JP2001345657A

JP2001345657A - 弾性表面波装置およびその製造方法

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Publication number: JP2001345657A
Application number: JP2000162246A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Matsuda; 敏哉松田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2001-12-14

Abstract

(57)【要約】【課題】スパークを防止し、不良の発生しない、高品
質な弾性表面波装置及びその製造方法を提供すること。【解決手段】圧電基板１上に、励振電極と反射器電極
とを弾性表面波の伝搬方向に並設して成り、励振電極及
び反射器電極を保護膜で覆うとともに、励振電極と反射
器電極との間に圧電基板の表面を露出した開口部を形成
したことを特徴とする弾性表面波装置とした。また、そ
の製造方法は、圧電基板上に励振電極及び反射器電極を
接続させた状態で形成する工程と、前記励振電極及び前
記反射器電極に保護膜を被覆する工程と、前記励振電極
と前記反射器電極の接続部及び該接続部上の保護膜を除
去して圧電基板の表面を露出させる工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気通信分野にお
いて携帯電話やセルラ電話等の移動体用通信機器に高周
波素子として頻繁に使用される弾性表面波装置及びその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来技術とその課題】移動体通信用の弾性表面波装置
は、激化する高周波化・高密度化により割り当て周波数
帯域幅が不足し、その結果搬送周波数の高周波化に反し
て送受信帯域の間隔は広がらず、例えばフィルタの減衰
傾度向上もしくは温度特性向上、もしくは周波数製造偏
差圧縮の要求となって顕在化している。

【０００３】フィルタの周波数温度特性は広帯域化と共
に増加する傾向にある。この理由は、通過帯域を広帯域
化するにあたり、電気機械結合係数の大きな材料を使用
することが必須条件となり、ところが、電気機械結合係
数の大きな材料は周波数温度係数が大きくなる傾向にあ
るからである。このため、使用温度範囲が広がるとシス
テム側から要求される仕様を満足できない結果となって
いた。

【０００４】周波数温度特性の補償の方法としては、弾
性表面波共振子に関する方法が富士通株式会社により実
用化された。具体的にはＬｉＴａＯ₃単結晶基板上に作
成したＳＡＷ−ＶＣＯ（Surface Acoustic Wave Volta
ge Control Oscillator：弾性表面波を用いた電圧制御
型発振器）用の弾性表面波共振子の主面にＳｉＯ₂膜を
数万ｎｍの厚みで成膜し、ＬｉＴａＯ₃の温度変動を線
膨張係数の小さいＳｉＯ₂膜の被覆により温度補償する
方法である。

【０００５】図３は従来技術の構造を示す図である。圧
電基板１の主面に励振電極２、入力，出力電極３，４、
接地電極５が形成され、入出力電極および各接地電極間
は励振電極部２で分離されている。さらに、それらの上
に保護膜７が形成され、バンプ接続用窓６も形成されて
いる。保護膜の材質としては周波数温度特性を補償する
ＣＶＤ法により２５０℃以上で成膜されたＳｉＯ₂が良
く、２５０℃以下で成膜した膜やスパッタ法、蒸着法で
成膜した膜では周波数温度特性が十分に補償されない。

【０００６】一方、移動体通信用の弾性表面波装置は、
小型化によりフリップチップ実装が実用化されてきてい
る。フリップチップ実装するためには、弾性表面波素子
の入出力電極及び接地電極上にパッケージと電気的接続
をとるためのバンプを形成しなくてはならない。バンプ
の引っ張り強度を上げるためには、入出力電極及び接地
電極の膜厚を厚く形成することが必要であった。素子特
性を得るために圧電基板上に形成する励振電極の膜厚は
１００〜５００ｎｍ程度であるが、十分な引っ張り強度
を得るためには厚さを６００ｎｍ以上にしなくてはなら
ず、入力および出力電極３，４や接地電極５は励振電極
部２よりも膜厚を厚く形成してある。

【０００７】しかしながら、ＬｉＴａＯ３単結晶、Ｌｉ
ＮｂＯ３単結晶などの焦電性のある圧電基板を用いる場
合、保護膜を２５０℃以上の高温成膜する工程で、基板
上の電極間のスパークにより励振電極の損傷が起るとい
う問題がある。これは、圧電基板を高温度状態へ昇温さ
せるときや高温状態から室温へ降温させるときに、基板
の焦電性により基板上の電極間が接続されていない各電
極に静電荷が溜められ、雰囲気中のイオンによる静電荷
の中和に金属膜の面積比が異なることにより不均一性が
現れ、ついで、その電極間に強い電界が発生する。その
ため、雰囲気の絶縁限界に達した際、その最も電界の強
いところで放電（スパーク）が生じるからある。電界の
強度は電極間の間隔が狭い励振電極部で特に強い。前述
したように、この電界を緩和するため電極間でスパーク
が起るため、このスパークの熱衝撃や電荷移動衝撃によ
り、微細な櫛歯状に形成された励振電極の一部が損傷
し、素子特性を劣化させ、歩留りを低下させていた。

【０００８】これを解決するひとつの方法として、入出
力電極及び接地電極をダイシングラインに接続したパタ
ーンにする方法がある。ダイシングラインを通して各電
極間の電位差は緩和される。しかし、このような方法を
行っても、電極間が最も近接する励振電極部では急速な
温度変化に対応して電位差を十分に緩和することができ
ず、低い確率ではあるがスパークが発生していた。

【０００９】そこで本発明は、上記事情に鑑みて、スパ
ークを防止し、不良の発生しない、高品質な弾性表面波
装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以上の問題点を解決する
ため、本発明の弾性表面波装置は、圧電基板上に、励振
電極と反射器電極とを弾性表面波の伝搬方向に並設して
成る弾性表面波装置であって、前記励振電極及び前記反
射器電極を保護膜で覆うとともに、前記励振電極と前記
反射器電極との間に前記圧電基板の表面を露出した開口
部を形成したことを特徴とする。

【００１１】また、その製造方法は、圧電基板上に励振
電極及び反射器電極を接続させた状態で形成する工程
と、前記励振電極及び前記反射器電極に保護膜を被覆す
る工程と、前記励振電極と前記反射器電極の接続部及び
該接続部上の保護膜を除去して圧電基板の表面を露出さ
せる工程とを含む。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に係る実施形態を図面に基
づき詳細に説明する。

【００１３】図１は本発明に係る弾性表面波装置の上面
図である。圧電基板１上に励振電極２、入力電極３、出
力電極４、接地電極５が形成されている。該入力電極
３、出力電極４、接地電極５は励振電極部よりも膜厚を
厚く形成されている。電極及び圧電基板上に保護膜７が
形成されている。入力電極３、出力電極４、接地電極５
上の保護膜は除去されバンプ接続用窓６が形成されてい
る。

【００１４】また、入力電極３、出力電極４、接地電極
５に接続部１２を介して接続された励振電極部２には保
護膜と電極が除去された開口部８が形成されている。す
なわち、特に励振電極とその両端に配設された反射器電
極との間に、圧電基板の表面を露出した開口部を形成し
ている。これら開口部は保護膜をエッチングするのと同
時に励振電極の接続部分もエッチングする形状になって
いることにより、保護膜成膜時には各電極間のスパーク
を防止することができるとともに、保護膜形成後に励振
電極を分離して所望の励振電極形状を得ることができ
る。

【００１５】以下に本発明の製造方法を説明する。図４
は本発明における保護膜形成前の図1中のＡ−Ａ’線の
端面を示したものである。ＬｉＴａＯ₃単結晶、ＬｉＮ
ｂＯ₃単結晶などの圧電基板１上にアルミニウム、アル
ミニウム合金などをスパッタ法、蒸着法などにより成膜
する。このとき、金属成膜する厚みは、弾性表面波の伝
搬損失を与えない適当な厚みにすることが好ましい。次
にフォトリソグラフィとエッチングにより励振電極部２
を形成する。

【００１６】また、入力電極３、出力電極４、接地電極
５を厚くするため、リフトオフ法により入力電極３、出
力電極４、接地電極５の部分を抜いたレジストを形成
し、その上に、アルミニウム、アルミニウム合金などを
スパッタ法、蒸着法などにより成膜する。この後、レジ
ストを溶解し、レジスト上の金属膜を取り去る。このと
きの金属膜の膜厚は６００ｎｍ以上が好ましい。

【００１７】図２に本発明におけるこれらの工程を終了
した、保護膜形成前の平面図を示す。励振電極２におい
て図３の開口部８に本来分離されるべき部分が接続され
ている。すなわち、励振電極及び反射器電極を接続させ
た状態で形成する。

【００１８】一般的には、最初に微細加工を施すべき励
振電極２を加工し、その後入力電極３、出力電極４、接
地電極５を厚くした電極を形成した方がパターン不良を
少なくすることができるが、さほど励振電極２に精度が
必要でないか、若しくは、後入力電極３、出力電極４、
接地電極５を厚くした電極に精度が必要な場合、成膜順
序を変更しても良い。

【００１９】図５は本発明における保護膜成膜後の図１
中のＡ−Ａ’線端面図である。保護膜７となるＳｉＯ₂
はＣＶＤ法、スパッタ法などにより２５０℃の成膜温度
で成膜する。このとき励振電極は８の部分で接続されて
いるので焦電効果によるスパークは発生しない。

【００２０】図６は本発明における保護膜をパターンニ
ングするためのフォトレジスト９を形成したときのＡ−
Ａ’断面である。このときのパターンは入力電極３、出
力電極４と接地電極５のＳｉＯ２を除去する形状と励振
電極２の接続部分８を除去する形状となっている。

【００２１】図７は本発明において保護膜と電極をエッ
チングにより除去したときのＡ−Ａ’断面を示すもので
ある。はじめにＲＩＥ法によりＳｉＯ₂を除去する。続
いてＲＩＥ法により電極の接続部分８を除去する。エッ
チングは励振電極部分のエッチングが終了した時点で終
了させる。このとき入力電極３、出力電極４、接地電極
５部分は予め厚く形成されているため電極がエッチング
されてなくなってしまうことがない。

【００２２】図８は本発明でレジストを除去した後のＡ
−Ａ’断面である。励振電極２が分離され所望のパター
ンが得られる。このようにして、本発明の弾性表面波装
置を形成し得ることが可能である。

【００２３】また、図９は本発明に係る別の実施形態の
励振電極および開口部付近を示す上面図である。励振電
極２と反射器電極１１の間の微小な電極面積部を電極膜
付け時には形成されているが、保護膜成膜工程後に開口
部８を設けて共振子とするものである。微小な面積を加
工するだけで良いため、弾性表面波装置の電極面積が小
さくなり、延いては圧電基板材料の使用量が削減される
ため、コスト削減が可能である。

【００２４】またさらに、図１０は本発明に係る別の実
施形態の励振電極および開口部付近を示す上面図であ
る。励振電極２と反射器電極１１の間にジャンパ線状の
バスバー１０を設け、保護膜成膜工程後にそのバスバー
１０の一部に開口部８を設けて共振子とするものであ
る。前述のジャンパ線状のバスバー１０であるため、励
振電極や反射器電極の微細電極まで距離を大きく取るこ
とが可能であり、開口部形成に際し、フォトリソグラフ
ィ等のエッチング加工工程の加工精度を緩和することで
きる。そのため、開口部形成加工が簡便になり、コスト
削減が可能である。

【００２５】また、同様に接続部１２とバスバー１０の
間に開口部８を設けた構造にしても同じ効果が得られ
る。

【００２６】また、ＩＤＴ電極および反射器電極は、Ａ
ｌもしくはＡｌ合金（Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｔｉ系）か
らなり、蒸着法、スパッタ法、またはＣＶＤ法などの薄
膜形成法により形成する。電極厚みは０．１μｍ〜０．
５μｍ程度とすることがＳＡＷ装置としての特性を得る
うえで好適である。

【００２７】また、本発明に係る弾性表面波装置の電極
および圧電基板上のＳＡＷ伝搬部にＳｉ、ＳｉＯ２、Ｓ
ｉＮ、Ａｌ２Ｏ３を保護膜として形成して、導電性異物
による通電防止や耐電力向上を行ってもかまわない。

【００２８】かくして、本発明の弾性表面波装置及びそ
の製造方法によれば、スパークを防止し、不良の発生し
ない、高品質な弾性表面波装置を提供できる。

【００２９】なお、本発明は上記の実施形態に限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
の変更は何ら差し支えない。

【００３０】

【実施例】次に図４に示した弾性表面波装置の基本的な
構造にしたがって具体的に作成したラダー型弾性表面波
フィルタについて説明する。

【００３１】４２度回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ₃
単結晶からなる圧電基板上に、スパッタ法によりＡｌ−
１ｗｔ％Ｃｕ膜を２００ｎｍ成膜した。

【００３２】次にフォトリソグラフィとエッチング工程
を用い接続された励振電極部分を作成した。作成したラ
ダー型弾性表面波フィルタは、１９００ＭＨｚ帯の弾性
表面波フィルタで、励振電極部の最小電極幅および電極
スペースはそれぞれ約０．５μｍである。

【００３３】ついで、その上にレジストを塗布し、入力
電極、出力電極、接地電極部分をフォトリソグラフィを
用いて取り除き、その上に、蒸着法により８００ｎｍの
アルミニウム膜を成膜した。

【００３４】その後、レジストリムーバでレジストを溶
解し、レジスト上の金属膜を取り払い、入力電極、出力
電極、接地電極部分を厚く形成した。

【００３５】フィルタの構成は励振電極を５個使用した
ラダー型弾性表面波フィルタであり、夫々の励振電極の
構成は低損失と高帯域外減衰量を得るため直列側と並列
側の容量比を最大限大きくとってある。

【００３６】弾性表面波共振子の構成は、弾性表面波励
振電極２の対数が直列側にて約６０対並列側で約１００
対、交差幅は直列側１５λ、並列側３０λ（但し、λ：
弾性表面波素子の平均波長と一致）である。

【００３７】その次に、保護膜は原料ガスにＴＥＯＳと
Ｏ₂を用い、ＣＶＤ法により温度３００℃でＳｉＯ₂膜を
２０ｎｍ成膜した。

【００３８】基板上にフォトレジストを再塗布し、フォ
トリソグラフィ法を用いて入力電極、出力電極、接地電
極部と励振電極の接続部分を選択的に露出させた後、Ｒ
ＩＥ（リアクティブ・イオン・エッチング）装置を利用
して保護膜を除去した。エッチングの際使用した反応性
ガスはＣＦ₄，Ｏ₂を主成分として選択した。ＲＩＥは方
向選択性が強いためフォトリソグラフィ工程で得られた
フォトレジスト寸法どおり電極を露出することができ
る。続いてＲＩＥにより励振電極を接続させているＡｌ
−１ｗｔ％Ｃｕを除去した。この時用いたガスはＢＣｌ
₃とＮ₂である。エッチング時間はＡｌ−１ｗｔ％Ｃｕ膜
２０ｎｍをエッチングする時間に設定した。

【００３９】弾性表面波素子を作製したＬｉＴａＯ₃圧
電基板は０．３５ｍｍの厚みのものを使用した。これ
は、圧電基板の厚みがこれ以上厚くなると、装置の総厚
みに影響与え低背位化の妨げになり、これ以下の厚みに
なると電極加工プロセス中に基板が破損しやすくなり、
歩留まりが著しく低下するためである。

【００４０】素子の電気的特性の測定にはネットワーク
アナライザを使用し、１９００ＭＨｚにおいて良好な電
気的特性を確認できた。また基板内で特性を測定した素
子のうち不良であったものを外観検査した。そのうちス
パークによる不良は約０．５％で従来の２％より低減し
ていた。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の弾性表面
波装置および製造方法によれば、励振電極及び反射器電
極を作製する場合に、その上に被覆させる保護膜を高温
でスパークを発生させることなく成膜することができた
め、スパークによる不良を極力低減できるとともに、弾
性表面波装置の周波数温度特性を保証することができ、
信頼性の高い弾性表面波装置及びその製造方法を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の弾性表面波装置を模式的に図示した平
面図である。

【図２】本発明の保護膜形成前の電極形状を模式的に図
示した示した平面図である。

【図３】従来の弾性表面波装置を模式的に図示した平面
図である。

【図４】本発明の製造工程（保護膜形成前）を模式的に
図示した断面図である。

【図５】本発明の製造工程（保護膜形成後）を模式的に
図示した断面図である。

【図６】本発明の製造工程（保護膜をパターンニングす
るためのレジスト形成）を模式的に図示した断面図であ
る。

【図７】本発明の製造工程（保護膜と電極のエッチング
除去）を模式的に図示した断面図である。

【図８】本発明の製造工程（レジスト除去後）を模式的
に図示した断面図である。

【図９】本発明に係る他の実施形態の励振電極および開
口部付近を示す上面図である。

【図１０】本発明に係る他の実施形態の励振電極および
開口部付近を示す上面図である。

【符号の説明】

１：圧電基板２：励振電極３：入力電極４：出力電極５：接地電極６：バンプ接続用窓７：保護膜８：開口部９：フォトレジスト１０：バスバー１１：反射器電極１２：接続部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電基板上に、励振電極と反射器電極と
を弾性表面波の伝搬方向に並設して成る弾性表面波装置
であって、前記励振電極及び前記反射器電極を保護膜で
覆うとともに、前記励振電極と前記反射器電極との間に
前記圧電基板の表面を露出した開口部を形成したことを
特徴とする弾性表面波装置。
【請求項２】圧電基板上に励振電極及び反射器電極を
接続させた状態で形成する工程と、前記励振電極及び前
記反射器電極に保護膜を被覆する工程と、前記励振電極
と前記反射器電極の接続部及び該接続部上の保護膜を除
去して前記圧電基板の表面を露出させる工程とを含む弾
性表面波装置の製造方法。