DE10134092A1

DE10134092A1 - Oberflächenwellenbauelement und Verfahren zum Herstellen desselben

Info

Publication number: DE10134092A1
Application number: DE10134092A
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Inoue; Masanobu Watanabe; Osamu Nakagawara; Masahiko Saeki
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2001-07-13
Publication date: 2002-07-25
Anticipated expiration: 2021-07-14
Also published as: DE10134092B4; US20020008437A1; US6630767B2; JP3846221B2; JP2002305425A

Abstract

Ein Oberflächenwellenbauelement umfaßt ein piezoelektrisches Substrat, das aus einem LiNbO¶3¶- oder LiTaO¶3¶-Einkristall hergestellt ist, und eine Elektrode mit einer hervorragenden Leistungsbeständigkeit. Nachdem eine beschädigte Schicht, die auf einer Oberfläche des piezoelektrischen Substrats gebildet ist, entfernt ist, wird eine Unterelektrodenschicht, die zumindest entweder Ti oder Cr als eine Hauptkomponente umfaßt, durch ein Vakuumaufdampfungsverfahren bei einer Temperatur von ca. 100 DEG C oder weniger gebildet, wobei dann eine Al-Elektrodenschicht, die Al oder eine Al-Hauptkomponente umfaßt, auf der Unterelektrodenschicht gebildet wird. Die Al-Elektrodenschicht weist eine Zwillingskristallstruktur auf, in der der Al-Kristall in einer erwünschten Richtung ausgerichtet ist, derart, daß die (111)-Kristallebene des Al im wesentlichen mit der Z-Kristallrichtung des piezoelektrischen Substrats übereinstimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Oberflächen wellenbauelement, wie z. B. einen Oberflächenwellenresonator oder ein Oberflächenwellenfilter, und auf ein Verfahren zum Herstellen desselben, und insbesondere auf die Struktur und ein Verfahren zum Bilden einer Elektrode eines Oberflächen wellenbauelements.

Ein herkömmliches Oberflächenwellenbauelement ist ein E lektronikbauelement, das eine akustische Oberflächenwelle verwendet, und bei dem die Ausbreitung von mechanischer Vibrationsenergie nahe einer Festkörperoberfläche konzent riert ist. Das Oberflächenwellenbauelement umfaßt im allge meinen ein piezoelektrisches Substrat mit einer Piezoelekt rizität, sowie eine Elektrode, wie z. B. eine Interdigital elektrode und/oder eine Gitterelektrode, die an dem piezo elektrischen Substrat vorgesehen ist, zum Anlegen eines e lektrischen Signals.

Ein derartiges Oberflächenwellenbauelement umfaßt im allge meinen ein Al-Elektrodenmaterial, das einen niedrigen spe zifischen elektrischen Widerstand und ein niedriges spezi fisches Gewicht aufweist, oder eine Al-Legierung, die aus Al als einer Hauptkomponente besteht.

Aluminium weist jedoch einen niedrigen Widerstand gegenüber einer Spannungsmigration auf, wodurch die Versorgung mit einer hohen elektrischen Leistung Hügel bzw. Aufwürfe oder Leerräume in der Elektrode bewirkt, was zu dem Auftreten eines Kurzschlusses oder einer Unterbrechung in der Elekt rode führt. Dies führt in vielen Fällen zu Schäden an dem Oberflächenwellenbauelement.

Um das oben beschriebene Problem zu lösen, ist ein herkömm liches Verfahren in der japanischen ungeprüften Patentan meldung Nr. 7-162255 (im folgenden "erster Stand der Tech nik" bezeichnet) offenbart, bei dem die Kristallausrichtung durch die Verwendung eines Ionenstrahl-Sputter-Verfahrens als ein Elektrodenbildungsverfahren verbessert wird, um die Leistungsbeständigkeit bzw. -festigkeit zu verbessern. Ein weiteres Verfahren ist in der japanischen ungeprüften Pa tentanmeldung Nr. 3-48511 (im folgenden "zweiter Stand der Technik" bezeichnet) offenbart, bei dem ein Kristall durch Epitaxieaufwachsen von Al in einer gewünschten Richtung ausgerichtet wird, um die Leistungsbeständigkeit zu verbes sern.

Der erste Stand der Technik weist jedoch für eine Anwendung bei einer Radiofrequenz und einer hohen elektrischen Leis tung eine nur ungenügende Leistungsbeständigkeit auf.

Der zweite Stand der Technik ist nur bei einem Quarzsub strat anwendbar und bewirkt so Schwierigkeiten beim Erhal ten eines Epitaxiefilms mit einer guten Kristallinität auf einem LiNbO₃- oder LiTaO₃-Substrat, das eine hohe Piezo elektrizität aufweist und sehr verbreitet für ein Filter oder ein anderes piezoelektrisches Bauelement verwendet wird.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Oberflä chenwellenbauelement und ein Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements zu schaffen, die nicht den o ben genannten Einschränkungen unterliegen.

Diese Aufgabe wird durch ein Oberflächenwellenbauelement gemäß den Ansprüchen 1, 6 und 11 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements gemäß An spruch 16 gelöst.

Um die oben beschriebenen Probleme zu überwinden, liefern bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein Oberflächenwellenbauelement, das ein piezoelektrisches Substrat und eine Elektrode umfaßt, die auf dem piezoelekt rischen Substrat vorgesehen ist, wobei die Elektrode eine Zwillingskristallstruktur aufweist.

Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung liefern außerdem ein Oberflächenwellenbauelement, das ein piezoelektrisches Substrat und eine Elektrode um faßt, die auf dem piezoelektrischen Substrat vorgesehen ist, wobei die Elektrode Al oder eine Al-Legierung umfaßt, die Al als eine Hauptkomponente umfaßt und sechsfache Sym metriepunkte in einer Röntgenstrahldiffraktionspolfigur (= XRD pole figure) aufweist.

Bei diesem Oberflächenwellenbauelement umfaßt die Elektrode vorzugsweise eine Al-Elektrodenschicht, die aus Al oder ei ner Al-Hauptkomponente besteht, wobei die Al- Elektrodenschicht einen Kristall aufweist, der in einer er wünschten Richtung ausgerichtet ist, so daß die Normalen richtung einer (111)-Kristallebene von Al im wesentlichen mit der Z-Kristallachse des piezoelektrischen Substrats übereinstimmt.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung umfaßt ein Oberflächenwellenbauelement ein piezoelektrisches Substrat, das aus einem LiNbO₃- oder LiTaO₃-Einkristall hergestellt ist, sowie eine Elektrode, die an dem piezoelektrischen Substrat vorgesehen ist, wobei die Elektrode nicht notwendigerweise eine Zwillingskris tallstruktur aufweist. Bei der vorliegenden Erfindung kann die Elektrode eine Al-Elektrodenschicht umfassen, die Al als eine Hauptkomponente umfaßt, wobei die Al- Elektrodenschicht einen Kristall aufweist, der in einer er wünschten Richtung ausgerichtet ist, so daß die Normalen richtung einer (111)-Kristallebene des Al im wesentlichen mit der Z-Kristallachse des piezoelektrischen Substrats ü bereinstimmt.

Die Elektrode umfaßt ferner vorzugsweise eine Unterelektro denschicht, die zwischen der Al-Elektrodenschicht und dem piezoelektrischen Substrat vorgesehen ist, zum Verbessern der Kristallinität des Al.

Die Unterelektrodenschicht umfaßt vorzugsweise entweder Ti oder Cr als eine Hauptkomponente.

Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das piezoelektrische Substrat vorzugsweise ein 64°-Y-X-Schnitt-LiNbO₃-Substrat. Andere geeignete Sub strate können jedoch ebenfalls verwendet werden.

Bei dem Oberflächenwellenbauelement verschiedener bevorzug ter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ist ferner, wobei die Elektrode die Al-Elektrodenschicht um faßt, ein elektrisch isolierender Schutzfilm vorgesehen, um die Oberfläche und die Seiten der Al-Elektrodenschicht zu bedecken. Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements geschaffen, das ein piezoelektrisches Substrat, das aus einem LiNbO₃- oder LiTaO₃-Einkristall hergestellt ist, und eine Elektrode umfaßt, die auf dem piezoelektrischen Substrat vorgesehen ist und eine Al-Elektrodenschicht umfaßt, die aus Al oder einer Al-Hauptkomponente besteht, wobei die Al- Elektrodenschicht einen Kristall aufweist, der in einer vorbestimmten Richtung ausgerichtet ist, so daß die Norma lenrichtung einer (111)-Kristallebene des Al im wesentli chen mit der Z-Kristallachse des piezoelektrischen Sub strats übereinstimmt.

Das Herstellungsverfahren umfaßt vorzugsweise den Schritt des Vorbereitens des piezoelektrischen Substrats, der aus einem LiNbO₃- oder LiTaO₃-Einkristall hergestellt ist, den Schritt des Entfernens einer beschädigten Schicht von der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats und den Schritt des Bildens der Elektrode auf dem piezoelektrischen Substrat, wobei der Elektrodenbildungsschritt den Schritt des Bildens einer Unterelektrodenschicht, die zumindest entwe der aus Ti oder Cr als einer Hauptkomponente besteht, auf dem piezoelektrischen Substrat durch ein Vakuumaufdamp fungsverfahren bei einer Temperatur von ca. 100°C oder we niger, sowie den Schritt des Bildens einer Al- Elektrodenschicht, die aus Al oder einer Al-Hauptkomponente besteht, an der Unterelektrodenschicht umfaßt.

Das Herstellungsverfahren verwendet vorzugsweise ein 64°-Y- X-Schnitt-LiNbO₃-Substrat. Weitere geeignete Substrate kön nen jedoch ebenfalls verwendet werden.

Weitere Merkmale, Schritte, Elemente, Charakteristika und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgen den detaillierten Beschreibung deutlich.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Abschnitts eines Ober flächenwellenbauelements gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittansicht, die die Z-Oberfläche des piezoelektrischen Substrats, das in Fig. 1 ge zeigt ist, schematisch darstellt, die nach der Entfernung einer beschädigten Schicht von der O berfläche frei liegt;

Fig. 3A eine Draufsicht, die Sauerstoffatome, die auf der Z-Oberfläche angeordnet sind, die in Fig. 2 ge zeigt ist, schematisch darstellt;

Fig. 3B eine Draufsicht, die Ti-Atome, die auf der Z- Oberfläche angeordnet sind, schematisch dar stellt;

Fig. 3C eine Draufsicht, die Al-Atome, die auf der Z- Oberfläche angeordnet sind, schematisch dar stellt;

Fig. 4 eine Röntgenstrahldiffraktionspolfigur einer Al- Elektrodenschicht gemäß einem weiteren bevorzug ten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung; und

Fig. 5 eine Röntgenstrahldiffraktionspolfigur einer Al- Elektrodenschicht eines Vergleichsbeispiels.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die einen Abschnitt eines Oberflächenwellenbauelements 1 gemäß einem bevorzugten Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, bei dem eine Elektrode 3 auf einem piezoelektrischen Substrat 2 vorgesehen ist.

Das piezoelektrische Substrat 2 ist vorzugsweise aus einem LiNbO₃- oder LiTaO₃-Einkristall hergestellt. Die Elektrode 3 umfaßt vorzugsweise eine Al-Elektrodenschicht 4, die aus Al oder einer Al-Hauptkomponente besteht, sowie eine Unter elektrodenschicht 5, die zwischen der Al-Elektrodenschicht 4 und dem piezoelektrischen Substrat 2 vorgesehen ist, zum Verbessern der Al-Kristallinität. Die Unterelektroden schicht 5 besteht z. B. aus Ti oder einem weiteren geeigne ten Material.

Obwohl dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist, kann ein elektrisch isolierender Schutzfilm angebracht sein, um die Oberfläche und die Seite der Al-Elektrodenschicht 4 zu bedecken.

Ein 64°-Y-X-Schnitt-LiNbO₃-Substrat wird vorzugsweise als das piezoelektrische Substrat 2 verwendet. Die Y-Achse- Richtung und die Z-Achse-Richtung des piezoelektrischen Substrats 2 ist in Fig. 1 jeweils durch einen Pfeil dargestellt. Die X-Achse-Richtung ist im wesentlichen senkrecht zu der Figur.

Um die Elektrode 3 auf dem piezoelektrischen Substrat 2 zu bilden, wird z. B. ein Ionenätzen als eine Vorbehandlung durchgeführt. Dies wird durchgeführt, um eine beschädigte Schicht, die eine Dicke von mehreren Nanometern aufweist, zu entfernen, wobei dies auf der Oberfläche des piezoelekt rischen Substrats 2 durch Polieren oder ein anderes geeig netes Verfahren durchgeführt wird, wodurch eine Kristall ebene freigelegt wird, was ein Epitaxieaufwachsen an der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 2 ermöglicht.

Als ein Ergebnis der Entfernung der beschädigten Schicht, wie dies oben beschrieben ist, weist die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 2 eine Mikrostufenstruktur auf, die Z-Oberflächen 6 umfaßt, die Terrassen definieren. Die Oberseite jeder Z-Oberfläche 6 ist in einem Zustand, in dem Sauerstoffatome 7 in Abständen von z. B. ca. 0,297 nm ange ordnet sind, wie schematisch durch weiße Kreise in Fig. 3A schematisch dargestellt ist.

Als nächstes wird die Unterelektrodenschicht 5 auf den Z- Oberflächen 6 des piezoelektrischen Substrats 2 aufge bracht, auf dem die Sauerstoffatome 7 wie oben beschrieben angeordnet sind. Um z. B. die Unterelektrodenschicht 5 zu bilden, wird Ti mit einer hexagonalen, dicht gepackten Struktur mit einem minimalen Abstand zwischen den Atomen von ca. 0,292 nm vorzugsweise aufgebracht. In diesem Fall wird Ti epitaktisch aufgewachsen, so daß sie (001)- Kristallebene aus Ti-Atomen 8 im wesentlichen parallel zu den Z-Oberflächen 6 des piezoelektrischen Substrats 2 ist, wie in Fig. 3B durch stark schattierte Kreise schematisch dargestellt ist.

Wie in Fig. 3B gezeigt ist, ist der minimale Abstand zwi schen den Atomen der Ti-Atome 8 im wesentlichen der gleiche wie der der Sauerstoffatome 7, die auf den Z-Oberflächen 6 des piezoelektrischen Substrats 2 aus LiNbO₃ angeordnet sind, wodurch ein Ti-Dünnfilm mit einer hohen Kristallini tät erzielt wird.

Die Ti-Atome 8 verbinden sich leicht mit den Sauerstoffato men 7, wobei der minimale Abstand zwischen den Atomen der Ti-Atome 8 näher an den Sauerstoffatomen 7 auf dem Substrat aus LiNbO₃, das das piezoelektrische Substrat 2 definiert, als dem minimalen Abstand zwischen den Atomen von Al ist. Deshalb wird verglichen mit einer direkten Aufbringung der Al-Elektrodenschicht 4 auf dem piezoelektrischen Substrat 2, was später beschrieben werden wird, eine ausreichende Kristallinität erzielt. Fig. 3B zeigt die Anordnung der A tome der Ti-Atome 8 in der (001)-Ebene an der unteren Ober fläche der Unterelektrodenschicht 5.

Beim Bilden der Unterelektrodenschicht 5 wird ein Vakuum aufdampfungsverfahren bei einer Temperatur von ca. 100°C oder weniger durchgeführt. Bei diesem Vakuumaufdampfungs verfahren mit einer Temperatur über 100°C wird die Anord nungsrichtung der Ti-Atome 8 verändert, um ein Aufwachsen des Al während der Aufbringung der Al-Elektrodenschicht zu bewirken, in der die (111)-Kristallebene oder die (110)- Kristallebene des Al im wesentlichen senkrecht zu dem pie zoelektrischen Substrat 2 ist, wodurch keine gute Kristal linität erzielt werden kann.

Als nächstes wird die Al-Elektrodenschicht 4 auf der Unter elektrodenschicht 5 gebildet. Insbesondere wird Al mit ei ner flächenzentrierten kubischen Struktur mit einem minima len Abstand zwischen den Atomen von ca. 0,286 nm vorzugs weise auf der Unterelektrodenschicht 5 aufgebracht, die ei ne Anordnung der Ti-Atome 8 aufweist, um ein Epitaxieauf wachsen zu bewirken, bei dem die (111)-Ebene der Al-Atome 9 im wesentlichen parallel zu der (001)-Ebene aus Ti ist, was in Fig. 3C schematisch durch leicht schattierte Kreise dar gestellt ist.

Als ein Ergebnis weist die Kristallstruktur der aufgebrach ten Al-Elektrodenschicht 4, wie in Fig. 3C gezeigt ist, zwei Kristallausrichtungen gemäß der Anordnung der Al-Atome 9 auf, die eine Symmetrie von ca. 180° um eine Rotations achse parallel zu der Z-Achse-Richtung des piezoelektri schen Substrats 2 aufweisen. Eine derartige Kristallstruk tur wird im allgemeinen als eine "Zwillingskristallstruk tur" bezeichnet. Beide Kristallausrichtungen treten mit ei ner Wahrscheinlichkeit von ca. ½ auf, wobei die resultie rende Al-Elektrodenschicht 4 einen Polykristall umfaßt, der Kristallgrenzen aufweist, d. h. Zwillingsgrenzen, wie dies in Fig. 3C durch die unterbrochene Linie 10 dargestellt ist.

Obwohl Fig. 3 nur eine Atomschicht der Ti-Atome 8 zeigt, und zwar zu Zwecken der Vereinfachung, werden tatsächlich mehrere Atomschichten bis zu mehreren hundert Atomschichten gebildet.

Fig. 3 zeigt die (200)-, (020)- und die (002)- Kristallrichtung von Al mittels Pfeilen. Tatsächlich liegen diese Achsen nicht in der Zeichnung aus Fig. 3C sondern sind um ca. 35° in Richtung der Vorderseite der Zeichnung geneigt.

Auf diese Weise wird, wie in Fig. 1 dargestellt ist, die Al-Elektrodenschicht 4 auf dem piezoelektrischen Substrat 2 erzielt, das vorzugsweise aus einem 64°-Y-X-Schnitt-LiNbO₃- Substrat besteht, so daß die (111)-Ebene parallel mit den Z-Oberflächen 6 (siehe Fig. 2 und 3) aufgewachsen wird.

Man geht allgemein davon aus, daß das Vorliegen von Kris tallkorngrenzen in der Al-Elektrodenschicht die Leistungs beständigkeit des Oberflächenwellenbauelements senkt. Dies beruht auf der Tatsache, daß Al von selbst aufgrund von Spannungsmigration durch die Kristallkorngrenzen diffun diert, um Defekte zu erzeugen, die "Hügel" oder "Leerräume" bezeichnet werden. Bei der polykristallinen Al- Elektrodenschicht 4 gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung jedoch sind die Kristallkorn grenzen kleiner als die Abstände zwischen den Atomen, wo durch im wesentlichen keine Eigendiffusion durch die Kris tallkorngrenzen bewirkt wird.

Andererseits ist die mechanische Festigkeit eines Einkris tall-Metalls niedriger als die eines Polykristall-Metalls. Dies beruht auf einem plastischen Verformungsmechanismus des Metalls. Dies beruht auf der Tatsache, daß eine plasti sche Verformung eine Kristallgleitverformung aufgrund von äußeren Kräften verursacht, d. h. eine Oszillation aufgrund eines piezoelektrischen Effektes in dem Feld eines Oberflä chenwellenbauelements, und daß eine plastische Verformung eines Einkristalls nur durch eine extrem aktive Gleitsys temaktion bewirkt wird, während eine plastische Verformung eines Polykristalls eine Mehrzahl von Gleitsystemaktionen benötigt (Verweis: Maruzen "Kinzoku Binran" fünfte Überar beitung, S. 337-343). Deshalb erzeugt eine Reduzierung der plastischen Verformung eine Reduzierung eines Elektroden brechens aufgrund von Spannungsmigration, wodurch eine E lektrodenstruktur mit einem kleinen Korndurchmesser einen hohen Widerstand gegenüber elektrischer Leistung aufweist.

Deshalb verhindert das Oberflächenwellenbauelement, bei dem die Al-Elektrodenschicht 4 einen ausgerichteten Film mit einer Zwillingskristallstruktur umfaßt, das Auftreten von Hügeln oder Leerräumen aufgrund einer Eigendiffusion der Atome der Elektrode durch die Kristallkorngrenzen und einem hohen Widerstand gegenüber elektrischer Leistung aufgrund einer Reduzierung der plastischen Verformung.

Obwohl bei den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungs beispielen die Al-Elektrodenschicht 4 einen ausgerichteten Film mit einer Zwillingskristallstruktur umfaßt, ist es nicht notwendig, daß die Al-Elektrodenschicht die Zwil lingskristallstruktur aufweist, wenn das Oberflächenwellen bauelement ein piezoelektrisches Substrat umfaßt, das aus einem LiNbO₃- oder LiTaO₃-Einkristall hergestellt ist. An ders ausgedrückt kann die Al-Elektrodenschicht entweder ei ne uniaxiale Ausrichtung oder eine triaxiale Ausrichtung aufweisen, solange diese einen Kristall umfaßt, der in ei ner erwünschten Richtung ausgerichtet ist, so daß die Nor malenrichtung der (111)-Kristallebene des Al im wesentli chen mit der Z-Kristallebene des piezoelektrischen Sub strats übereinstimmt.

Obwohl das oben beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel das piezoelektrische 64°-Y-X-Schnitt-LiNbO₃-Substrat 2 ver wendet, kann auch ein anderes Substrat mit einem unter schiedlichen Schnittwinkel verwendet werden, weil die be schädigte Schicht der Oberfläche durch eine Vorbehandlung entfernt wird, um eine Kristallebene freizulegen, was ein Epitaxieaufwachsen ermöglicht. Außerdem erzeugt ein Sub strat aus LiTaO₃ mit einer ähnlichen Kristallstruktur den gleichen Effekt, wobei ein Substrat, das nicht das Substrat aus LiNbO₃ oder LiTaO₃ ist, verwendet werden kann.

Obwohl Al vorzugsweise als das Material für die Al- Elektrodenschicht 4 verwendet wird, kann eine Legierung, die Al und einen Zusatzstoff umfaßt, der den Effekt auf weist, die Leistungsbeständigkeit zu verbessern, wie z. B. Cu, Mg, Ni, Mo, oder einen weiteren geeigneten Zusatzstoff, verwendet werden.

Obwohl Ti vorzugsweise als Material für die Unterelektro denschicht 5 verwendet wird, kann eine Legierung, die Ti als eine Hauptkomponente umfaßt, ein Metall, das den Effekt aufweist, die Al-Kristallinität zu verbessern, z. B. Cr, o der eine Legierung, die Cr als eine Hauptkomponente umfaßt, verwendet werden.

Obwohl Ionenätzen vorzugsweise als eine Vorbehandlung des piezoelektrischen Substrats 2 durchgeführt wird, kann ein anderes Verfahren, wie z. B. ein chemisch-mechanisches Polieren, ein Scheuerreinigen oder ein anderes geeignetes Verfahren verwendet werden.

Um ein Oberflächenwellenbauelement gemäß verschiedenen be vorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zu erzeugen, wurde eine Ionenätzen-Vorbehandlung bei einem piezoelektrischen 64°-Y-X-Schnitt-LiNbO₃-Substrat durchge führt, um eine beschädigte Schicht auf der Oberfläche des Substrats, die eine Dicke von mehreren Nanometern aufweist, zu entfernen.

Als nächstes wurde eine Unterelektrodenschicht aus Ti, die eine Dicke von ca. 5 nm aufweist, durch ein Elektronen strahlaufbringungsverfahren bei einer Substrattemperatur von ca. 50°C gebildet, woraufhin eine Al-Elektrodenschicht aus Al, die eine Dicke von ca. 200 nm aufweist, gebildet wurde. Als ein Ergebnis konnte die Al-Elektrodenschicht e pitaktisch aufgewachsen werden, so daß die (111)- Kristallebene senkrecht zu der Z-Achse des LiNbO₃ des pie zoelektrischen Substrats war.

Als nächstes wurde die Elektrode, die die Unterelektroden schicht und die Al-Elektrodenschicht umfaßt, verarbeitet, um eine interdigitale Form aufzuweisen, und zwar durch ein Photolithographieverfahren und ein Trockenätzverffahren, um ein Beispiel eines Oberflächenwellenfilters gemäß verschie denen bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zu erhalten.

Fig. 4 ist eine Röntgenstrahldiffraktionspolfigur der Al- Elektrodenschicht, die in der Elektrode dieses Beispiels vorgesehen ist. Fig. 4 wurde durch die Reflexion von der (200)-Ebene des Al erzielt. Die Mitte der Figur entspricht der Normalenrichtung des Substrats. Fig. 4 zeigt sechsfache Symmetriepunkte der (200)-Ebene des Al, wobei eine Mitte um ca. 23° von der Mitte der Figur geneigt ist.

Deshalb zeigt Fig. 1, daß die Al-Elektrodenschicht 4 epi taktisch entlang der Z-Achse des piezoelektrischen Sub strats aufgewachsen ist, so daß die (111)-Achsenrichtung der Al-Elektrodenschicht 4 in einer erwünschten Richtung mit ca. 23° von der Normalenrichtung des piezoelektrischen Substrats 2 ausgerichtet ist. Deshalb haben, wie in Fig. 4 gezeigt ist, die Erfassungspunkte eines Signals, das von der (200)-Ebene des Al reflektiert wird, eine Sechsfachsym metrie, wobei der Al-Kristall eine Kristallstruktur mit zwei Kristallausrichtungen aufweist, die eine Symmetrie ei ner 180°-Drehung um die (111)-Achse des Al aufweisen. Fer ner zeigt die Al-Elektrodenschicht eine hervorragende Kristallinität.

Bei einem Vergleichsbeispiel wurden Ti und Al bei einer Substrattemperatur von 200°C ohne eine Ionenätzvorbehand lung aufgebracht, wodurch kein Epitaxiefilm erhalten wurde, sondern ein uniaxial ausgerichteter Film, bei dem die (111)-Ebene des Al senkrecht zu dem Substrat aufgewachsen wurde. Fig. 5 ist eine Röntgenstrahldiffraktionspolfigur des Vergleichsbeispiels. Fig. 5 wurde durch eine Reflexion von der (002)-Achse des Al erzielt.

Als ein Vergleichsergebnis der Leistungsbeständigkeit dau erte es bei dem Oberflächenwellenfilter des Beispiels gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfin dung mindestens 1000 mal länger als bei dem Oberflächenwel lenfilter des Vergleichsbeispiels, bis es bei einer vorbe stimmten elektrischen Leistung versagte.

Wie oben beschrieben ist, umfaßt ein Oberflächenwellenbau element gemäß verschiedenen bevorzugten Ausführungsbeispie len der vorliegenden Erfindung eine Elektrode, die auf ei nem piezoelektrischen Substrat vorgesehen ist und eine Zwillingskristallstruktur aufweist. Anders ausgedrückt zeigt die Elektrode, die Al oder eine Al-Hauptkomponente umfaßt und auf dem piezoelektrischen Substrat vorgesehen ist, das vorzugsweise aus einem LiNbO₃- oder LiTaO₃- Einkristall hergestellt ist, in einer Röntgenstrahldiffrak tionspolfigur sechsfache Symmetriepunkte. Deshalb verhin dert die Elektrode das Aufwachsen von Hügeln oder Leerräu men in der Elektrode aufgrund einer Eigendiffusion der Ato me der Elektrode durch Kristallkorngrenzen, wodurch die Leistungsbeständigkeit aufgrund einer Schwierigkeit der plastischen Verformung stark erhöht wird. Deshalb ist die Leistungsbeständigkeit des Oberflächenwellenbauelements stark verbessert.

Wenn die Elektrode eine Al-Elektrodenschicht umfaßt, die Al oder eine Al-Hauptkomponente umfaßt, ist der Kristall der Al-Elektrodenschicht in einer erwünschten Richtung ausge richtet, so daß die Normalenrichtung der Al-Kristall-(111)- Ebene im wesentlichen mit der Z-Kristallachse des piezo elektrischen Substrats übereinstimmt, wodurch das Auftreten von Hügeln oder Leerräumen in der Elektrode aufgrund der oben beschriebenen Spannungsmigration effektiv unterdrückt und die Leistungsbeständigkeit des Oberflächenwellenbauele ments stark verbessert wird.

Bei dem Oberflächenwellenbauelement kann eine Unterelektro denschicht, die zumindest entweder Ti oder Cr als eine Hauptkomponente umfaßt, zwischen der Al-Elektrodenschicht und dem piezoelektrischen Substrat vorgesehen sein. In die sem Fall wird die Al-Kristallinität der Al- Elektrodenschicht weiter verbessert.

Das Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauele ments umfaßt die Schritte des Vorbereitens eines piezo elektrischen Substrats, das aus einem LiNbO₃- oder LiTaO₃- Einkristall hergestellt ist, des Entfernens einer beschä digten Schicht auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats und des darauf folgenden Bildens einer Elektrode auf dem piezoelektrischen Substrat. Der Elektrodenbildungs schritt umfaßt den Schritt des Bildens einer Unterelektro denschicht, die zumindest entweder Ti oder Cr als eine Hauptkomponente umfaßt, auf dem piezoelektrischen Substrat durch ein Vakuumaufdampfungsverfahren bei einer Temperatur von ca. 100°C oder weniger sowie den Schritt des Bildens einer Al-Elektrodenschicht, die Al oder eine Al- Hauptkomponente umfaßt, auf der Unterelektrodenschicht. Deshalb wird eine Al-Elektrodenschicht erzeugt, die das Aufwachsen von Hügeln oder Leerräumen aufgrund einer Eigen diffusion der Atome der Elektrode durch Kristallkorngrenzen verhindert, was die Leistungsbeständigkeit aufgrund einer Schwierigkeit der plastischen Verformung stark verbessert, wodurch ein Oberflächenwellenbauelement mit einer stark verbesserten Leistungsbeständigkeit erzielt wird.

Dieses Herstellungsverfahren verwendet vorzugsweise ein piezoelektrisches 64°-Y-X-Schnitt-LiNbO₃-Substrat, wodurch eine Kristallausrichtung in einer erwünschten Richtung ge schaffen wird, bei der die Normalenrichtung der Al- Kristall-(111)-Ebene der Al-Elektrodenschicht im wesentli chen mit der Z-Kristallachse des piezoelektrischen Sub strats übereinstimmt.

Claims

1. Oberflächenwellenbauelement (1) mit folgenden Merkma len:
einem piezoelektrischen Substrat (2); und
einer Elektrode (3), die auf dem piezoelektrischen Substrat (2) vorgesehen ist; wobei
die Elektrode (3) eine Zwillingskristallstruktur auf weist.

2. Oberflächenwellenbauelement (1) gemäß Anspruch 1, bei dem die Elektrode (3) eine Al-Elektrodenschicht (4) aufweist, die Al oder eine Al-Hauptkomponente umfaßt, wobei die Al-Elektrodenschicht einen Kristall auf weist, der in einer erwünschten Richtung ausgerichtet ist, derart, daß die Normalenrichtung einer (111)- Kristallebene des Al im wesentlichen mit der Z- Kristallachse des piezoelektrischen Substrats (2) ü bereinstimmt.

3. Oberflächenwellenbauelement (1) gemäß Anspruch 2, bei dem die Elektrode (3) ferner eine Unterelektroden schicht (5) aufweist, die zwischen der Al- Elektrodenschicht (4) und dem piezoelektrischen Sub strat (2) vorgesehen ist.

4. Oberflächenwellenbauelement (1) gemäß einem der An sprüche 1 bis 3, bei dem das piezoelektrische Sub strat(2) ein 64°-Y-X-Schnitt-LiNbO₃-Substrat ist.

5. Oberflächenwellenbauelement (1) gemäß einem der An sprüche 2 bis 4, das ferner einen elektrisch isolie renden Schutzfilm aufweist, der angeordnet ist, um die Oberfläche und Seiten der Al-Elektrodenschicht (4) zu bedecken.

6. Oberflächenwellenbauelement (1) mit folgenden Merkma len:
einem piezoelektrischen Substrat (2), das einen Li- NbO₃- oder LiTaO₃-Einkristall umfaßt; und
einer Elektrode (3), die auf dem piezoelektrischen Substrat (2) angeordnet ist und Al oder eine Al- Hauptkomponente umfaßt; wobei
die Elektrode in einer Röntgenstrahldiffraktionspolfi gur sechsfache Symmetriepunkte aufweist.

7. Oberflächenwellenbauelement (1) gemäß Anspruch 6, bei dem die Elektrode (3) eine Al-Elektrodenschicht auf weist, die Al oder eine Al-Hauptkomponente umfaßt, wo bei die Al-Elektrodenschicht (4) einen Kristall auf weist, der in einer erwünschten Richtung ausgerichtet ist, derart, daß die Normalenrichtung einer (111)- Kristallebene des Al im wesentlichen mit der Z- Kristallachse des piezoelektrischen Substrats (2) ü bereinstimmt.

8. Oberflächenwellenbauelement (1) gemäß Anspruch 6 oder 7, bei dem die Elektrode (3) ferner eine Unterelektro denschicht (5) aufweist, die zwischen der Al- Elektrodenschicht (4) und dem piezoelektrischen Sub strat (2) vorgesehen ist.

9. Oberflächenwellenbauelement (1) gemäß Anspruch 6, bei dem das piezoelektrische Substrat (2) ein 64°-Y-X- Schnitt-LiNbO₃-Substrat ist.

10. Oberflächenwellenbauelement (1) gemäß einem der An sprüche 6 bis 9, das ferner einen elektrisch isolie renden Schutzfilm aufweist, der angeordnet ist, um die Oberfläche und Seiten der Al-Elektrodenschicht (4) zu bedecken.

11. Oberflächenwellenbauelement (1) mit folgenden Merkma len:
einem piezoelektrischen Substrat (2), das einen Li- NbO₃- oder LiTaO₃-Einkristall umfaßt; und
einer Elektrode (3), die auf dem piezoelektrischen Substrat (2) vorgesehen ist; wobei
die Elektrode (3) eine Al-Elektrodenschicht: (4) auf weist, die eine Al-Hauptkomponente umfaßt und einen Kristall aufweist, der in einer erwünschten Richtung ausgerichtet ist, derart, daß die Normalenrichtung ei ner (111)-Kristallebene des Al im wesentlichen mit der Z-Kristallachse des piezoelektrischen Substrats (2) übereinstimmt.

12. Oberflächenwellenbauelement (1) gemäß Anspruch 11, bei dem die Elektrode (3) ferner eine Unterelektroden schicht (5) aufweist, die zwischen der Al- Elektrodenschicht (4) und dem piezoelektrischen Sub strat (2) vorgesehen ist.

13. Oberflächenwellenbauelement (1) gemäß Anspruch 12, bei dem die Unterelektrodenschicht (5) zumindest entweder Ti oder Cr als eine Hauptkomponente umfaßt.

14. Oberflächenwellenbauelement (1) gemäß einem der An sprüche 11 bis 13, bei dem das piezoelektrische Sub strat (2) ein 64°-Y-X-Schnitt-LiNbO₃-Substrat ist.

15. Oberflächenwellenbauelement (1) gemäß einem der An sprüche 11 bis 14, das ferner einen elektrisch isolie renden Schutzfilm aufweist, der angeordnet ist, um die Oberfläche und Seiten der Al-Elektrodenschicht (4) zu bedecken.

16. Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbau elements, das ein piezoelektrisches Substrat (2), das aus einem LiNbO₃- oder LiTaO₃-Einkristall hergestellt ist, und eine Elektrode aufweist, die an dem piezo elektrischen Substrat vorgesehen ist und eine Al- Elektrodenschicht (4) umfaßt, die aus Al oder einer Al-Hauptkomponente besteht, wobei die Al- Elektrodenschicht einen Kristall aufweist, der in ei ner vorbestimmten Richtung ausgerichtet ist, derart, daß die Normalenrichtung einer (111)-Kristallebene des Al im wesentlichen mit der Z-Kristallachse des piezo elektrischen Substrats (2) übereinstimmt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Vorbereiten eines piezoelektrischen Substrats (2), das aus einem LiNbO₃- oder LiTaO₃-Einkristall hergestellt ist;
Entfernen einer beschädigten Schicht von einer Ober fläche des piezoelektrischen Substrats (2); und
Bilden einer Elektrode (3) auf dem piezoelektrischen Substrat.

17. Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbau elements gemäß Anspruch 16, bei dem der Elektrodenbil dungsschritt den Schritt des Bildens einer Unterelek trodenschicht (5), die zumindest entweder Ti oder Cr als eine Hauptkomponente aufweist, auf dem piezoelek trischen Substrat (2) sowie den Schritt des Bildens einer Al-Elektrodenschicht (4), die Al oder eine Al- Hauptkomponente umfaßt, auf der Unterelektrodenschicht aufweist.

18. Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbau elements gemäß Anspruch 17, bei dem der Schritt des Bildens einer Unterelektrodenschicht (5) mittels eines Vakuumaufdampfungsverfahrens bei einer Temperatur von etwa 100°C oder weniger durchgeführt wird.

19. Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbau elements gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem ein 64°-Y-X-Schnitt-LiNbO₃-Substrat bei dem Schritt des Vorbereitens des piezoelektrischen Substrats (2) vorbereitet wird.

20. Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbau elements gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, bei dem der Elektrodenbildungsschritt ferner den Schritt des Bildens eines elektrisch isolierenden Schutzfilms auf dem Oberflächenwellenbauelement (1) aufweist, um die Oberfläche und Seiten der Al-Elektrodenschicht (4) zu bedecken.