(57)【要約】電気特性の劣化が抑制され耐湿性に優れたＳＡＷデバイスを提供する。圧電基板の上面にアルミニウムを主成分とするＩＤＴ電極を有するＳＡＷ素子が多数形成される。次に圧電基板がリンイオンを含む溶液に浸漬され、引き上げられた後水で洗浄され、乾燥される。その後各ＳＡＷ素子の周波数特性を測定し選別を行った後、圧電基板が個々のＳＡＷ素子に分割される。次にパッケージにＳＡＷ素子が実装され、ワイヤでＳＡＷ素子とパッケージとが接続される。次いでパッケージの開口部がリッドで封止される。
2002056465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板と、
前記圧電基板上に設けられたアルミニウムを含む電極と、
前記電極のみを覆うリン酸アルミニウム膜と
を有する弾性表面波（ＳＡＷ）デバイス。
【請求項２】
前記電極上に設けられた酸化アルミニウム膜をさらに有する、請求の範囲第１項に記載のＳＡＷデバイス。
【請求項３】
前記電極はインターディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）電極を含む、請求の範囲第１項に記載のＳＡＷデバイス。
【請求項４】
前記電極は前記ＩＤＴ電極の周辺に設けられた反射器電極をさらに含む、請求の範囲第３項に記載のＳＡＷデバイス。
【請求項５】
圧電基板上にアルミニウムを主成分とする電極を形成する工程と、
リンイオンを含む溶液中に前記圧電基板を浸漬して、前記形成された電極を覆うリン酸アルミニウム膜を形成する工程と
を有する、弾性表面波デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記リン酸アルミニウム膜を形成する前記工程は、前記リン酸アルミニウム膜を形成前と形成後とで前記電極の特性が略等しくなるような厚みに形成する工程を含む、請求の範囲第５項に記載の製造方法。
【請求項７】
前記溶液はｐＨ３〜５である、請求の範囲第５項に記載の製造方法。
【請求項８】
前記電極上に陽極酸化により酸化アルミニウム膜を形成する工程をさらに備えた、請求の範囲第５項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は無線通信機器等の無線機器に使用される弾性表面波（ＳＡＷ）デバイス及びその製造方法に関する。
背景技術
特開２０００−２６１２８３号公報は耐湿性を考慮した従来の弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスを開示している。
図９は従来のＳＡＷデバイスの一部拡大断面図である。そのＳＡＷデバイスはタンタル酸リチウムなどの単結晶からなる圧電基板１と、圧電基板１の表面に形成されたアルミニウムを主成分とするインターディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）電極２と、圧電基板１及びＩＤＴ電極２の表面を被覆するＳｉＯ２等の絶縁物からなる絶縁性保護膜３と、絶縁性保護膜３上に設けられたヘキサメチルジシラン等の疎水性物質からなる疎水性保護膜４とを備える。
そのＳＡＷデバイスの製造方法を説明する。まず圧電基板１の上にフォトリソ法によりＩＤＴ電極２が形成される。次にＳｉＯ２等をスパッタリング装置によりＩＤＴ電極２上に絶縁性保護膜３が形成される。次いで、絶縁性保護膜３の上にヘキサメチルジシランを付着させて疎水性保護膜４が形成される。
このＳＡＷデバイスは図９に示すように、ＩＤＴ電極２の電極指間の圧電基板１の表面も絶縁性保護膜３及び疎水性保護膜４で被覆されている。そのためこのＳＡＷデバイスは耐湿性を有するものの、電極指間の圧電基板１の表面を伝搬する弾性表面波が絶縁性保護膜３及び疎水性保護膜４により減衰する。例えばデバイスがフィルタの場合挿入損失が大きくなるなど電気特性が劣化する。
発明の開示
電気特性の劣化を抑制し耐湿性に優れた弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスを提供する。そのＳＡＷデバイスは圧電基板と、圧電基板上に設けられたアルミニウムを含む電極と、電極のみを覆うリン酸アルミニウム膜とを有する。
発明を実施するための最良の形態
（実施の形態１）
図１は実施の形態１におけるＳＡＷデバイスの要部拡大断面図、図２はＳＡＷ素子の上面図、図３はＳＡＷデバイスの断面図である。
図１〜図３において、ＳＡＷ素子１４はタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの単結晶からなる圧電基板１０と、圧電基板１０の表面に設けられたインターディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）電極１１と、ＩＤＴ電極１１の表面を被覆するリン酸アルミニウム膜１１ａと、ＩＤＴ電極１１の両側を挟むように圧電基板１０の上に設けられた反射器電極１２と、ＩＤＴ電極１１と電気的に接続するように圧電基板１０の上に設けられた接続電極１３とを備える。ＳＡＷデバイスはＳＡＷ素子１４を収納するパッケージ１５と、パッケージ１５に設けられた外部接続用電極１６と、接続電極１３と外部接続用電極１６とを接続するワイヤ１７と、パッケージ１５の開口部を封止するリッド１８とを備える。ＩＤＴ電極１１、反射器電極１２、接続電極１３はアルミニウムを主成分とする金属で形成される。
このＳＡＷデバイスの製造方法をて図面を参照しながら説明する。図４は本実施の形態１におけるＳＡＷデバイスの製造工程図である。
まず板状の圧電基板１０の上面にアルミニウムを主成分とする金属でフォトリソ法によりＩＤＴ電極１１、反射器電極１２、接続電極１３が複数形成される（ステップ３１）。
次に圧電基板１０がｐＨ３〜５で０．５〜６０％のリン酸アンモニウム水溶液に所定時間浸漬される（ステップ３２）。リン酸アンモニウム水溶液はｐＨを調整しやすいために用いられるが、アルミニウムと反応してリン酸アルミニウムを生成できる物質が用いられてもよい。その濃度が０．５％以下だと被膜形成能力が小さく効率が悪く、６０％以上だと電極材料のアルミニウムが溶解し易くなる。基板１０の浸漬時間は３０分以下が望ましい。短くは１秒でもかまわないが３０分を越えると電極材料のアルミニウムが溶解し易くなるため良くない。
圧電基板は溶液から引き上げられた後水で洗浄され乾燥される（ステップ３３）。例えばウエハ上に純水を降りかけてウエハを回転させて水を吹き飛ばしけもよい（リンサー乾燥）。ここでウエハを回転させて水を吹き飛ばすとシミができにくい。
その後各ＳＡＷ素子１４の周波数特性が測定され選別された後、図２に示すように圧電基板１０は、ＩＤＴ電極１１とＩＤＴ電極１１の両側に配された反射器電極とＩＤＴ電極１１に電気的に接続された接続電極１３とを有するＳＡＷ素子１４にダイシングされ分割される（ステップ３４）。ＳＡＷ素子１４は図１に示すようにＩＤＴ電極１１の表面が薄いリン酸アルミニウム膜１１ａで被覆される。反射器電極１２と接続電極１３も同様に表面がリン酸アルミニウム膜１１ａで覆われる。またリン酸アルミニウム膜１１ａは、形成前と形成後のＩＤＴ電極１１の電気特性が略等しくなるような厚みに形成される。
次にパッケージ１５にＳＡＷ素子１４が固定され（ステップ３５）、ワイヤ１７でＳＡＷ素子１４の接続電極１３とパッケージ１５の外部接続用電極１６とが接続される（ステップ３６）。最後にパッケージ１５の開口部がリッド１８で封止され（ステップ３７）、図３に示すＳＡＷデバイスが得られる。
本実施の形態におけるＳＡＷデバイスの特性を説明する。
図５は、本実施の形態１のＳＡＷデバイスと、表面にリン酸アルミニウム膜を有しないＳＡＷデバイス（比較例）とを２．０３×１０５Ｐａ、湿度１００％の状態に放置した時のそれぞれのデバイスの中心周波数の変化量を示す。ＳＡＷデバイスは中心周波数が２．１４ＧＨｚのＳＡＷフィルタである。
図５から明らかなように、リン酸アルミニウム膜のないＳＡＷデバイスの中心周波数（特性Ａ）は時間と共に中心周波数が約１８％変化するが、本実施の形態１のＳＡＷデバイスの中心周波数（特性Ｂ）は４０時間経過ししても約５％しか変化せず、耐湿性に優れる。
また本実施の形態１のＳＡＷデバイスはＩＤＴ電極１１の表面以外にはリン酸アルミニウム膜１１ａが形成されていない。したがって圧電基板上に保護膜を有する従来のＳＡＷデバイスより弾性表面波の減衰を抑制でき、デバイスの挿入損失を小さくできる。
また、ＩＤＴ電極１１が形成された圧電基板１０をリン酸アンモニウム水溶液に浸漬して、ＩＤＴ電極１１の表面にのみ耐湿性に優れたリン酸アルミニウム膜１１ａが形成される。これによりＩＤＴ電極１１を構成するアルミニウムが水酸化アルミニウムに変化し、電気特性が劣化するのを防止できる。水酸化アルミニウムに変化するのは例えば圧電基板とリン酸アルミニウム膜１１ａの界面付近が多いと推定される。アルミニウムが水酸化アルミニウムに変化すると水に溶解し易くなり、溶解すると電極の重量が変化し圧電基板上での表面波の伝搬性能が変化したりばらつく。また水酸化アルミニウムは絶縁体に近い高い抵抗値をもっているため電極全体の抵抗が大きくなり表面波の伝搬ロスが大きくなる。
さらに、リン酸アルミニウム膜１１ａは、形成前と形成後の電気特性が略等しくなるような厚みに形成されることにより、所望の特性のＳＡＷデバイスを得ることができる。具体的には通常の測定器の測定限界以下のため正確には測定できていないが０．数ｎｍ程度と推定される。したがってリン酸アルミニウム膜の膜厚はＩＤＴ電極の厚さに直接関与しない。リン酸アルミニウム膜の膜厚は基板１０の浸漬時間により管理するが、短時間で着膜しその後時間により膜厚は変化しにくく安定する。最低限必要な浸漬時間を確保すればほぼ所望の膜厚が得られる。
さらにｐＨ３〜５のリン酸アルミニウム溶液はＩＤＴ電極１１、反射器電極１２、接続電極１３の主成分であるアルミニウムが溶出するのを抑制し、特性が劣化するのを防止できる。ｐＨ値によりアルミニウムの溶解速度は異なり、ｐＨ３〜５だとアルミニウムは溶解し難い。
（実施の形態２）
図２は実施の形態２における弾性表面波（ＳＡＷ）素子の上面図、図３はＳＡＷデバイスの要部拡大断面図、図６はＳＡＷ素子の要部拡大断面図である。実施の形態１で説明した構成要素と同じものについては同一番号を付し説明を省略する。図において、インターディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）電極１１の表面のみを覆うように設けた酸化アルミニウム膜１１ｂ上をリン酸アルミニウム膜１１ａが被覆している。
このＳＡＷデバイスの製造方法を説明する。図７は、本実施の形態２におけるＳＡＷデバイスの製造工程図、図８はＳＡＷデバイスの陽極装置を示す酸化工程の説明図である。製造装置は電解液７１と電極７２と電源７３とを備える。実施の形態１と同様の構成要素については同じ参照番号を付して説明を省略する。
まず実施の形態１と同様に、板状の圧電基板１０の上面にアルミニウムを主成分とする金属でＩＤＴ電極１１、反射器電極１２、接続電極１３がフォトリソ法により複数形成される（ステップ６１）。
次に図８に示すように圧電基板１０がステンレスなどの電極７２と共に電解液７１に浸漬され、電極７２を陰極、ＩＤＴ電極１１を陽極として電源７３により電圧が印加される。電圧印加によりＩＤＴ電極１１の表面が陽極酸化されて酸化アルミニウム膜１１ｂで被覆される（ステップ６２）。陽極酸化による酸化アルミニウムの膜厚は印加電圧により制御できる。例えば印加電圧３〜５０Ｖで４〜７０ｎｍの酸化アルミニウムが形成される。また、ウエハ状態で電極に電圧が印加できるように接続されていればどのような構造のＩＤＴ電極でも陽極酸化できる。
次いで圧電基板１０が電解液７１から引き上げられて、純水で洗浄された後、乾燥される（ステップ６３）。
その後圧電基板１０がｐＨ３〜５で０．５〜６０％のリン酸アンモニウム水溶液に所定時間浸漬され（ステップ６４）、引き上げられた後水で洗浄されて乾燥される（ステップ６５）。リン酸アンモニウム溶液は実施の形態１と同様のものである。
次いで図１に示すように圧電基板１０は、ＩＤＴ電極１１とその両側の反射器電極１２とＩＤＴ電極１１に電気的に接続された接続電極１３を有するＳＡＷ素子１４にダイシングされる（ステップ６６）。
ＳＡＷ素子１４は、図６に示すようにＩＤＴ電極１１の表面が酸化アルミニウム膜１１ｂと、その上にリン酸アルミニウム膜１１ａとで被覆されている。反射器電極１２と接続電極１３も酸化アルミニウム膜１１ｂが形成されている部分はＩＤＴ電極１１と同様にその表面が酸化アルミニウム膜１１ｂ、その上にリン酸アルミニウム膜１１ａで被覆されたている。また陽極酸化されていない部分はリン酸アルミニウム膜１１ａのみで覆われている。酸化アルミニウム膜は４〜７０ｎｍ、リン酸アルミニウム膜は０．数ｎｍ程度と推定される。
次にパッケージ１５にＳＡＷ素子１４をダイボンドし（ステップ６７）、ワイヤ１７でＳＡＷ素子１４の接続電極１３とパッケージ１５の外部接続用電極１６とがワイヤボンディングされる（ステップ６８）。
次いでパッケージ１５の開口部がリッド１８で封止され（ステップ６９）、図１に示すＳＡＷデバイスが得られる。
本実施の形態２におけるＳＡＷデバイスの特性を説明する。
図５は本実施の形態２におけるＳＡＷデバイスと、表面にリン酸アルミニウム膜を有しない従来のＳＡＷデバイスとを２．０３×１０５Ｐａ、湿度１００％の状態に放置した時のそれぞれの中心周波数の変化量を示す。ＳＡＷデバイスは中心周波数が２．１４ＧＨｚのフィルタである。
図５を見ると分かるように、２０時間経過すると従来のＳＡＷフィルタは約１８％も中心周波数が変化する（特性Ａ）。これはＳＡＷ素子１４の周辺に存在する水分により、ＩＤＴ電極１１を構成するアルミニウムが水酸化アルミニウムに変化し、ＩＤＴ電極１１の質量が増加するためである。
しかしながら本実施の形態２のＳＡＷデバイスは４０時間経過してもほとんど周波数が変化しない（特性Ｃ）。このＳＡＷデバイスは、ＩＤＴ電極１１の表面に存在する撥水性に優れたリン酸アルミニウム膜１１ａが水分の浸入を防止し、アルミニウムが変質するのを防止できるので耐湿性に優れている。
このようにリン酸アルミニウム膜１１ａとＩＤＴ電極１１との間に形成された酸化アルミニウム膜１１ｂは水分の浸入を抑制し、リン酸アルミニウム膜１１ａのみでＩＤＴ電極１１の表面を被覆した場合と比較すると一層デバイスの耐湿性を向上できる。
また酸化アルミニウム膜１１ｂを陽極酸化により形成すれば印加電圧によりその厚みが制御できかる厚みは形成時間にあまり影響されない。
ＩＤＴ電極１１の表面に形成されたリン酸アルミニウム膜１１ａにより、ＩＤＴ電極１１の質量は増加する。従ってリン酸アルミニウム膜１１ａの膜厚はＩＤＴ電極１１の変質を防止できる最低限の厚みとすることが望ましい。本実施の形態ではその厚みは測定器の測定限界以下であるが０．数ｎｍ程度と推定される。
また、ＩＤＴ電極１１の質量が増加すると、通過帯域周波数が低周波数側へシフトする。従ってＩＤＴ電極１１は最終目標とする通過帯域周波数よりもリン酸アルミニウム膜１１ａを形成することにより変化する周波数分だけ高周波数となるように設定することが望ましい。周波数ｆは圧電体の音速ＶとＩＤＴ電極の電極指ピッチにより決定される波長λによりｆ＝ｖ／λで定まる。
上記実施の形態においてはリン酸を含む溶液としてリン酸アンモニウム水溶液を用いた。酸性溶液、好ましくはｐＨ３〜５のリンイオンを含む溶液により、ＩＤＴ電極１１への悪影響を抑制し、効率よくリン酸アルミニウム膜１１ａを形成できる。→リン酸アンモニウム以外に使用可能な溶液は？
ＩＤＴ電極の表面に存在する撥水性に優れたリン酸アルミニウム膜が電極への水分の浸入を防止し、アルミニウムが変質するのを防止できる。本実施の形態によると撥水性を有する被膜を形成できる他の物質であればリン酸アンモニウム以外でも同様の効果が得られる。具体的には撥水性を有する被膜を形成することができるリン酸塩であれば使用することができる。
産業上の利用可能性
本発明によるＳＡＷデバイスでは、ＩＤＴ電極の表面のみがリン酸アルミニウム膜で被覆される。ＩＤＴ電極の電極指間の圧電基板表面をリン酸アルミニウム膜の非形成部とすることにより特性劣化を抑制し、耐湿性に優れたＳＡＷデバイスを提供する。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の実施の形態１における弾性表面波（ＳＡＷ）素子の要部拡大断面図である。
図２は本発明の実施の形態１，２におけるＳＡＷ素子の上面図である。
図３は実施の形態１，２におけるＳＡＷデバイスの断面図である。
図４は実施の形態１におけるＳＡＷデバイスの製造工程図である。
図５は実施の形態１，２及び比較例のＳＡＷデバイスの耐湿試験における中心周波数の経時変化を示す。
図６は実施の形態２におけるＳＡＷ素子の要部拡大断面図である。
図７は実施の形態２におけるＳＡＷデバイスの製造工程図である。
図８は実施の形態２におけるＳＡＷデバイスの陽極酸化工程の説明図である。
図９は従来のＳＡＷ素子の要部拡大断面図である。
参照番号の一覧
１０　圧電基板
１１　ＩＤＴ電極
１１ａ　リン酸アルミニウム膜
１１ｂ　酸化アルミニウム膜
１２　反射器電極
１３　接続電極
１４　ＳＡＷ素子
１５　パッケージ
１６　外部接続用電極
１７　ワイヤ
１８　リッド
７１　電解液
７２　電極
７３　電源
【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】
2002056465.tif 000007
【図６】
2002056465.tif 000008
【図７】
2002056465.tif 000009
【図８】
2002056465.tif 000010
【図９】
2002056465.tif 000011
【国際調査報告】
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