JP4731026B2

JP4731026B2 - 弾性表面波装置の製造方法

Info

Publication number: JP4731026B2
Application number: JP2001052396A
Authority: JP
Inventors: 敏哉松田; 淳雄旗手
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-02-27
Filing date: 2001-02-27
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2021-02-27
Also published as: JP2002261571A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話やセルラ電話等の移動体用通信機器などに高周波素子として好適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】
従来の弾性表面波装置の構造例を図４（ａ），（ｂ）に示す。なお、簡単のため、図４（ａ）においては保護膜２の図示を省略している。また、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＡ４−Ａ４線断面図である。
【０００３】
図４（ａ），（ｂ）、に示すように、例えばタンタル酸リチウム単結晶から成る圧電基板１上に、弾性表面波を励振する櫛歯状をなす励振電極４と、これに接続されたパッド電極３と、パッド電極３の上面の一部を除く領域に形成した酸化物等から成る保護膜２とを設けて弾性表面波装置が構成されている。
【０００４】
ところが、パッド電極３にワイヤやバンプを接合する場合、その接合時に大きな外力が加わることがあり、パッド電極３が圧電基板１から容易に剥離するなどの問題があった。すなわち、パッド電極３は励起電極４と同時に同一膜厚に形成されるのが一般的であり、例えば約２００ｎｍ程度と非常に薄いので、バンプ等を形成した後の外力で剥離が生じたり、ワイヤやバンプがパッド電極３に接合しにくいという問題があった。
【０００５】
また、励起電極４やパッド電極は一般にＡｌ（アルミニウム）やＡｌを主成分とした合金の同一材料形成されるが、ワイヤやバンプは一般にＡｕ（金）が使用される。このように、パッド電極３とワイヤやバンプの材料が異なり、両者の材料のなじみが悪い（例えば濡れ性が悪い）ことから、ワイヤやバンプとパッド電極３との接合強度が弱かった。
【０００６】
また図４と同様に図示した図３（ａ）、（ｂ）（図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ３−Ａ３線断面図である）に示すように、図４に示す弾性表面波装置と同様な構成においてパッド電極３を下部層３Ａと上部層３Ｂとから成る２層構造とし、パッド電極３の膜厚を厚くしたものも知られている。
【０００７】
ところが、パッド電極３が積層構造であるので、例えばパッド電極の１層目の下部層３Ａが製造工程中において大気にさらされたときに表面が酸化し、これにより下部層３Ａと２層目の上部層３Ｂとの接合強度が低下し、両者の界面で密着強度が低下するという問題があった。特に、２層目の上部層３ＢにＡｌまたはＡｌを主成分にした材料を選択した場合、ＡｌまたはＡｌを主成分にした材料とＡｕバンプとの接合強度が弱くなる。
【０００８】
一方、上部層３ＢにＡｕまたはＡｕを主成分にした材料を選択すると、パッド電極３と励起電極２との接合強度が弱くなる。
【０００９】
このような弾性表面波装置を製造する場合、（１）圧電基板１の表面を洗浄処理する工程と、（２）フォトリソグラフィにより所望形状にフォトレジストを形成する工程と、（３）励振電極４及びパッド電極３の下部層３Ａの領域をエッチングにより除去する工程と、（４）励振電極４及びパッド電極３の上に保護膜２を成膜する工程と、（５）フォトリソグラフィにより所望形状にフォトレジストを形成する工程と、（６）保護膜２の電極パッド３Ｂ領域をエッチングにより除去する工程と、（７）パッド電極３の上部層３Ｂを成膜する工程と、（８）リフトオフによりパッド電極３の上部層３Ｂを形成する工程とから成る。
【００１０】
ここで、パッド電極３の下部層３Ｂの剥離を低減するためには、圧電基板１と下部層３Ｂの密着強度を向上させることも考えられる。そのためには、前記工程（１）の圧電基板１表面をＵＶ照射、Ｏ₂プラズマ処理、酸溶液により有機物等を除去して清浄化したり、Ａｒ、Ｏ₂などの逆スパッタなどにより表面を活性化することにより、密着強度を高めるなどの方法が知られている。
【００１１】
しかし、前記工程（７）の前において、電極パッド３Ａが大気にさらされている１層目の下部層３Ａの表面が酸化され、バンプとの接合や２層目のパッド電極との接合が弱くなるという問題があった。
【００１２】
そこで本発明は、前記従来の問題を解消し、密着強度を向上させることができ、バンプやワイヤを接合した後の剥がれを極力防止することができる、信頼性の高い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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の弾性表面波装置は、圧電基板上に、弾性表面波を励振する励振電極と、該励振電極に接続され該励振電極より厚い単層のパッド電極とをそれぞれ配設するとともに、励振電極の上及びパッド電極の外周部に保護膜を形成したことを特徴とする。ここで特に、励振電極とパッド電極とが互いに異なる導電材料から成ることとする。
【００１４】
また、本発明の弾性表面波装置の製造方法は、圧電基板上に、弾性表面波を励振する励振電極を形成する工程と、励振電極を含む領域上に保護膜を積層する工程と、保護膜上のパッド電極形成領域を除く所定領域にフォトレジスト膜を積層する工程と、保護膜のパッド電極形成領域を除去して圧電基板の一部及び励振電極の一部を露出させる工程と、露出させた圧電基板の表面の付着物を除去して表面清浄化処理を行う工程と、フォトレジスト膜の上、露出させた圧電基板の上、及び露出させた励振電極の上に、パッド電極材料を積層する工程と、フォトレジスト膜を除去してパッド電極を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１５】
特に、圧電基板の表面清浄化処理は、紫外線照射、気相反応、またはエッチングにより行うこととする。ここで気相反応は、例えば、酸素を用いたプラズマを利用したり、Ａｒ（アルゴン）または酸素（Ｏ₂）を用いた逆スパッタにて行うものとする。また、エッチングは、例えばふっ酸、硝酸または燐酸等の酸性溶液により行うものとする。
【００１６】
本発明によれば、励振電極とパッド電極とを互いにことなる材料とすることで、ボンディングワイヤやバンプに適したパッド電極の材料を選択でき、ワイヤやバンプの接合強度を高めることができる。また、励振電極の膜厚と関係なくパッド電極を厚くすることにより、外力に対する強度を向上させ、剥離が発生しづらくなる。また、パッド電極が単層なので酸化層の介在を防止することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る弾性表面波装置及びその製造方法の実施形態について模式的に示した図面に基づき詳細に説明する。
【００１８】
本発明の弾性表面波装置の構造例を図１（ａ），（ｂ）に示す。なお、簡単のため、図１（ａ）においては保護膜２の図示を省略している。また、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ１−Ａ１線断面図である。
【００１９】
図１に示すように、本発明の弾性表面波装置は、例えばタンタル酸リチウム単結晶、四ほう酸リチウム単結晶、ランガサイト型結晶構造を有する単結晶などから成る厚み０．３５ｍｍ程度の圧電基板１上に、ＡｌやＡｌを主成分とした合金から成り、単層または複数層の厚み１５０〜５００ｎｍ程度の励振電極４を複数、配設・接続し、さらに各励振電極４にはこれより厚く形成された単層のパッド電極５を接続してラダー型回路構成としている。そして、圧電基板１上にはパッド電極５を除く領域に（パッド電極５の外周部に）、酸化珪素または窒化珪素等の保護膜２を厚み１０〜１００ｎｍ程度に形成している。
【００２０】
ここで、各励振電極４は１対の櫛歯状電極を互いに噛み合うように構成されており、その弾性表面波の伝搬方向に位置する両端部に反射器電極を配設した例を示しているが、反射器電極は形成させない場合もある。なお、説明の都合上、励振電極４は各櫛歯状電極に接続された配線をも含めて励振電極というものとする。
【００２１】
ここで、パッド電極５を構成する材料を励振電極４に一般に使用されるＡｌやＡｌを主体とする合金と異なる導電材料（特に金属材料）、すなわち、Ａｕや半田を用いるバンプやボンディングワイヤと同様な材料を選択することにより、両者の材料がよくなじむのでバンプやボンディングワイヤとの接合強度を大きくすることができる。
【００２２】
弾性表面波装置の励振電極の膜厚は、例えば１．９ＧＨｚ帯に用いる弾性表面波フィルタなどではおよそ２００ｎｍである。しかし、この厚さではバンプを形成する際の強度が十分でなく剥がれが生じたり、バンプが接合できなかったりする。そこで、このように、パッド電極５を励振電極４より厚く最適膜厚とすることで、バンプの接合を容易にさせることができる。
【００２３】
また、一般に弾性表面波フィルタの励振電極はＡｌかＡｌを主成分とした合金であるが、今後他のＣｕ，Ａｇでも作製される可能性がある。その場合も本発明の構造ではパッド電極のほとんどが圧電基板上に成膜されるため、種類の異なる膜同士の密着強度が弱いという問題を考える必要がないので、常に所望の電極パッド材料を適宜に選択できる。
【００２４】
本発明の弾性表面波装置の製造方法について、図２（ａ）〜（ｇ）の工程図に基づき詳細に説明する。
【００２５】
まず、図２（ａ）に示すように、圧電基板１上に励振電極材料を蒸着法やスパッタ法等の薄膜形成法により所定膜厚に形成する。
【００２６】
次に、図２（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法とＲＩＥ法等により、所定パターン形状を有する励振電極４を形成した後に、励振電極４を含む領域上、すなわち、圧電基板１上及び励振電極４上にＣＶＤ法等の薄膜形成法により、保護膜１２を圧電基板１上のほぼ全面に積層する。
【００２７】
次に、図２（ｃ）に示すように、保護膜１２上のパッド電極形成領域１２ａを除く所定領域にフォトレジスト膜６を積層する。
【００２８】
次に、図２（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィ法とＲＩＥ法等を用い、図２（ｃ）における保護膜１２のパッド電極形成領域１２ａを除去して、圧電基板１の一部（面１ａ）及び励振電極４の一部（配線端部４ａ）を露出させ、所定パターン形状の保護膜２を形成する。
【００２９】
次に、図２（ｅ）に示すように、露出させた圧電基板１の表面に付着したレジスト等の付着物を除去して表面清浄化処理を行う。ここで、この表面清浄化処理は、紫外線照射、気相反応、またはエッチングにより行う。
【００３０】
次に、図２（ｆ）に示すように、フォトレジスト膜６の上、露出させた圧電基板1の面１ａ、及び露出させた励振電極４の配線端部４ａの上に、スパッタ法や蒸着法等の薄膜形成法を用いて、圧電基板１上のほぼ全面にパッド電極材料１５を積層する。
【００３１】
そして、図２（ｇ）に示すように、フォトレジスト膜６をリフトオフ法により除去して、所定形状のパッド電極５を形成することによって弾性表面波装置を製造する。
【００３２】
ここで、パッド電極５を成膜する前に、その成膜させる圧電基板１の表面を清浄にするので、パッド電極５と圧電基板１との密着強度が増し、その後にバンプやボンディングワイヤを接合させる際の剥離などを極力防止することができる。
【００３３】
また、同様に前記表面浄化処理をＵＶ照射、または気相反応（Ｏ２によるプラズマ処理、またはＡｒやＯ２の逆スパッタ粒子による反応を用いたり、薄いふっ酸、硝酸、または燐酸等の酸溶液により圧電基板１の表面をエッチングして清浄化することによっても同様な効果が得られる。
【００３４】
【実施例】
次に本発明をより具体化した実施例について説明する。
【００３５】
タンタル酸リチウム単結晶からなる厚み０．３５ｍｍの圧電基板の上に、ＤＣスパッタ装置を用いてＡｌ−Ｃｕ（１ｗｔ％）の合金を厚み２００ｎｍ程度に成膜した（なお、１．９ＧＨｚ帯ＳＡＷフィルタの場合２００ｎｍが好適である）。
【００３６】
次に、スピンコーターを用いてフォトレジスト膜をコーティングし、縮小投影露光機（ステッパー）により露光を行った。
【００３７】
励振電極のパターンはラダー型の１．９ＧＨｚ帯用に適した回路構成とした。
【００３８】
露光後、現像とＲＩＥを行い所望形状の励振電極パターンを形成した。
【００３９】
その後、ＳｉＯ₂から成る保護膜をＣＶＤ装置で３００℃にて成膜した。なお、この保護膜の材料としてはＳｉＯ₂が好適である。なぜなら、ＳｉＯ₂は熱膨張係数が小さいため基板の伸縮がおさえられ、ＳＡＷフィルタの温度特性が改善されるからである。また、この保護膜の好適な膜厚は１５ｎｍ〜１００ｎｍである。その理由は、１５ｎｍより薄いと保護膜の絶縁効果がなくなり、１００ｎｍより厚いとフィルタの電気特性である挿入損失が５ｄＢ以上となり特性が劣化するからである。
【００４０】
その後、再度フォトリソグラフィを行い、パッド電極の形状にフォトレジストを現像し除去した。
【００４１】
次に、Ｏ₂とＣＦ₄ガスにてＳｉＯ₂にドライエッチングを施した。
【００４２】
このとき、パッド電極形状にタンタル酸リチウム単結晶基板の一部表面と励振電極の一部を露出させた。
【００４３】
次に、ＵＶ照射を１０分行い、基板表面のレジストなどの有機物を除去して清浄化した後、蒸着法によりＡｕを８００ｎｍの厚みに成膜した。ここで、パッド電極の材料は後に付けるバンプの材料と同じものが好適であり、バンプやワイヤの材料をＡｕとする場合、Ａｕを選択して形成した。また、その厚みは８００ｎｍ以上であることが好ましい。これは、厚いほど薄膜は破れにくくなるので、バンプやワイヤの形成後の引っ張りに対し耐性が高くなるためである。９０℃の剥離液の中でフォトレジスト膜及びその上に成膜したＡｕ膜を剥離し、パッド電極を形成した。
【００４４】
次に、これらパッド電極上にＡｕバンプを形成した。この接合状態は良好であった。
【００４５】
かくして、本実施例によれば、ダイシェア強度を測定した結果、従来構造では０．５Ｎ以下であったのに対して、１．０Ｎ以上の非常に高い値が得られた。
【００４６】
【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及びその製造方法によれば、従来技術に比べ、パッド電極の膜厚を任意に厚くするので剥がれに強い、信頼性の高い優れた弾性表面波装置を提供できる。また、パッド電極部分が単層で積層構造ではないため、従来のように積層界面からの剥離のない、信頼性に優れた弾性表面波装置を提供できる。
【００４７】
また、パッド電極の構成材料をバンプやボンディングワイヤとの接合に適した材料にすることにより、バンプやワイヤの接合を確実にかつ堅固にすることができ、剥がれにくい信頼性の高い優れた弾性表面波装置を提供できる。
【００４８】
また、パッド電極の剥がれに対する強度やバンプやボンディングワイヤの接着強度が十分な場合は、パッド電極を薄くすることができ、成膜時間や成膜材料の節約が図れる優れた弾性表面波装置を提供できる。
【００４９】
また、従来、励振電極と異なる材料のパッド電極を用いる場合は中間層を設ける必要があったが、本発明ではそのような考慮は全く不要であり、圧電基板上に直接単層のパッド電極を設けるので、任意の材料を選択しても圧電基板及びバンプやワイヤに対する密着強度が大きくすることができ、信頼性の高い優れた弾性表面波装置を提供できる。
【００５０】
さらに、圧電基板の表面浄化処理により、圧電基板とパッド電極の密着強度を向上させることができ、バンプやワイヤを接合した後の剥がれを極力防止することができる、信頼性の高い弾性表面波装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る弾性表面波装置の実施形態を模式的に説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ１−Ａ１線断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｇ）は、それぞれ本発明に係る弾性表面波装置の製造工程を模式的に説明する断面図である。
【図３】従来の弾性表面波装置を模式的に説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ３−Ａ３線断面図である。
【図４】従来の他の弾性表面波装置を模式的に説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ４−Ａ４線断面図である。
【符号の説明】
１：圧電基板
２、１２：保護膜
３：パッド電極
４：励振電極
５：パッド電極

Claims

圧電基板上に、弾性表面波を励振する励振電極を形成する工程と、前記励振電極を含む領域上にＳｉＯ _２からなる保護膜を積層した後、前記保護膜上のパッド電極形成領域を除く所定領域にフォトレジスト膜を積層する工程と、前記保護膜の前記パッド電極形成領域を除去して前記圧電基板の一部及び前記励振電極の一部を露出させる工程と、前記圧電基板の露出部分に対し、紫外線照射、気相反応、またはエッチングのいずれかの方法によって表面清浄化処理を行った後、前記フォトレジスト膜の上、前記露出させた圧電基板の上、及び前記露出させた励振電極の上に、単一のパッド電極材料を前記励振電極の厚みよりも厚く積層する工程と、前記フォトレジスト膜を除去してパッド電極を形成する工程とを含むことを特徴とする弾性表面波装置の製造方法。
前記圧電基板がタンタル酸リチウム単結晶からなり、前記表面浄化処理が紫外線照射により行われ、前記パッド電極材料がＡｕであることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波装置の製造方法。