JPH08316782A

JPH08316782A - 弾性表面波素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH08316782A
Application number: JP14131195A
Authority: JP
Inventors: Naoki Tanaka; 直樹田中; Hiroshi Okano; 寛岡野; Tatsuro Usuki; 辰朗臼杵; Kenichi Shibata; 賢一柴田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1995-05-15
Filing date: 1995-05-15
Publication date: 1996-11-29

Abstract

(57)【要約】【目的】基板１の表面に、ダイヤモンド等の硬質の材
料からなる高音速薄膜２と窒化アルミニウム等の圧電体
からなる薄膜３とを形成し、該圧電体薄膜３の表面に、
弾性表面波を励振させるための電極４を形成した弾性表
面波素子に於いて、高音速薄膜が有する本来の性能を引
き出することの出来る弾性表面波素子を提供する。【構成】本発明の弾性表面波素子は、高音速薄膜２と
圧電体薄膜３の間に、高音速薄膜２よりも化学的に安定
な材料、例えば白金からなる保護膜５を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高周波数帯域で使用可
能な弾性表面波素子及びその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】携帯用電話機等の通信機器に於いては、
共振器フィルター、信号処理用遅延線等の回路素子とし
て、弾性表面波素子が用いられている。弾性表面波素子
は、例えば圧電性を有する基板の表面に櫛形の電極や反
射器を形成し、電気信号と弾性表面波の相互の変換を行
なうものである。一般に、弾性表面波素子の圧電基板に
於いては、電気機械結合係数が大きいこと、伝搬損失が
小さいこと等が要求される。

【０００３】ところで、近年の通信機器の高周波化に伴
って、ギガヘルツ帯で使用可能な弾性表面波素子へのニ
ーズが高まっている。弾性表面波素子の中心周波数ｆ₀
は、弾性表面波の伝搬速度Ｖと波長λとの関係で次式に
よって表わされる。

【数１】ｆ₀＝Ｖ／λ ここで、波長λは、電極のピッチｄによって決まる(λ
＝４ｄ)。従って、弾性表面波素子の高周波化に対応す
るには、音速(弾性表面波伝搬速度)の大きな材料を使用
する方法や、電極ピッチを狭小化する方法が考えられ
る。

【０００４】従来は、弾性表面波素子の基板材料とし
て、タンタル酸リチウム(ＬiＴaＯ₃)や、ニオブ酸リチ
ウム(ＬiＮbＯ₃)などが用いられているが、十分な音速
が得られるまでに至っていない。

【０００５】そこで、圧電性はないが、タンタル酸リチ
ウムやニオブ酸リチウムよりも高い音速が得られる材料
を基板とし、その基板表面に弾性表面波を励振するため
の圧電体薄膜を形成した構造の弾性表面波素子が研究さ
れている。そして、このような高音速基板の材料として
は、シリコン、サファイア、酸化マグネシウム(ＭgＯ)
などが検討されている。

【０００６】又、図７に示す如く、シリコンなどの基板
(１)の表面に、ダイヤモンド或いはダイヤモンド状(以
下、ダイヤモンドと総称する)の炭素層からなる高音速
薄膜(２)を形成し、該高音速薄膜(２)の表面に圧電体薄
膜(３)及び電極(４)を形成した弾性表面波素子が検討さ
れている。該弾性表面波素子によれば、１ＧＨｚを越え
る高い周波数帯域で使用可能な通信機器を構成すること
が可能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図７に示す
構造の弾性表面波素子の製造工程では、圧電体薄膜(３)
を形成する際、スパッタリング、ＣＶＤ、真空蒸着、イ
オンプレーティング等の薄膜形成技術が用いられる。こ
こで、高品質な圧電体薄膜を得るためには、成膜時の基
板温度は高い方が望ましい。

【０００８】しかしながら、基板温度を上げることによ
り、高音速薄膜(２)となるダイヤモンドの炭素層の温度
も上がることになる。ダイヤモンドの炭素層は高温で酸
化し易く、この結果、膜質が劣化する問題がある。

【０００９】又、ＲＦスパッタリング法等を用いて圧電
体薄膜を形成する場合には、ダイヤモンドの炭素層がプ
ラズマに晒されて、同様に膜質の劣化が生じる問題があ
る。

【００１０】更に、ダイヤモンドの炭層層としては、大
口径の単結晶薄膜の作製が困難なことから、多結晶のダ
イヤモンドが用いられているが、多結晶の上に高品位な
圧電体薄膜を形成することは極めて困難である。

【００１１】従って、図７に示す構造では、高音速薄膜
(２)が有する本来の性能を引き出すことが困難であり、
所期の特性を有する弾性表面波素子は得られない。本発
明の目的は、高音速薄膜が有する本来の性能を引き出す
ることの出来る弾性表面波素子及びその製造方法を提供
することである。

【００１２】

【課題を解決する為の手段】本発明に係る弾性表面波素
子は、基板(１)の表面に、硬質の材料からなる高音速薄
膜(２)と圧電体からなる薄膜(３)とを形成し、該圧電体
薄膜(３)の表面に、弾性表面波を励振させるための電極
(４)を形成したものであって、高音速薄膜(２)と圧電体
薄膜(３)の間に、高音速薄膜(２)よりも化学的に安定な
材料からなる保護膜(５)を形成したことを特徴とする。

【００１３】又、本発明に係る弾性表面波素子の製造方
法は、基板(１)の表面に硬質の材料からなる高音速薄膜
(２)を形成する第１成膜工程と、該高音速薄膜(２)上に
圧電体からなる薄膜(３)を形成する第２成膜工程と、該
圧電体薄膜(３)の表面に、弾性表面波を励振させるため
の電極(４)を形成する電極形成工程とからなり、第２成
膜工程では、高音速薄膜(２)の表面に、圧電体薄膜(３)
の成膜過程で高音速薄膜(２)を保護すべき保護膜(５)を
形成した後、圧電体薄膜(３)を形成することを特徴とす
る。

【００１４】

【作用】上記弾性表面波素子及びその製造方法において
は、スパッタリング、ＣＶＤ、真空蒸着、イオンプレー
ティング等の薄膜形成技術を用いて圧電体薄膜(３)を成
膜する際、高品質な圧電体薄膜を得るべく、成膜時の基
板温度を上げたとしても、高音速薄膜(２)は、白金など
の化学的に安定な保護膜(５)に覆われているので、酸素
との接触がなく、その酸化が防止される。

【００１５】又、ＲＦスパッタリング法等を用いて圧電
体薄膜を形成する場合でも、高音速薄膜(２)は保護膜
(５)に覆われているので、プラズマに晒されることはな
く、従って、膜質の劣化が生じることはない。

【００１６】更に、高音速薄膜(２)が多結晶のダイヤモ
ンド薄膜である場合にも、白金などの結晶性の良好な材
料から保護膜(５)を形成すれば、該保護膜(５)の表面に
圧電体薄膜(３)を形成することによって、高品位な膜質
を得ることが出来る。

【００１７】尚、保護膜(５)は、高音速薄膜(２)が発揮
すべき音速性能を妨げず、然も高音速薄膜(２)に対する
保護機能を十分に発揮出来る厚さ、例えば白金の保護膜
(５)の場合は、数〜数百Åの厚さに形成される。

【００１８】

【発明の効果】本発明に係る弾性表面波素子及びその製
造方法によれば、高音速薄膜が劣化することがないの
で、その本来の性能を引き出すことが可能であり、この
結果、所期の特性を有する弾性表面波素子を得ることが
出来る。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を弾性表面波共振器に実施した
一例につき、図面に沿って詳述する。図１に示す如く、
本発明の弾性表面波共振器は、(１１０)シリコンからな
る基板(１)の表面に、多結晶ダイヤモンドからなる厚さ
７５００Åの高音速薄膜(２)、白金からなる厚さ１００
Åの保護膜(５)、窒化アルミニウムからなる厚さ１.２
μｍの圧電体薄膜(３)、及びアルミニウムからなる電極
(４)を形成したものである。

【００２０】上記弾性表面波共振器の製造工程において
は、先ず、基板(１)の表面に、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法
を用いて、多結晶ダイヤモンド薄膜を７５００Åの厚さ
に形成し、高音速薄膜(２)とした。この際、成膜条件と
しては、原料ガスＣＨ₄＋Ｈ₂を用い、反応圧力を３０
Ｔｏｒｒ、バイアス電圧を１００Ｖに設定した。

【００２１】次に、高音速薄膜(２)の表面に、イオンビ
ームスパッタ法を用いて白金(Ｐｔ)の薄膜を１００Åの
厚さに形成し、保護膜(５)とした。この際、室温にて成
膜速度を２０Å／ｍｉｎに設定した。尚、保護膜(５)に
対してＸ線回折分析を行なったところ、白金の(１１１)
面が配向していることがわかった。

【００２２】続いて、保護膜(５)の表面に、ＥＣＲデュ
アルイオンビームスパッタ法を用いて、窒化アルミニウ
ム(ＡlＮ)の薄膜を１.２μｍの厚さに形成した。この
際、成膜条件としては、基板温度を３００℃とし、窒化
イオンビームのエネルギーを１００ｅＶ、成膜速度を３
６Å／ｍｉｎに設定した。

【００２３】その後、保護膜(５)の表面に、図２に示す
パターンの電極(４)を形成した。この際、先ず、イオン
ビームスパッタ法を用いて、アルミニウム膜を２０００
Åの厚さに形成した後、フォトリソグラフィー法を用い
て、該アルミニウム膜を図示する櫛形トランスデューサ
(６)(７)及びその両側の櫛形反射器(８)(９)に成形し
た。尚、櫛形トランスデューサ(６)(７)及び櫛形反射器
(８)(９)の線幅及び線間は１.０μｍとし、櫛形トラン
スデューサ(６)(７)の電極対数を夫々４０対、櫛形反射
器(８)(９)の本数を夫々２００本とした。

【００２４】図３は、上述の如く白金の保護膜(５)の表
面に形成した窒化アルミニウムの圧電体薄膜(３)につい
てのＸ線回折分析の結果と、ロッキングカーブを示して
いる。これに対し、図４は、従来の様にダイヤモンドの
高音速薄膜(２)の表面に直接に窒化アルミニウムの圧電
体薄膜(３)を形成した場合についてのＸ線回折分析の結
果と、ロッキングカーブを示している。

【００２５】何れの場合も、窒化アルミニウムに関して
は、(０００２)回折線及び(０００４)回析線のみが観測
され、Ｃ軸に配向した窒化アルミニウム薄膜が得られて
いることがわかる。しかし、図３と図４を比較すると、
図３の本発明の方が窒化アルミニウムの(０００２)回折
線及び(０００４)回析線の回折強度が高くなっている。
又、両者のロッキングカーブの半値幅を比べると、夫々
２.４度、８.６度となっており、図３の本発明の方が小
さくなっている。これより、保護膜(５)の表面に圧電体
薄膜(３)を形成することによって、圧電体薄膜(３)の結
晶性が改善されたことがわかる。

【００２６】又、図５は、上記実施例の弾性表面波共振
器の通過特性を示し、図６は、保護膜を有しない従来の
弾性表面波共振器の通過特性を示している。但し、従来
の共振器は、保護膜の形成を除いて、本実施例の共振器
と同様の方法で作製した。

【００２７】図５に示す如く、本発明の弾性表面波共振
器の中心周波数は１.７２ＧＨｚであり、これより音速
を計算すると約８６００ｍ／ｓとなる。この場合、電極
ピッチを０.６μｍとすると、中心周波数は２.８７ＧＨ
ｚまで上げることが可能である。

【００２８】これに対し、保護膜を有しない従来の弾性
表面波共振器では、図６に示す如く中心周波数が１.２
７ＧＨｚであり、音速に換算すると約５０９０ｍ／ｓと
なる。この様に音速が低下しているのは、窒化アルミニ
ウム薄膜の形成時にダイヤモンド薄膜がプラズマに晒さ
れて劣化し、ダイヤモンドの音速に関する特性が損なわ
れたことが原因である。

【００２９】また、両者の損失を比べると、本発明の弾
性表面波共振器が７.２ｄＢであるのに対し、従来の弾
性表面波共振器が２２.５ｄＢと大きくなっている。こ
れは、従来の弾性表面波共振器においては、ダイヤモン
ド薄膜層の劣化と窒化アルミニウム薄膜層の結晶性の悪
化によって、弾性表面波の減衰が大きくなるためであ
る。本発明の弾性表面波共振器においては、保護膜の形
成によってダイヤモンド薄膜の劣化が防止され、然も結
晶性の良好な窒化アルミニウム薄膜が得られることか
ら、良好な特性が実現されるのである。

【００３０】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。

【００３１】例えば、上記実施例では高音速薄膜(２)の
材料としてダイヤモンドを用いているが、窒化ホウ素
(ＢＮ)等、その他の硬質材料を用いることが出来る。
又、圧電体薄膜(３)の材料として窒化アルミニウムを用
いているが、ＺnＯ、ＬiＴaＯ₃、ＬiＮbＯ₃、Ｌi₂Ｂ₄Ｏ
₇など、その他の圧電材料を用いることが出来る。更
に、本発明は、上述の共振器に限らず、フィルター、遅
延線、コンボルバ等、あらゆる種類の弾性表面波素子に
実施できるのは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を弾性表面波共振器に実施した例を示す
断面図である。

【図２】該弾性表面波共振器における電極パターンを示
す平面図である。

【図３】本発明の弾性表面波共振器を構成する窒化アル
ミニウムのＸ線回折分析の結果及びロッキングカーブを
示すグラフである。

【図４】従来の弾性表面波共振器における同上のグラフ
である。

【図５】本発明の弾性表面波共振器の通過特性を示すグ
ラフである。

【図６】従来の弾性表面波共振器の通過特性を示すグラ
フである。

【図７】従来の弾性表面波共振器の断面図である。

【符号の説明】

(１) 基板 (２) 高音速薄膜 (３) 圧電体薄膜 (４) 電極 (５) 保護膜 (６) 櫛形トランスデューサ (７) 櫛形トランスデューサ (８) 櫛形反射器 (９) 櫛形反射器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者柴田賢一大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板(１)の表面に、硬質の材料からなる
高音速薄膜(２)と圧電体からなる薄膜(３)とを形成し、
該圧電体薄膜(３)の表面に、弾性表面波を励振させるた
めの電極(４)を形成した弾性表面波素子に於いて、高音
速薄膜(２)と圧電体薄膜(３)の間に、高音速薄膜(２)よ
りも化学的に安定な材料からなる保護膜(５)を形成した
ことを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項２】高音速薄膜(２)は、ダイヤモンド或いは
ダイヤモンド状の炭素層からなり、圧電体薄膜(３)は厚
さ数〜数百Åの白金層からなる請求項１に記載の弾性表
面波素子。
【請求項３】基板(１)の表面に硬質の材料からなる高
音速薄膜(２)を形成する第１成膜工程と、該高音速薄膜
(２)上に圧電体からなる薄膜(３)を形成する第２成膜工
程と、該圧電体薄膜(３)の表面に、弾性表面波を励振さ
せるための電極(４)を形成する電極形成工程とからなる
弾性表面波素子の製造方法に於いて、第２成膜工程で
は、高音速薄膜(２)の表面に、圧電体薄膜(３)の成膜過
程で高音速薄膜(２)を保護すべき保護膜(５)を形成した
後、圧電体薄膜(３)を形成することを特徴とする弾性表
面波素子の製造方法。