JP4064208B2 - 弾性表面波素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高周波帯域において高い耐電力性を示すことのできる電極構造を有する弾性表面波素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
弾性表面波素子は機械的振動エネルギーが固体表面付近にのみ集中して伝播する弾性表面波を利用した電子部品であり、フィルタ、共振器またはデュプレクサなどを構成するために用いられる。
【０００３】
近年、携帯電話などの移動体通信端末の小型化及び軽量化が急速に進んでおり、これらの移動体通信端末に実装される電子部品の小型化が要求されている。
【０００４】
弾性表面波素子は、圧電基板の表面上に、導電性で比重の小さい材料からなる一対のくし歯状電極（ＩＤＴ（インタディジタルトランスデューサ）電極）のくし歯の部分を、互い違いに並べて配置する構成を有している。このような単純な構造を有する弾性表面波素子は移動体通信端末に実装されるフィルタ、共振器またはデュプレクサを小型化するために非常に適した素子である。
【０００５】
従来の弾性表面波素子のくし歯状電極部の材料には、導電性でかつ比重の小さなＡｌ、またはＡｌを主成分とする合金が一般的に用いられてきた（特許文献１）。
【０００６】
しかし、弾性表面波素子を、例えば、送信増幅器の後段に位置し、大きな電力が印加されるＲＦ部（高周波部）のアンテナデュプレクサとして用いるためには、高い耐電力性が要求される。さらに、移動体通信端末の高周波化に伴い、弾性表面波素子の動作周波数を数百ＭＨｚから数ＧＨｚにすることも要求されている。
【０００７】
高周波化を図るには、弾性表面波素子のくし歯状電極のくし歯部の幅寸法及び間隔幅を小さくする必要がある。例えば、中心周波数２ＧＨｚ帯フィルタでは前記幅寸法を約０．５μｍに形成する必要があり、中心周波数１０ＧＨｚ帯フィルタでは前記幅寸法を約０．１μｍに形成する必要がある。
【０００８】
このような、微細なくし歯状電極に高圧レベルの信号が印加されると、弾性表面波によってくし歯状電極が強い応力を受ける。この応力がくし歯状電極の限界応力を越えると、ストレスマイグレーションが発生する。ストレスマイグレーションとは、くし歯状電極を構成する金属材料原子が結晶粒界または結晶安定面を通路として移動し、くし歯状電極に空隙（ボイド）や突起（ヒロック）を生じさせる現象のことである。ストレスマイグレーションが発生すると、電極が破損し、電気的断線の発生、素子の挿入損失の増加、共振子のＱ低下などを引き起こし、弾性表面波素子の特性劣化に至る。
【０００９】
特に、特許文献１に記載されているような、ＡｌまたはＡｌを主成分とする合金からなるくし歯状電極部を有する弾性表面波素子は、比抵抗が高くまた融点が低いため、くし歯状電極部を微細化したときの抵抗増加が著しくなり、また高周波化によって増大する応力に対する耐性が充分でなくなり、ストレスマイグレーションが発生しやすいという問題を有している。
【００１０】
また、くし歯状電極部をＡｌまたはＡｌを主成分とする合金によって形成する代わりに、ＣｕまたはＣｕを主成分とする合金によって形成することも提案されている。
【００１１】
例えば、特許文献２には、低抵抗でかつストレスマイグレーション耐性の高いＣｕまたはＣｕを主成分とする合金によって、弾性表面波素子のくし型電極部を形成することが記載されている。また、特許文献２にはＣｕまたはＣｕ合金からなる層（第２電極層）の結晶配向性を向上させ、また第２電極層と圧電基板との密着性を向上させるために、圧電基板と第２電極層の間にＴｉまたはＴｉ合金からなる第１の電極層を形成することも記載されている。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００１−９４３８２号公報（第３頁、第２図）
【特許文献２】
特開２００２−２６６８５号公報（第３頁、第１図）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２に記載されているように、ＴｉまたはＴｉ合金からなる第１の電極層の上に直接、ＣｕまたはＣｕ合金からなる第２電極層が積層される構造であると、第１の電極層と第２の電極層の界面付近で、ＴｉとＣｕが相互に拡散してしまい、くし歯状電極部の抵抗値が増大してしまうという問題が生じる。くし歯状電極部の抵抗値が大きくなると、弾性表面波素子の内部損失が大きくなるだけでなく、ストレスマイグレーションも発生しやすくなる。
【００１４】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、くし歯状電極部の材料にＣｕまたはＣｕ合金を使用するときの下地層にＴａからなる層を形成することによって、耐電力性が向上する弾性表面波素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、圧電基板と、前記圧電基板上に薄膜形成された電極部を有する弾性表面波素子において、
前記電極部は、くし歯状電極部及び前記くし歯状電極部に接続された接続電極部を有し、前記くし歯状電極部は、Ｔａからなる第１下地層と、前記第１下地層の下面に接して形成されたＴｉ及び／またはＴｉ酸化物からなる第２下地層と、前記第１下地層の上面に接して積層されたＣｕ層またはＣｕＭ合金層（ただし、元素ＭはＡｇ、Ｓｎ、Ｃのいずれか１種または２種以上である）を有することを特徴とするものである。
【００１６】
本発明では、前記くし歯状電極部が、Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層を有している。ＣｕやＣｕＭ合金は、弾性表面波素子のくし歯状電極の材料に使われて来たＡｌやＡｌ合金に比べて比抵抗が低くまた融点が高いため、くし歯状電極部を微細化しても抵抗増加を抑えることができ、また高周波化によって応力が増大した場合でもＣｕ原子の移動が発生しづらく、弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性を向上させることができる。すなわち、本発明の弾性表面波素子は、入力信号の周波数が高くなり、また入力電圧が大きくなったときの挿入損失の増加、及び素子特性の劣化を抑え素子寿命を長くすることが出来るものである。
【００１７】
特に、本発明では、Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層が、Ｔａからなる第１下地層の上面に積層されているため、Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層に形成される結晶の配向性の向上及び平均結晶粒径の微細化を図ることができ、これによって弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性をよりいっそう向上させることができる。
また、前記第１下地層の下面に接する第２下地層が設けられており、前記第２下地層はＴｉ及び／またはＴｉ酸化物からなると、前記Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層の（１１１）方位の結晶配向が強くなり、弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性をよりいっそう向上させることができる。
【００１８】
弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性を効果的に向上させるために、本発明では、前記Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層は、（１１１）方位に結晶配向していることが好ましい。
【００１９】
さらに、前記Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層の平均結晶粒径が、１０ｎｍ以上で１００ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。
【００２０】
また、前記ＣｕＭ合金層は、結晶構造が面心立方格子構造である結晶粒を有し、結晶粒界に元素Ｍが析出していることが好ましい。
【００２１】
元素Ｍが結晶粒界に析出することによって、Ｃｕ元素の粒界拡散を抑制し、くし歯状電極部の強度が向上する。すなわち、高周波信号が入力されて、弾性表面波素子の機械的振動が大きくなっても、くし歯状電極部のストレスマイグレーションが抑えられ、破壊されにくくなる。また、結晶粒の結晶配向性が向上する。さらに、くし歯状電極層の抵抗値も小さくなる。
【００２２】
なお、元素Ｍは例えば、Ａｇである。このとき、前記ＣｕＭ合金層中のＡｇ含有量が、０．８質量％以上で１０質量％以下であると、弾性表面波素子の耐電力特性を効果的に向上させることができる。
【００２４】
なお、前記第２下地層はＴｉのみからなる領域の上にＴｉ酸化物が形成されたものであり、前記Ｔｉ酸化物の酸素含有量は、前記第２下地層の下面側から上面側に向かうにつれて徐々に増加していることが好ましい。前記第２下地層の上面に形成されるＴｉ酸化物は非晶質に近い構造になり、第２下地層の上に積層される前記第１下地層が前記第２下地層の結晶性の影響を受けにくくなる。すると、前記第１下地層の結晶粒径が小さくなり、前記第１下地層の上に積層されるＣｕ層またはＣｕＭ合金層の結晶粒径も小さくなる。Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層の結晶粒径が小さくなると、前記Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層の（１１１）方位の結晶配向が強くなり、弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性がより向上する。
【００２６】
また、前記第１下地層の膜厚が厚くなりすぎると弾性表面波素子の高周波特性が劣化する。本発明のように、前記第１下地層の膜厚を１５ｎｍ以下にすると高周波特性の劣化を抑えることができる。
【００２７】
また、前記圧電基板と前記ＣｕまたはＣｕＭ合金層の間に、前記第２下地層と前記第１下地層が存在するときには、前記第２下地層の膜厚が、３ｎｍ以上で１５ｎｍ以下であるときに、前記Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層の（１１１）方位の結晶配向を強くすることができる。
【００２８】
また、前記Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層の膜厚は、３０ｎｍ以上で１５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２９】
さらに、前記Ｃｕ層または前記ＣｕＭ合金層の上に、Ｃｒからなる保護層が形成されることにより、前記Ｃｕ層または前記ＣｕＭ合金層の酸化及び腐蝕を抑えることができる。
【００３０】
あるいは本発明は、圧電基板と、前記圧電基板上に薄膜形成された電極部を有する弾性表面波素子において、
前記電極部は、くし歯状電極部及び前記くし歯状電極部に接続された接続電極部を有し、前記くし歯状電極部は、Ｔａからなる第１下地層と、前記第１下地層の上面に接して積層されたＣｕＭ合金層（ただし、元素ＭはＡｇ、Ｓｎ、Ｃのいずれか１種または２種以上である）を有し、前記ＣｕＭ合金層は、結晶構造が面心立方格子構造である結晶粒を有し、結晶粒界に元素Ｍが析出していることを特徴とするものである。
なお、前記圧電基板と前記ＣｕまたはＣｕＭ合金層の間に、前記第１下地層のみが存在するときには、前記第１下地層の膜厚が、５ｎｍ以上で１５ｎｍ以下であるときに、前記Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層の（１１１）方位の結晶配向を強くすることができる。
また、元素ＭはＡｇであり、前記ＣｕＭ合金層中のＡｇ含有量が、０．８質量％以上で１０質量％以下であることが好ましい。
また、本発明の弾性表面波素子の製造方法は、以下の工程を有することを特徴とするものである。
圧電基板上に、Ｔｉからなる第２下地層を成膜した後、この第２下地層を大気中に暴露する工程と、
前記第２下地層上に、Ｔａからなる第１下地層とＣｕ層を連続成膜して、前記第２下地層から前記Ｃｕ層までの多層膜を形成する工程、またはＴａからなる第１下地層とＣｕＭ合金層（ただし、元素ＭはＡｇ、Ｓｎ、Ｃのいずれか１種または２種以上である）を連続成膜して、前記第２下地層から前記ＣｕＭ合金層までの多層膜を形成する工程と、
前記多層膜をパターン形成して、くし歯状電極部を形成する工程と、
前記くし歯状電極部に接続される接続電極部を形成する工程と、
前記くし歯状電極部及び前記接続電極部が形成された圧電基板を熱処理する工程。
【００３１】
本発明の弾性表面波素子の製造方法では、弾性表面波素子のくし歯状電極の材料にＣｕやＣｕＭ合金を用いているため、くし歯状電極部を微細化しても抵抗増加を抑えることができ、また高周波化によって応力が増大した場合でもＣｕ原子の移動が発生しづらく、弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性を向上させることができる。
【００３２】
また、本発明では、Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層をＴａからなる第１下地層の上面に積層するため、Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層に形成されるＣｕ結晶の結晶配向性の向上及び平均結晶粒径の微細化を図ることができ、これによって弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性をよりいっそう向上させることができる。
【００３３】
特に、前記ＣｕＭ合金層を用いるときには、前記熱処理によって、元素Ｍが結晶粒界に析出する。結晶粒界に析出した元素Ｍによって、Ｃｕ元素の粒界拡散が抑制され、くし歯状電極部の強度が向上する。すなわち、高周波信号が入力されて、弾性表面波素子の機械的振動が大きくなっても、くし歯状電極部のストレスマイグレーションが抑えられ、破壊されにくくなる。また、Ｃｕの結晶粒の結晶配向性を向上する。さらに、くし歯状電極層の抵抗値も小さくなる。
【００３５】
第２下地層を大気中に暴露することによって、前記第２下地層を酸化させることができる。
【００３６】
すると、前記第２下地層を、Ｔｉのみからなる領域の上にＴｉ酸化物が形成されたものであって、前記Ｔｉ酸化物の酸素含有量は、前記第２下地層の下面側から上面側に向かうにつれて徐々に増加しているものにできる。前記第２下地層の上面に形成されるＴｉ酸化物は非晶質に近い構造になり、第２下地層の上に積層される前記第１下地層が前記第２下地層の結晶性の影響を受けにくくなる。すると、前記第１下地層の結晶粒径が小さくなって、さらに、前記第１下地層の上に積層されるＣｕ層またはＣｕＭ合金層の結晶粒径が小さくなる。Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層の結晶粒径が小さくなると、前記Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層の（１１１）方位の結晶配向が強くなり、弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性がより向上する。
【００３７】
ただし、本発明では、前記第２下地層の大気暴露工程の温度、時間によって、第２下地層にＴｉ酸化物が形成されなかったり、第２下地層の全てが酸化物となることがある。
【００３８】
第２下地層にＴｉ酸化物が形成されなくても、前記第２下地層と前記第１下地層との積層構造を形成することによって、前記第１下地層のみを形成する場合に比べて、前記Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層の（１１１）方位の結晶配向をより強くさせることができる。
【００３９】
また、前記Ｃｕ層または前記ＣｕＭ合金層の上にＣｒからなる保護層を形成し、前記第２下地層から前記保護層までの多層膜を形成することにより、前記Ｃｕ層または前記ＣｕＭ合金層の酸化及び腐蝕を抑えることができる。
【００４０】
なお、元素Ｍは例えば、Ａｇである。このとき、前記ＣｕＭ合金層中のＡｇ含有量を、０．８質量％以上で１０質量％以下にすると、弾性表面波素子の耐電力特性を効果的に向上させることができる。
【００４１】
また、本発明では、前記熱処理温度を２５０℃以上３００℃以下にすることより、弾性表面波素子の耐電力特性を効果的に向上させることができる。
あるいは本発明における弾性表面波素子の製造方法は、以下の工程を有することを特徴とするものである。
圧電基板上に、前記第１下地層とＣｕＭ合金層（ただし、元素ＭはＡｇ、Ｓｎ、Ｃのいずれか１種または２種以上である）を有する多層膜を連続成膜する工程と、
前記多層膜をパターン形成して、くし歯状電極部を形成する工程と、
前記くし歯状電極部に接続される接続電極部を形成する工程と、
前記くし歯状電極部及び前記接続電極部が形成された圧電基板を２５０℃以上３００℃以下の温度にて熱処理する工程。
本発明では、元素ＭをＡｇとし、前記ＣｕＭ合金層中のＡｇ含有量を、０．８質量％以上で１０質量％以下にすることが好ましい。
【００４２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施の形態の弾性表面波素子を示す平面図である。
【００４３】
符号１１は弾性表面波素子を示しており、この弾性表面波素子は分波器としての機能を有している。符号１２は、圧電基板を示している。本実施の形態では、圧電基板１２はＬｉＴａＯ3またはＬｉＮｂＯ3などの圧電セラミック材料によって形成されている。
【００４４】
圧電基板１２上に、くし歯状電極部１３及びくし歯状電極部１４が形成されている。くし歯状電極部１３及びくし歯状電極部１４には、それぞれ図示Ｙ方向に延びるくし歯部１３ａ、及び図示Ｙ方向と逆方向に延びるくし歯部１４ａが形成されている。くし歯状電極部１３のくし歯部１３ａとくし歯状電極部１４のくし歯部１４ａは、所定の間隔をあけて図示Ｘ方向に互い違いに並べられている。
【００４５】
また、くし歯状電極部１３及びくし歯状電極部１４には、弾性表面波素子を外部の回路と接続するための接続電極部１５、１６が電気的に接続されている。くし歯状電極部１３と接続電極部１５が電極部１７を構成し、くし歯状電極部１４と接続電極部１６が電極部１８を構成している。
【００４６】
さらに、くし歯状電極部１３及びくし歯状電極部１４の図示Ｘ方向と図示Ｘ方向の反対側に隣接して、反射電極１９，１９が形成されている。
【００４７】
図２は、くし歯状電極部１３及びくし歯状電極部１４を、２−２線から切断し矢印方向から見た縦断面図である。
【００４８】
本実施の形態では、くし歯状電極部１３は、第２下地層２０と、第２下地層２０の上面に積層されたＴａからなる第１下地層２１と、第１下地層の上面に接して積層されたＣｕＭ合金層２２（ただし、元素ＭはＡｇ、Ｓｎ、Ｃのいずれか１種または２種以上である）と、ＣｕＭ合金層２２の上に積層された保護層２３からなる積層構造を有している。同様に、くし歯状電極部１４も、第２下地層２４と、Ｔａからなる第１下地層２５と、第１下地層２５の上面に接して積層されたＣｕＭ合金層２６（ただし、元素ＭはＡｇ、Ｓｎ、Ｃのいずれか１種または２種以上である）と、ＣｕＭ合金層２６の上に積層された保護層２７からなる積層構造を有している。保護層２３及び保護層２７はＣｒによって形成されている。
【００４９】
図１及び図２に示される実施の形態では、くし歯状電極部１３とくし歯状電極部１４は同じ幅寸法Ｗを有しており、間隔幅Ｐは一定の値である。くし歯状電極部１３，１４の幅寸法Ｗは０．３μｍ以上で０．７μｍ以下であり、間隔幅Ｐは０．３μｍ以上で０．７μｍ以下である。 本実施の形態の弾性表面波素子の第２下地層２０，２４は主にＴｉによって形成されている。Ｔｉからなる第２下地層２０，２４上にＴａからなる第１下地層２１，２５を介して、ＣｕＭ合金層２２，２６が積層されると、ＣｕＭ合金層２２，２６の（１１１）方位の結晶配向が強くなる。この結果、弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性を向上させることができる。
【００５０】
ＣｕＭ合金層２２，２６の結晶配向性は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）法によって分析できる。弾性表面波素子１１のＣｕＭ合金層２２，２６について、その結晶配向性をＸ線回折によって分析した結果、（１１１）方位の配向のみが検出され、他の配向は検出されなかった。
【００５１】
また、第２下地層２０，２４と第１下地層２１，２５を有する構成であると、第２下地層と第１下地層の膜厚を小さくすることができ、くし歯状電極部１３，１４の電極質量を軽量化できる。電極質量が軽くなると弾性表面波素子のＱ値が大きくなり、高周波特性が向上する。
【００５２】
また、本実施の形態の弾性表面波素子のように、第２下地層２０とＣｕＭ合金層２２の間に第１下地層２１が介在し、第２下地層２４とＣｕＭ合金層２６の間に第１下地層２５が介在していると、第２下地層２０，２４の構成元素がＣｕＭ合金層に拡散することが防止される。その結果、ＣｕＭ合金層２２，２６は、材料が本来もつ低い比抵抗を維持でき、弾性表面波素子のＱを高くできる。 なお、Ｃｕの比抵抗は、１．７μΩ・ｃｍである。ちなみに、弾性表面波素子のくし歯状電極の材料としてこれまでよく用いられてきたＡｌの比抵抗は、２．７μΩ・ｃｍである。
【００５３】
また、ＣｕＭ合金は、弾性表面波素子のくし歯状電極部の材料に使われて来たＡｌやＡｌ合金に比べて融点が高いため、高周波化によって応力が増大した場合でもＣｕ原子の移動が発生しづらく、弾性表面波素子１１のストレスマイグレーション耐性を向上させることができる。すなわち、弾性表面波素子１１に印加される入力信号の周波数が高くなり、また入力電圧が大きくなったときの挿入損失の増加、及び素子特性の劣化を抑え素子寿命を長くすることが出来る。
【００５４】
上述したように、ＣｕＭ合金層２２，２６は、（１１１）方位に結晶配向している。さらに、ＣｕＭ合金層２２，２６の平均結晶粒径が１０ｎｍ以上で１００ｎｍ以下の範囲である。ＣｕＭ合金層２２，２６の結晶配向性が向上し、平均結晶粒径が微細化することにより、弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性を効果的に向上させることができる。
【００５５】
また、ＣｕＭ合金層２２，２６は、結晶構造が面心立方格子構造である結晶粒を有し、結晶粒界に元素Ｍが析出していることが好ましい。
【００５６】
元素Ｍが結晶粒界に析出することによって、Ｃｕ元素の粒界拡散を抑制し、くし歯状電極部１３，１４の強度が向上する。すなわち、高周波信号が入力されて、弾性表面波素子１１の機械的振動が大きくなっても、くし歯状電極部１３，１４のストレスマイグレーションが抑えられ、破壊されにくくなる。また、Ｃｕの結晶粒の結晶配向性も向上する。さらに、くし歯状電極層の抵抗値も小さくなる。
【００５７】
なお、元素Ｍは、例えばＡｇである。このとき、ＣｕＭ合金層中のＡｇ含有量が０．５質量％以上で１０質量％以下、より好ましくは０．８質量％以上で１０質量％以下であると、弾性表面波素子１１の耐電力特性を効果的に向上させることができる。
【００５８】
なお、ＣｕＭ合金層２２，２６の代わりにＣｕ層が形成されていても、Ｃｕ層の下層に第１下地層２１，２５及び第２下地層２０，２４が形成されることにより、このＣｕ層を（１１１）方位に結晶配向させることができる。さらに、Ｃｕ層の平均結晶粒径を、１０ｎｍ以上で１００ｎｍ以下の範囲にすることもできる。ＣｕＭ合金層２２，２６の結晶配向性が向上し、平均結晶粒径が微細化することにより、弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性を効果的に向上させることができる。
【００５９】
また、Ｃｕは比抵抗が低くまた融点が高いため、くし歯状電極部１３，１４を微細化したときの抵抗増加を抑えることができ、また高周波化によって応力が増大した場合にもＣｕ原子の移動が発生しづらく、弾性表面波素子１１のストレスマイグレーション耐性を向上させることができる。ちなみにＣｕの融点は、１０８４℃であり、従来弾性表面波素子のくし歯状電極部の材料としてよく用いられてきたＡｌの融点は６６０℃である。
【００６０】
また、圧電基板とＣｕまたはＣｕＭ合金層の間に、第２下地層２０，２４と第１下地層２１，２５が存在するときには、第２下地層２０，２４の膜厚ｔ４が３ｎｍ以上で１５ｎｍ以下であるときに、ＣｕＭ合金層２２，２６またはＣｕ層の（１１１）方位の結晶配向を強くすることができる。
【００６１】
第２下地層２０，２４が主にＴｉによって形成されていると、圧電基板１２とくし歯状電極部１３，１４との密着性が良好になる。
【００６２】
なお、第２下地層２０，２４は、Ｔｉからなる層のみで形成されてもよいし、Ｔｉ酸化物からなる層のみで形成されてもよい。
【００６３】
だたし、最も好ましいのは、第２下地層２０，２４は、Ｔｉのみからなる領域の上にＴｉ酸化物が形成されたものであり、Ｔｉ酸化物の酸素含有量が、第２下地層２０，２４の下面側から上面側に向かうにつれて徐々に増加していることである。第２下地層２０，２４の上面に形成されるＴｉ酸化物は非晶質に近い構造になり、第２下地層２０，２４の上に積層される第１下地層２１，２５が第２下地層２０，２４の結晶性の影響を受けにくくなる。すると、第１下地層２１，２５の結晶粒径が小さくなって、さらに、第１下地層２１，２５の上に積層されるＣｕＭ合金層２２，２６またはＣｕ層の結晶粒径が小さくなる。ＣｕＭ合金層２２，２６またはＣｕ層の結晶粒径が小さくなると、ＣｕＭ合金層２２，２６またはＣｕ層の（１１１）方位の結晶配向が強くなり、弾性表面波素子１１のストレスマイグレーション耐性がより向上する。
【００６４】
図３は、本発明の第２の実施の形態の弾性表面波素子のくし歯状電極部の断面図である。
【００６５】
図３に示される弾性表面波素子は、くし歯状電極部のくし歯部３２及びくし歯部３３を構成する第１下地層２１，２５の下面に接する第２下地層２０，２４が形成されておらず、圧電基板１２上に第１下地層２１，２５が直接積層されている点で図１及び図２に示された弾性表面波素子と異なっている。
【００６６】
くし歯部３２及びくし歯部３３は、図２に示される弾性表面波素子のくし歯部１３ａ及びくし歯部１４ａに相当しており、それぞれの平面形状は図１に示されるくし歯部１３ａ及びくし歯部１４ａの平面形状と同じである。また、図示しないが、第２の実施の形態の弾性表面波素子においても、図１に示される弾性表面波素子の接続電極部１７、１８及び反射電極部１９，１９と同じ構造の接続電極部及び反射電極部が設けられる。
【００６７】
圧電基板１２上に第１下地層２１，２５が直接積層される構成でも、第１下地層２１，２５の上に積層されるＣｕＭ合金層２２，２６を（１１１）方位に結晶配向させることが可能である。さらに、ＣｕＭ合金層２２，２６の平均結晶粒径が、１０ｎｍ以上で１００ｎｍ以下の範囲である。ＣｕＭ合金層２２，２６の結晶配向性が向上し、平均結晶粒径が微細化することにより、弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性を効果的に向上させることができる。
【００６８】
本実施の形態でも、ＣｕＭ合金層２２，２６は、結晶構造が面心立方格子構造である結晶粒を有し、結晶粒界に元素Ｍが析出していることが好ましい。
【００６９】
元素Ｍが結晶粒界に析出することによって、Ｃｕ元素の粒界拡散を抑制し、くし歯状電極部の強度が向上する。すなわち、高周波信号が入力されて、弾性表面波素子の機械的振動が大きくなっても、くし歯状電極部のストレスマイグレーションが抑えられ、破壊されにくくなる。また、結晶粒の結晶配向性も向上する。さらに、くし歯状電極層の抵抗値も小さくなる。
【００７０】
なお、元素Ｍは、例えばＡｇである。このとき、ＣｕＭ合金層中のＡｇ含有量が０．５質量％以上で１０質量％以下、より好ましくは０．５質量％以上で１０質量％以下であると、弾性表面波素子１１の耐電力特性を効果的に向上させることができる。
【００７１】
なお、ＣｕＭ合金層２２，２６の代わりにＣｕ層が形成されていても、Ｃｕ層を、（１１１）方位に結晶配向させることが可能である。さらに、Ｃｕ層の平均結晶粒径を、１０ｎｍ以上で１００ｎｍ以下にすることもできる。Ｃｕ層の結晶配向性が向上し、平均結晶粒径が微細化することにより、弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性を効果的に向上させることができる。
【００７２】
また、Ｃｕは比抵抗が低くまた融点が高いため、くし歯状電極部を微細化したときの抵抗増加を抑えることができ、また高周波化によって応力が増大した場合にもＣｕ原子の移動が発生しづらく、弾性表面波素子１１のストレスマイグレーション耐性を向上させることができる。
【００７３】
なお、圧電基板とＣｕまたはＣｕＭ合金層の間に、第１下地層２１，２５のみが存在するときには、第１下地層２１，２５の膜厚ｔ１が、５ｎｍ以上で１５ｎｍ以下であるときに、特にＣｕＭ合金層２２，２６またはＣｕ層の（１１１）方位の結晶配向を強くすることができる。
【００７４】
また、図２及び図３においてＣｕＭ合金層２２，２６の膜厚ｔ２は、３０ｎｍ以上で１５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００７５】
さらに、ＣｕＭ合金層２２，２６またはＣｕ層の上に、Ｃｒからなる保護層２３、２７が形成されることにより、ＣｕＭ合金層２２，２６またはＣｕ層の酸化及び腐蝕を抑えることができる。保護層２３、２７の膜厚ｔ３は１ｎｍ以上で１０ｎｍ以下である。
【００７６】
図２に示された第１の実施の形態の弾性表面波素子の製造方法を説明する。
図４から図７は、弾性表面波素子の製造過程に於けるくし歯状電極部となる部分の断面図である。
【００７７】
図４に示す工程では、ＬｉＴａＯ3またはＬｉＮｂＯ3からなる圧電基板１２上に、Ｔｉ層４０をスパッタ法や蒸着法を用いて薄膜形成する。Ｔｉ層４０は後にパターン形成されて、くし歯状電極部の第２下地層２０，２４になる。Ｔｉ層４０の成膜膜厚ｔ５は、３ｎｍ以上で１５ｎｍ以下である。Ｔｉ層４０の成膜後、Ｔｉ層４０を大気中に暴露する。Ｔｉ層４０を大気中に暴露することによって、Ｔｉ層４０を酸化させることができる。
【００７８】
すると、Ｔｉ層４０がＴｉのみからなる領域の上にＴｉ酸化物が形成されたものになる。また、Ｔｉ層４０中のＴｉ酸化物の酸素含有量はＴｉ層４０の下面側から上面側に向かうにつれて徐々に増加している状態になる。Ｔｉ層４０の上面に形成されるＴｉ酸化物は非晶質に近い構造になっている。
【００７９】
次に、図５に示す工程において、Ｔａ層４１、ＣｕＭ合金層４２（ただし、元素ＭはＡｇ、Ｓｎ、Ｃのいずれか１種または２種以上である）、Ｃｒ層４３を連続成膜する。なお、後述するパターン形成工程によって、Ｔａ層４１は第１下地層２１，２５となり、ＣｕＭ合金層４２はＣｕＭ合金層２２，２６となり、Ｃｒ層４３は保護層２３，２７になる。
【００８０】
本実施の形態の弾性表面波素子の製造方法では、Ｔｉ層４０の上面に形成されるＴｉ酸化物は非晶質に近い構造になっている。このため、Ｔｉ層４０の上に積層されるＴａ層４１がＴｉの結晶性の影響を受けにくくなる。すると、Ｔａ層４１の結晶粒径が小さくなって、さらに、Ｔａ層４１の上に積層されるＣｕＭ合金層４２の結晶粒径が小さくなる。ＣｕＭ合金層４２の結晶粒径が小さくなると、ＣｕＭ合金層４２の（１１１）方位の結晶配向が強くなり、ＣｕＭ合金層４２のストレスマイグレーション耐性がより向上する。
【００８１】
本実施の形態では、ＣｕＭ合金層４２の結晶粒径を１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下にすることが可能である。
【００８２】
なお、前記Ｔｉ酸化物の存在及び濃度勾配を検出する方法には、ＳＩＭＳ分析装置や透過電子顕微鏡ＴＥＭによるナノビームＥＤＸ分析などがある。
【００８３】
ただし、Ｔｉ層４０の大気暴露工程の温度、時間によって、Ｔｉ層４０にＴｉ酸化物が形成されなかったり、Ｔｉ層４０の全てがＴｉ酸化物となることもある。本発明での第２下地層は、その両方の状態を含む。
【００８４】
また、図１及び図２に示される弾性表面波素子を形成するときに、Ｔｉ層４０の成膜後にＴｉ層４０を大気中に暴露せず、圧電基板１２上に、Ｔｉ層４０、Ｔａ層４１、ＣｕＭ合金層４２（ただし、元素ＭはＡｇ、Ｓｎ、Ｃのいずれか１種または２種以上である）、Ｃｒ層４３を連続成膜することもできる。Ｔｉ層４０の上にＴａ層４１を連続成膜したときには、当然Ｔｉ層は酸化されない。
【００８５】
Ｔｉ層４０にＴｉ酸化物が形成されなくても、Ｔｉ層４０とＴａ層４１の積層構造を形成することによって、ＣｕＭ合金層４２の（１１１）方位の結晶配向を強くさせることができる。Ｔｉ層４０とＴａ層４１の積層体の上に、積層されたＣｕＭ合金層４２の（１１１）方位の結晶配向は、圧電基板１２上にＴａ層４１のみを介して成膜されたＣｕＭ合金層４２の（１１１）方位の結晶配向より強くなっている。
【００８６】
次に、図６の工程に示されるように、マスク層４４をレジストを用いたレジストフォトリソグラフィー及びエッチング工程によって、パターン形成する。なお、マスク層４４は、図１に示されるくし歯状電極部１３，１４の平面形状と同じくし歯状にパターン形成される。
【００８７】
図７に示す工程では、マスク層４４をマスクとして用いるドライエッチング法によって、ＣｕＭ合金層４２をくし歯状にパターン形成し、ＣｕＭ合金層２２及びＣｕＭ合金層２６を形成する。ＣｕＭ合金層４２のエッチング工程において、Ｔａ層４１がエッチングストップ層として機能するため、Ｔａ層４１の下層に位置するＴｉ層４０や圧電基板１２がエッチングによる損傷を受けることを防止できる。Ｔａ層４１をエッチングストップ層として機能させるためには、Ｔａ層の膜厚を５ｎｍ以上にすることが必要である。
【００８８】
さらに、マスク層４４と、Ｔｉ層４０及びＴａ層４１のマスク層４４に覆われていない部分（間隔部Ａ）とを、ドライエッチング法によって同時に除去して、ＣｕＭ合金層２２の下層に第１下地層２１及び第２下地層２０を、ＣｕＭ合金層２６の下層に第１下地層２５及び第２下地層２４をパターン形成する。くし歯状にパターン形成された、第２下地層２０、第１下地層２１、ＣｕＭ合金層２２、保護層２３が一方のくし歯状電極部１３になり、第２下地層２４、第１下地層２５、ＣｕＭ合金層２６、保護層２７がもう一方のくし歯状電極部１４になる。
【００８９】
さらに、くし歯状電極部１３，１４に接続される接続電極部１５，１６を形成し、くし歯状電極部１３，１４及び接続電極部１５，１６が形成された圧電基板１２を熱処理する。
【００９０】
熱処理が終了すると図１及び図２に示される弾性表面波素子が得られる。
本実施の形態の弾性表面波素子の製造方法では、弾性表面波素子のくし歯状電極１３，１４の材料にＣｕＭ合金を用いているため、くし歯状電極部１３，１４のくし歯部１３ａ，１４ａを微細化しても抵抗増加を抑えることができ、また高周波化によって応力が増大した場合でもＣｕ原子の移動が発生しづらく、弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性を向上させることができる。
【００９１】
本実施の形態のように、ＣｕＭ合金層２２，２６を有するくし歯状電極部１３，１４を形成すると、前記熱処理によって、ＣｕＭ合金の元素Ｍが結晶粒界に析出する。結晶粒界に析出した元素Ｍによって、Ｃｕ元素の粒界拡散が抑制され、くし歯状電極部の強度が向上する。すなわち、高周波信号が入力されて、弾性表面波素子の機械的振動が大きくなっても、くし歯状電極部１３，１４のストレスマイグレーションが抑えられ、破壊されにくくなる。また、Ｃｕの結晶粒の結晶配向性も向上する。さらに、くし歯状電極部１３，１４の抵抗値も小さくなる。
【００９２】
なお、元素Ｍは例えば、Ａｇである。このとき、ＣｕＭ合金層２２，２６中のＡｇ含有量を０．５質量％以上で１０質量％以下、より好ましくは０．８質量％以上で１０質量％以下にすると、弾性表面波素子の耐電力特性を効果的に向上させることができる。
【００９３】
また、前記熱処理の温度を２５０℃以上で３００℃以下にすることより、弾性表面波素子１の耐電力特性を効果的に向上させることができる。
【００９４】
また、ＣｕＭ合金層２２，２６の上にＣｒからなる保護層２３，２７が形成されているため、ＣｕＭ合金層２２，２６の酸化及び腐蝕を抑えることができる。
【００９５】
なお、本実施の形態の製造方法を用いると、第２下地層２０，２４を、Ｔｉのみからなる領域の上にＴｉ酸化物が形成されたものであって、Ｔｉ酸化物の酸素含有量は、第２下地層２０，２４の下面側から上面側に向かうにつれて徐々に増加しているものにできる。
【００９６】
上記した本発明の弾性表面波素子の製造方法の実施の形態では、図２に示される第２下地層２０，２４を有するくし歯状電極部１３，１４を形成した。
【００９７】
図３に示される弾性表面波素子を形成するときには、図４に示す工程のＴｉ層４０の成膜工程を省いて、圧電基板１２上に直接Ｔａ層４１、ＣｕＭ合金層４２（ただし、元素ＭはＡｇ、Ｓｎ、Ｃのいずれか１種または２種以上である）、Ｃｒ層４３を連続成膜すればよい。
【００９８】
また、ＣｕＭ合金層４２の代わりにＣｕのみからなる層を形成してもよい。
なお、図１に示された弾性表面波素子１１は、一対の反射電極１９，１９の間に、電極部１７、１８が図示Ｘ方向に２個並べられているものであるが、本発明の弾性表面波素子１１は、一対の反射電極１９，１９の間に電極部１７、１８が１個だけ形成されているものであってもよいし、一対の反射電極１９，１９の間に電極部１７、１８が３個以上並べられているものであってもよい。
【００９９】
また、本発明の弾性表面波素子は、アンテナ共用器を構成する共振器、フィルタとして用いることに適性を有する。ただし、本発明の弾性表面波素子の用途は、アンテナ共用器に限られず共振器、フィルタ一般に用いることができる
【０１００】
【実施例】
（第１実施例）
圧電基板上に第１下地層、ＣｕＡｇ合金層、保護層が順に積層されたくし歯状電極部を形成し、第１下地層の膜厚とＣｕＡｇ合金の（１１１）結晶配向性の関係を調べた。
【０１０１】
ＬｉＴａＯ3からなる圧電基板上に、Ｔａからなる第１下地層、ＣｕＡｇ合金層、Ｃｒからなる保護層をスパッタ成膜し、成膜後に熱処理を加えた。ＣｕＡｇ合金層の膜厚を８０ｎｍ、保護層の膜厚を５ｎｍに固定し、第１下地層の膜厚を５ｎｍから１５ｎｍの間で変化させた。熱処理温度は２７５℃、熱処理時間は１時間である。 成膜直後のＣｕＡｇ合金の（１１１）結晶配向性と熱処理後の（１１１）結晶配向性をＸ線回折によって測定した。
【０１０２】
結果を図８に示す。図８を見ると、Ｔａからなる第１下地層がＣｕＡｇ合金層の下層に形成されると、成膜直後及び熱処理後のいずれにおいても、ＣｕＡｇ層（１１１）ピークが現れることが分かる。
【０１０３】
成膜直後の状態でＣｕＡｇ層の結晶配向を測定すると、第１下地層の膜厚が５ｎｍのとき、ＣｕＡｇ層の（１１１）結晶配向強度は約１５ｋｃｐｓである。第１下地層の膜厚を厚くしていくと、膜厚が１０ｎｍを越えたときに、ＣｕＡｇ層の（１１１）結晶配向強度が急激に大きくなる。なお、ＣｕＡｇ層の（１１１）結晶配向強度は、第１下地層の膜厚が１０ｎｍのとき約２０ｋｃｐｓであり、第１下地層の膜厚が１５ｎｍのとき約６０ｋｃｐｓである。
【０１０４】
また、図８から、熱処理を加えると、第１下地層の膜厚がいずれの大きさであっても、ＣｕＡｇ層の（１１１）結晶配向強度が成膜直後の状態よりもほぼ一定の大きさだけ強くなることが分かる。
【０１０５】
第１下地層の膜厚が５ｎｍのとき、熱処理後のＣｕＡｇ層の（１１１）結晶配向強度は約８０ｋｃｐｓである。そして、膜厚が１０ｎｍを越えたときに、ＣｕＡｇ層の（１１１）結晶配向強度が急激に大きくなる。なお、熱処理後のＣｕＡｇ層の（１１１）結晶配向強度は、第１下地層の膜厚が１０ｎｍのとき約１００ｋｃｐｓであり、第１下地層の膜厚が１５ｎｍのとき約１４０ｋｃｐｓである。
また、ＣｕＡｇ層には、（１１１）配向以外の配向は見いだされなかった。
【０１０６】
（第２実施例）
圧電基板上に第２下地層、第１下地層、ＣｕＡｇ合金層、保護層が順に積層されたくし歯状電極部を形成し、第２下地層の膜厚とＣｕＡｇ合金の（１１１）結晶配向性の関係を調べた。
【０１０７】
ＬｉＴａＯ3からなる圧電基板上に、Ｔｉからなる第２下地層、Ｔａからなる第１下地層、ＣｕＡｇ合金層、Ｃｒからなる保護層をスパッタ成膜し、成膜後に熱処理を加えた。第１下地層の膜厚を５ｎｍ、ＣｕＡｇ合金層の膜厚を８０ｎｍ、保護層の膜厚を５ｎｍに固定し、第２下地層の膜厚を３ｎｍから１５ｎｍの間で変化させた。熱処理温度は２７５℃、熱処理時間は１時間である。
【０１０８】
成膜直後のＣｕＡｇ合金の（１１１）結晶配向性と熱処理後の（１１１）結晶配向性をＸ線回折によって測定した。
【０１０９】
結果を図９に示す。膜厚が３ｎｍから１５ｎｍである、Ｔｉからなる第２下地層が、第１下地層とＣｕＡｇ合金層の積層体の下層に形成されていると、成膜直後、熱処理後のいずれにおいても、ＣｕＡｇ層の（１１１）結晶配向強度が１００ｋｃｐｓ以上になることがわかる。特に、熱処理を施すといずれの膜厚においても、２００ｋｃｐｓ以上の（１１１）結晶配向強度を示した。なお、膜直後、熱処理後のいずれにおいても、第２下地層の膜厚が５ｎｍのときに、（１１１）結晶配向強度が最も強くなっている。第２下地層の膜厚が５ｎｍのときの、（１１１）結晶配向強度は、成膜直後で約１３０ｋｃｐｓ、熱処理後で約３００ｋｃｐｓである。
【０１１０】
なお、第２下地層が第１下地層の下層に形成される本実施例のＣｕＡｇ層の（１１１）結晶配向強度は、第１下地層が直接圧電基板上に積層される場合（実施例１）のＣｕＡｇ層の（１１１）結晶配向強度より強くなっている。
【０１１１】
このため、第２下地層と第１下地層の膜厚が小さくても、ＣｕＡｇ層の（１１１）結晶配向強度を大きくすることができ、くし歯状電極層の電極質量を軽量化できる。電極質量が軽くなると弾性表面波素子のＱ値が大きくなり、高周波特性が向上する。
また、ＣｕＡｇ層には、（１１１）配向以外の配向は見いだされなかった。
【０１１２】
（実施例１）及び（実施例２）において、ＣｕＡｇ層の（１１１）配向が強くなるのは、第１下地層が微細な結晶粒組織、いわゆる島状構造となるためであると考えられる。特に、第２下地層が第１下地層の下層に形成されると（実施例２）、第１下地層が直接圧電基板上に積層される場合（実施例１）よりも、第１下地層の島状構造がいっそう微細になるものと考えられる。
【０１１３】
次に、図２に示される弾性表面波素子のくし歯状電極部を構成するＣｕＡｇ合金層中のＡｇ含有量及び弾性表面波素子の耐電力性との関係、及びくし歯状電極部形成後の熱処理温度と形成された弾性表面波素子の耐電力性との関係を調べた。
【０１１４】
弾性表面波素子の耐電力性の測定には、弾性表面波素子に***振周波数の入力信号を加えた状態で入力電力を段階的に増加させ、弾性表面波素子が破壊されたときの入力限界電力を測定するステップストレス試験法を用いた。
【０１１５】
実験条件を以下に示す。 くし歯状電極部のくし歯部の幅寸法Ｗ：０．５μｍ
くし歯状電極部のくし歯部の間隔幅Ｐ：０．５μｍ
くし歯状電極部のくし歯部の長さ寸法Ｌ：１００μｍ
くし歯状電極部のＣｕＡｇ合金層の膜厚：８０ｎｍ
【０１１６】
なお、圧電基板の材料はＬｉＴａＯ3である。本実施例では、弾性表面波素子のストレスマイグレーションを最大にするために入力周波数を***振周波数（本実施例では１．８ＧＨｚから２．０ＧＨｚまでの適正な値）にしている。
【０１１７】
結果を図１０に示す。図１０によると、Ａｇ含有量が０．８質量％以上のＣｕＡｇ合金層を有する弾性表面波素子を２５０℃以上の温度で熱処理すると、常温（２５℃）状態で放置しておいた場合に比べて、入力限界電力が大きくなることが分かる。ただし、熱処理温度が３５０℃以上になると、Ａｇ含有量が２．８質量％のＣｕＡｇ合金層を有する弾性表面波素子の入力限界電力が常温放置時の入力限界電力より小さくなる。また、熱処理温度が３７５℃になると、Ａｇ含有量が１．０質量％のＣｕＡｇ合金層を有する弾性表面波素子の入力限界電力も常温放置時の入力限界電力より小さくなる。
【０１１８】
この結果から本発明の弾性表面波素子の製造方法では、くし歯状電極部が形成された弾性表面波素子の熱処理温度の好ましい範囲を２５０℃以上３００℃以下とした。
【０１１９】
また、図１０のグラフからＣｕＡｇ合金層中のＡｇ含有量が大きくなると、弾性表面波素子の入力限界電力も大きくなる傾向があることが分かる。
【０１２０】
特に、ＣｕＡｇ合金層中のＡｇ含有量が０．５質量％以上であると、弾性表面波素子の入力限界電力が１Ｗ以上となって、実用上好ましい耐電力性が得られる。
【０１２１】
また、ＣｕＡｇ合金層中のＡｇ含有量が１０質量％以上になると、電極の電気抵抗が増大するために、弾性表面波素子の挿入損失が増し、高周波特性が著しく損なわれるので好ましくない。
【０１２２】
従って、本発明の弾性表面波素子では、くし歯状電極部がＣｕＡｇ層を有するとき、このＣｕＡｇ層中のＡｇ含有量の好ましい範囲を０．５質量％以上１０質量％以下、より好ましくは０．８質量％以上１０質量％以下とした。
【０１２３】
以上本発明をその好ましい実施例に関して述べたが、本発明の範囲から逸脱しない範囲で様々な変更を加えることができる。
【０１２４】
なお、上述した実施例はあくまでも例示であり、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。
【０１２５】
【発明の効果】
以上詳細に説明した本発明では、前記くし歯状電極部が、比抵抗が低くまた融点が高いＣｕ層またはＣｕＭ合金層を有している。従って、くし歯状電極部を微細化しても抵抗増加を抑えることができ、また高周波化によって応力が増大した場合でもＣｕ原子の移動が発生しづらく、弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性を向上させることができる。すなわち、本発明の弾性表面波素子は、入力信号の周波数が高くなり、また入力電圧が大きくなったときの挿入損失の増加、及び素子特性の劣化を抑え素子寿命を長くすることが出来る。
【０１２６】
特に、本発明では、Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層がＴａからなる第１下地層の上面に積層されているため、Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層の結晶配向性の向上及び平均結晶粒径の微細化を図ることができ、これによって弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性をよりいっそう向上させることができる。
【０１２７】
また、弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性を効果的に向上させるために、本発明では、前記Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層を（１１１）方位に結晶配向させることができる。
【０１２８】
さらに、前記Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層の平均結晶粒径を１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲にすることもできる。
【０１２９】
また、前記ＣｕＭ合金層は、結晶構造が面心立方格子構造である結晶粒を有し、結晶粒界に元素Ｍが析出している構造にできる。
【０１３０】
元素Ｍが結晶粒界に析出することによって、Ｃｕ元素の粒界拡散を抑制し、くし歯状電極部の強度が向上する。すなわち、高周波信号が入力されて、弾性表面波素子の機械的振動が大きくなっても、くし歯状電極部のストレスマイグレーションが抑えられ、破壊されにくくなる。また、Ｃｕの結晶粒の結晶配向性を向上する。さらに、くし歯状電極層の抵抗値も小さくなる。
【０１３１】
なお、元素Ｍは例えば、Ａｇである。このとき、前記ＣｕＭ合金層中のＡｇ含有量が０．５質量％以上１０質量％以下であると、弾性表面波素子の耐電力特性を効果的に向上させることができる。
【０１３２】
また、本発明では、前記第１下地層の下面に接する、Ｔｉ及び／またはＴｉ酸化物からなる第２下地層を形成することにより、前記Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層の（１１１）方位の結晶配向を強め、弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性をよりいっそう向上させることができる。
【０１３３】
また、前記第２下地層と前記第１下地層を有する構成であると、前記第２下地層と前記第１下地層の膜厚を小さくすることができ、くし歯状電極層の電極質量を軽量化できる。電極質量が軽くなると弾性表面波素子のＱ値が大きくなり、高周波特性が向上する。
【０１３４】
また、前記第２下地層と前記Ｃｕ層または前記ＣｕＭ合金層の間に前記第１下地層が介在していると、前記第２下地層の構成元素が前記Ｃｕ層または前記ＣｕＭ合金層に拡散することが防止される。その結果、前記Ｃｕ層または前記ＣｕＭ合金層は、材料が本来もつ低い比抵抗を維持でき、弾性表面波素子のＱを高くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である弾性表面波素子の平面図、
【図２】図１に示された弾性表面波素子の２−２線断面図、
【図３】本発明の第２の実施の形態である弾性表面波素子のくし歯状電極部の断面図、
【図４】図１及び図２に示された弾性表面波素子の製造工程を示す一工程図、
【図５】図４の次に行なわれる一工程図、
【図６】図５の次に行なわれる一工程図、
【図７】図６の次に行なわれる一工程図、
【図８】第１下地層、ＣｕＡｇ合金層、保護層が順に積層されたくし歯状電極部の第１下地層の膜厚とＣｕＡｇ合金の（１１１）結晶配向性の関係を示すグラフ、
【図９】第２下地層、第１下地層、ＣｕＡｇ合金層、保護層が順に積層されたくし歯状電極部の第２下地層の膜厚とＣｕＡｇ合金の（１１１）結晶配向性の関係を示すグラフ、
【図１０】弾性表面波素子のくし歯状電極部を構成するＣｕＡｇ合金層中のＡｇ含有量及び弾性表面波素子の耐電力性との関係、及びくし歯状電極部形成後の熱処理温度と形成された弾性表面波素子の耐電力性との関係を示すグラフ、
【符号の説明】
１１ 弾性表面波素子
１２ 圧電基板
１３、１４、３２、３３ くし歯状電極部
１５、１６ 接続電極部
１７、１８ 電極部
１９ 反射電極
【発明の属する技術分野】
本発明は高周波帯域において高い耐電力性を示すことのできる電極構造を有する弾性表面波素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
弾性表面波素子は機械的振動エネルギーが固体表面付近にのみ集中して伝播する弾性表面波を利用した電子部品であり、フィルタ、共振器またはデュプレクサなどを構成するために用いられる。
【０００３】
近年、携帯電話などの移動体通信端末の小型化及び軽量化が急速に進んでおり、これらの移動体通信端末に実装される電子部品の小型化が要求されている。
【０００４】
弾性表面波素子は、圧電基板の表面上に、導電性で比重の小さい材料からなる一対のくし歯状電極（ＩＤＴ（インタディジタルトランスデューサ）電極）のくし歯の部分を、互い違いに並べて配置する構成を有している。このような単純な構造を有する弾性表面波素子は移動体通信端末に実装されるフィルタ、共振器またはデュプレクサを小型化するために非常に適した素子である。
【０００５】
従来の弾性表面波素子のくし歯状電極部の材料には、導電性でかつ比重の小さなＡｌ、またはＡｌを主成分とする合金が一般的に用いられてきた（特許文献１）。
【０００６】
しかし、弾性表面波素子を、例えば、送信増幅器の後段に位置し、大きな電力が印加されるＲＦ部（高周波部）のアンテナデュプレクサとして用いるためには、高い耐電力性が要求される。さらに、移動体通信端末の高周波化に伴い、弾性表面波素子の動作周波数を数百ＭＨｚから数ＧＨｚにすることも要求されている。
【０００７】
高周波化を図るには、弾性表面波素子のくし歯状電極のくし歯部の幅寸法及び間隔幅を小さくする必要がある。例えば、中心周波数２ＧＨｚ帯フィルタでは前記幅寸法を約０．５μｍに形成する必要があり、中心周波数１０ＧＨｚ帯フィルタでは前記幅寸法を約０．１μｍに形成する必要がある。
【０００８】
このような、微細なくし歯状電極に高圧レベルの信号が印加されると、弾性表面波によってくし歯状電極が強い応力を受ける。この応力がくし歯状電極の限界応力を越えると、ストレスマイグレーションが発生する。ストレスマイグレーションとは、くし歯状電極を構成する金属材料原子が結晶粒界または結晶安定面を通路として移動し、くし歯状電極に空隙（ボイド）や突起（ヒロック）を生じさせる現象のことである。ストレスマイグレーションが発生すると、電極が破損し、電気的断線の発生、素子の挿入損失の増加、共振子のＱ低下などを引き起こし、弾性表面波素子の特性劣化に至る。
【０００９】
特に、特許文献１に記載されているような、ＡｌまたはＡｌを主成分とする合金からなるくし歯状電極部を有する弾性表面波素子は、比抵抗が高くまた融点が低いため、くし歯状電極部を微細化したときの抵抗増加が著しくなり、また高周波化によって増大する応力に対する耐性が充分でなくなり、ストレスマイグレーションが発生しやすいという問題を有している。
【００１０】
また、くし歯状電極部をＡｌまたはＡｌを主成分とする合金によって形成する代わりに、ＣｕまたはＣｕを主成分とする合金によって形成することも提案されている。
【００１１】
例えば、特許文献２には、低抵抗でかつストレスマイグレーション耐性の高いＣｕまたはＣｕを主成分とする合金によって、弾性表面波素子のくし型電極部を形成することが記載されている。また、特許文献２にはＣｕまたはＣｕ合金からなる層（第２電極層）の結晶配向性を向上させ、また第２電極層と圧電基板との密着性を向上させるために、圧電基板と第２電極層の間にＴｉまたはＴｉ合金からなる第１の電極層を形成することも記載されている。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００１−９４３８２号公報（第３頁、第２図）
【特許文献２】
特開２００２−２６６８５号公報（第３頁、第１図）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２に記載されているように、ＴｉまたはＴｉ合金からなる第１の電極層の上に直接、ＣｕまたはＣｕ合金からなる第２電極層が積層される構造であると、第１の電極層と第２の電極層の界面付近で、ＴｉとＣｕが相互に拡散してしまい、くし歯状電極部の抵抗値が増大してしまうという問題が生じる。くし歯状電極部の抵抗値が大きくなると、弾性表面波素子の内部損失が大きくなるだけでなく、ストレスマイグレーションも発生しやすくなる。
【００１４】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、くし歯状電極部の材料にＣｕまたはＣｕ合金を使用するときの下地層にＴａからなる層を形成することによって、耐電力性が向上する弾性表面波素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、圧電基板と、前記圧電基板上に薄膜形成された電極部を有する弾性表面波素子において、
前記電極部は、くし歯状電極部及び前記くし歯状電極部に接続された接続電極部を有し、前記くし歯状電極部は、Ｔａからなる第１下地層と、前記第１下地層の下面に接して形成されたＴｉ及び／またはＴｉ酸化物からなる第２下地層と、前記第１下地層の上面に接して積層されたＣｕ層またはＣｕＭ合金層（ただし、元素ＭはＡｇ、Ｓｎ、Ｃのいずれか１種または２種以上である）を有することを特徴とするものである。
【００１６】
本発明では、前記くし歯状電極部が、Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層を有している。ＣｕやＣｕＭ合金は、弾性表面波素子のくし歯状電極の材料に使われて来たＡｌやＡｌ合金に比べて比抵抗が低くまた融点が高いため、くし歯状電極部を微細化しても抵抗増加を抑えることができ、また高周波化によって応力が増大した場合でもＣｕ原子の移動が発生しづらく、弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性を向上させることができる。すなわち、本発明の弾性表面波素子は、入力信号の周波数が高くなり、また入力電圧が大きくなったときの挿入損失の増加、及び素子特性の劣化を抑え素子寿命を長くすることが出来るものである。
【００１７】
特に、本発明では、Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層が、Ｔａからなる第１下地層の上面に積層されているため、Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層に形成される結晶の配向性の向上及び平均結晶粒径の微細化を図ることができ、これによって弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性をよりいっそう向上させることができる。
また、前記第１下地層の下面に接する第２下地層が設けられており、前記第２下地層はＴｉ及び／またはＴｉ酸化物からなると、前記Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層の（１１１）方位の結晶配向が強くなり、弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性をよりいっそう向上させることができる。
【００１８】
弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性を効果的に向上させるために、本発明では、前記Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層は、（１１１）方位に結晶配向していることが好ましい。
【００１９】
さらに、前記Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層の平均結晶粒径が、１０ｎｍ以上で１００ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。
【００２０】
また、前記ＣｕＭ合金層は、結晶構造が面心立方格子構造である結晶粒を有し、結晶粒界に元素Ｍが析出していることが好ましい。
【００２１】
元素Ｍが結晶粒界に析出することによって、Ｃｕ元素の粒界拡散を抑制し、くし歯状電極部の強度が向上する。すなわち、高周波信号が入力されて、弾性表面波素子の機械的振動が大きくなっても、くし歯状電極部のストレスマイグレーションが抑えられ、破壊されにくくなる。また、結晶粒の結晶配向性が向上する。さらに、くし歯状電極層の抵抗値も小さくなる。
【００２２】
なお、元素Ｍは例えば、Ａｇである。このとき、前記ＣｕＭ合金層中のＡｇ含有量が、０．８質量％以上で１０質量％以下であると、弾性表面波素子の耐電力特性を効果的に向上させることができる。
【００２４】
なお、前記第２下地層はＴｉのみからなる領域の上にＴｉ酸化物が形成されたものであり、前記Ｔｉ酸化物の酸素含有量は、前記第２下地層の下面側から上面側に向かうにつれて徐々に増加していることが好ましい。前記第２下地層の上面に形成されるＴｉ酸化物は非晶質に近い構造になり、第２下地層の上に積層される前記第１下地層が前記第２下地層の結晶性の影響を受けにくくなる。すると、前記第１下地層の結晶粒径が小さくなり、前記第１下地層の上に積層されるＣｕ層またはＣｕＭ合金層の結晶粒径も小さくなる。Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層の結晶粒径が小さくなると、前記Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層の（１１１）方位の結晶配向が強くなり、弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性がより向上する。
【００２６】
また、前記第１下地層の膜厚が厚くなりすぎると弾性表面波素子の高周波特性が劣化する。本発明のように、前記第１下地層の膜厚を１５ｎｍ以下にすると高周波特性の劣化を抑えることができる。
【００２７】
また、前記圧電基板と前記ＣｕまたはＣｕＭ合金層の間に、前記第２下地層と前記第１下地層が存在するときには、前記第２下地層の膜厚が、３ｎｍ以上で１５ｎｍ以下であるときに、前記Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層の（１１１）方位の結晶配向を強くすることができる。
【００２８】
また、前記Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層の膜厚は、３０ｎｍ以上で１５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２９】
さらに、前記Ｃｕ層または前記ＣｕＭ合金層の上に、Ｃｒからなる保護層が形成されることにより、前記Ｃｕ層または前記ＣｕＭ合金層の酸化及び腐蝕を抑えることができる。
【００３０】
あるいは本発明は、圧電基板と、前記圧電基板上に薄膜形成された電極部を有する弾性表面波素子において、
前記電極部は、くし歯状電極部及び前記くし歯状電極部に接続された接続電極部を有し、前記くし歯状電極部は、Ｔａからなる第１下地層と、前記第１下地層の上面に接して積層されたＣｕＭ合金層（ただし、元素ＭはＡｇ、Ｓｎ、Ｃのいずれか１種または２種以上である）を有し、前記ＣｕＭ合金層は、結晶構造が面心立方格子構造である結晶粒を有し、結晶粒界に元素Ｍが析出していることを特徴とするものである。
なお、前記圧電基板と前記ＣｕまたはＣｕＭ合金層の間に、前記第１下地層のみが存在するときには、前記第１下地層の膜厚が、５ｎｍ以上で１５ｎｍ以下であるときに、前記Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層の（１１１）方位の結晶配向を強くすることができる。
また、元素ＭはＡｇであり、前記ＣｕＭ合金層中のＡｇ含有量が、０．８質量％以上で１０質量％以下であることが好ましい。
また、本発明の弾性表面波素子の製造方法は、以下の工程を有することを特徴とするものである。
圧電基板上に、Ｔｉからなる第２下地層を成膜した後、この第２下地層を大気中に暴露する工程と、
前記第２下地層上に、Ｔａからなる第１下地層とＣｕ層を連続成膜して、前記第２下地層から前記Ｃｕ層までの多層膜を形成する工程、またはＴａからなる第１下地層とＣｕＭ合金層（ただし、元素ＭはＡｇ、Ｓｎ、Ｃのいずれか１種または２種以上である）を連続成膜して、前記第２下地層から前記ＣｕＭ合金層までの多層膜を形成する工程と、
前記多層膜をパターン形成して、くし歯状電極部を形成する工程と、
前記くし歯状電極部に接続される接続電極部を形成する工程と、
前記くし歯状電極部及び前記接続電極部が形成された圧電基板を熱処理する工程。
【００３１】
本発明の弾性表面波素子の製造方法では、弾性表面波素子のくし歯状電極の材料にＣｕやＣｕＭ合金を用いているため、くし歯状電極部を微細化しても抵抗増加を抑えることができ、また高周波化によって応力が増大した場合でもＣｕ原子の移動が発生しづらく、弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性を向上させることができる。
【００３２】
また、本発明では、Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層をＴａからなる第１下地層の上面に積層するため、Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層に形成されるＣｕ結晶の結晶配向性の向上及び平均結晶粒径の微細化を図ることができ、これによって弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性をよりいっそう向上させることができる。
【００３３】
特に、前記ＣｕＭ合金層を用いるときには、前記熱処理によって、元素Ｍが結晶粒界に析出する。結晶粒界に析出した元素Ｍによって、Ｃｕ元素の粒界拡散が抑制され、くし歯状電極部の強度が向上する。すなわち、高周波信号が入力されて、弾性表面波素子の機械的振動が大きくなっても、くし歯状電極部のストレスマイグレーションが抑えられ、破壊されにくくなる。また、Ｃｕの結晶粒の結晶配向性を向上する。さらに、くし歯状電極層の抵抗値も小さくなる。
【００３５】
第２下地層を大気中に暴露することによって、前記第２下地層を酸化させることができる。
【００３６】
すると、前記第２下地層を、Ｔｉのみからなる領域の上にＴｉ酸化物が形成されたものであって、前記Ｔｉ酸化物の酸素含有量は、前記第２下地層の下面側から上面側に向かうにつれて徐々に増加しているものにできる。前記第２下地層の上面に形成されるＴｉ酸化物は非晶質に近い構造になり、第２下地層の上に積層される前記第１下地層が前記第２下地層の結晶性の影響を受けにくくなる。すると、前記第１下地層の結晶粒径が小さくなって、さらに、前記第１下地層の上に積層されるＣｕ層またはＣｕＭ合金層の結晶粒径が小さくなる。Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層の結晶粒径が小さくなると、前記Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層の（１１１）方位の結晶配向が強くなり、弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性がより向上する。
【００３７】
ただし、本発明では、前記第２下地層の大気暴露工程の温度、時間によって、第２下地層にＴｉ酸化物が形成されなかったり、第２下地層の全てが酸化物となることがある。
【００３８】
第２下地層にＴｉ酸化物が形成されなくても、前記第２下地層と前記第１下地層との積層構造を形成することによって、前記第１下地層のみを形成する場合に比べて、前記Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層の（１１１）方位の結晶配向をより強くさせることができる。
【００３９】
また、前記Ｃｕ層または前記ＣｕＭ合金層の上にＣｒからなる保護層を形成し、前記第２下地層から前記保護層までの多層膜を形成することにより、前記Ｃｕ層または前記ＣｕＭ合金層の酸化及び腐蝕を抑えることができる。
【００４０】
なお、元素Ｍは例えば、Ａｇである。このとき、前記ＣｕＭ合金層中のＡｇ含有量を、０．８質量％以上で１０質量％以下にすると、弾性表面波素子の耐電力特性を効果的に向上させることができる。
【００４１】
また、本発明では、前記熱処理温度を２５０℃以上３００℃以下にすることより、弾性表面波素子の耐電力特性を効果的に向上させることができる。
あるいは本発明における弾性表面波素子の製造方法は、以下の工程を有することを特徴とするものである。
圧電基板上に、前記第１下地層とＣｕＭ合金層（ただし、元素ＭはＡｇ、Ｓｎ、Ｃのいずれか１種または２種以上である）を有する多層膜を連続成膜する工程と、
前記多層膜をパターン形成して、くし歯状電極部を形成する工程と、
前記くし歯状電極部に接続される接続電極部を形成する工程と、
前記くし歯状電極部及び前記接続電極部が形成された圧電基板を２５０℃以上３００℃以下の温度にて熱処理する工程。
本発明では、元素ＭをＡｇとし、前記ＣｕＭ合金層中のＡｇ含有量を、０．８質量％以上で１０質量％以下にすることが好ましい。
【００４２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施の形態の弾性表面波素子を示す平面図である。
【００４３】
符号１１は弾性表面波素子を示しており、この弾性表面波素子は分波器としての機能を有している。符号１２は、圧電基板を示している。本実施の形態では、圧電基板１２はＬｉＴａＯ3またはＬｉＮｂＯ3などの圧電セラミック材料によって形成されている。
【００４４】
圧電基板１２上に、くし歯状電極部１３及びくし歯状電極部１４が形成されている。くし歯状電極部１３及びくし歯状電極部１４には、それぞれ図示Ｙ方向に延びるくし歯部１３ａ、及び図示Ｙ方向と逆方向に延びるくし歯部１４ａが形成されている。くし歯状電極部１３のくし歯部１３ａとくし歯状電極部１４のくし歯部１４ａは、所定の間隔をあけて図示Ｘ方向に互い違いに並べられている。
【００４５】
また、くし歯状電極部１３及びくし歯状電極部１４には、弾性表面波素子を外部の回路と接続するための接続電極部１５、１６が電気的に接続されている。くし歯状電極部１３と接続電極部１５が電極部１７を構成し、くし歯状電極部１４と接続電極部１６が電極部１８を構成している。
【００４６】
さらに、くし歯状電極部１３及びくし歯状電極部１４の図示Ｘ方向と図示Ｘ方向の反対側に隣接して、反射電極１９，１９が形成されている。
【００４７】
図２は、くし歯状電極部１３及びくし歯状電極部１４を、２−２線から切断し矢印方向から見た縦断面図である。
【００４８】
本実施の形態では、くし歯状電極部１３は、第２下地層２０と、第２下地層２０の上面に積層されたＴａからなる第１下地層２１と、第１下地層の上面に接して積層されたＣｕＭ合金層２２（ただし、元素ＭはＡｇ、Ｓｎ、Ｃのいずれか１種または２種以上である）と、ＣｕＭ合金層２２の上に積層された保護層２３からなる積層構造を有している。同様に、くし歯状電極部１４も、第２下地層２４と、Ｔａからなる第１下地層２５と、第１下地層２５の上面に接して積層されたＣｕＭ合金層２６（ただし、元素ＭはＡｇ、Ｓｎ、Ｃのいずれか１種または２種以上である）と、ＣｕＭ合金層２６の上に積層された保護層２７からなる積層構造を有している。保護層２３及び保護層２７はＣｒによって形成されている。
【００４９】
図１及び図２に示される実施の形態では、くし歯状電極部１３とくし歯状電極部１４は同じ幅寸法Ｗを有しており、間隔幅Ｐは一定の値である。くし歯状電極部１３，１４の幅寸法Ｗは０．３μｍ以上で０．７μｍ以下であり、間隔幅Ｐは０．３μｍ以上で０．７μｍ以下である。 本実施の形態の弾性表面波素子の第２下地層２０，２４は主にＴｉによって形成されている。Ｔｉからなる第２下地層２０，２４上にＴａからなる第１下地層２１，２５を介して、ＣｕＭ合金層２２，２６が積層されると、ＣｕＭ合金層２２，２６の（１１１）方位の結晶配向が強くなる。この結果、弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性を向上させることができる。
【００５０】
ＣｕＭ合金層２２，２６の結晶配向性は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）法によって分析できる。弾性表面波素子１１のＣｕＭ合金層２２，２６について、その結晶配向性をＸ線回折によって分析した結果、（１１１）方位の配向のみが検出され、他の配向は検出されなかった。
【００５１】
また、第２下地層２０，２４と第１下地層２１，２５を有する構成であると、第２下地層と第１下地層の膜厚を小さくすることができ、くし歯状電極部１３，１４の電極質量を軽量化できる。電極質量が軽くなると弾性表面波素子のＱ値が大きくなり、高周波特性が向上する。
【００５２】
また、本実施の形態の弾性表面波素子のように、第２下地層２０とＣｕＭ合金層２２の間に第１下地層２１が介在し、第２下地層２４とＣｕＭ合金層２６の間に第１下地層２５が介在していると、第２下地層２０，２４の構成元素がＣｕＭ合金層に拡散することが防止される。その結果、ＣｕＭ合金層２２，２６は、材料が本来もつ低い比抵抗を維持でき、弾性表面波素子のＱを高くできる。 なお、Ｃｕの比抵抗は、１．７μΩ・ｃｍである。ちなみに、弾性表面波素子のくし歯状電極の材料としてこれまでよく用いられてきたＡｌの比抵抗は、２．７μΩ・ｃｍである。
【００５３】
また、ＣｕＭ合金は、弾性表面波素子のくし歯状電極部の材料に使われて来たＡｌやＡｌ合金に比べて融点が高いため、高周波化によって応力が増大した場合でもＣｕ原子の移動が発生しづらく、弾性表面波素子１１のストレスマイグレーション耐性を向上させることができる。すなわち、弾性表面波素子１１に印加される入力信号の周波数が高くなり、また入力電圧が大きくなったときの挿入損失の増加、及び素子特性の劣化を抑え素子寿命を長くすることが出来る。
【００５４】
上述したように、ＣｕＭ合金層２２，２６は、（１１１）方位に結晶配向している。さらに、ＣｕＭ合金層２２，２６の平均結晶粒径が１０ｎｍ以上で１００ｎｍ以下の範囲である。ＣｕＭ合金層２２，２６の結晶配向性が向上し、平均結晶粒径が微細化することにより、弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性を効果的に向上させることができる。
【００５５】
また、ＣｕＭ合金層２２，２６は、結晶構造が面心立方格子構造である結晶粒を有し、結晶粒界に元素Ｍが析出していることが好ましい。
【００５６】
元素Ｍが結晶粒界に析出することによって、Ｃｕ元素の粒界拡散を抑制し、くし歯状電極部１３，１４の強度が向上する。すなわち、高周波信号が入力されて、弾性表面波素子１１の機械的振動が大きくなっても、くし歯状電極部１３，１４のストレスマイグレーションが抑えられ、破壊されにくくなる。また、Ｃｕの結晶粒の結晶配向性も向上する。さらに、くし歯状電極層の抵抗値も小さくなる。
【００５７】
なお、元素Ｍは、例えばＡｇである。このとき、ＣｕＭ合金層中のＡｇ含有量が０．５質量％以上で１０質量％以下、より好ましくは０．８質量％以上で１０質量％以下であると、弾性表面波素子１１の耐電力特性を効果的に向上させることができる。
【００５８】
なお、ＣｕＭ合金層２２，２６の代わりにＣｕ層が形成されていても、Ｃｕ層の下層に第１下地層２１，２５及び第２下地層２０，２４が形成されることにより、このＣｕ層を（１１１）方位に結晶配向させることができる。さらに、Ｃｕ層の平均結晶粒径を、１０ｎｍ以上で１００ｎｍ以下の範囲にすることもできる。ＣｕＭ合金層２２，２６の結晶配向性が向上し、平均結晶粒径が微細化することにより、弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性を効果的に向上させることができる。
【００５９】
また、Ｃｕは比抵抗が低くまた融点が高いため、くし歯状電極部１３，１４を微細化したときの抵抗増加を抑えることができ、また高周波化によって応力が増大した場合にもＣｕ原子の移動が発生しづらく、弾性表面波素子１１のストレスマイグレーション耐性を向上させることができる。ちなみにＣｕの融点は、１０８４℃であり、従来弾性表面波素子のくし歯状電極部の材料としてよく用いられてきたＡｌの融点は６６０℃である。
【００６０】
また、圧電基板とＣｕまたはＣｕＭ合金層の間に、第２下地層２０，２４と第１下地層２１，２５が存在するときには、第２下地層２０，２４の膜厚ｔ４が３ｎｍ以上で１５ｎｍ以下であるときに、ＣｕＭ合金層２２，２６またはＣｕ層の（１１１）方位の結晶配向を強くすることができる。
【００６１】
第２下地層２０，２４が主にＴｉによって形成されていると、圧電基板１２とくし歯状電極部１３，１４との密着性が良好になる。
【００６２】
なお、第２下地層２０，２４は、Ｔｉからなる層のみで形成されてもよいし、Ｔｉ酸化物からなる層のみで形成されてもよい。
【００６３】
だたし、最も好ましいのは、第２下地層２０，２４は、Ｔｉのみからなる領域の上にＴｉ酸化物が形成されたものであり、Ｔｉ酸化物の酸素含有量が、第２下地層２０，２４の下面側から上面側に向かうにつれて徐々に増加していることである。第２下地層２０，２４の上面に形成されるＴｉ酸化物は非晶質に近い構造になり、第２下地層２０，２４の上に積層される第１下地層２１，２５が第２下地層２０，２４の結晶性の影響を受けにくくなる。すると、第１下地層２１，２５の結晶粒径が小さくなって、さらに、第１下地層２１，２５の上に積層されるＣｕＭ合金層２２，２６またはＣｕ層の結晶粒径が小さくなる。ＣｕＭ合金層２２，２６またはＣｕ層の結晶粒径が小さくなると、ＣｕＭ合金層２２，２６またはＣｕ層の（１１１）方位の結晶配向が強くなり、弾性表面波素子１１のストレスマイグレーション耐性がより向上する。
【００６４】
図３は、本発明の第２の実施の形態の弾性表面波素子のくし歯状電極部の断面図である。
【００６５】
図３に示される弾性表面波素子は、くし歯状電極部のくし歯部３２及びくし歯部３３を構成する第１下地層２１，２５の下面に接する第２下地層２０，２４が形成されておらず、圧電基板１２上に第１下地層２１，２５が直接積層されている点で図１及び図２に示された弾性表面波素子と異なっている。
【００６６】
くし歯部３２及びくし歯部３３は、図２に示される弾性表面波素子のくし歯部１３ａ及びくし歯部１４ａに相当しており、それぞれの平面形状は図１に示されるくし歯部１３ａ及びくし歯部１４ａの平面形状と同じである。また、図示しないが、第２の実施の形態の弾性表面波素子においても、図１に示される弾性表面波素子の接続電極部１７、１８及び反射電極部１９，１９と同じ構造の接続電極部及び反射電極部が設けられる。
【００６７】
圧電基板１２上に第１下地層２１，２５が直接積層される構成でも、第１下地層２１，２５の上に積層されるＣｕＭ合金層２２，２６を（１１１）方位に結晶配向させることが可能である。さらに、ＣｕＭ合金層２２，２６の平均結晶粒径が、１０ｎｍ以上で１００ｎｍ以下の範囲である。ＣｕＭ合金層２２，２６の結晶配向性が向上し、平均結晶粒径が微細化することにより、弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性を効果的に向上させることができる。
【００６８】
本実施の形態でも、ＣｕＭ合金層２２，２６は、結晶構造が面心立方格子構造である結晶粒を有し、結晶粒界に元素Ｍが析出していることが好ましい。
【００６９】
元素Ｍが結晶粒界に析出することによって、Ｃｕ元素の粒界拡散を抑制し、くし歯状電極部の強度が向上する。すなわち、高周波信号が入力されて、弾性表面波素子の機械的振動が大きくなっても、くし歯状電極部のストレスマイグレーションが抑えられ、破壊されにくくなる。また、結晶粒の結晶配向性も向上する。さらに、くし歯状電極層の抵抗値も小さくなる。
【００７０】
なお、元素Ｍは、例えばＡｇである。このとき、ＣｕＭ合金層中のＡｇ含有量が０．５質量％以上で１０質量％以下、より好ましくは０．５質量％以上で１０質量％以下であると、弾性表面波素子１１の耐電力特性を効果的に向上させることができる。
【００７１】
なお、ＣｕＭ合金層２２，２６の代わりにＣｕ層が形成されていても、Ｃｕ層を、（１１１）方位に結晶配向させることが可能である。さらに、Ｃｕ層の平均結晶粒径を、１０ｎｍ以上で１００ｎｍ以下にすることもできる。Ｃｕ層の結晶配向性が向上し、平均結晶粒径が微細化することにより、弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性を効果的に向上させることができる。
【００７２】
また、Ｃｕは比抵抗が低くまた融点が高いため、くし歯状電極部を微細化したときの抵抗増加を抑えることができ、また高周波化によって応力が増大した場合にもＣｕ原子の移動が発生しづらく、弾性表面波素子１１のストレスマイグレーション耐性を向上させることができる。
【００７３】
なお、圧電基板とＣｕまたはＣｕＭ合金層の間に、第１下地層２１，２５のみが存在するときには、第１下地層２１，２５の膜厚ｔ１が、５ｎｍ以上で１５ｎｍ以下であるときに、特にＣｕＭ合金層２２，２６またはＣｕ層の（１１１）方位の結晶配向を強くすることができる。
【００７４】
また、図２及び図３においてＣｕＭ合金層２２，２６の膜厚ｔ２は、３０ｎｍ以上で１５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００７５】
さらに、ＣｕＭ合金層２２，２６またはＣｕ層の上に、Ｃｒからなる保護層２３、２７が形成されることにより、ＣｕＭ合金層２２，２６またはＣｕ層の酸化及び腐蝕を抑えることができる。保護層２３、２７の膜厚ｔ３は１ｎｍ以上で１０ｎｍ以下である。
【００７６】
図２に示された第１の実施の形態の弾性表面波素子の製造方法を説明する。
図４から図７は、弾性表面波素子の製造過程に於けるくし歯状電極部となる部分の断面図である。
【００７７】
図４に示す工程では、ＬｉＴａＯ3またはＬｉＮｂＯ3からなる圧電基板１２上に、Ｔｉ層４０をスパッタ法や蒸着法を用いて薄膜形成する。Ｔｉ層４０は後にパターン形成されて、くし歯状電極部の第２下地層２０，２４になる。Ｔｉ層４０の成膜膜厚ｔ５は、３ｎｍ以上で１５ｎｍ以下である。Ｔｉ層４０の成膜後、Ｔｉ層４０を大気中に暴露する。Ｔｉ層４０を大気中に暴露することによって、Ｔｉ層４０を酸化させることができる。
【００７８】
すると、Ｔｉ層４０がＴｉのみからなる領域の上にＴｉ酸化物が形成されたものになる。また、Ｔｉ層４０中のＴｉ酸化物の酸素含有量はＴｉ層４０の下面側から上面側に向かうにつれて徐々に増加している状態になる。Ｔｉ層４０の上面に形成されるＴｉ酸化物は非晶質に近い構造になっている。
【００７９】
次に、図５に示す工程において、Ｔａ層４１、ＣｕＭ合金層４２（ただし、元素ＭはＡｇ、Ｓｎ、Ｃのいずれか１種または２種以上である）、Ｃｒ層４３を連続成膜する。なお、後述するパターン形成工程によって、Ｔａ層４１は第１下地層２１，２５となり、ＣｕＭ合金層４２はＣｕＭ合金層２２，２６となり、Ｃｒ層４３は保護層２３，２７になる。
【００８０】
本実施の形態の弾性表面波素子の製造方法では、Ｔｉ層４０の上面に形成されるＴｉ酸化物は非晶質に近い構造になっている。このため、Ｔｉ層４０の上に積層されるＴａ層４１がＴｉの結晶性の影響を受けにくくなる。すると、Ｔａ層４１の結晶粒径が小さくなって、さらに、Ｔａ層４１の上に積層されるＣｕＭ合金層４２の結晶粒径が小さくなる。ＣｕＭ合金層４２の結晶粒径が小さくなると、ＣｕＭ合金層４２の（１１１）方位の結晶配向が強くなり、ＣｕＭ合金層４２のストレスマイグレーション耐性がより向上する。
【００８１】
本実施の形態では、ＣｕＭ合金層４２の結晶粒径を１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下にすることが可能である。
【００８２】
なお、前記Ｔｉ酸化物の存在及び濃度勾配を検出する方法には、ＳＩＭＳ分析装置や透過電子顕微鏡ＴＥＭによるナノビームＥＤＸ分析などがある。
【００８３】
ただし、Ｔｉ層４０の大気暴露工程の温度、時間によって、Ｔｉ層４０にＴｉ酸化物が形成されなかったり、Ｔｉ層４０の全てがＴｉ酸化物となることもある。本発明での第２下地層は、その両方の状態を含む。
【００８４】
また、図１及び図２に示される弾性表面波素子を形成するときに、Ｔｉ層４０の成膜後にＴｉ層４０を大気中に暴露せず、圧電基板１２上に、Ｔｉ層４０、Ｔａ層４１、ＣｕＭ合金層４２（ただし、元素ＭはＡｇ、Ｓｎ、Ｃのいずれか１種または２種以上である）、Ｃｒ層４３を連続成膜することもできる。Ｔｉ層４０の上にＴａ層４１を連続成膜したときには、当然Ｔｉ層は酸化されない。
【００８５】
Ｔｉ層４０にＴｉ酸化物が形成されなくても、Ｔｉ層４０とＴａ層４１の積層構造を形成することによって、ＣｕＭ合金層４２の（１１１）方位の結晶配向を強くさせることができる。Ｔｉ層４０とＴａ層４１の積層体の上に、積層されたＣｕＭ合金層４２の（１１１）方位の結晶配向は、圧電基板１２上にＴａ層４１のみを介して成膜されたＣｕＭ合金層４２の（１１１）方位の結晶配向より強くなっている。
【００８６】
次に、図６の工程に示されるように、マスク層４４をレジストを用いたレジストフォトリソグラフィー及びエッチング工程によって、パターン形成する。なお、マスク層４４は、図１に示されるくし歯状電極部１３，１４の平面形状と同じくし歯状にパターン形成される。
【００８７】
図７に示す工程では、マスク層４４をマスクとして用いるドライエッチング法によって、ＣｕＭ合金層４２をくし歯状にパターン形成し、ＣｕＭ合金層２２及びＣｕＭ合金層２６を形成する。ＣｕＭ合金層４２のエッチング工程において、Ｔａ層４１がエッチングストップ層として機能するため、Ｔａ層４１の下層に位置するＴｉ層４０や圧電基板１２がエッチングによる損傷を受けることを防止できる。Ｔａ層４１をエッチングストップ層として機能させるためには、Ｔａ層の膜厚を５ｎｍ以上にすることが必要である。
【００８８】
さらに、マスク層４４と、Ｔｉ層４０及びＴａ層４１のマスク層４４に覆われていない部分（間隔部Ａ）とを、ドライエッチング法によって同時に除去して、ＣｕＭ合金層２２の下層に第１下地層２１及び第２下地層２０を、ＣｕＭ合金層２６の下層に第１下地層２５及び第２下地層２４をパターン形成する。くし歯状にパターン形成された、第２下地層２０、第１下地層２１、ＣｕＭ合金層２２、保護層２３が一方のくし歯状電極部１３になり、第２下地層２４、第１下地層２５、ＣｕＭ合金層２６、保護層２７がもう一方のくし歯状電極部１４になる。
【００８９】
さらに、くし歯状電極部１３，１４に接続される接続電極部１５，１６を形成し、くし歯状電極部１３，１４及び接続電極部１５，１６が形成された圧電基板１２を熱処理する。
【００９０】
熱処理が終了すると図１及び図２に示される弾性表面波素子が得られる。
本実施の形態の弾性表面波素子の製造方法では、弾性表面波素子のくし歯状電極１３，１４の材料にＣｕＭ合金を用いているため、くし歯状電極部１３，１４のくし歯部１３ａ，１４ａを微細化しても抵抗増加を抑えることができ、また高周波化によって応力が増大した場合でもＣｕ原子の移動が発生しづらく、弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性を向上させることができる。
【００９１】
本実施の形態のように、ＣｕＭ合金層２２，２６を有するくし歯状電極部１３，１４を形成すると、前記熱処理によって、ＣｕＭ合金の元素Ｍが結晶粒界に析出する。結晶粒界に析出した元素Ｍによって、Ｃｕ元素の粒界拡散が抑制され、くし歯状電極部の強度が向上する。すなわち、高周波信号が入力されて、弾性表面波素子の機械的振動が大きくなっても、くし歯状電極部１３，１４のストレスマイグレーションが抑えられ、破壊されにくくなる。また、Ｃｕの結晶粒の結晶配向性も向上する。さらに、くし歯状電極部１３，１４の抵抗値も小さくなる。
【００９２】
なお、元素Ｍは例えば、Ａｇである。このとき、ＣｕＭ合金層２２，２６中のＡｇ含有量を０．５質量％以上で１０質量％以下、より好ましくは０．８質量％以上で１０質量％以下にすると、弾性表面波素子の耐電力特性を効果的に向上させることができる。
【００９３】
また、前記熱処理の温度を２５０℃以上で３００℃以下にすることより、弾性表面波素子１の耐電力特性を効果的に向上させることができる。
【００９４】
また、ＣｕＭ合金層２２，２６の上にＣｒからなる保護層２３，２７が形成されているため、ＣｕＭ合金層２２，２６の酸化及び腐蝕を抑えることができる。
【００９５】
なお、本実施の形態の製造方法を用いると、第２下地層２０，２４を、Ｔｉのみからなる領域の上にＴｉ酸化物が形成されたものであって、Ｔｉ酸化物の酸素含有量は、第２下地層２０，２４の下面側から上面側に向かうにつれて徐々に増加しているものにできる。
【００９６】
上記した本発明の弾性表面波素子の製造方法の実施の形態では、図２に示される第２下地層２０，２４を有するくし歯状電極部１３，１４を形成した。
【００９７】
図３に示される弾性表面波素子を形成するときには、図４に示す工程のＴｉ層４０の成膜工程を省いて、圧電基板１２上に直接Ｔａ層４１、ＣｕＭ合金層４２（ただし、元素ＭはＡｇ、Ｓｎ、Ｃのいずれか１種または２種以上である）、Ｃｒ層４３を連続成膜すればよい。
【００９８】
また、ＣｕＭ合金層４２の代わりにＣｕのみからなる層を形成してもよい。
なお、図１に示された弾性表面波素子１１は、一対の反射電極１９，１９の間に、電極部１７、１８が図示Ｘ方向に２個並べられているものであるが、本発明の弾性表面波素子１１は、一対の反射電極１９，１９の間に電極部１７、１８が１個だけ形成されているものであってもよいし、一対の反射電極１９，１９の間に電極部１７、１８が３個以上並べられているものであってもよい。
【００９９】
また、本発明の弾性表面波素子は、アンテナ共用器を構成する共振器、フィルタとして用いることに適性を有する。ただし、本発明の弾性表面波素子の用途は、アンテナ共用器に限られず共振器、フィルタ一般に用いることができる
【０１００】
【実施例】
（第１実施例）
圧電基板上に第１下地層、ＣｕＡｇ合金層、保護層が順に積層されたくし歯状電極部を形成し、第１下地層の膜厚とＣｕＡｇ合金の（１１１）結晶配向性の関係を調べた。
【０１０１】
ＬｉＴａＯ3からなる圧電基板上に、Ｔａからなる第１下地層、ＣｕＡｇ合金層、Ｃｒからなる保護層をスパッタ成膜し、成膜後に熱処理を加えた。ＣｕＡｇ合金層の膜厚を８０ｎｍ、保護層の膜厚を５ｎｍに固定し、第１下地層の膜厚を５ｎｍから１５ｎｍの間で変化させた。熱処理温度は２７５℃、熱処理時間は１時間である。 成膜直後のＣｕＡｇ合金の（１１１）結晶配向性と熱処理後の（１１１）結晶配向性をＸ線回折によって測定した。
【０１０２】
結果を図８に示す。図８を見ると、Ｔａからなる第１下地層がＣｕＡｇ合金層の下層に形成されると、成膜直後及び熱処理後のいずれにおいても、ＣｕＡｇ層（１１１）ピークが現れることが分かる。
【０１０３】
成膜直後の状態でＣｕＡｇ層の結晶配向を測定すると、第１下地層の膜厚が５ｎｍのとき、ＣｕＡｇ層の（１１１）結晶配向強度は約１５ｋｃｐｓである。第１下地層の膜厚を厚くしていくと、膜厚が１０ｎｍを越えたときに、ＣｕＡｇ層の（１１１）結晶配向強度が急激に大きくなる。なお、ＣｕＡｇ層の（１１１）結晶配向強度は、第１下地層の膜厚が１０ｎｍのとき約２０ｋｃｐｓであり、第１下地層の膜厚が１５ｎｍのとき約６０ｋｃｐｓである。
【０１０４】
また、図８から、熱処理を加えると、第１下地層の膜厚がいずれの大きさであっても、ＣｕＡｇ層の（１１１）結晶配向強度が成膜直後の状態よりもほぼ一定の大きさだけ強くなることが分かる。
【０１０５】
第１下地層の膜厚が５ｎｍのとき、熱処理後のＣｕＡｇ層の（１１１）結晶配向強度は約８０ｋｃｐｓである。そして、膜厚が１０ｎｍを越えたときに、ＣｕＡｇ層の（１１１）結晶配向強度が急激に大きくなる。なお、熱処理後のＣｕＡｇ層の（１１１）結晶配向強度は、第１下地層の膜厚が１０ｎｍのとき約１００ｋｃｐｓであり、第１下地層の膜厚が１５ｎｍのとき約１４０ｋｃｐｓである。
また、ＣｕＡｇ層には、（１１１）配向以外の配向は見いだされなかった。
【０１０６】
（第２実施例）
圧電基板上に第２下地層、第１下地層、ＣｕＡｇ合金層、保護層が順に積層されたくし歯状電極部を形成し、第２下地層の膜厚とＣｕＡｇ合金の（１１１）結晶配向性の関係を調べた。
【０１０７】
ＬｉＴａＯ3からなる圧電基板上に、Ｔｉからなる第２下地層、Ｔａからなる第１下地層、ＣｕＡｇ合金層、Ｃｒからなる保護層をスパッタ成膜し、成膜後に熱処理を加えた。第１下地層の膜厚を５ｎｍ、ＣｕＡｇ合金層の膜厚を８０ｎｍ、保護層の膜厚を５ｎｍに固定し、第２下地層の膜厚を３ｎｍから１５ｎｍの間で変化させた。熱処理温度は２７５℃、熱処理時間は１時間である。
【０１０８】
成膜直後のＣｕＡｇ合金の（１１１）結晶配向性と熱処理後の（１１１）結晶配向性をＸ線回折によって測定した。
【０１０９】
結果を図９に示す。膜厚が３ｎｍから１５ｎｍである、Ｔｉからなる第２下地層が、第１下地層とＣｕＡｇ合金層の積層体の下層に形成されていると、成膜直後、熱処理後のいずれにおいても、ＣｕＡｇ層の（１１１）結晶配向強度が１００ｋｃｐｓ以上になることがわかる。特に、熱処理を施すといずれの膜厚においても、２００ｋｃｐｓ以上の（１１１）結晶配向強度を示した。なお、膜直後、熱処理後のいずれにおいても、第２下地層の膜厚が５ｎｍのときに、（１１１）結晶配向強度が最も強くなっている。第２下地層の膜厚が５ｎｍのときの、（１１１）結晶配向強度は、成膜直後で約１３０ｋｃｐｓ、熱処理後で約３００ｋｃｐｓである。
【０１１０】
なお、第２下地層が第１下地層の下層に形成される本実施例のＣｕＡｇ層の（１１１）結晶配向強度は、第１下地層が直接圧電基板上に積層される場合（実施例１）のＣｕＡｇ層の（１１１）結晶配向強度より強くなっている。
【０１１１】
このため、第２下地層と第１下地層の膜厚が小さくても、ＣｕＡｇ層の（１１１）結晶配向強度を大きくすることができ、くし歯状電極層の電極質量を軽量化できる。電極質量が軽くなると弾性表面波素子のＱ値が大きくなり、高周波特性が向上する。
また、ＣｕＡｇ層には、（１１１）配向以外の配向は見いだされなかった。
【０１１２】
（実施例１）及び（実施例２）において、ＣｕＡｇ層の（１１１）配向が強くなるのは、第１下地層が微細な結晶粒組織、いわゆる島状構造となるためであると考えられる。特に、第２下地層が第１下地層の下層に形成されると（実施例２）、第１下地層が直接圧電基板上に積層される場合（実施例１）よりも、第１下地層の島状構造がいっそう微細になるものと考えられる。
【０１１３】
次に、図２に示される弾性表面波素子のくし歯状電極部を構成するＣｕＡｇ合金層中のＡｇ含有量及び弾性表面波素子の耐電力性との関係、及びくし歯状電極部形成後の熱処理温度と形成された弾性表面波素子の耐電力性との関係を調べた。
【０１１４】
弾性表面波素子の耐電力性の測定には、弾性表面波素子に***振周波数の入力信号を加えた状態で入力電力を段階的に増加させ、弾性表面波素子が破壊されたときの入力限界電力を測定するステップストレス試験法を用いた。
【０１１５】
実験条件を以下に示す。 くし歯状電極部のくし歯部の幅寸法Ｗ：０．５μｍ
くし歯状電極部のくし歯部の間隔幅Ｐ：０．５μｍ
くし歯状電極部のくし歯部の長さ寸法Ｌ：１００μｍ
くし歯状電極部のＣｕＡｇ合金層の膜厚：８０ｎｍ
【０１１６】
なお、圧電基板の材料はＬｉＴａＯ3である。本実施例では、弾性表面波素子のストレスマイグレーションを最大にするために入力周波数を***振周波数（本実施例では１．８ＧＨｚから２．０ＧＨｚまでの適正な値）にしている。
【０１１７】
結果を図１０に示す。図１０によると、Ａｇ含有量が０．８質量％以上のＣｕＡｇ合金層を有する弾性表面波素子を２５０℃以上の温度で熱処理すると、常温（２５℃）状態で放置しておいた場合に比べて、入力限界電力が大きくなることが分かる。ただし、熱処理温度が３５０℃以上になると、Ａｇ含有量が２．８質量％のＣｕＡｇ合金層を有する弾性表面波素子の入力限界電力が常温放置時の入力限界電力より小さくなる。また、熱処理温度が３７５℃になると、Ａｇ含有量が１．０質量％のＣｕＡｇ合金層を有する弾性表面波素子の入力限界電力も常温放置時の入力限界電力より小さくなる。
【０１１８】
この結果から本発明の弾性表面波素子の製造方法では、くし歯状電極部が形成された弾性表面波素子の熱処理温度の好ましい範囲を２５０℃以上３００℃以下とした。
【０１１９】
また、図１０のグラフからＣｕＡｇ合金層中のＡｇ含有量が大きくなると、弾性表面波素子の入力限界電力も大きくなる傾向があることが分かる。
【０１２０】
特に、ＣｕＡｇ合金層中のＡｇ含有量が０．５質量％以上であると、弾性表面波素子の入力限界電力が１Ｗ以上となって、実用上好ましい耐電力性が得られる。
【０１２１】
また、ＣｕＡｇ合金層中のＡｇ含有量が１０質量％以上になると、電極の電気抵抗が増大するために、弾性表面波素子の挿入損失が増し、高周波特性が著しく損なわれるので好ましくない。
【０１２２】
従って、本発明の弾性表面波素子では、くし歯状電極部がＣｕＡｇ層を有するとき、このＣｕＡｇ層中のＡｇ含有量の好ましい範囲を０．５質量％以上１０質量％以下、より好ましくは０．８質量％以上１０質量％以下とした。
【０１２３】
以上本発明をその好ましい実施例に関して述べたが、本発明の範囲から逸脱しない範囲で様々な変更を加えることができる。
【０１２４】
なお、上述した実施例はあくまでも例示であり、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。
【０１２５】
【発明の効果】
以上詳細に説明した本発明では、前記くし歯状電極部が、比抵抗が低くまた融点が高いＣｕ層またはＣｕＭ合金層を有している。従って、くし歯状電極部を微細化しても抵抗増加を抑えることができ、また高周波化によって応力が増大した場合でもＣｕ原子の移動が発生しづらく、弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性を向上させることができる。すなわち、本発明の弾性表面波素子は、入力信号の周波数が高くなり、また入力電圧が大きくなったときの挿入損失の増加、及び素子特性の劣化を抑え素子寿命を長くすることが出来る。
【０１２６】
特に、本発明では、Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層がＴａからなる第１下地層の上面に積層されているため、Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層の結晶配向性の向上及び平均結晶粒径の微細化を図ることができ、これによって弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性をよりいっそう向上させることができる。
【０１２７】
また、弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性を効果的に向上させるために、本発明では、前記Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層を（１１１）方位に結晶配向させることができる。
【０１２８】
さらに、前記Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層の平均結晶粒径を１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲にすることもできる。
【０１２９】
また、前記ＣｕＭ合金層は、結晶構造が面心立方格子構造である結晶粒を有し、結晶粒界に元素Ｍが析出している構造にできる。
【０１３０】
元素Ｍが結晶粒界に析出することによって、Ｃｕ元素の粒界拡散を抑制し、くし歯状電極部の強度が向上する。すなわち、高周波信号が入力されて、弾性表面波素子の機械的振動が大きくなっても、くし歯状電極部のストレスマイグレーションが抑えられ、破壊されにくくなる。また、Ｃｕの結晶粒の結晶配向性を向上する。さらに、くし歯状電極層の抵抗値も小さくなる。
【０１３１】
なお、元素Ｍは例えば、Ａｇである。このとき、前記ＣｕＭ合金層中のＡｇ含有量が０．５質量％以上１０質量％以下であると、弾性表面波素子の耐電力特性を効果的に向上させることができる。
【０１３２】
また、本発明では、前記第１下地層の下面に接する、Ｔｉ及び／またはＴｉ酸化物からなる第２下地層を形成することにより、前記Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層の（１１１）方位の結晶配向を強め、弾性表面波素子のストレスマイグレーション耐性をよりいっそう向上させることができる。
【０１３３】
また、前記第２下地層と前記第１下地層を有する構成であると、前記第２下地層と前記第１下地層の膜厚を小さくすることができ、くし歯状電極層の電極質量を軽量化できる。電極質量が軽くなると弾性表面波素子のＱ値が大きくなり、高周波特性が向上する。
【０１３４】
また、前記第２下地層と前記Ｃｕ層または前記ＣｕＭ合金層の間に前記第１下地層が介在していると、前記第２下地層の構成元素が前記Ｃｕ層または前記ＣｕＭ合金層に拡散することが防止される。その結果、前記Ｃｕ層または前記ＣｕＭ合金層は、材料が本来もつ低い比抵抗を維持でき、弾性表面波素子のＱを高くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である弾性表面波素子の平面図、
【図２】図１に示された弾性表面波素子の２−２線断面図、
【図３】本発明の第２の実施の形態である弾性表面波素子のくし歯状電極部の断面図、
【図４】図１及び図２に示された弾性表面波素子の製造工程を示す一工程図、
【図５】図４の次に行なわれる一工程図、
【図６】図５の次に行なわれる一工程図、
【図７】図６の次に行なわれる一工程図、
【図８】第１下地層、ＣｕＡｇ合金層、保護層が順に積層されたくし歯状電極部の第１下地層の膜厚とＣｕＡｇ合金の（１１１）結晶配向性の関係を示すグラフ、
【図９】第２下地層、第１下地層、ＣｕＡｇ合金層、保護層が順に積層されたくし歯状電極部の第２下地層の膜厚とＣｕＡｇ合金の（１１１）結晶配向性の関係を示すグラフ、
【図１０】弾性表面波素子のくし歯状電極部を構成するＣｕＡｇ合金層中のＡｇ含有量及び弾性表面波素子の耐電力性との関係、及びくし歯状電極部形成後の熱処理温度と形成された弾性表面波素子の耐電力性との関係を示すグラフ、
【符号の説明】
１１ 弾性表面波素子
１２ 圧電基板
１３、１４、３２、３３ くし歯状電極部
１５、１６ 接続電極部
１７、１８ 電極部
１９ 反射電極
Claims (18)
- 圧電基板と、前記圧電基板上に薄膜形成された電極部を有する弾性表面波素子において、
前記電極部は、くし歯状電極部及び前記くし歯状電極部に接続された接続電極部を有し、前記くし歯状電極部は、Ｔａからなる第１下地層と、前記第１下地層の下面に接して形成されたＴｉ及び／またはＴｉ酸化物からなる第２下地層と、前記第１下地層の上面に接して積層されたＣｕ層またはＣｕＭ合金層（ただし、元素ＭはＡｇ、Ｓｎ、Ｃのいずれか１種または２種以上である）を有することを特徴とする弾性表面波素子。 - 前記Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層は、（１１１）方位に配向した結晶構造を有する請求項１記載の弾性表面波素子。
- 前記Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層の平均結晶粒径は、１０ｎｍ〜１００ｎｍである請求項１または２記載の弾性表面波素子。
- 前記ＣｕＭ合金層は、結晶構造が面心立方格子構造である結晶粒を有し、結晶粒界に元素Ｍが析出している請求項１ないし３のいずれかに記載の弾性表面波素子。
- 元素ＭはＡｇであり、前記ＣｕＭ合金層中のＡｇ含有量が、０．８質量％以上で１０質量％以下である請求項１ないし４のいずれかに記載の弾性表面波素子。
- 前記第２下地層は、Ｔｉのみからなる領域の上にＴｉ酸化物が形成されたものであり、前記Ｔｉ酸化物の酸素含有量は、前記第２下地層の下面側から上面側に向かうにつれて徐々に増加している請求項１ないし５のいずれかに記載の弾性表面波素子。
- 前記第２下地層の膜厚は３ｎｍ以上で１５ｎｍ以下である請求項１ないし６のいずれかに記載の弾性表面波素子。
- 前記Ｃｕ層またはＣｕＭ合金層の膜厚は、３０ｎｍ以上で１５０ｎｍ以下である請求項１ないし７のいずれかに記載の弾性表面波素子。
- 前記Ｃｕ層または前記ＣｕＭ合金層の上に、Ｃｒからなる保護層が形成されている請求項１ないし８のいずれかに記載の弾性表面波素子。
- 圧電基板と、前記圧電基板上に薄膜形成された電極部を有する弾性表面波素子において、
前記電極部は、くし歯状電極部及び前記くし歯状電極部に接続された接続電極部を有し、前記くし歯状電極部は、Ｔａからなる第１下地層と、前記第１下地層の上面に接して積層されたＣｕＭ合金層（ただし、元素ＭはＡｇ、Ｓｎ、Ｃのいずれか１種または２種以上である）を有し、前記ＣｕＭ合金層は、結晶構造が面心立方格子構造である結晶粒を有し、結晶粒界に元素Ｍが析出していることを特徴とする弾性表面波素子。 - 前記第１下地層の膜厚は、５ｎｍ以上で１５ｎｍ以下である請求項１０記載の弾性表面波素子。
- 元素ＭはＡｇであり、前記ＣｕＭ合金層中のＡｇ含有量が、０．８質量％以上で１０質量％以下である請求項１０又は１１に記載の弾性表面波素子。
- 以下の工程を有することを特徴とする弾性表面波素子の製造方法、
圧電基板上に、Ｔｉからなる第２下地層を成膜した後、この第２下地層を大気中に暴露する工程と、
前記第２下地層上に、Ｔａからなる第１下地層とＣｕ層を連続成膜して、前記第２下地層から前記Ｃｕ層までの多層膜を形成する工程、またはＴａからなる第１下地層とＣｕＭ合金層（ただし、元素ＭはＡｇ、Ｓｎ、Ｃのいずれか１種または２種以上である）を連続成膜して、前記第２下地層から前記ＣｕＭ合金層までの多層膜を形成する工程と、
前記多層膜をパターン形成して、くし歯状電極部を形成する工程と、
前記くし歯状電極部に接続される接続電極部を形成する工程と、
前記くし歯状電極部及び前記接続電極部が形成された圧電基板を熱処理する工程。 - 前記Ｃｕ層または前記ＣｕＭ合金層の上にＣｒからなる保護層を形成し、前記第２下地層から前記保護層までの多層膜を形成する請求項１３記載の弾性表面波素子の製造方法。
- 元素ＭをＡｇとし、前記ＣｕＭ合金層中のＡｇ含有量を、０．８質量％以上で１０質量％以下にする請求項１３又は１４に記載の弾性表面波素子の製造方法。
- 前記熱処理温度を２５０℃以上３００℃以下にする請求項１３ないし１５のいずれかに記載の弾性表面波素子の製造方法。
- 以下の工程を有することを特徴とする弾性表面波素子の製造方法、
圧電基板上に、前記第１下地層とＣｕＭ合金層（ただし、元素ＭはＡｇ、Ｓｎ、Ｃのいずれか１種または２種以上である）を有する多層膜を連続成膜する工程と、
前記多層膜をパターン形成して、くし歯状電極部を形成する工程と、
前記くし歯状電極部に接続される接続電極部を形成する工程と、
前記くし歯状電極部及び前記接続電極部が形成された圧電基板を２５０℃以上３００℃以下の温度にて熱処理する工程。 - 元素ＭをＡｇとし、前記ＣｕＭ合金層中のＡｇ含有量を、０．８質量％以上で１０質量％以下にする請求項１７に記載の弾性表面波素子の製造方法。
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