．８ＧＨｚになるように調節した。電極はフォトリソグラフィーおよびドライエッチング法によってパターン形成された。パターン形成後ダイシングしてチップに分割し、チップはセラミックパッケージにダイボンドを施され、ワイヤーボンドにより電気的接続された。その後窒素雰囲気中で蓋が溶接され気密封止されて電極を有するＳＡＷフィルタを作成した。
【００２０】
本実施例において作成されたフィルタに対し、ラダー型フィルタの最弱点である通過帯域中の最も高い周波数の信号をデバイスに印加して耐電力性試験を行った。試験開始後定期的に試験を中断しＳＡＷフィルタの特性を測定した。通過帯域の挿入損失が０．５ｄＢ以上増加した時点をデバイスの劣化と定義し、試験開始後デバイスが劣化に至るまでの総試験時間を寿命とした。加速劣化試験においては、加速劣化要因として電力と温度を用いた。チップ表面の温度を一定に保ち、幾つかの印加電力下での寿命を測定する電力加速劣化試験および、印加電力を一定に保ち、幾つかのチップ温度下での寿命を測定する温度加速劣化試験のフィルタの２種類の加速劣化試験を行った。その２つの試験の結果からアイリングモデルをもちいて、印加電力１Ｗ、環境温度５０℃の時の寿命を推定した。耐電力性としては寿命が５万時間以上であることを評価の目安とした。表１に示した電極を有するＳＡＷフィルタの推定寿命を表２に示す。表２にはＡｌＺｒＣｕ層の各電極膜の結晶粒径もあわせて示す。
【００２１】
【表２】
0004059080.tif 000003
【００２２】
表２から実施例１〜４の電極を用いたＳＡＷフィルタは、推定寿命５万時間を越えているのに対し、比較例１〜４のフィルタは５万時間以下であった。ＡｌＺｒＣｕ層の結晶粒径はどの電極もほぼ膜厚と同じ程度であった。しかし比較例２のフィルタは寿命が５万時間をこえてはいないものの他の比較例と違いかなり耐電力性が改善されている。実施例１の電極と比較例２の電極の違いはその膜厚および結晶粒径である。導体膜の場合、その結晶粒径は膜厚に比例して大きくなる。配向膜の単層電極を電極膜として有するＳＡＷデバイスでは、電極の膜厚が２００ｎｍ以下で寿命が５万時間を越える。ただし耐電力性のばらつきを考慮して、好ましくは膜厚を１００ｎｍ未満とすることが望ましい。これらの結果から、耐電力性の高い電極を得るには、ＡｌもしくはＡｌを主体とする層が配向膜からなりかつ結晶粒径が小さいことが必要である。結晶粒径を小さくするには膜厚を制限することが有効である。
【００２３】
（実施の形態２）
図１１〜図１４は本発明の実施の形態２における実施例５〜８の弾性表面波（ＳＡＷ）フィルタの要部である電極の断面図である。図１５は比較例５のＳＡＷフィルタの電極の断面図である。
【００２４】
実施例５の電極１８２は図１１に示すように、基板１の段部７の頂部に形成された膜厚が２００ｎｍの第１の層４である。
【００２５】
実施例６の電極１９２は図１２に示すように、基板１の段部７の頂部に形成された、基板１から順積層された下地層３と、膜厚が２００ｎｍの第１の層４とを有する。
【００２６】
実施例７の電極２０２は図１３に示すように、基板１の段部７の頂部に形成された、基板１から順に積層された膜厚が２００ｎｍの第１の金属層４と、第１の金属層の粒界拡散を防止する第２の層５とを有する。
【００２７】
実施例８の電極２１２は図１４に示すように、基板の段部７の頂部に形成された、基板１から順に積層された下地層３と、膜厚が２００ｎｍの第１の金属層４と、第１の金属層の粒界拡散を防止する第２の層５とを有する。
【００２８】
比較例５の電極２２２は図１５に示すように、基板１上に形成された膜厚が３００ｎｍの金属層４である。
【００２９】
実施例５〜８および比較例５の電極の各層の材料および膜厚、成膜方法を表３に示す。
【００３０】
【表３】
0004059080.tif 000004
【００３１】
表３にあるように、本実施の形態２におけるＡｌもしくはＡｌを主体とした金属層としてはＡｌＭｇＣｕ合金をもちいた。下地層および第２の層を有する電極についてはＴｉを用いている。電極はイオンビームスパッタおよびＤＣマグネトロンスパッタのいずれかにより成膜した。これらの電極膜について、電極膜成膜後Ｘ線回折のθ−２θ法により調べた各電極の配向性につき、実施例５、実施例６、実施例７、実施例８、比較例５の何れもＡｌＭｇＣｕ層についてはＡｌの（１１１）面のピークのみ観測され、Ａｌ合金層は（１１１）軸が基板に対し垂直方向に配向した配向膜となっていることが確認された。実施の形態２におけるフィルタの構成は実施の形態１と同じとし、設計膜厚３００ｎｍのＡｌ電極をもちいた、中心周波数がほぼ１．７５ＧＨｚのフィルタを試験した。電極の厚さや材料に伴なう特性のずれに対しては基板に設けた段部の段差をかえることにより中心周波数がほぼ１．７５ＧＨｚになるように調節した。従って実施例５〜８および比較例５の櫛型電極の電極間ピッチはほぼ一致している。電極はフォトリソグラフィーおよびリアクティブイオンエッチング法によってパターン形成した。エッチングガスとしてはＢＣｌ３とＣｌ２の混合ガスを用いた。従ってリアクティブイオンエッチングにおいて、Ｃｌ＊ラジカルおよびＢＣｌ３＊ラジカルによるケミカルエッチングと同時にＢＣｌ３＋イオンによってスパッタエッチングによってパターン形成が行われる。実施例５〜８における基板の段部はエッチング時間をコントロールすることで形成される。パターン形成後基板をダイシングして分割し、分割された各チップがセラミックパッケージにダイボンドを施される。さらに各チップはワイヤーボンドにより電気的に接続される。その後窒素雰囲気中で蓋を溶接し気密封止を行い各電極を有するＳＡＷフィルタを作成した。
【００３２】
実施の形態２のフィルタにおいて、実施の形態１の場合と同様の方法で耐電力性を評価した。表３に示した電極を有するＳＡＷフィルタの推定寿命を表４に示す。表４にはあわせて各電極膜のＡｌＭｇＣｕ層４の結晶粒径もあわせて示す。
【００３３】
【表４】
0004059080.tif 000005
【００３４】
表４から分かるように、実施例５〜８の電極を用いたＳＡＷフィルタについては、目安とする推定寿命５万時間を越えているのに対し、比較例５のフィルタにおいては５万時間以下であった。またＡｌＭｇＣｕ層の結晶粒径はどの電極もほぼ膜厚と同じ程度であった。実施の形態２においては前述のように、フィルタのＡｌ電極の設計膜厚は３００ｎｍである。基板に段部を設けこれを電極の一部とし、ＡｌもしくはＡｌを主体とした金属の層の膜厚を２００ｎｍ以下とすることにより、フィルタは実施の形態１で示した実施例１〜４の電極と同程度の耐電力性を実現し、耐電力性の目安である５万時間以上の寿命を実現している。これらの結果から、所望のフィルタ特性を実現するために電極膜の膜厚が２００ｎｍ以上必要とするＳＡＷフィルタにおいて、所望の特性を実現すると同時に耐電力性の向上を図るのに、基板に段部を設けこれを電極の一部とし、ＡｌもしくはＡｌを主体とする層は膜厚を２００ｎｍ以下にし結晶粒径を小さくするとともに配向膜とすることが有効である。
【００３５】
（実施の形態３）
図１６〜図１９は本発明の実施の形態３における実施例９〜１２の弾性表面波（ＳＡＷ）フィルタの要部である電極の断面図である。図２０は比較例６のＳＡＷフィルタの電極の断面図である。
【００３６】
実施例９の電極２３２は図１６に示すように、基板１から順に積層された、膜厚が２００ｎｍの第１の金属層４と、第１の金属層４のＡｌ原子の基板に対し垂直方向の粒界拡散を防止する第２の層５と、電極２３２の膜厚を調節する第３の層６とを有する。
【００３７】
実施例１０の電極２４２は図１７に示すように、基板１から順に積層された下地層３と、膜厚が２００ｎｍの第１の金属層４と、第１の金属層４のＡｌ原子の基板に対して垂直方向の粒界拡散を防止する第２の層５と、電極２４２の膜厚を調節する第３の層６とを有する。
【００３８】
実施例１１の電極２５２は図１８に示すように、基板１の段部７の頂部に形成されて膜厚が２００ｎｍの第１の金属層４と、第１の金属層４のＡｌ原子の基板に対し垂直方向の粒界拡散を防止する第２の層５と、電極２５２の膜厚を調節する第３の層６とを有する。
【００３９】
実施例１２の電極２６２は図１９に示すように、基板１の段部７の頂部に形成され、基板１から順に積層された下地層３と、膜厚が２００ｎｍの第１の金属層４と、第１の金属層４の粒界拡散を防止する第２の層５と、電極２６２の膜厚を調節する第３の層６とを有する。
【００４０】
比較例６の電極２７２は図２０に示すように、基板１側から順に積層された下地層３を、膜厚が２００ｎｍの第１の金属層４と、第１の金属層４のＡｌ原子の基板に対し垂直方向の粒界拡散を防止する第２の層５と、電極２７２の膜厚を調節する第３の層６とを有する。
【００４１】
実施例９〜１２および比較例６の電極の各層の材料および膜厚、成膜方法を表５に示す。
【００４２】
【表５】
0004059080.tif 000006
【００４３】
表５にあるように、実施の形態３におけるＡｌもしくはＡｌを主体とした金属としてはＡｌＭｇ合金をもちいた。また下地層および第２の層についてはＴｉを用いている。層はイオンビームスパッタおよびＤＣマグネトロンスパッタのいずれかにより成膜した。電極膜成膜後Ｘ線回折のθ−２θ法により調べた各電極の配向性については、実施例９、実施例１０、実施例１１、実施例１２、比較例６の何れもＡｌＭｇ層についてはＡｌの（１１１）面のピークのみ観測され、Ａｌ合金層は（１１１）軸が基板に対し垂直方向に配向した配向膜となっていることが確認された。ただし電極は第１の層および第３の層の２層のＡｌＭｇ層を有するため、下地層および第１の層のサンプルを別途同一成膜条件で作成しその配向性を確認した。実施の形態３において用いたフィルタの構成は実施の形態１と同じであり、ただし設計膜厚４８０ｎｍのＡｌ電極を有するフィルタは中心周波数がほぼ８００ＭＨｚなる設計である。電極の厚さや材料に伴なう特性のずれについては、基板に設けた段部の段差および第３の層の層厚をかえることによりフィルタは中心周波数がほぼ８００ＭＨｚになるように調節した。従って実施例９〜１２および比較例６の櫛型電極の電極間ピッチはほぼ一致している。電極およびフィルタは実施の形態２と同様の方法で作成された。
【００４４】
実施の形態３においても、フィルタの耐電力性を実施の形態１の場合と同様に評価した。表５に示した各電極を有する各ＳＡＷフィルタの推定寿命を表６に示す。表６には各電極膜の第１の層であるＡｌＭｇ層の結晶粒径もあわせて示した。
【００４５】
【表６】
0004059080.tif 000007
【００４６】
表６から分かるように、実施例９〜１２の電極を用いたＳＡＷフィルタについては推定寿命が５万時間を越えているのに対し、比較例６においては５万時間以下であった。また各電極膜の第１の層であるＡｌＭｇ層の結晶粒径はどの電極もほぼ層厚と同じ程度であった。実施の形態２においては前述のように用いたフィルタのＡｌ電極の設計膜厚は４８０ｎｍであるが、ＡｌもしくはＡｌを主体とした第１の層の上に前記第１の層の層厚を制限する第２の層および電極膜厚を調整するための第３の層を設けるか、基板に段部を設けこれを電極の一部とすることで、第１の金属の層の膜厚を２００ｎｍ以下とする。これにより、フィルタは高耐電力性を有し、耐電力性の目安である５万時間以上の寿命を有する。実施例９、実施例１０のフィルタにおいては試験後、電極が劣化した部分以外にも櫛型電極の表面にＡｌの拡散によるヒロックが形成されているのが観察された。これらのＡｌ原子の拡散は膜厚の調整層である第３の層の劣化によるものである。一方実施例１１、実施例１２についてはそれが観測されなかったことから、ＡｌもしくはＡｌを主体とする第３の層についても２００ｎｍ以下の層厚にすることが好ましい。さらに第３の層の上に第３の層からのＡｌ原子の拡散を抑制するための第４の層を設けてもよい。また、実施例１１、実施例１２、比較例６のフィルタについては、試験後の電極を観察したところ電極表面にはＡｌ原子の拡散によるヒロックは観測されなかったが、櫛型電極間にサイドヒロックという形で発生していることが観察された。これらの結果から、所望のフィルタ特性のために電極膜の膜厚が２００ｎｍ以上必要とするＳＡＷフィルタの特性を実現すると同時に耐電力性の向上を図るのに、ＡｌもしくはＡｌを主体とした膜厚２００ｎｍ以下の第１の層の上に前記第１の層の層厚を制限する第２の層および電極膜厚を調整するための第３の層を設ける。さらに第３の層が厚くならないように、基板に段部を設けこれを電極の一部とし、ＡｌもしくはＡｌを主体とする層の膜厚を２００ｎｍ以下にすることで結晶粒径を小さくできる。
【００４７】
（実施の形態４）
図２１〜図２３は本発明の実施の形態４における実施例１３〜１８の弾性表面波（ＳＡＷ）フィルタの要部である電極の断面図である。比較例７〜１０のＳＡＷフィルタの電極の断面図は図２１の電極と同様である。
【００４８】
実施例１３、１４の電極２８２は図２１に示すように、基板１から順に積層された、ＡｌもしくはＡｌを主体とする膜厚が２００ｎｍの第１の金属層４と、第１の金属層のＡｌ原子の基板に対し垂直方向の粒界拡散を防止する第２の層５と、電極２８２の膜厚を調節する第３の層６とを有する。電極２８２の側壁には第１の金属層４のＡｌ原子の粒界拡散を防止するための拡散防止層８が形成される。拡散防止層８は図２１に示されているように基板にまで至っていない。
【００４９】
実施例１５、１６の電極２９２は図２２に示すように、基板１から順に積層された下地層３と、膜厚が２００ｎｍの第１の金属層４と、第１の金属層４のＡｌ原子の基板に対し垂直方向の粒界拡散を防止する第２の層５と、電極２９２の膜厚を調節する第３の層６とを有する。電極２９２の側壁には第１の金属層４のＡｌ原子の粒界拡散を防止するための拡散防止層８が形成される。拡散防止層８は図２２に示されているように基板にまで至っていないが第１の金属層４、第２の層５、第３の層６の側壁および下地層３の側壁の一部を覆っている。
【００５０】
実施例１７，１８の電極３０２は図２３に示すように、基板１の段部７の頂部に形成されており、膜厚が２００ｎｍの第１の金属層４と、第１の金属層４のＡｌ原子の基板に対し垂直方向の粒界拡散を防止する第２の層５と、電極３０２の膜厚を調節する第３の層６とを有する。電極３０２の側壁には第１の金属層４のＡｌ原子の粒界拡散を防止するための拡散防止層８が形成されている。拡散防止層８は図２３に示されているように基板底部にまで至っていない。しかし拡散防止層８は第１の金属層４、第２の層５、第３の層６の側壁および基板１の段部７の側壁の一部を覆っている。
【００５１】
比較例７、８、９，１０の電極は実施例１３、１４と同様の図２１に示される構成とした。
【００５２】
実施例１３〜１８および比較例７〜１０の電極の各層の材料および膜厚、成膜方法を表７に示す。
【００５３】
【表７】
0004059080.tif 000008
【００５４】
表７にあるように、実施の形態４におけるＡｌもしくはＡｌを主体とした金属４としてはＡｌＭｇ合金をもちいた。下地層についてはＴｉを用いた。また実施例１３、実施例１５、実施例１７、比較例７、比較例９において第２の層はＴｉを、実施例１４、実施例１６、実施例１８、比較例８、比較例１０において第２の層はＣｕを用いた。層はイオンビームスパッタおよびＤＣマグネトロンスパッタのいずれかにより成膜した。これらの電極膜成膜後Ｘ線回折のθ−２θ法により調べられた各電極の配向性について、実施例１３〜１８、比較例９、１０の何れもＡｌＭｇ層についてはＡｌの（１１１）面のピークのみ観測され、Ａｌ合金層は（１１１）軸が基板に対し垂直方向に配向した配向膜となっていることが確認された。ただしＡｌＭｇ層が第１と第３の層の２層あるため、下地層および第１の層の２層のサンプルを別途同一成膜条件で作成しその配向性を確認した。比較例７、８については特定の結晶面からのピークは観測されず、配向膜ではなく無配向な多結晶膜であることを確認している。実施の形態４において用いたフィルタの構成および設計は発明の実施の形態３と同様である。電極は全てＡｒ＋イオンによるイオンミリング法によってパターン形成した。イオンミリング法はスパッタリングによって物理的にパターン形成するためスパッタされた原子の一部は電極側壁に付着し、パターン形成と同時に拡散防止層が形成される。ただし電極側壁を完全に覆うことはできず、拡散防止層は基板底部にまで形成されない。
【００５５】
表７に示した各電極を有する各ＳＡＷフィルタの推定寿命を表８に示す。また、表８には各電極膜の第１の層のＡｌＭｇ層の結晶粒径もあわせて示す。
【００５６】
【表８】
0004059080.tif 000009
【００５７】
表８から分かるように、実施例１３〜１８の電極を用いたＳＡＷフィルタは、目安とする推定寿命５万時間を越えているのに対し、比較例７〜１０のフィルタにおいては５万時間以下であった。また各電極膜の第１の層のＡｌＭｇ層の結晶粒径はどの電極もほぼ層厚と同じ程度であった。実施例１３、実施例１４、および比較例においては試験後、電極が劣化した部分以外にも櫛型電極側壁にサイドヒロックが形成されているのが観察された。このサイドヒロックは電極の側壁に設けられた第１の金属層のＡｌ原子の粒界拡散を防止するための拡散防止層と基板の間から発生していた。実施例１５〜実施例１８については電極が劣化した部分以外に電極の劣化が観測されなかった。したがって拡散防止層が下地層の一部もしくは基板段部の側壁の一部まで覆いかつ第１の金属層を完全に覆っていたために、電極側壁へのＡｌ原子の粒界拡散が抑制されていたと考えられる。また第２の金属層にＣｕを用いたフィルタはＴｉを用いたものと比べ、耐電力性が向上している。ＣｕはＡｌの自己拡散係数よりもＡｌに対する拡散係数が大きい金属であるため、デバイス作成工程中の加熱工程において第２の層の粒界にＣｕが拡散し、Ａｌ原子の粒界拡散経路がＣｕ原子により塞がれる。そのため基板に水平方向のＡｌ原子の粒界拡散についても抑制されたものと考えられる。ＣｕはＡｌ中に拡散しやすいだけでなく、Ａｌとの間で簡単に金属間化合物を形成し、また第２の層粒径も大きく成長しやすい。そのため、工程中の温度変化やＣｕ層の膜厚等でＡｌ原子抑制効果が大きく変わり、更に電極膜の抵抗値も上がりやすく、フィルタの耐電力性、フィルタ特性ともにばらつきが若干多かった。従ってＡｌの自己拡散係数よりもＡｌに対する拡散係数が大きい金属を用いた第２の層は耐電力性への効果は大きいが、それぞれのフィルタで層厚の最適値があり、工程の管理とくに加熱工程の管理が必要である。特にＡｌもしくはＡｌを主体とした金属の第１の層の層厚が２００ｎｍ以下の場合、Ｃｕの第２の層の層厚は２０ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以下であることが望ましい。また工程中の加熱工程については２５０℃以下、好ましくは２００℃以下の温度が望ましい。Ａｌの自己拡散係数よりもＡｌに対する拡散係数が小さい金属を用いた第２の層は、ＡｌもしくはＡｌを主体とした金属の第１の層のＡｌ原子の基板に対する水平方向への粒界拡散に対する抑制効果はあまり期待できないが、フィルタの耐電力性および特性は安定していた。これらの結果からＡｌもしくはＡｌを主体とした金属の第１の層からのＡｌ原子の基板に対し水平方向への粒界拡散を抑制する拡散抑制層は、第１の層の側壁を完全に覆うことが効果的である。その拡散抑制層を形成する方法は、パターン形成をスパッタエッチングにより行い更に下地層を設けるかもしくは基板を削り段部を形成することが有効である。またこの方法によって電極側壁に形成された拡散抑制層は自然とＡｌもしくはＡｌを主体とした第１の金属層と下地層もしくは基板の材料との合金層もしくは積層膜となり耐マイグレーション性がよい。
【００５８】
（実施の形態５）
図２４〜図２６は実施の形態５における実施例１９〜２３の弾性表面波（ＳＡＷ）フィルタの要部である電極の断面図である。図２７は比較例１１のＳＡＷフィルタの電極の断面図である。
【００５９】
実施例１９，２０の電極３１２は図２４に示すように、基板１の段部７の頂部に形成されており、膜厚が２００ｎｍの第１の金属層４と、第１の金属層のＡｌ原子の基板に対し垂直方向の粒界拡散を防止する第２の層５と、電極３１２の膜厚を調節する第３の層６とを有する。また電極パターン形成後に、実施例１９では厚さ１００ｎｍの窒化珪素、実施例２０では厚さ１００ｎｍの酸化珪素による保護膜９が電極３１２上に形成される。電子顕微鏡による観察の結果、図２４に示されているように保護膜は基板段部の櫛型電極と電極間の基板の底部との境界部分で十分に膜が形成されておらず不連続になっていた。
【００６０】
実施例２１，２２の電極３２２は図２５に示すように、基板１から順に積層された下地層３と、膜厚が２００ｎｍの第１の金属層４と、第１の金属層のＡｌ原子の基板に対し垂直方向の粒界拡散を防止する第２の層５と、電極３２２の膜厚を調節する第３の層６とを有する。電極３２２形成後、実施例２１では厚さ１００ｎｍの窒化珪素、実施例２２では厚さ１００ｎｍの酸化珪素による保護膜９が電極３２２上に形成される。電子顕微鏡による観察では、図２５に示されているように保護膜９は下地層３と基板１の底部との境界部分で十分に膜が形成されておらず不連続になっていた。
【００６１】
実施例２３の電極３３２は図２６に示すように、基板１から順に積層された下地層３と、膜厚が２００ｎｍの第１の金属層４と、第１の金属層のＡｌ原子の基板に対し垂直方向の粒界拡散を防止する第２の層５と、電極３３２の膜厚を調節する第３の層６とを有する。電極３３２の形成後、厚さ５０ｎｍの窒化珪素９ａと厚さ５０ｎｍの酸化珪素９ｂが電極３３２上に形成される。電子顕微鏡による観察では、図２６に示されているように保護膜９ａと９ｂは下地層３と基板１の底部との境界部分で十分に膜が形成されておらず不連続になっていた。
【００６２】
比較例１１の電極３４２は図２７に示すように、膜厚が２００ｎｍの第１の金属層４と、第１の金属層のＡｌ原子の基板に対し垂直方向の粒界拡散を防止する第２の層５と、電極３４２の膜厚を調節する第３の層６とを有する。電極の形成後、厚さ１００ｎｍの窒化珪素による保護膜９が電極３４２上に形成される。電子顕微鏡による観察では、図２７に示されているように保護膜９は電極３４２と基板１の底部との境界部分で十分に形成されておらず不連続になっていた。
【００６３】
実施例１９〜２３および比較例１１の電極の各層の材料および膜厚、成膜方法を表９に示す。
【００６４】
【表９】
0004059080.tif 000010
【００６５】
表９に示すように、実施の形態５におけるＡｌもしくはＡｌを主体とした金属としてはＡｌＭｇ合金をもちいた。下地層３および第２の層５についてはＴｉを用いた。これらの層はイオンビームスパッタおよびＤＣマグネトロンスパッタのいずれかにより成膜した。これらの電極膜の成膜後のＸ線回折のθ−２θ法によると、各電極の配向性について、実施例１９〜２３、比較例１１の何れもＡｌＭｇ層についてはＡｌの（１１１）面のピークのみ観測され、Ａｌ合金層は（１１１）軸が基板に対し垂直方向に配向した配向膜となっていることが確認された。ただし全てのサンプルについてＡｌＭｇ層が第１と第３の層の２層あるため、第１の層もしくは下地層および第１の層のサンプルを別途同一成膜条件で作成しその配向性を確認した。実施の形態５において用いたフィルタの構成は実施の形態１と同じである。設計膜厚４８０ｎｍのＡｌ電極を有するときに中心周波数がほぼ８００ＭＨｚのフィルタを用いた。電極はフォトリソグラフィーおよびドライエッチング法によって形成した。電極の形成後に保護膜を形成し、その後電極の電気的接続を行う部分の保護膜をエッチングにより取り除く。そして共振子をアルミナ基板上にフェイスダウン実装した。実施の形態５においてはフィルタは気密封止されていない。実施の形態５においても、フィルタの耐電力性を実施の形態１と同様に評価した。フィルタは保護膜が形成されているものの、表面が大気にさらされた状況で評価された。表９に示した各電極を有する各ＳＡＷフィルタの推定寿命を表１０に示す。表１０には各電極膜の第１の層のＡｌＭｇ層の結晶粒径もあわせて示す。
【００６６】
【表１０】
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【００６７】
表１０から分かるように、実施例１９〜２３の電極を用いたＳＡＷフィルタは、目安とする推定寿命５万時間を越えているのに対し、比較例１１のフィルタにおいては５万時間以下であった。また各電極膜の第１の層のＡｌＭｇ層の結晶粒径はどの電極もほぼ層厚と同じ程度であった。実施例１９と２０とを比較、さらに実施例２１と２２を比較した場合、窒化珪素の保護膜を有するフィルタは酸化珪素の保護膜を有するフィルタに比べ耐電力性が向上することが分かる。窒化珪素の保護膜ではその形成前に比べ形成後のフィルタの電気的特性に若干の劣化が観察された。酸化珪素の保護膜ではその形成前後においてフィルタの電気的特性に変化はなかった。窒化珪素と酸化珪素とを積層した保護膜を有する実施例２３のフィルタについても保護膜形成前後において電気的特性に変化はなく、また耐電力性についても窒化珪素を単独で用いた場合と同様な向上が見られた。比較例１１のフィルタは実施の形態４の実施例１３とほぼ同じ電極構成を有して耐電力性に優れた構造であるにもかかわらず推定寿命は３２０時間と短い。これは実施の形態５においては気密封止をしていなかったためであると考えられる。実施例１９〜２３のフィルタについては気密封止を行ったものとほぼ同等な耐電力性を示している。このことから、比較例１１のフィルタはＡｌもしくはＡｌを主体とした金属の第１の層が完全に保護膜に覆われずに一部が露出していることが原因で寿命が短いと考えられる。保護膜の膜厚が薄い電極の電極間では、電極と基板の底部との境界において図２５〜２７に示したような保護膜の不連続部分が形成されやすい。不連続部分が形成された場合、実施の形態５のように基板に段部を設けるもしくは耐湿性に優れた金属の下地層を用いることがフィルタの寿命を延ばすのに有効であることがわかる。
【００６８】
保護膜は電極のＡｌ原子のマイグレーションにより生じるヒロックの発生を抑制し、耐電力性を改善するとともに、電極間のショートを防止しかつ耐湿性を向上させる。
【００６９】
なお実施の形態５においては耐電力性と保護膜による耐湿性の両立を目的とする電極構造を説明した。基板に段部を設けるもしくは下地層として耐湿性に優れた下地層をもうけた電極に対し保護膜を形成することはフィルタの長寿命化に効果的である。
【００７０】
実施の形態１〜５はあくまでもある特定のフィルタで電極の構造を説明した。それぞれの膜構成や膜厚、材料等はこれに限定されるものではない。特にＡｌもしくはＡｌを主体とする層の層厚は、ＳＡＷフィルタの電極の幅Ｌに対して０．０１Ｌ以下にすることが望ましい。これにより十分に導体粉が微細化され弾性表面波の伝播によって電極に受ける応力を十分に分散できる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明は弾性表面波の伝搬に伴う応力に対して耐性の向上した弾性表面波フィルタとその製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態における弾性表面波（ＳＡＷ）フィルタの斜視図
【図２】  実施の形態におけるＳＡＷフィルタの構成図
【図３】  本発明の実施の形態１の実施例１におけるＳＡＷフィルタの要部である櫛型電極の断面図
【図４】  実施の形態１の実施例２におけるＳＡＷフィルタの要部である櫛型電極の断面図
【図５】  実施の形態１の実施例３におけるＳＡＷフィルタの要部である櫛型電極の断面図
【図６】  実施の形態１の実施例４におけるＳＡＷフィルタの要部である櫛型電極の断面図
【図７】  実施の形態１の比較例１におけるＳＡＷフィルタの要部である櫛型電極の断面図
【図８】  実施の形態１の比較例２におけるＳＡＷフィルタの要部である櫛型電極の断面図
【図９】  実施の形態１の比較例３におけるＳＡＷフィルタの要部である櫛型電極の断面図
【図１０】  実施の形態１の比較例４におけるＳＡＷフィルタの要部である櫛型電極の断面図
【図１１】  本発明の実施の形態２の実施例５におけるＳＡＷフィルタの要部である櫛型電極の断面図
【図１２】  実施の形態２の実施例６におけるＳＡＷフィルタの要部である櫛型電極の断面図
【図１３】  実施の形態２の実施例７におけるＳＡＷフィルタの要部である櫛型電極の断面図
【図１４】  実施の形態２の実施例８におけるＳＡＷフィルタの要部である櫛型電極の断面図
【図１５】  実施の形態２の比較例５におけるＳＡＷフィルタの要部である櫛型電極の断面図
【図１６】  本発明の実施の形態３の実施例９におけるＳＡＷフィルタの要部である櫛型電極の断面図
【図１７】  実施の形態３の実施例１０におけるＳＡＷフィルタの要部である櫛型電極の断面図
【図１８】  実施の形態３の実施例１１におけるＳＡＷフィルタの要部である櫛型電極の断面図
【図１９】  実施の形態３の実施例１２におけるＳＡＷフィルタの要部である櫛型電極の断面図
【図２０】  実施の形態３の比較例６におけるＳＡＷフィルタの要部である櫛型電極の断面図
【図２１】  本発明の実施の形態４の実施例１３，１４、比較例７，８，９，１０におけるＳＡＷフィルタの要部である櫛型電極の断面図
【図２２】  実施の形態４の実施例１５，１６におけるＳＡＷフィルタの要部である櫛型電極の断面図
【図２３】  実施の形態４の実施例１７，１８におけるＳＡＷフィルタの要部である櫛型電極の断面図
【図２４】  本発明の実施の形態５の実施例１９，２０におけるＳＡＷフィルタの要部である櫛型電極の断面図
【図２５】  実施の形態５の実施例２１，２２におけるＳＡＷフィルタの要部である櫛型電極の断面図
【図２６】  実施の形態５の実施例２３におけるＳＡＷフィルタの要部である櫛型電極の断面図
【図２７】  実施の形態５の比較例１１におけるＳＡＷフィルタの要部である櫛型電極の断面図
【符号の説明】
１  基板
２  電極
３  下地層
４  第１の層
５  第２の層
６  第３の層
７  段部
８  拡散防止層
９  保護膜
【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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【図９】
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【図１０】
0004059080.tif 000021
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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