JP3429888B2 - 弾性表面波装置 - Google Patents
弾性表面波装置Info
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Description
タデジタル電極(以下、IDTという)を構成する材料
に関するものである。
られたIDT(すだれ状電極、くし型電極ともいう)に
より、電気信号と圧電体基板表面を伝搬する弾性表面波
とを相互に変換し、この弾性表面波を利用してフィル
タ、共振子、遅延線などの機能を発揮するデバイスであ
る。IDTを構成する電極材料としては、低抵抗であ
り、微細加工がしやすく、信頼性に優れたアルミニウム
が主に用いられている。また、このIDTは、基板の圧
電性により電気信号に比例して機械的に振動する。
電極指が疲労劣化する現象(ストレスマイグレーショ
ン)が知られている。このストレスマイグレーションに
より、使用中に弾性表面波装置が劣化し、当初の特性を
発揮できなくなることがある。そのため、ストレスマイ
グレーションに対する耐性を高めるように、アルミニウ
ムにシリコン、銅などを添加したり、結晶方位的に配向
したアルミニウム膜を用いたりすることが検討されてい
る。
3−048511号公報や特開平6−132777号公
報に記載されたものが知られている。特開平3−048
511号公報に記載の発明は、耐ストレスマイグレーシ
ョン特性に優れた弾性表面波装置を提供するためになさ
れたもので、この公報には、25度から39度回転Yカ
ット水晶基板上に(311)面に配向したアルミニウム
膜が形成された弾性表面波装置が開示されている。
明は、弾性表面波素子における電極用金属膜内部の応力
変化をなくし、素子の動作中の周波数変化を少なくした
弾性表面波装置を提供するためになされたもので、この
公報には、水晶のZ板をX軸の回りに反時計方向に7度
から15度の範囲で傾斜してカットしたLSTカット水
晶基板に単結晶アルミニウム電極が形成された弾性表面
波装置が開示されている。
ニウムにシリコン、銅などを添加した際には、電極の微
細加工が困難になる場合があった。また、上記公開公報
に記載された弾性表面波装置のような結晶方位に配向し
たアルミニウム膜を用いた際には、圧電性基板に依って
はストレスマイグレーションに対する耐性が充分ではな
い場合があった。
ストレスマイグレーションに対して充分な耐性を有する
弾性表面波装置を提供することにある。
装置は、水晶基板と該水晶基板上のインタデジタル電極
とを含み、前記インタデジタル電極が低指数面に配向し
た単結晶アルミニウム膜からなるものである。低指数面
としては、(111)面、(100)面などが用いら
れ、特に、前記水晶基板が実質的に35度回転Yカット
水晶であり、前記単結晶アルミニウム膜が実質的に(1
11)面に配向していること、または、前記水晶基板が
実質的に28度回転Yカット水晶であり、前記単結晶ア
ルミニウム膜が実質的に(100)面に配向しているこ
とが望ましい。
素量が0.01atom%以下、水素、酸素量がそれぞ
れ0.5atom%以下であることが望ましい。
した単結晶アルミニウム膜を電極として用いているの
で、電極の電気抵抗が低く、かつ、結晶構造的に安定で
ありストレスマイグレーションに対して優れた耐性を有
する。また、約35度回転Yカット水晶基板上の(11
1)面に配向した単結晶アルミニウム膜、および、約2
8度回転Yカット水晶基板上の(100)面に配向した
単結晶アルミニウム膜は、特に安定であり、ストレスマ
イグレーションに対して特に優れた高い耐性を有する。
下、水素、酸素量がそれぞれ0.5atom%以下であ
るアルミニウムを用いれば、結晶性のよい低抵抗の単結
晶アルミニウム膜を形成することができる。
を用いて説明する。本実施例の弾性表面波装置である弾
性表面波フィルタは、35゜回転Yカットの水晶基板1
0の表面上に、3つの入力用IDT21、22、23と
4つの出力用IDT24、25、26、27とが交互に
配置され、これら入力用IDT21、22、23と出力
用IDT24、25、26、27が一対の反射器28、
29により挟まれた電極構造列20が形成されている。
3つの入力用IDT21、22、23は並列接続され、
4つの出力用IDT24、25、26、27も並列接続
されている。
晶基板10の表面に平行な方向が(111)面である配
向した単結晶アルミニウム膜30により構成されてい
る。電極の膜厚は約100nm、電極指の幅及びその間
隔は、フィルタの通過中心周波数に対応した弾性表面波
波長の1/4に相当する約500nmである。各IDT
21〜27の開口幅は30λであり、20.5対の電極
指により構成され、反射器28、29は120本の電極
により構成されている。IDT21〜27及び反射器2
8、29は同一の周期構造であり、IDTとIDT間及
び反射器とIDT間も同じ周期で形成され、電極構造列
20全体として同一の周期構造をしている。
法を図2を用いて説明する。まず、35゜回転Yカット
の水晶基板10の表面をアセトン、イソプロパノールな
どの有機溶剤により超音波洗浄し、表面の残留有機物を
除去するために酸素プラズマ中でアッシングする。これ
により、基板表面の有機物が酸化して十分に除去される
(図2(a))。
装置に装着し、0.01mPa以下の真空度を保ったま
ま、基板温度を400℃以上にして、1時間以上保持す
ることで表面の吸着水分を充分に除去する。なお、基板
温度を200℃程度にして、6時間保持することにより
表面の吸着水分を充分に除去するようにしてもよい。次
に、厚さ100nmの単結晶アルミニウム膜30を、基
板温度が100℃、成長速度が0.85nm/秒の真空
蒸着法により形成する(図2(b))。この単結晶アル
ミニウム膜30の電気抵抗は3.0μΩ・cmと、バル
クのアルミニウムと同程度の充分に低い値がえられる。
量分析法(SIMS)により分析したところ、アルミニ
ウム膜30中の不純物は、炭素量は0.01atom%
以下、水素、酸素量はそれぞれ0.5atom%以下で
あった。アルミニウム膜30中の炭素、水素、酸素量が
これより大きいと、成長速度、基板温度等の成膜条件に
かかわらず、アルミニウム膜30は多結晶またはアモル
ファスの膜となり単結晶のアルミニウム膜とならない。
ウム膜30中の炭素、水素、酸素量が上記の量以下であ
れば、基板温度を100℃以上300℃以下とし、か
つ、成長速度を1nm/秒以下0.1nm/秒以上とす
ることで、単結晶アルミニウム膜の結晶性が向上する。
基板温度を100℃未満としたり、成長速度を1nm/
秒を越える速度にすると、単結晶アルミニウムが形成さ
れるが、単結晶アルミニウム膜の結晶性が悪くなる。
速にしたり、逆に、1nm/秒を越える高速にすると、
単結晶アルミニウムが形成されるが、膜厚の制御性、生
産性が著しく低下する。この真空蒸着の初期において、
面心立方構造を有する金属アルミニウムは、最も表面エ
ネルギーの低い(111)面が現われやすい。水晶基板
10のカット面を種々変更して検討したところ、33度
回転Yカット〜37度回転Yカットの範囲では、この
(111)面が安定に成長することがわかった。このエ
ピタキシャル配向方位は、
る。上記式1の1行目は、一致している単結晶アルミニ
ウム膜30の方向と水晶基板10の方向を示しており、
その2行目は、単結晶アルミニウム膜30の7個の結晶
格子と水晶基板10の2個の結晶格子が一致しているこ
とを示している。
していない場合、特に、酸素プラズマ中でアッシングし
ない場合には、アルミニウムの単結晶配向膜は成長しな
かった。これは、基板表面に汚れが残っているため、そ
の汚れた部分から(111)面方向以外の成長が起こり
やすく単結晶に配向しないためと思われる。次に、アル
ミニウム膜30上にレジスト膜40を塗布し、IDTを
含む電極構造列20の形状にパターニングする(図2
(c))。IDTの電極指の幅およびその間隔は、フィ
ルタの通過中心周波数に対応した弾性表面波波長の1/
4に相当する約500nmである。
分のアルミニウム膜30を燐酸系エッチング液(容積比
がH3 PO4 :CH3 COOH:HNO3 :H2 O=1
6:2:2:2)によりエッチング除去し、IDTを含
む電極構造列20を作製する。最後に、レジスト膜40
を除去して、IDTを含む電極構造列20の加工を終了
する(図2(d))。
波装置を形成することができる。本発明の他の実施例又
は比較例として、水晶基板10のカット角度を他の角度
に特定した場合にも低指数面に配向した単結晶アルミニ
ウム膜3を得ることができる。他の実施例として、約2
8゜回転Yカットの水晶基板10では、(100)面が
表れたアルミニウム膜が安定に成長することが分かっ
た。このエピタキシャル配向方位は、
上記式2の1行目は、一致している単結晶アルミニウム
膜30の方向と水晶基板10の方向を示しており、その
2行目は、単結晶アルミニウム膜30の7個の結晶格子
と水晶基板10の4個の結晶格子が一致していることを
示している。なお、約28度回転Yカットの前後2度程
度ずれた水晶基板10、すなわち、26度〜30度回転
Yカットの水晶基板でも同様に配向する。
トの水晶基板10では、(210)面が表れたアルミニ
ウム膜が安定に成長することが分かった。このエピタキ
シャル配向方位は、
れる。上記式3の1行目は、一致している単結晶アルミ
ニウム膜30の方向と水晶基板10の方向を示してお
り、その2行目は、単結晶アルミニウム膜30の3個の
結晶格子と水晶基板10の7個の結晶格子が一致してい
ることを示している。なお、約32度回転Yカットの前
後に角度がずれた水晶基板10、すなわち、31度〜3
3度回転Yカットの水晶基板でも同様に配向する。
カットの水晶基板10では、(311)面が表れたアル
ミニウム膜が安定に成長することが分かった。このエピ
タキシャル配向方位は、
る。上記式4の1行目は、一致している単結晶アルミニ
ウム膜30の方向と水晶基板10の方向を示しており、
その2行目は、単結晶アルミニウム膜30の7個の結晶
格子と水晶基板10の2個の結晶格子が一致しているこ
とを示している。なお、約38度回転Yカットの前後に
角度がずれた水晶基板10、すなわち、37度〜40度
回転Yカットの水晶基板でも同様に配向する。
に、(111)面、(100)面、(210)面、(3
11)面に配向したアルミニウム膜によるIDTを用い
た弾性表面波フィルタの耐電力性について評価した。約
400mWの電力を弾性表面波装置に印加し、電気的特
性が劣化するまでの時間(MTF)を測定することによ
り評価した。MTFは、実施例である(111)面に配
向したアルミニウム膜を用いた場合には2500時間で
あり、実施例である(100)面に配向したアルミニウ
ム膜を用いた場合には2000時間であったが、比較例
である(210)面または(311)面に配向したアル
ミニウム膜を用いた場合には1800時間と短かった。
nmの配向していない多結晶純アルミニウム膜を用いた
弾性表面波装置についても耐電力性について同様に測定
した。この比較例の場合には、同一の約400mWの印
加電力に対して電気的特性が劣化するまでの時間は15
00時間であった。このように本実施例によれば、耐電
力性に関して、比較例に比べ大きな改善がみられ、耐ス
トレスマイグレーション性が向上していることが分か
る。
可能である。例えば、上記実施例では、高純度アルミニ
ウムによりアルミニウム膜を構成しているが、配向性に
影響を与えない程度のCu,Si,Coなどを添加する
こともできる。また、本発明は、ストレスマイグレーシ
ョンによる影響を受けやすいIIDT構造を有する弾性
表面波装置において有効であるが、他のトランスバーサ
ル型フィルタや共振器構造等の他の構造の弾性表面波装
置にも有効である。
とは複数の入力用IDTと複数の出力用IDTとが交互
に配列され、複数の入力用IDTと複数の出力用IDT
がそれぞれ並列接続された構造の弾性表面波フィルタで
ある。
向した単結晶アルミニウム膜を電極として用いているの
で、電極の電気抵抗が低く、結晶構造的に安定でありス
トレスマイグレーションに対して優れた耐性を有するイ
ンタデジタル電極が得られ、耐電力性に優れた弾性表面
波装置が実現できる。
図である。
方法を示す工程断面図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 実質的に28度回転Yカットの水晶基板
と、該水晶基板上のインタデジタル電極とを含み、前記
インタデジタル電極が実質的に(100)面に配向した
単結晶アルミニウム膜からなることを特徴とする弾性表
面波装置。 - 【請求項2】 前記単結晶アルミニウム膜中の炭素量が
0.01atom%以下、水素、酸素量がそれぞれ0.
5atom%以下であることを特徴とする請求項1記載
の弾性表面波装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05127795A JP3429888B2 (ja) | 1994-08-05 | 1995-03-10 | 弾性表面波装置 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20299094 | 1994-08-05 | ||
JP6-202990 | 1994-08-05 | ||
JP05127795A JP3429888B2 (ja) | 1994-08-05 | 1995-03-10 | 弾性表面波装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08102641A JPH08102641A (ja) | 1996-04-16 |
JP3429888B2 true JP3429888B2 (ja) | 2003-07-28 |
Family
ID=26391812
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP05127795A Expired - Fee Related JP3429888B2 (ja) | 1994-08-05 | 1995-03-10 | 弾性表面波装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3429888B2 (ja) |
-
1995
- 1995-03-10 JP JP05127795A patent/JP3429888B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
家木英治、櫻井 敦,エピタキシャルA1電極を用いたSAW共振子,電子情報通信学会論文誌A,1993年 2月25日,VOL.J76−A,NO.2,p.145−152 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH08102641A (ja) | 1996-04-16 |
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