(57)【要約】弾性波素子は、圧電体と、圧電体の上に形成された少なくとも１個の電極と、電極の表面に形成された耐食性層と、耐食性層の上に形成された親水性膜と、親水性膜の上に形成された誘電体膜とを備え、又、耐食性層が電極の材料の化合物よりなる一方、親水性膜が、誘電体膜よりも高い親水性を有する材料よりなるので、耐食性層、親水性膜と誘電体膜が、雰囲気水分による電極の浸食を防止する。
2002082645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体と、圧電体の上に形成された少なくとも１個の電極と、電極の表面に形成された耐食性層と、耐食性層の上に形成された誘電体膜とを備え、更に、耐食性層が電極の材料の化合物よりなることを特徴とする弾性波素子。
【請求項２】
耐食性層の厚さが２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の弾性波素子。
【請求項３】
圧電体と、圧電体の上に形成された少なくとも１個の電極と、電極の表面に形成された耐食性層と、耐食性層の上に形成されて中間保護膜として働く親水性膜と、親水性膜の上に形成されて外側保護膜として働く誘電体膜とを備え、又、耐食性層が電極の材料の化合物よりなる一方、親水性膜が、誘電体膜よりも高い親水性を有する材料よりなることを特徴とする弾性波素子。
【請求項４】
耐食性層の厚さが２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の弾性波素子。
【請求項５】
親水性膜の厚さが２ｎｍ以上で５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の弾性波素子。
【請求項６】
親水性膜の材料が、親水性を有する酸化シリコンを含有することを特徴とする請求項３に記載の弾性波素子。
【請求項７】
上記酸化シリコンが一酸化シリコンであることを特徴とする請求項６に記載の弾性波素子。
【請求項８】
上記酸化シリコンが、ホウ素又はリンを含む酸化シリコンであることを特徴とする請求項６に記載の弾性波素子。
【請求項９】
誘電体膜が、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムと窒化アルミニウムの内のいずれかを主成分とすることを特徴とする請求項３に記載の弾性波素子。
【請求項１０】
電極の材料がアルミニウムを含有する一方、耐食性層の材料が酸化アルミニウムを含有し、又、親水性膜の材料が、一酸化シリコン又はホウ素もしくはリンを含む酸化シリコンを含有し、更に、誘電体膜の材料が、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムと窒化アルミニウムの内のいずれかを含有することを特徴とする請求項３に記載の弾性波素子。
【請求項１１】
圧電体を形成する工程と、少なくとも１個の電極を圧電体の上に形成する工程と、電極の材料の化合物よりなる耐食性層を電極の表面に形成する工程と、酸化シリコンを主成分とすると共に中間保護膜として働く親水性膜を耐食性層の上に形成する工程と、外側保護膜として働く誘電体膜を親水性膜の上にスパッタ法により形成する工程とを備え、又、親水性膜が、誘電体膜よりも高い親水性を有する材料よりなることを特徴とする弾性波素子の製造方法。
【請求項１２】
一酸化シリコンを含有する材料を蒸着することにより、親水性膜を形成することを特徴とする請求項１１に記載の弾性波素子の製造方法。
【請求項１３】
酸化シリコンの前駆体を含有する溶液を塗布及び乾燥することにより、親水性膜を形成することを特徴とする請求項１１に記載の弾性波素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、発振器、フィルタ等として、通信分野、映像分野等の広範な産業分野において応用し得る弾性波に関し、更に詳しくは、電気的特性を損なわずに優れた耐環境性と高い信頼性を実現し得る弾性波素子とこの弾性波素子を製造する方法に関する。
背景技術
弾性波を用いた素子は、携帯電話等の通信機器やその他の電気機器に極めて広範に使用されている。その代表的な素子としては、圧電体単結晶又は圧電体薄膜の表面を伝搬する弾性表面波（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ）と呼ばれる超音波を用いた素子を挙げることができる。従来の弾性表面波素子の一例を図１０に示す。この弾性表面波素子は、圧電性を持つ結晶１の表面に櫛歯状に組合わされた入出力電極を形成する。片方の電極対２に入力信号を印加することにより、圧電体が歪んで表面波を発生し、この波が圧電体上を伝搬してもう一対の櫛形電極部３に伝わり、電極対２とは逆の効果により出力信号として取出される。素子の性能を高めるためには、超音波の効率的な励振が極めて重要である。
そのため、電極は、導電性が良好であり、且つ、超音波の効率的な励振のために軽量であることが必要とされるので、アルミニウムを主体とした材料が電極に用いられている。アルミニウムを主体とした材料は、電気的又は重量的には好ましいが、腐食劣化し易いのが最大の欠点である。一方、現状では、アルミニウムに代替し得る材料を見出すことは困難である。
又、櫛形電極部は、高周波での使用においてはサブミクロンの精度で形成されるため、粉塵等の付着によっても短絡を生じたり、損傷を受け易い。そこで、電極部の劣化を防止するために、弾性表面波素子は気密パッケージ中に不活性ガスと共に封止されて用いられている。しかしながら、この気密パッケージは素子価格に対して高価である上、製造工程も複雑となる。
このような問題点を解決する方法として、電極上に有機物又は有機物の薄膜を形成して被覆し、粉塵、水分や腐食性物質が電極部に接触することを防止することが知られている。例えば、特開平８−９７６７１号公報は、弾性表面波装置の電極上に酸化シリコンの内側保護膜を介して窒化シリコンの外側保護膜を形成した積層構造を開示している。この構成により、基板から外側保護膜へ線膨張係数差により発生する歪を緩和して、外側保護膜のクラック発生を防止している。上記構成により、金属屑による電極間での短絡と汚染を防止すると共に湿気による電極劣化を生じない弾性表面波装置が実現されることが上記公報に記載されている。
弾性波を用いた素子の場合、振動する部分に不必要な質量が存在することは特性劣化につながる。従って、電極上に薄膜を被覆形成する場合には、形成する薄膜は密度が小さく、且つ、特性劣化を招かないために、可能な限り薄いことが望ましい。又、形成する薄膜自体の弾性的な損失も小さいことが必要とされる。一方で、耐湿性等の耐環境性を向上させるためには、多くの場合、薄膜には欠陥が存在し、あまり薄い膜では欠陥が多く、この欠陥から水分等が侵入するため、十分な保護を確保できない。このように、上記した相反する２個の要件を満たす必要がある。
又、形成する膜厚の管理は極めて重要であり、膜厚管理が不充分であると、フィルタ素子の特性で見れば、通過帯域の損失の増加、中心周波数の変動、通過帯域形状の劣化等種々の特性劣化と特性変動が生ずることとなり、安定した製品の生産は極めて困難になる。従来例の場合には、薄膜形成を複数回行うため、最初に形成された薄膜の欠陥位置と２回目に形成された薄膜の欠陥位置が異なり易いなどの理由から、各薄膜が十分な膜厚を有する場合には、より安定な耐環境性を持ち得ると考えられる。しかし、高度な膜厚管理を必要とする薄膜形成を２工程行うことが必要になる爲、素子特性の変動が大きくなると予想される。
又、最終的な保護膜厚を同じにすれば、２層構成では、各層の膜厚は、当然、１層の場合よりも著しく薄くなり、欠陥の存在割合は大きくなると考えられる。従って、２層の最終的な保護性能が、１層の場合よりも明らかに優れたものになるとは限らない。
以上では、弾性波素子の代表として、産業分野に多く用いられている弾性表面波素子を例として説明したが、バルク超音波素子等弾性波を応用した素子は、いずれも同様な不具合を有すると考えられる。
発明の開示
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、特性劣化を最小限に抑えながら、優れた耐湿性と高い信頼性を有する弾性波素子とその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の弾性波素子は、圧電体と、圧電体の上に形成された少なくとも１個の電極と、電極の表面に形成された耐食性層と、耐食性層の上に形成された誘電体膜とを備え、更に、耐食性層が電極の材料の化合物よりなる。
素子特性の劣化を防ぐには、電極上に形成される薄膜は、可能な限り薄い膜厚を有する必要があり、更に、付加される質量を軽減するために、軽量な材質から成る必要がある。又、薄い膜厚において、必ず発生するであろう膜中の欠陥からの水分等の腐食物質の浸透を可能な限り防がなければならない。更に、膜厚変動と負荷質量の変動は素子特性の変動につながるため、成膜工程も含めた製造プロセスは簡易で管理し易いものであることが望ましい。これらの要因を考慮して、本発明者は、種々の材質、構成、製造プロセスを検討した結果、以下の構成、材質、製造方法が、所望の性能を得る上で極めて有効であることを見出した。
圧電体、電極と誘電体を主要な構成要素として持つ弾性波素子において、圧電体上に形成した電極表面を、誘電体膜形成に先立ち、化合物化し、その後、誘電体膜を形成する構成を取ることが上記目的を達成する上で有効である。電極表面の化合物は、それ自体、材質としては耐環境性の高い化学的に安定なものである必要がある。これは、誘電体膜についても同様である。電極表面に化合物処理を施すことにより、電極自体の耐環境性が向上するのに加え、電極の有する欠陥や浸食活性点が、優先的に反応することにより抑制される。これに加えて、適切な膜厚の誘電体膜を付加することにより、誘電体膜中の欠陥部を通して浸透する浸食物質に対しても耐性を有し、浸食されても軽微な程度に留めることができる。
本構成において、有効な圧電体の材質は特に制限されない。電極の材質は、基本的に制限されないが、実際上、弾性波素子に用い得る電極を考慮すると、アルミニウム、銅、銀、パラジウムを主成分として含有する金属、これらを含む材質を積層した構成又は混晶とした構成に対して適用することが有効である。
誘電体膜の材質は、化学的に安定なことが必要であり、軽量であることも必要である。このような材質でありながら、例えば、形成工程は素子が劣化するような高温を必要とせず簡便であり、腐食性物質の侵入を招く膜中の欠陥が極めて少ない材質が好ましい。これらの条件を満たす好ましい材質として、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンは、半導体分野で多くの実績もあり、有効であり、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、ダイヤモンドも高い化学的安定性と優れた機械的強度を有するため有効である。
電極表面の化合物として有効な材質は、それ自体、電極よりも化学的に安定であり、化合物形成後の誘電体薄膜形成工程において変質しないことが必要である。この化合物の材質は、電極を構成する材料と化学的に安定な化合物を形成する元素であれば、酸化物、窒化物、炭化物、ほう化物、ケイ化物、金属間化合物等特に制限されないが、工程上作製しやすいという点で電極を構成する金属の酸化物又は窒化物が有効である。
特に、アルミニウムを主成分とする電極の場合には、酸化アルミニウムと窒化アルミニウムが化合物の材質として有効である。耐食性層（化合物層）は、その機能が電極の結晶的欠陥又は不純物の混入等による腐食活性点の優先的反応と化合物化に基づく不活性化にあるため、厚く形成する必要は無い。耐食性層（化合物層）においても、より薄い方が製造プロセスによる特性変動を低く抑制できるため望ましい。
特に有効な材質の組合せとしては、電極がアルミニウムを主成分とし、耐食性層（化合物層）と接する誘電体膜が酸化シリコンを主成分とし、耐食性層（化合物層）が酸化アルミニウムを主成分とする構成を挙げることができる。耐食性層（化合物層）と誘電体膜とによる保護構成が、化学的安定性に特に優れ、密着性と製造工程の簡便さにおいても好ましい。
もう一つの有効な構成としては、電極がアルミニウムを主成分とし、耐食性層（化合物層）と接する誘電体膜が窒化シリコンを主成分とし、耐食性層（化合物層）が酸化アルミニウムを主成分とする構成を挙げることができ、上記構成と同様な利点を有するが、上記構成と比べて、誘電体膜の耐環境性が優れるが、誘電体膜内の応力が大きく、工程管理がやや複雑になるという差異を有する。上記２個の構成のいずれが良いかは、製品の使用環境により判断される。
別の有効な構成として、電極がアルミニウムを主成分とし、耐食性層（化合物層）と接する誘電体膜と、耐食性層（化合物層）が共に酸化アルミニウムを主成分とする構成を挙げることができる。この構成の利点は、誘電体膜と耐食性層（化合物層）が同じ材質から成るので、誘電体膜の剥離等の不良が生じ難く、素子信頼性が高いことである。
以下に、上記構成の弾性波素子の製造方法について記載する。誘電体膜の形成方法としては、直流スパッタ法、交流スパッタ法、対向ターゲットを用いたスパッタ法、プラズマ等の各種アシストを備えたＣＶＤ法等が適用できるが、高効率プラズマ、例えば、マイクロ波プラズマを用いたスパッタ法やＣＶＤ法を用いることが欠陥の少ないことを必要とする誘電体膜を形成する上で有効である。
耐食性層（化合物層）の形成方法としては、電極表面に薄くて緻密な化合物化率の高い層を形成できる手法が望ましい。このような耐食性層（化合物層）を形成する手法としては、形成する耐食性層（化合物層）の電極構成元素以外の元素を、該元素を含む液相又は気相により供給して、特定条件下において電極表面で該元素の反応を起こす方法が有効である。反応元素を供給する場合には、良質な耐食性層（化合物層）の形成を促すため、プラズマ照射を同時に行うことが有効であり、特に反応性の良好なマイクロ波プラズマが効果的である。又、電極がアルミニウムを主成分とする場合には、高温水蒸気に短時間曝露すること等によるベーマイト処理又はアルカリ溶液もしくは蒸気を用いた化成処理も有効である。
更に、圧電体と、圧電体の上に形成された１個以上の圧電体駆動用電極とを最も基本的な必須構成要素とする弾性波を応用した素子において、電極の上に形成された中間保護膜と、中間保護膜の上に形成された誘電体膜とを備え、又、中間保護膜が、誘電体膜よりも高い親水性を有する材料よりなる構成が、前記の諸課題を解決する上で有効である。上記構成は各保護膜が以下の効果を有する。上記構成での主な防湿特性は、誘電体膜が担うこととなる。上述したように、本素子では保護膜厚を大きくすることができず、素子特性を考慮すると、実際には、膜厚１００ｎｍ以下で防湿性能を実現することが必要であると考えられる。しかしながら、１００ｎｍ以下の膜厚で膜中に欠陥の無い膜を形成して、完全な防湿性能を得ることは極めて困難である。膜中に存在する欠陥から、微量の水分等が素子に侵入することは避けられない。本構成では、この侵入した微量の水分を、誘電体膜と電極の間の中間保護膜を親水性を有する材料で形成することにより、捕集する。これにより、侵入水分の電極への浸食、特に局所的浸食を防ぐことが可能となり、素子の性能を向上させることができる。
上記構成の場合、中間保護膜が対処すべき水分は、誘電体膜を通過した微量であること、又、中間保護膜の材料は親水性を有し、水分を材料自体で取込むため、通過時に水分を捕集することができるので、多少膜中に欠陥があっても構わない。又、中間保護膜は、微量の水分に対処すればよいので、外側保護膜として働く誘電体膜より小さい膜厚で効果を発揮することができる。このように中間保護膜は極めて小さい膜厚でもよいため、形成プロセスでの膜厚変動の影響は最小限に抑えられる。中間保護膜の膜厚範囲としては、５ｎｍから５０ｎｍが、素子特性、耐湿特性及び作製プロセスの容易性から有効であるが、特に、５ｎｍから２０ｎｍが好適である。
これらの保護膜に加えて、電極の表面を化合物化した耐食性層（化合物層）を設けて、特に腐食点になりやすい活性点を優先的に安定化した構成を組合せることが有効である。電極の表面の化合物は、それ自体、耐環境性を有する化学的に安定なものである必要がある。これは、誘電体膜についても同様である。電極の表面に化合物化処理を施すことにより、電極自体の耐環境性が向上するのに加え、電極の浸食開始点となる欠陥が優先的に反応して安定化し、更なる浸食が抑制される。更に、適切な膜厚の誘電体膜と中間保護膜を付加することにより、誘電体膜中の欠陥部を通して浸透する浸透物質に対しても耐性を有し、浸食されても軽微な程度に抑えることができる。
中間保護膜としては、水分に対して親和性を有し、薄膜状に形成することが可能である材料が有効である。中間保護膜として製造しやすい材料としては、欠陥を多く含む酸化シリコン、例えば、Ｓｉ−Ｏ結合を多く含む材料が有効である。又、酸化シリコン中に、ホウ素、リン又はアルカリ金属を多く含む材料も、ＳｉＯ２単一組成に比べて水分を吸収しやすい傾向があり有効である。これらの組成の中間保護膜を製造するために、原料としてアルコキシドのゾルゲル液等の液体をスピンコートにより塗布し、その後、加熱して薄膜にする手法は、簡便であると共に、薄い膜厚を実現することが比較的容易であるため、好ましい。特に、酸化シリコンの含有率が大きい組成等は、高温での熱処理で二酸化シリコンとなり、親水性が大幅に低下する場合には、塗布後の加熱条件を変えることにより親水性を可変することができる。加熱温度が低い場合には、シリコンと酸素の十分な結合を生成することが難しく、親水性を生じやすい。添加物等を含有し、本来親水性の高い組成の場合には、一般的なＣＶＤ法やスパッタ法で中間保護膜を形成しても構わない。中間保護膜は、厚さで水分を阻止するものではないので、膜厚を大きく形成する必要はなく、又、多くの場合、膜密度が低いため、素子特性への影響が小さ句、膜厚管理を誘電体膜ほど厳密に行う必要は少ない。
親水性の酸化シリコン等の材料の場合、高温で処理した場合には親水性が損われる場合があるため、誘電体膜を、約３００℃以下、好ましくは１００℃付近で形成できれば有効である。従って、誘電体膜を形成するために、マイクロ波ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、ＲＦスパッタ法、マイクロ波スパッタ法等の手法が好適である。
発明を実施するための最良の形態
以下に、本発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
（実施例１）
作製した弾性表面波素子の電極部の上面を模式的に図１に示す。又、図２においては、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面での一部の電極が拡大して示され、他は省略したが、全ての電極部分が同様な構成を有する。作製の工程を以下に記載する。タンタル酸リチウム単結晶の圧電基板４上にアルミニウム薄膜を、アルゴンガス１００％雰囲気にてＤＣスパッタ法により形成した。形成したアルミニウム膜にレジストをマスクとした化学エッチングすることにより、櫛形電極５を形成した。この基板に対して、アルゴン−５０％酸素混合ガス中１０ｍＴｏｒｒのガス圧中にてＲＦプラズマを１０分間照射するすることにより、電極表面を酸化し、化合物層として酸化アルミニウムよりなる耐食性層６を形成した。
続いて、プラズマＣＶＤ法により、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）をシリコンソースとして、ＴＥＯＳ：Ｏ２流量比１：５０、圧力０．５Ｔｏｒｒ、基板温度３００℃にて酸化シリコンよりなる誘電体膜７を形成した。形成した誘電体膜７の膜厚は、５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、４０ｎｍ、６０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍである。その後、パッド上のシリコン酸化物誘電体膜７を反応性ドライエッチングにより除去して開口部８を形成し、素子を得た。得られた素子を、８５℃、８５％相対湿度中に５００時間放置した後、その挿入損失の変化を測定した。この測定結果を表１に示す。
2002082645.tif 000003
表中の耐食性層６の厚さは、１素子についての測定値であり、その測定精度が低いため、有効数字１桁とした。又、表中の誘電体膜７の厚さは、成膜速度及び成膜時間からの推定値であり、誘電体膜７の実際の膜厚は上記推定値の±５％以内である。更に、表中の挿入損失の増加量１と挿入損失の増加量２の値は、５素子を測定して平均した結果である。挿入損失の増加量１は、上記耐湿試験後の挿入損失の耐湿試験前の挿入損失値に対する変化量である。又、挿入損失の増加量２は、実施例１により作製した素子と、該素子と同型であるが耐食性層６と誘電体膜７を持たない素子（以下、単に「従来型素子」と呼ぶ）との挿入損失の差であり、耐食性層６と誘電体膜７の存在によってどの程度挿入損失が劣化するかを示すものである。表中、誘電体膜７の膜厚０ｎｍの試料は比較例である。
耐湿試験後の挿入損失の変化量は少ない方が良好であり、耐食性層６と誘電体膜７の形成による挿入損失の増加も少ない方が望ましいが、両方の挿入損失共、実質０．５ｄＢ以下の増加であれば適用可能であると考えられる。
これらより表１の値を検討すると、耐食性層６と誘電体膜７を付加する構成は、耐湿性向上に効果があり、耐食性層６の厚さは２０ｎｍ以下で誘電体膜７の膜厚は５ｎｍ以上で有効であるが、耐食性層６と誘電体膜７の付加による挿入損失の増加が、耐食性層６の厚さが２０ｎｍ以下で誘電体膜７の厚さが１００ｎｍ以下では０．５ｄＢ以下に抑えられているので、耐食性層６の厚さが２０ｎｍ以下で、誘電体膜７の膜厚範囲が５〜１００ｎｍである時、有効な結果が得られることが判明した。
なお、耐食性層６は、電極５を絶縁するための絶縁層と異なって、電極５の表面全体に層状に厚く設ける必要は無く、電極５の表面の耐食性の弱い部分だけに、極めて薄い厚さで設ければよい。
（実施例２）
以下の工程により図１と同様な弾性表面波素子を作製した。図３はその電極部を拡大して示す。作製の工程を以下に記載する。櫛形電極５の形成までを実施例１と同様に行った。この基板に対して、アルゴン−５０％酸素混合ガス中１０ｍＴｏｒｒのガス圧中にてＲＦプラズマを照射するすることにより、電極表面を酸化し、化合物層として酸化アルミニウムよりなる耐食性層６を形成した。
引続いて、プラズマＣＶＤ法により、シランガスをシリコンソースとして、シラン：アンモニア流量比１：１、圧力０．７Ｔｏｒｒ、基板温度３００℃にて窒化シリコンよりなる誘電体膜９を形成した。形成した誘電体膜９の膜厚は２０ｎｍである。その後、パッド上のシリコン窒化物誘電体膜９を反応性ドライエッチングにより除去して開口部を形成し、素子を得た。得られた素子を、８５℃、８５％相対湿度中に５００時間放置した後、その挿入損失の変化を測定した。得られた素子は、従来型素子に対する挿入損失の変化量は＋０．１ｄＢ、耐湿試験後の挿入損失の増加は＋０．２ｄＢ以下であり、有効な結果が得られていることが判明した。
（実施例３）
以下の工程により図４及び図５に示す弾性表面波素子を作製した。電極部は、材質を除いて図２と同様である。作製の工程を以下に記載する。アルミニウム薄膜を形成後、この基板に対して、パッドとなる部分にリフトオフ法を用いて、誘電体膜エッチング時のエッチストップ膜となる厚さ２００ｎｍの金膜１０を蒸着及びパターニングした。次に、櫛形電極５を実施例１と同様に形成した。その後、基板に対して、アルゴン−５０％酸素混合ガス中１０ｍＴｏｒｒのガス圧中にてＲＦプラズマを照射するすることにより、電極表面を酸化し、化合物層として酸化アルミニウムよりなる耐食性層６を形成した。
引続いて、プラズマＣＶＤ法により、アルミニウムのアルコキシドを原料ソースとして、アルミニウムソースガス：酸素流量比１：１０、圧力０．５Ｔｏｒｒ、基板温度３００℃にて酸化アルミニウムよりなる誘電体膜１１を形成した。形成した誘電体膜１１の膜厚は３０ｎｍである。その後、パッド上の酸化アルミニウム誘電体膜１１をドライエッチングにより除去して開口部８を形成し、素子を得た。得られた素子を、８５℃、８５％相対湿度中に５００時間放置した後、その挿入損失の変化を測定した。得られた素子は、従来型素子に対する挿入損失の変化量は＋０．３ｄＢ、耐湿試験後の挿入損失の増加は＋０．３ｄＢであり、この構成が有効であることが判明した。
（実施例４）
以下の工程により図６に示す弾性表面波素子を作製した。電極部は、材質を除いて図２と同様である。作製の工程を以下に記載する。櫛形電極５の形成までを実施例３と同様に行った。この基板に対して、アルゴン−５０％酸素混合ガス中１０ｍＴｏｒｒのガス圧中にてＲＦプラズマを照射するすることにより、電極表面を酸化し、化合物層として酸化アルミニウムよりなる耐食性層６を形成した。
引続いて、ＲＦマグネトロンスパッタ法により、酸化ジルコニウム焼結体をターゲットとして、アルゴン：酸素流量比８０：２０、圧力１０ｍＴｏｒｒ、基板温度１００℃にて酸化ジルコニウムよりなる誘電体膜１５を形成した。形成した誘電体膜１５の膜厚は３０ｎｍである。その後、パッド上の酸化ジルコニウム誘電体膜１５をドライエッチングにより除去して開口部を形成し、素子を得た。得られた素子を、８５℃、８５％相対湿度中に５００時間放置した後、その挿入損失の変化を測定した。得られた素子は、従来型素子に対する挿入損失の変化量は＋０．２ｄＢ、耐湿試験後の挿入損失の増加は＋０．３ｄＢであり、この構成が有効であることが判明した。
（実施例５）
以下の工程により図７に示す弾性表面波素子を作製した。電極部は、材質を除いて図２と同様である。作製の工程を以下に記載する。櫛形電極５の形成までを実施例４と同様に行った。この基板に対して、窒素１００％ガス中１０ｍＴｏｒｒのガス圧中にてＲＦプラズマを照射するすることにより、電極表面を窒化し、化合物層として窒化アルミニウムよりなる耐食性層２０を形成した。
引続いて、ＲＦマグネトロンスパッタ法により、アルミニウムをターゲットとして、アルゴン：窒素流量比５０：５０、圧力１０ｍＴｏｒｒ、基板温度３００℃にて窒化アルミニウムよりなる誘電体膜２１を形成した。形成した誘電体膜２１の膜厚は３０ｎｍである。その後、パッド上の窒化アルミニウム誘電体膜２１をドライエッチングにより除去して開口部を形成し、素子を得た。得られた素子を、８５℃、８５％相対湿度中に５００時間放置した後、その挿入損失の変化を測定した。得られた素子は、従来型素子に対する挿入損失の変化量は＋０．３ｄＢ、耐湿試験後の挿入損失の増加は＋０．３ｄＢであり、この構成が有効であることが判明した。
（実施例６）
以下の工程により図１及び図２と同様な弾性表面波素子を作製した。電極部は、材質を除いて図２と同様である。作製の工程を以下に記載する。櫛形電極５の形成までを実施例１と同様に行った。この基板を、１２０℃の水蒸気に３０秒間曝露した後、乾燥することにより、電極表面を酸化し、化合物層として酸化アルミニウムよりなる耐食性層６を形成した。続いて、プラズマＣＶＤ法により、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）をシリコンソースとして、ＴＥＯＳ：Ｏ２流量比１：５０、圧力０．５Ｔｏｒｒ、基板温度３００℃にて酸化シリコンよりなる誘電体膜７を形成した。
その後、パッド上のシリコン酸化物誘電体膜７を反応性ドライエッチングにより除去して開口部８を形成し、素子を得た。形成した誘電体膜７の膜厚は２０ｎｍである。得られた素子を、８５℃、８５％相対湿度中に５００時間放置した後、その挿入損失の変化を測定した。得られた素子は、従来型素子に対する挿入損失の変化量は＋０．５ｄＢ、耐湿試験後の挿入損失の増加は＋０．３ｄＢであり、この構成が有効であることが判明した。
（実施例７）
３インチ径タンタル酸リチウム単結晶の圧電基板上に、膜厚２００ｎｍのアルミニウム薄膜を、アルゴンガス１００％雰囲気にてＤＣスパッタ法により電極として形成した。この基板を室温にて、アルゴン−５０％酸素混合ガス中１０ｍＴｏｒｒのガス圧下でマイクロ波プラズマを１０分間照射することにより、電極処理を行い、アルミニウム金属の表面を化合物化し、化合物層としてアルミニウム酸化物よりなる耐食性層を形成した。
プローブ位置や複雑形状の試料の電導度を再現性よく評価できるファンデポウ法により、アルミニウム膜の電導度を測定した。プローブ位置はウエハ外縁部とし、測定電流は１ｍＡとした。プラズマ処理前とプラズマ処理後のアルミニウム膜の電導度は、夫々、４．５５μΩ・ｃｍと４．６０μΩ・ｃｍであった。アルミニウム膜の抵抗値の増加は、プラズマによる熱的な影響の可能性もあり、明確ではないが、いずれにしても耐食性層はアルミニウム膜に絶縁性を付与するには至っていない。
絶縁性酸化物が導体表面に形成された場合、２０〜３０ｎｍ程度の厚さの被覆で絶縁性を十分に確認することができる。耐食性層の厚さを評価するため、形成したアルミニウム膜を含む基板上の一部を、ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ）法によって深さ方向に加工し、透過型電子顕微鏡によりアルミニウム膜の断面を観察した。その結果、アルミニウム膜の表面には、５〜１０ｎｍ程度の厚さの変質領域が観察され、この領域が耐食性層として生成されたアルミニウム酸化物層であると考えられる。
以下に、図８と図９を参照して、弾性表面波素子としての弾性表面波フィルタの作製の工程を説明する。まず、上記と同様にして、３インチ径タンタル酸リチウム単結晶の圧電基板４上にアルミニウム膜を形成し、通過帯域の中心周波数が８５０ＭＨｚとなるように、アルミニウム膜をウェットエッチングすることにより櫛形電極５を形成した。次に、上記と同様にして、この櫛形電極５の表面に耐食性層６を形成した。
この基板を、基板傾斜機構と自転機構を有する電子ビーム蒸着装置内に設置し、石英タブレットを原料として蒸着を行い、中間保護膜として酸化シリコンよりなる親水性膜２５を形成した。蒸着膜厚は１０ｎｍである。形成された親水性膜２５の酸化シリコンはＳｉ−Ｏ主体であり、空気中の水分を吸収しやすい。蒸着終了後、ＲＦマグネトロンスパッタ法により、酸化シリコンをターゲットとして、アルゴン：酸素流量比８０：２０、圧力１０ｍＴｏｒｒ及び基板温度１００℃で、外側保護膜として二酸化シリコンよりなる誘電体膜７を形成した。形成した誘電体膜７の膜厚は３０ｎｍである。その後、パッド上の誘電体膜７を反応性ドライエッチングにより除去して開口部８を形成し、素子を得た。
得られた素子を８５℃、８５％相対湿度中に５００時間放置した後、その挿入損失の変化を測定した。上記耐湿試験後の挿入損失の耐湿試験前の挿入損失値に対する変化量は＋０．５ｄＢであった。又、実施例７で作製した素子と、この素子と同型であるが耐食性層６、親水性膜２５と誘電体膜７を持たない素子、即ち、従来型素子との挿入損失の差は＋０．１ｄＢであった。本構成の場合、耐食性層６の厚さ１０ｎｍ、親水性膜２５の厚さ１０ｎｍ、誘電体膜７の厚さ２０ｎｍにより、これらの層の付加による挿入損失変化が少なく、耐湿試験による挿入損失増加の少ない素子を得ることができた。
（実施例８）
実施例７と同様の構成の素子を、実施例７と同様の手法により作製した。この素子においては、電極のマイクロ波処理の時間を変えることにより、耐食性層６の厚さを変化させている。耐食性層６の厚さの評価は、実施例７の手法と、ＦＩＢ法による断面出し加工後の走査型電子顕微鏡の観察結果とを併せて用いる一方、１０ｎｍ以下の小さい膜厚の評価は、これらのデータから処理時間を膜厚換算することにより行った。作製した素子の評価結果を表２に示す。
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表中、挿入損失の増加量１は、８５℃、８５％相対湿度中に５００時間保持した耐湿試験後の、耐湿試験前に対する素子通過帯域の最小挿入損失の増加を示す一方、挿入損失の増加量２は、図９に示すように耐食性層６、親水性膜２５と誘電体膜７を有する素子の挿入損失値の、この素子から耐食性層６、親水性膜２５と誘電体膜７を消去した従来型素子の挿入損失値に対する変化分を示す。
なお、表２の２０個の試料の内、上から１番目、１９番目及び２０番目の試料は比較例である。親水性膜２５を設けた場合における挿入損失の増加量１の誘電体膜７の厚さに対する変化が、親水性膜２５を設けていない場合のものに比べて緩やかになっていることが表２から理解される。
（実施例９）
実施例７と同様の構成の素子を以下の工程により作製した。実施例７と同様にして、耐食性層６を作製する工程までを実行した。次に、無機系薄膜を形成する市販の帯電防止剤溶液５０ｃｃを、基板上に滴下して、３００ｒｐｍで１０秒間、３０００ｒｐｍで３０秒間スピンコートすることにより塗布した。滴下溶液として、市販品にエタノールを加えたものを更に約１０倍に希釈した。表面に溶液が塗布された基板を、室温で乾燥した後、１５０℃で１時間更に乾燥することにより、酸化シリコンを基材とする厚さが１０ｎｍの帯電防止膜が基板上に形成された。この帯電防止膜は、膜表面に水分を吸着することにより、膜表面の電気抵抗を低下させ、静電気を解消するものであり、親水性を有している。
この帯電防止膜の上に、ＲＦマグネトロンスパッタ法により、酸化シリコンをターゲットとして、アルゴン：酸素流量比８０：２０、圧力１０ｍＴｏｒｒ及び基板温度１００℃で、二酸化シリコンよりなる誘電体膜７を形成した。形成した誘電体膜７の厚さは２０ｎｍである。その後、パッド上の誘電体膜７を反応性ドライエッチングにより除去して開口部８を形成し、素子を得た。得られた素子の構成は、図８及び図９に示すものと同じである。得られた素子を８５℃、８５％相対湿度中に５００時間放置した後、その挿入損失の変化を測定した。得られた素子の、従来型素子に対する挿入損失の変化量は＋０．１ｄＢであり、又、耐湿試験後の挿入損失の増加は＋０．１ｄＢ以下であるという有効な結果が得られた。
（実施例１０）
３インチ径タンタル酸リチウム単結晶の圧電基板上に、膜厚２００ｎｍのアルミニウム薄膜を、アルゴンガス１００％雰囲気にてＤＣスパッタ法により電極として形成した。この基板を室温にて、窒素１００％中１０ｍＴｏｒｒのガス圧下でマイクロ波プラズマを１０分間照射することにより、電極処理を行ってアルミニウム金属の表面を化合物化し、化合物層としてアルミニウム窒化物よりなる耐食性層を形成した。アルミニウム膜の電導度をファンデポウ法により測定した結果、プラズマ処理前とプラズマ処理後のアルミニウム膜の電導度は、夫々、４．６２μΩ・ｃｍと４．６３μΩ・ｃｍであり、殆ど変化が認められなかった。耐食性層の厚さを評価するため、形成したアルミニウム膜を含む基板上の一部を、ＦＩＢ法によって深さ方向に加工し、透過型電子顕微鏡によりアルミニウム膜の断面を観察した。その結果、アルミニウム膜の表面には、５ｎｍ程度の厚さの変質領域が観察され、この領域が耐食性層として生成されたアルミニウム窒化物層であると考えられる。
実施例７と同様の構成の素子を以下の工程で作製した。耐食性層６を上記手法により、又、親水性膜２５を実施例７と同様に形成した。プラズマＣＶＤ法により、シランガスをシリコンソースとしてシラン：アンモニア流量比１：１、圧力０．７Ｔｏｒｒ及び基板温度２７５℃で、窒化シリコンよりなる厚さ３０ｎｍの誘電体膜７を形成した。その後、パッド上の誘電体膜７を反応性ドライエッチングにより除去して開口部８を形成し、素子を得た。得られた素子の構成は、図８及び図９に示すものと同じである。得られた素子を８５℃、８５％相対湿度中に５００時間放置した後、その挿入損失の変化を測定した。得られた素子の、従来型素子に対する挿入損失の変化量は＋０．１ｄＢであり、又、耐湿試験後の挿入損失の増加は＋０．１ｄＢであるという有効な結果が得られた。
（実施例１１）
実施例７と同様の構成の素子を以下の工程で作製した。実施例７と同様にして、耐食性層６を作製する工程までを実行した。次に、プラズマＣＶＤ法により、ＴＥＯＳをシリコンソースとして、又、テトラエトキシオキシボレートをホウ素ソースとして用いて、ＴＥＯＳ：テトラエトキシオキシボレート：Ｏ２流量比１：０．５：５０、圧力０．５Ｔｏｒｒ、ＲＦパワー３５０Ｗ及び基板温度２７５℃で１０秒間成膜することにより、中間保護膜としてホウ素を含む酸化シリコンよりなる厚さが１０ｎｍの親水性膜２５を形成した。
更に、この構造物の上に、プラズマＣＶＤ法により、ＴＥＯＳをシリコンソースとして、ＴＥＯＳ：Ｏ２流量比１：５０、圧力０．５Ｔｏｒｒ、ＲＦパワー３５０Ｗ及び基板温度２７５℃で、外側保護膜として二酸化シリコンよりなる厚さが２０ｎｍの誘電体膜７を形成した。その後、パッド上の誘電体膜７を反応性ドライエッチングにより除去して開口部８を形成し、素子を得た。得られた素子の構成は、図８及び図９に示すものと同じである。
得られた素子を８５℃、８５％相対湿度中に５００時間放置した後、その挿入損失の変化を測定した。上記耐湿試験後の挿入損失の、耐湿試験前の挿入損失値に対する変化量は＋０．２ｄＢであった。又、得られた素子の、従来型素子に対する挿入損失の差は＋０．３ｄＢであった。本構成により、耐食性層６、親水性膜２５と誘電体膜７の付加による挿入損失の増加が少ないと共に、耐湿試験による挿入損失の増加が少ない素子を得ることができる。
本実施例において、親水性膜２５は、ホウ素を含む酸化シリコンによって形成されているが、この材料に限定されるものではない。例えば、親水性膜２５を、リンを含む酸化シリコンによって形成してもよい。
更に、実施例７乃至実施例１１において、誘電体膜７が酸化シリコン又は窒化シリコンにより形成されているが、これらの材料に限定されるものではない。例えば、誘電体膜７を酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムにより形成してもよい。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、弾性波素子は、圧電体と、圧電体の上に形成された少なくとも１個の電極と、電極の表面に形成された耐食性層と、耐食性層の上に形成された親水性膜と、親水性膜の上に形成された誘電体膜とを備え、又、耐食性層が、電極の材料の化合物よりなる一方、親水性膜が、誘電体膜よりも高い親水性を有する材料よりなるので、弾性波素子の耐湿性と信頼性が大幅に向上し、パッケージの簡略化が可能になるから、高性能で低価格の弾性波素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は弾性表面波素子の実施例１及び実施例６を示す模式上面図である。
図２は図１のＩＩ−ＩＩ線における電極部断面図である。
図３は弾性表面波素子の実施例２を示す電極部断面図である。
図４は弾性表面波素子の実施例３を示す模式上面図である。
図５は図４のＶ−Ｖ線における断面図である。
図６は弾性表面波素子の実施例４を示す電極部断面図である。
図７は弾性表面波素子の実施例５を示す電極部断面図である。
図８は弾性波素子の実施例７乃至実施例１１を示す模式上面図である。
図９は図８のＩＸ−ＩＸ線における電極部断面図である。
図１０は従来の弾性表面波素子の模式上面図である。
【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】
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【国際調査報告】
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