專(zhuān)利名稱(chēng)：聲表面波元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聲表面波諧振子或聲表面波濾波器那樣的聲表面波元件及其制造方法，尤其涉及聲表面波元件的電極結(jié)構(gòu)的形成方法。
背景技術(shù)：
眾所周知聲表面波元件是利用機(jī)械振動(dòng)能量?jī)H集中在固體表面附近傳播的聲表面波的電子元件，一般具有帶壓電性的壓電基片、在該壓電基片上形成并施加取出信號(hào)用的叉指電極和/或柵形電極之類(lèi)的電極而構(gòu)成。
這種聲表面波元件中，作為電極材料，一般采用電阻率低且比重小的Al或Al族合金。
然而，Al的抗應(yīng)力遷移性差，接通大電功率時(shí)，電極產(chǎn)生小丘和空隙，最終會(huì)導(dǎo)致電極短路或斷線，使聲表面波元件破壞。
為了謀求解決上述問(wèn)題，作為電極的成膜法，日本國(guó)專(zhuān)利7-162255號(hào)公報(bào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)1)中提出采用離子束濺射提高結(jié)晶取向性，改善耐電性的方法。
特開(kāi)平3-48511號(hào)公報(bào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)2)中提出利用外延生長(zhǎng)Al，使結(jié)晶方位按一定方向取向，從而改善耐電性的方法。
歐姆(オ-ム)社發(fā)行、日本學(xué)術(shù)振興會(huì)聲表面波元件技術(shù)第150委員會(huì)編的《聲表面波元件技術(shù)手柵》(第267頁(yè))(非專(zhuān)利文獻(xiàn)1)中記載利用Al中添加Cu提高耐電性。
(專(zhuān)利文獻(xiàn)1)特開(kāi)平7-162255號(hào)公報(bào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)2)特開(kāi)平3-48511號(hào)公報(bào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)3)特開(kāi)平6-6173號(hào)公報(bào)(非專(zhuān)利文獻(xiàn)1)日本學(xué)術(shù)振興會(huì)聲表面波技術(shù)第150委員會(huì)編，《聲表面波元件技術(shù)手冊(cè)》，オ-ム社，p.267然而，專(zhuān)利文獻(xiàn)1和3記載的已有技術(shù)不能充分適應(yīng)近年的高頻化和大功率化，作高頻用途和大功率用途時(shí)，存在耐電性不夠的問(wèn)題。
利用專(zhuān)利文獻(xiàn)2記載的已有技術(shù)取得結(jié)晶性良好的外延膜，實(shí)質(zhì)上僅在晶體基片上達(dá)到。在由壓電性大且要求頻帶寬的濾波器等中應(yīng)用有利的LiTaO3或LiNbO3等壓電單晶組成的基片上，利用專(zhuān)利文獻(xiàn)2記載的技術(shù)難以得到結(jié)晶性良好的外延膜。因此，專(zhuān)利文獻(xiàn)2記載的已有技術(shù)實(shí)質(zhì)上對(duì)具有LiTaO3或LiNbO3基片的聲表面波元件不適用。
根據(jù)非專(zhuān)利文獻(xiàn)1記載的已有技術(shù)，利用在Al中添加Cu，的確可改變耐電性，但還沒(méi)有達(dá)到足夠的程度。
因此，本發(fā)明的目的是要提供能解決上述問(wèn)題的聲表面波元件及其制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)將例如64°Y-X切割的LiNbO3組成的壓電基片上所形成電極具有的以Al為主成份的Al電極層做成具有雙晶結(jié)構(gòu)的外延Al膜，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的耐電性。這時(shí)，判明外延Al膜使Al膜的(111)面對(duì)壓電基片的Z軸取向，而且(111)面向成為面向取向的雙晶結(jié)構(gòu)，進(jìn)行特殊的結(jié)果生長(zhǎng)。
如后文所述，具有雙晶結(jié)構(gòu)的外延膜的機(jī)械強(qiáng)度可比單晶高。因此，難以發(fā)生塑性形變，具有不容易產(chǎn)生聲表面波器件中經(jīng)常成為問(wèn)題的應(yīng)力遷移造成電極破壞的大優(yōu)點(diǎn)。
對(duì)這種具有雙晶結(jié)構(gòu)的外延Al膜進(jìn)一步調(diào)查的結(jié)果，證明存在的情況是借助對(duì)工藝條件下功夫，可用帶上述那樣Al膜的(111)面對(duì)Z軸取向同時(shí)處延生長(zhǎng)完全不同的機(jī)構(gòu)生長(zhǎng)結(jié)晶。這時(shí)，Al(111)面的取向方向與壓電基片Z軸不同，而且具有多個(gè)Al(111)取向方向，是非常特別的結(jié)晶生長(zhǎng)。這種結(jié)晶生成特別在Y切割壓電單晶構(gòu)成的壓電基片等中，具體而言，在36°～42°Y切割LiTaO3基片等中，體現(xiàn)為特征。
在該見(jiàn)識(shí)下，本發(fā)明首先針對(duì)包括由壓電單晶構(gòu)成的壓電基片和壓電基片上形成的電極的聲表面波元件，具有以下結(jié)構(gòu)。
即，電極的特征為該所述電極是外延長(zhǎng)生長(zhǎng)的取向膜，同時(shí)具有多膜構(gòu)成的電極層，該電極層具有在X射線衍射極點(diǎn)圖觀察的衍射圖案有多個(gè)對(duì)稱(chēng)中心的雙晶結(jié)構(gòu)。
最好所述電極層將Al作為主成分。
最好所述電極還具有基底電極層，設(shè)置在所述電極層與所述壓電基片之間，用于改善所述電極層的結(jié)晶性。最好所述基底電極層將Ti和Cr中的至少一個(gè)作為主成分。
又，本發(fā)明具有將Ti和Cr中的至少一個(gè)作為主成分用于改善Al電極層結(jié)晶性的基底電極層以及為了使所述基底電極層表面上的結(jié)晶面更加潔凈的，具有形成在基底電極層上而且上面形成Al電極層的中間電極層。
所述壓電基片由LiNbO3或LiTaO3的單晶構(gòu)成為佳，所述壓電基片是θ旋轉(zhuǎn)Y切割(θ＝36°～42°)的LiTaO3基片更好。
關(guān)于本發(fā)明的聲表面波元件具有的電極層的結(jié)晶方位，最好X射線衍射中，將X射線的入射方位取為電極層的(200)時(shí)，電極層的[111]結(jié)晶方位取向?yàn)榕cX射線衍射極點(diǎn)圖中檢測(cè)出的對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)的中心大致一致。
最好也可使X射線衍射極點(diǎn)圖的對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)中心存在2個(gè)以上，電極層的[111]結(jié)晶方位有2個(gè)以上的生長(zhǎng)方向，電極層的[111]結(jié)晶方位取向?yàn)榕c所述X射線衍射圖中檢測(cè)處的對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)中心大致一致。
上述情況下，最好X射線衍射極點(diǎn)圖的對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)為3重對(duì)稱(chēng)或6重對(duì)稱(chēng)。
關(guān)于本發(fā)明的聲表面波元件制造方法，其中該聲表面波元件具有由Y切割壓電單晶構(gòu)成的壓電基片和在壓電基片上形成的電極，電極具有將Al作為主成份的Al電極層和設(shè)置在Al電極層與壓電基片之間用于改善Al電極層的結(jié)晶性的基底電極層，Al電極層是外延生長(zhǎng)的取向膜，同時(shí)是多晶膜，具有X射線衍射極點(diǎn)圖中觀察的圖案有多個(gè)對(duì)稱(chēng)中心的雙晶結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的聲表面波元件制造方法，包括準(zhǔn)備由所述Y切割壓電單晶構(gòu)成的壓電基片的工序，在壓電基片上形成基底電極層的工序，以及在所述基底電極上形成所述Al電極層的工序，同時(shí)在形成基底電極層的工序前，還具有使壓電基片的表面露出結(jié)晶面，由此，對(duì)壓電基片進(jìn)行可使Al電極層外延生長(zhǎng)用的蝕刻處理的工序。
作為蝕刻處理工序中用的蝕刻劑，采用從磷酸、焦磷酸、安息香酸、辛酸、鹽酸、硝酸、硫酸、氟酸、緩沖氟酸(BHF)和硫酸氫鉀中選擇的至少一種。
又，對(duì)具有又晶結(jié)構(gòu)的外延Al膜進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)查的結(jié)果，判明的情況為用帶上述那樣Al膜的(111)面對(duì)Z軸取向同時(shí)與外延生長(zhǎng)完全不同的機(jī)構(gòu)，進(jìn)行結(jié)晶生長(zhǎng)。這是例如36°Y切割的LiTaO3那樣低切割角基片上看到的結(jié)晶生長(zhǎng)，Al(111)面的取向方向與壓電基片的Z軸不同，而且具有多個(gè)Al(111)取向方向，是非常特別的結(jié)晶生長(zhǎng)。
上述結(jié)晶生長(zhǎng)，有時(shí)利用對(duì)基底電極層和Al電極層進(jìn)行成膜時(shí)的工藝條件得不到。對(duì)此進(jìn)行步驟調(diào)查的結(jié)果表明雖然用70℃以上的加熱層膜形成Ti構(gòu)成的基底電極層，但不用50℃以下的常溫甚至低溫的成膜形成Al電極層，則Al電極層不成為具有雙晶結(jié)構(gòu)的外延Al膜。利用加熱成膜形成Al電極層，則由于Al與Ti相互擴(kuò)散，防礙Al的外延生長(zhǎng)。
本發(fā)明的聲表面波元件制造方法，其中聲表面波元件具有壓電基片和壓電基片上形成的電極，電極具有將Al作為主成的Al電極層和設(shè)置在Al電極層與所述壓電基片之間用于改善Al電極層的結(jié)晶性的基底電極層，該方法包括以下工序準(zhǔn)備壓電基片的工序，利用70℃以上的加熱或成膜在壓電基片上形成所述基底電極層的工序，以及接著利用50℃以下的低溫成膜形成所述Al電極層的工序。
最好利用加熱成膜形成基底電極層的工序用300℃以下的溫度實(shí)施。
最好利用低溫成膜形成所述Al電極層的工序用0℃以上的溫度實(shí)施。
本發(fā)明中作為壓電基片，適合采用由Y切割的壓電單晶構(gòu)成的基片。這時(shí)所述壓電基片由LiNbO3或LiTaO3的單晶構(gòu)成為佳，所述壓電基片是θ旋轉(zhuǎn)Y切割(θ＝36°～42°)的LiTaO3基片更好。
又，最好形成Al電極層的工序中，形成Al電極層，使其具有雙晶結(jié)構(gòu)的外延膜。
本發(fā)明中，最好在形成基底電極層的工序前，還具有使壓電基片的表面露出結(jié)晶面，由此，對(duì)所述壓電基片進(jìn)行可使Al電極層外延生長(zhǎng)用的蝕刻處理的工序。作為構(gòu)成該基底電極層的材料，適合采用將Ti和Cr中的至少一個(gè)作為主成分的材料。
本發(fā)明中，最好還具有利用50℃以下的低溫成膜在基底電極層上形成用于使基底電極層表面上的結(jié)晶面為更加潔凈的狀態(tài)的中間電極層的工序，形成Al電極層的工序中在中間電極層形成Al電極層。
最好所述中間電極層將Ti和Cr中的至少一個(gè)作為主成分，或者由與基底電極層相同的材料構(gòu)成為佳。
又，最好利用低溫成膜形成中間電極層的工序用0℃以上的溫度實(shí)施。


圖1是示出本發(fā)明一實(shí)施形態(tài)的聲表面波元件的一部分的剖視圖。
圖2是按照本發(fā)明實(shí)施的實(shí)施例1中所得Al電極層4的X射線衍射極點(diǎn)圖。
圖3是為了說(shuō)明衍射圖案而在圖2添加輔助線的圖。
圖4是按照本發(fā)明實(shí)施的實(shí)施例2中所得Al電極層4的X射線衍射極點(diǎn)圖。
圖5是為了說(shuō)明衍射圖案而在圖4添加輔助線的圖。
圖6是為了說(shuō)明衍射圖案而在圖4添加與圖5中不同的輔助線的圖。
圖7是示出應(yīng)成為基底電極層5的Ti的成膜溫度與Al電極層4中Al(200)入射的X射線衍射極點(diǎn)圖中斑點(diǎn)強(qiáng)度的關(guān)系的圖。
圖8是示出實(shí)施本發(fā)明另一實(shí)施形態(tài)的制造方法所得聲表面波元件的一部分的剖視圖。
標(biāo)號(hào)說(shuō)明1為聲表面波元件，2為壓電基片，3為電極，4為Al電極層，5為基底電極層。
具體實(shí)施形態(tài)圖1是示出本發(fā)明一實(shí)施形態(tài)的聲表面波元件1的一部分的剖視圖，示出壓電基片2上形成的電極3。
壓電基片2由壓電單晶(例如Y切割的LiTaO3或LiNbO3的單晶)構(gòu)成。利用θ旋轉(zhuǎn)Y切割(θ＝36°～42°)的LiTaO3基片構(gòu)成壓電基片2更好。
電極3具有Al或Al族合金那樣將Al作為主成份的Al電極層4。Al電極層4與壓電基片2之間設(shè)置改善Al電極層4的結(jié)晶性用的基底電極層5?；纂姌O層5將例如Ti和Ci中的至少一個(gè)作為主成份。
為了制造這種表面波元件1，實(shí)施準(zhǔn)備壓電基片2，在該壓電基片2上形成基底電極層5，接著在基底電極層5上形成Al電極層4的各工序，進(jìn)而，為了對(duì)電極3提供叉指形狀，可用光刻制版技術(shù)和干蝕刻技術(shù)。
Al電極層4的特征為該層是外延生長(zhǎng)的取向膜，而且是具有雙晶結(jié)構(gòu)的多晶膜，X射線衍射極點(diǎn)圖中觀察的衍射圖案具有多個(gè)對(duì)稱(chēng)中心。
為了給Al電極層4提供這種特征的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，制造聲表面波元件1時(shí)，在形成基底電極層5的工序前，使壓電基片2的表面露出結(jié)晶面，由此，對(duì)壓電基片2進(jìn)行Al電極層4可外延生長(zhǎng)用的蝕刻處理。
作為上述蝕刻處理工序中用的蝕刻劑，適合采用磷酸、焦磷酸、安息香酸、辛酸、鹽酸、硝酸、硫酸、氟酸、緩沖氟酸(BHF)和硫酸氫鉀中的任一種或兩種以上的混合溶液。
對(duì)上述蝕刻處理所得的結(jié)果利用研磨等去除壓電基片2的表面上產(chǎn)生的幾nm的加工變質(zhì)層，從而使壓電基片的表面露出結(jié)晶面，可傳達(dá)外延生長(zhǎng)所需的晶格排列信息。
Al電基層中存在晶界，通?？梢哉f(shuō)使聲表面波元件耐電性變差。這是因?yàn)橛捎趹?yīng)力遷移使Al本身通過(guò)晶界擴(kuò)散，產(chǎn)生稱(chēng)為小丘和空隙的缺陷。然而，按照本發(fā)明得到的多晶Al電極4中，晶界為一個(gè)原子間隔以下，實(shí)質(zhì)上不產(chǎn)生通過(guò)該晶界的自擴(kuò)散。
另一方面，對(duì)金屬的機(jī)械強(qiáng)度而言，多晶高于單晶。這是金屬塑性形變機(jī)構(gòu)造成的。即，其原因在于塑性形變產(chǎn)生外力(聲表面波元件領(lǐng)域中的壓電效應(yīng)引起的振動(dòng))等造成的晶體滑移變形，單晶中，僅由最容易活動(dòng)的滑移系統(tǒng)的活動(dòng)引起該形變，反之，多晶中則要求多個(gè)滑移系統(tǒng)的活動(dòng)(參考文獻(xiàn)丸善《金屬便覽》，第5改訂版，第337～343頁(yè))。因此，引起塑性形變的難度與引起應(yīng)力遷移所造成電極破壞的難度相關(guān)，使粒徑小的電極結(jié)構(gòu)具有高耐電性。
由于這些原因，使Al電極層4成為具有雙晶結(jié)構(gòu)的取向膜，可同時(shí)具有防止生長(zhǎng)通過(guò)晶界電極組成原子自擴(kuò)散造成的小丘和空隙的效果和難以塑性形變帶來(lái)的高耐電性，其耐電性非常優(yōu)良。
如上述非專(zhuān)利文獻(xiàn)1所記載，早已公知利用Al電極層4添加Cu等異種金屬，抑制小丘和空隙的產(chǎn)生，能改善耐電性。因此，Al電極層4中，除采用雙晶結(jié)構(gòu)的外延Al膜外，還采取添加Cu等的對(duì)策，則能實(shí)現(xiàn)耐電性的進(jìn)一步提高。作為這樣對(duì)提高耐電性有效的添加物，除Cu外，還有Mg、Ni和Mo等。因此，利用含微量這些添加物的Al族合金構(gòu)成Al電極層4，則能進(jìn)一步提高耐電性。
雖然圖1中未示出，但可形成電絕緣性的薄膜，覆蓋電極3的上表面和側(cè)面。
下面說(shuō)明本發(fā)明所涉及聲表面波元件及其制造方法的較具體實(shí)施例。
實(shí)施例1為了制作本發(fā)明實(shí)施例1的聲表面波濾波器，首先準(zhǔn)備由36°Y切割的LiTaO3單晶構(gòu)成的壓電基片2，常溫下對(duì)該壓電基片2進(jìn)行10分鐘利用緩沖氟酸(BHF)溶液的前處理，去除壓電基片2的表面上存在的防礙外延生長(zhǎng)的表面變質(zhì)層。
其次，利用電子束蒸鍍法在成膜溫度180℃下形成由Ti構(gòu)成的基底電極層5，使其厚度為20nm，并且在真空中冷卻到室溫。
上述冷卻后，接著形成Al構(gòu)成的Al電極層4。
對(duì)這樣制得的Al電極層4進(jìn)行X射線衍射分析。圖2示出由該分析得到的X射線衍射極點(diǎn)圖。該X射線衍射極點(diǎn)圖是將X射線的入射方位取為Al電極層4的(200)入射而得到的。圖3是為了說(shuō)明圖2所示衍射圖案而在圖2添加輔助線的圖。
如圖2和圖3所示，Al電極層4成為觀察Al(200)入射的X射線衍射極點(diǎn)圖中具有多個(gè)對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)的衍射斑點(diǎn)那樣的外延薄膜。圖2和圖3所示的6個(gè)斑點(diǎn)表示對(duì)來(lái)自Al的(200)面的反射信號(hào)的檢測(cè)。
從圖3可知，這樣檢測(cè)到的6個(gè)衍射斑點(diǎn)是2組3重對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)。各斑點(diǎn)與相應(yīng)對(duì)稱(chēng)中心之間的方向間隔為約55度，各對(duì)稱(chēng)中心與Al的[11]結(jié)晶方位大致一致。對(duì)稱(chēng)中心與壓電基片的法線(極點(diǎn)圖的中心)在方向偏離±10～20度。圖3中，對(duì)稱(chēng)中心與極點(diǎn)圖中心的間隔在方向?yàn)?7度左右，但該角度隨成膜溫度和壓電基片的狀況偏移，因而考慮這種偏移時(shí)，如上文所述那樣，可以說(shuō)該角度在±10～20的范圍內(nèi)。
Al(200)入射的極點(diǎn)圖中，觀察了重對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)呈現(xiàn)Al的[111]結(jié)晶方位取向成與該對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)的中心一致，即這是Al的[111]取向軸在該對(duì)稱(chēng)中心方向生長(zhǎng)的3軸取向膜。
觀察2組3重對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)又呈現(xiàn)對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)的中心存在2個(gè)，Al的[111]結(jié)晶方位有2個(gè)生長(zhǎng)方向。換句話說(shuō)，這意味著Al[111]取向的單晶在2個(gè)取向方向生長(zhǎng)晶體，即雙晶結(jié)構(gòu)。
這樣，可斷定構(gòu)成Al電極層4的膜是具有2個(gè)生長(zhǎng)方向的Al(111)的3軸取向外延膜，而且是具有雙晶結(jié)構(gòu)的多晶膜。
接著，用光刻制版技術(shù)和干蝕刻技術(shù)將電極3加工成叉指形狀，從而得到作為聲表面波元件的聲表面波濾波器。
作為對(duì)上述實(shí)施例1的比較例，不對(duì)Ti加熱地進(jìn)行成膜時(shí)以形成基底電極層5，作為電動(dòng)層4，得不到外延膜，而成為Al的(111)面垂直于壓電基片2生長(zhǎng)的1軸取向膜。
進(jìn)行耐電性比較時(shí)，實(shí)施例1的聲表面波濾波器相對(duì)于比較例的聲表面波濾波器，其加一定電功率時(shí)的故障發(fā)生間隔為后者的1000倍以上。
實(shí)施例2準(zhǔn)備由42°Y切割的LiTaO3單晶構(gòu)成的壓電基片2。然后，用與實(shí)施例1的制作工序相同的工序在壓電基片2上形成基底電極層5，進(jìn)而在該層上形成Al電極層4。
圖4示出此實(shí)施例2的Al電極層4的Al(200)入射的X射線衍射極點(diǎn)圖。圖5和圖6是為了說(shuō)明而在圖4添加輔助線的圖。
從圖4、圖5和圖6可知，Al電極層4能做成觀察具有多個(gè)對(duì)稱(chēng)中心的衍射斑點(diǎn)那樣的外延薄膜。圖4、圖5和圖6存在的12個(gè)斑點(diǎn)表示對(duì)Al的(200)面的反射信號(hào)的檢測(cè)。
從圖5進(jìn)一步可知，上述那樣檢測(cè)到的12個(gè)衍射斑點(diǎn)是2組6重對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)。與實(shí)施例時(shí)相同，各斑點(diǎn)與相應(yīng)對(duì)稱(chēng)中心之間的方向間隔為約55度，各對(duì)稱(chēng)中心與Al的[111]結(jié)晶方位大致一致。對(duì)稱(chēng)中心與壓電基片2的法線(極點(diǎn)圖的中心)在方向偏差±10～20度。
Al(200)入射的極點(diǎn)圖中，觀察6重對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)表明這時(shí)Al[111]取向膜在該對(duì)稱(chēng)中心方向生長(zhǎng)的3軸取向膜。
又，6重對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)，其本身為雙晶。其原因在于Al(200)入射時(shí)，把來(lái)自Al(111)單晶的衍射斑點(diǎn)檢測(cè)為位于離開(kāi)對(duì)稱(chēng)中心約55度的3重對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)。具體而言，這時(shí)(100)、(010)和(001)的3個(gè)對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)。即，從圖6可知，6重對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)由2組3重對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)構(gòu)成。這2組3重對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)處于相互旋轉(zhuǎn)180度的位置關(guān)系。
這樣，可說(shuō)明實(shí)施例2中，由于具有2相雙晶結(jié)構(gòu)的圖5所示6重對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)，該Al電極層4形成稱(chēng)為“雙晶的雙晶”(單晶域有4個(gè))的膜結(jié)構(gòu)。即，可認(rèn)為圖2中觀察到的2組3重對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)分別為雙晶。
圖4中，觀察非常復(fù)雜的衍射斑點(diǎn)，但本實(shí)施例2得到的Al電極層4也是具有2個(gè)生長(zhǎng)方向的Al(111)的3軸取向外延膜，這點(diǎn)與實(shí)施例1時(shí)本質(zhì)上相同。
接著，用光刻制版技術(shù)和干蝕刻技術(shù)將電極3加工成叉指形狀，取得作為聲表面波元件1的聲波表面波濾波器。這時(shí)，本實(shí)施例2仍然與作為比較例的聲表面波濾波器比較，該比較例具有作為Al的(111)面垂直于壓電基片生長(zhǎng)的1軸取向膜的Al電極層。這時(shí)，本實(shí)施例的耐電性可為比較例的1000倍以上。即，實(shí)施例的情況下，也斷定耐電性方面與實(shí)施例1時(shí)效果相同。
實(shí)施例3實(shí)施例3中，制作作為具有圖1所示結(jié)構(gòu)的聲表面波元件1的聲表面波濾波器。
首先，準(zhǔn)備由36°Y切割的LiTaO3單晶構(gòu)成的壓電基片2。
其次，利用電子束蒸鍍法以成膜溫度70℃在壓電基片2上形成由Ti構(gòu)成的基底電極層5，使其厚度為20nm，并且在真空中冷卻到50℃以下。
上述冷卻后，接著形成由Al構(gòu)成的Al電極層4。這樣得到的Al電極層4在X射線衍射中的Al(111)半值寬度為2°。作為比較例，形成上述基底電極層5和Al電極層4時(shí)不加熱地進(jìn)行成膜。該比較例情況下的Al(111)半值寬度為約5°。因而，根據(jù)實(shí)施例3，證實(shí)可顯著高取向化。
接著，用光刻制版技術(shù)和干蝕刻技術(shù)將電極3加工成叉指形狀，從而得到作為聲表面波元件1的聲表面波濾波器。
對(duì)本實(shí)施例3的聲表波濾波器和上述比較例的聲表面波濾波器的耐電性進(jìn)行比較時(shí)，實(shí)施例與比較例相比，加一定電功率時(shí)的故障發(fā)生間隔變長(zhǎng)。
實(shí)施例4實(shí)施例4中，制作作為具有圖8所示結(jié)構(gòu)的聲表面波元件1a的聲表面波濾波器。
首先，準(zhǔn)備由36°Y切割的LiTaO3單晶構(gòu)成的壓電基片2。
其次，利用電子束蒸鍍法以成膜溫度70℃在壓電基片2上形成由Ti構(gòu)成的基底電極層5，使其厚度為10nm，并且在真空中冷卻到50℃以下。
上述冷卻后，接著用50°以下的成膜溫度形成由與基底電極層5相同的材料Ti構(gòu)成的中間電極層6，使其厚度為10nm。
接著，形成由Al構(gòu)成的Al電極層4，使其厚度為100nm。
這樣得到的Al電極層4在X射線衍射中的Al(111)半值寬度為1.8°。因此，根據(jù)實(shí)施例4，證實(shí)與上述比較例相林，進(jìn)而相對(duì)于實(shí)施例3，可進(jìn)一步顯著高取向化。
接著，用光刻制版技術(shù)和干蝕刻技術(shù)將電極3加工成叉指形狀，從而得到作為聲表面波元件1a的聲表面波濾波器。
對(duì)這種聲表面波濾波器的耐電性進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，與比較例相比當(dāng)然不用說(shuō)，即使與實(shí)施例相比，也能進(jìn)一步延長(zhǎng)加一定電功率時(shí)的故障發(fā)生間隔。
實(shí)施例5實(shí)施例5中制作作為具有圖8所示結(jié)構(gòu)的聲表面波元件la的聲表面波濾波器。
首先，準(zhǔn)備36°Y切割的LiTaO3單晶構(gòu)成的壓電基片2，并且在常溫下對(duì)該壓電基片2進(jìn)行10分鐘利用緩沖氟酸(BHF)溶液的前處理，去除壓電基片2的表面上存在的防礙外延生長(zhǎng)的表面變質(zhì)層。
其次，利用電子束蒸鍍法在層膜溫度180°下形成由Ti構(gòu)成的基底電極層5，使其厚度為10nm，并且在真空中冷卻到室溫。
上述冷卻后，接著將與基底電極層5相同的材料Ti加以成膜為厚度10nm，從而形成中間電極層6。
接著，形成由Al構(gòu)成的Al電極層4，使其厚度為100nm。
對(duì)這樣取得的Al電極層4進(jìn)行X射線衍射分析。其結(jié)果得到與實(shí)施例1中所得X射線衍射極性圖相同的圖。
即，如圖3所示，Al電極層4成為觀察Al(200)入射的X射線衍射極點(diǎn)圖中6個(gè)衍射斑點(diǎn)那樣的外延薄膜。由于將Al的(200)面的反射信號(hào)檢測(cè)為2組3重對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)，斷定構(gòu)成Al由極層4的膜是3軸取向外延膜，而且是具有雙晶結(jié)構(gòu)的多晶膜。
接著，用光刻制版技術(shù)和干蝕刻技術(shù)將電極3加工成叉指形狀，從而得到作為聲表面波元件1a的聲表面波濾波器。
作為對(duì)上述實(shí)施例5的比較例，不對(duì)Ti加熱地進(jìn)行成膜時(shí)以形成基底電極層5，作為電動(dòng)層4，得不到外延膜，而成為Al的(111)面垂直于壓電基片2生長(zhǎng)的1軸取向膜。
進(jìn)行耐電性比較時(shí)，實(shí)施例5的聲表面波濾波器相對(duì)于比較例的聲表面波濾波器，其加一定電功率時(shí)的故障發(fā)生間隔為后者的1000倍以上。
實(shí)施例6實(shí)施例6中制作作為具有圖8所示結(jié)構(gòu)的聲表面波元件1a的聲表面波濾波器。
準(zhǔn)備42°Y切割的LiTaO3單晶構(gòu)成的壓電基片2。然后，用與實(shí)施例3的制作工序相同的工序在壓電基片2上形成基底電極層5，并且在該層5上形成中間電極層6，進(jìn)而在該層6上形成Al電極層4。
對(duì)這樣得到的Al電極層4進(jìn)行X射線衍射分析。其結(jié)果得到與實(shí)施例2中所得X射線衍射極點(diǎn)圖相同的圖。
即，從圖5進(jìn)一步可知，圖4所示檢測(cè)到的12個(gè)衍射斑點(diǎn)是2組6重對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)。各斑點(diǎn)與相應(yīng)對(duì)稱(chēng)中心之間的方向間隔為約55度，各對(duì)稱(chēng)中心與Al的[111]結(jié)晶方位大致一致。對(duì)稱(chēng)中心與電極基片2的法線在方向偏離±10～20度。而且，圖5中，對(duì)稱(chēng)中心與極點(diǎn)圖中心的間隔在方向?yàn)?7度左右，但該角度隨成膜溫度和壓電基片2的狀況等偏移，因而考慮這種偏移時(shí)，如以上所述那樣，可以說(shuō)該角度在±10～20度的范圍內(nèi)。
Al(200)入射的極點(diǎn)圖中，觀察6重對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)表明這時(shí)Al[111]取向膜在該對(duì)稱(chēng)中心方向生長(zhǎng)的3軸取向膜。
又，6重對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)，其本身為雙晶。其原因在于Al(200)入射時(shí)，把來(lái)自Al(111)單晶的衍射斑點(diǎn)檢測(cè)為位于離開(kāi)對(duì)稱(chēng)中心約55度的3重對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)。具體而言，這時(shí)(100)、(010)和(001)的3個(gè)對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)。觀察2組3重對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)表明對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)的中心存在2個(gè)，Al的[111]結(jié)晶方位有2個(gè)生長(zhǎng)方向。換句話說(shuō)，這意味著Al[111]取向的單晶在2個(gè)方向生長(zhǎng)結(jié)晶，即成為雙晶結(jié)構(gòu)。從圖6可知，這2組3重對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)具有相互旋轉(zhuǎn)180度的位置關(guān)系。
這樣，可說(shuō)明實(shí)施例6中，由于具有2相雙晶結(jié)構(gòu)的圖5所示6重對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)，該Al電極層4形成稱(chēng)為“雙晶的雙晶”(單晶域有4個(gè))的膜結(jié)構(gòu)。即，可認(rèn)為圖3中觀察到的2組3重對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)分別為雙晶。
圖4中，觀察非常復(fù)雜的衍射斑點(diǎn)，但本實(shí)施例6得到的Al電極層4也是具有2個(gè)生長(zhǎng)方向的Al(111)的3軸取向外延膜，這點(diǎn)與實(shí)施例1時(shí)本質(zhì)上相同。
接著，用光刻制版技術(shù)和干蝕刻技術(shù)將電極3加工成叉指形狀，取得作為聲表面波元件1的聲波表面波濾波器。這時(shí)，本實(shí)施例4仍然與作為比較例的聲表面波濾波器比較，該比較例具有作為Al的(111)面垂直于壓電基片生長(zhǎng)的1軸取向膜的Al電極層。這時(shí)，本實(shí)施例的耐電性可為比較例的1000倍以上。
以上說(shuō)明的實(shí)施例1～6中作為壓電基片2，分別采用36°Y切割LiTaO3基片和42°Y切割LiTaO3基片，但作為壓電基片2，只要是壓電單晶構(gòu)成的，可用任何基片。再者，對(duì)Y切割角而言，尤其在36°～42°的范圍內(nèi)為佳。對(duì)成為壓電基片材料的壓電單晶而言，最好是LiTao3或LiNbO3的單晶。
上述實(shí)施例1～6中，作為基底電極層5的材料，采用Ti，但已證實(shí)采用有效改變Al電極層4的結(jié)晶性的其他金屬(例如Cr)或以這些金屬為主成份的合金也能取得同樣效果。
實(shí)施例1～6中，將形成基底電極層5時(shí)的Ti的成膜溫度取為180℃，但成膜溫度不受此限制。關(guān)于該成膜溫度，在其變化時(shí)，由實(shí)驗(yàn)已證實(shí)Al(200)入射的X射線衍射極點(diǎn)圖的斑點(diǎn)強(qiáng)度如圖7那樣變化。
如圖7所示，利用將基底電極層6的成膜溫度取為70℃以上，在該層5上所形成Al電極層4中檢測(cè)衍射斑點(diǎn)，兩者均可為具有雙晶結(jié)構(gòu)的外延Al膜，但為了得到衍射強(qiáng)度較高(即結(jié)晶性較好)的Al膜，希望將成為基底電極層5的Ti的成膜溫度設(shè)定的較高。
再者，該成膜溫度取得過(guò)高，則會(huì)造成電燒焦，壓電基片2產(chǎn)生破裂的危險(xiǎn)性高，因而實(shí)用上希望成膜溫度為300℃以下。
實(shí)施形態(tài)和實(shí)施例中，電極層將Al作為為主成份，但將具有面小立方結(jié)晶結(jié)構(gòu)的金屬(例如Pt、Au、Cu、Ag等)作為主成份也能得到同樣的結(jié)果。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的聲表面波元件，由壓電單晶構(gòu)成的壓電基片上形成的電極所具有的電極層是外延生長(zhǎng)的取向膜，同時(shí)是具有雙晶結(jié)構(gòu)的多晶膜，該雙晶結(jié)構(gòu)在X射線衍射極點(diǎn)圖中觀察的衍射圖案具有多個(gè)對(duì)稱(chēng)中心，因而電極中能抑制小丘和空隙的發(fā)生，同時(shí)能使塑性形變難以發(fā)生，可提高聲表面波元件的耐電性。
作為上述電極層的材料，采用電阻率低且比重小的Al，則能得到良好的濾波特性。
上述聲表面波元件中，在電極層與壓電基片之間設(shè)置將例如Ti和Cr中的至少一個(gè)作為主成分用于改善電極層結(jié)晶性的基底電極層時(shí)，能進(jìn)一步改善電極層的結(jié)晶性。
本發(fā)明中，還具有在基底電極層上利用50℃以下的低溫層膜形成用于使基底電極層表面上的結(jié)晶為較結(jié)凈狀態(tài)的中間電極層的工序，如果做成在該中間電極層上形成Al電極層，則即使為了利用加熱層膜形成基底電極層而在其表面形成氧化層，也能利用中間電極層保持高取向性，同時(shí)提供用于形成Al電極層的較結(jié)凈結(jié)晶面，可使Al電極層的結(jié)晶性更加良好。
本發(fā)明中，作為壓電基片，采用由LiNbO3或LiTaO3單晶構(gòu)成的基片，則壓電性大，聲表面波元件構(gòu)成濾波器等的情況下，可使其寬帶化。
作為壓電基片，采用θ旋轉(zhuǎn)Y切割(θ＝36°～42°)的LiTaO3基片，則能更可靠更方便地提供上述那種電極層中的特別結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的聲表面波元件制造方法，在形成基底電極層的工序前，具有使壓電基片的表面露出結(jié)晶面，由此，對(duì)壓電基片施加用于使Al電極層可外延生長(zhǎng)的蝕刻處理的工序，因而壓電基片的表面上形成基底電極屏并且接著形成Al電極層時(shí)，能較可靠地對(duì)Al電極層傳達(dá)外延生長(zhǎng)所需的晶格排列信息。
根據(jù)本發(fā)明的聲表面波元件制造方法，在壓電基片上形成具有將Al作為主成份的Al電極層和設(shè)置在Al電極層與壓電基片之間用于改變Al電極層結(jié)晶性的基底電極層的電極時(shí)，利用70℃以上的加熱成膜形成基底電極層后，利用50℃以下的低溫成膜形成Al電極。
因此，形成基底電極層時(shí)，從加熱成膜提供其結(jié)晶生長(zhǎng)所需的能量，使基底電極層中得到高取向膜，能提高其上形成的Al電極層的結(jié)晶性，改善電極的抗應(yīng)力遷移性，可提高所得聲表面波元件的耐電性。
另一方面，形成Al電極層時(shí)，采用50℃以下的低溫成膜，因而Al電極層在成膜時(shí)能不發(fā)生Al與基底電極層所含材料的相互擴(kuò)散，可防止這種相互擴(kuò)散造成的Al電極層劣化。
利用加熱成膜形成基底電極層的工序中，采用300℃以下的溫度，則能可靠防止由于電燒焦而發(fā)生壓電基片破裂。
利用低溫成膜形成Al電極層的工序中，采用0℃以上的溫度時(shí)，不需要特殊的冷卻機(jī)構(gòu)，可避免其帶來(lái)的成本提高的問(wèn)題。
權(quán)利要求
1.一種聲表面波元件，其特征在于，包括壓電單晶構(gòu)成的壓電基片，以及所述壓電基片上形成的電極；所述電極是外延生長(zhǎng)的取向膜，同時(shí)具有多晶膜構(gòu)成的電極層，該電極層具有在X射線衍射極點(diǎn)圖觀察的衍射圖案有多個(gè)對(duì)稱(chēng)中心的雙晶結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的聲表面波元件，其特征在于，所述電極層將Al作為主成分。
3.如權(quán)利要求1所述的聲表面波元件，其特征在于，所述電極還具有基底電極層，設(shè)置在所述電極層與所述壓電基片之間，用于改善所述電極層的結(jié)晶性。
4.如權(quán)利要求3所述的聲表面波元件，其特征在于，所述基底電極層將Ti和Cr中的至少一個(gè)作為主成分。
5.如權(quán)利要求3所述的聲表面波元件，其特征在于，具有形成在所述基底電極層上而且上面形成所述Al電極層的中間電極層，以便所述基底電極層表面上的結(jié)晶面為更加潔凈的狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求1所述的聲表面波元件，其特征在于，所述壓電基片由LiNbO3或LiTaO3的單晶構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求6所述的聲表面波元件，其特征在于，所述壓電基片是θ旋轉(zhuǎn)Y切割(θ＝36°～42°)的LiTaO3基片。
8.如權(quán)利要求1所述的聲表面波元件，其特征在于，X射線衍射中，將X射線的入射方位取為所述電極層的(200)時(shí)，所述電極層的[111]結(jié)晶方位取向?yàn)榕cX射線衍射極點(diǎn)圖中檢測(cè)出的對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)的中心大致一致。
9.如權(quán)利要求1所述的聲表面波元件，其特征在于，X射線衍射中，將X射線的入射方位取為所述電極層的(200)時(shí)，所述X射線衍射極點(diǎn)圖的對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)中心存在2個(gè)以上，所述電極層的[111]結(jié)晶方位有2個(gè)以上的生長(zhǎng)方向，所述電極層的[111]結(jié)晶方位取向?yàn)榕c所述X射線衍射圖中檢測(cè)處的對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)中心大致一致。
10.如權(quán)利要求9所述的聲表面波元件，其特征在于，所述X射線衍射極點(diǎn)圖的對(duì)稱(chēng)斑點(diǎn)為3重對(duì)稱(chēng)或6重對(duì)稱(chēng)。
11.一種聲表面波元件的制造方法，其特征在于，該聲表面波元件包括由Y切割壓電單晶構(gòu)成的壓電基片和在所述壓電基片上形成的電極，所述電極具有將Al作為主成份的Al電極層和設(shè)置在所述Al電極層與所述壓電基片之間用于改善所述Al電極層的結(jié)晶性的基底電極層，所述Al電極層是外延生長(zhǎng)的取向膜，同時(shí)是具有X射線衍射極點(diǎn)圖中觀察的圖案有多個(gè)對(duì)稱(chēng)中心的雙晶結(jié)構(gòu)的多晶膜；所述制造方法包括以下工序準(zhǔn)備由所述Y切割壓電單晶構(gòu)成的壓電基片的工序、在所述壓電基片上形成所述基底電極層的工序，以及在所述基底電極上形成所述Al電極層的工序；而且，在形成所述基底電極層的工序前，還具有使所述壓電基片的表面露出結(jié)晶面、由此對(duì)所述壓電基片進(jìn)行可使所述Al電極層外延生長(zhǎng)用的蝕刻處理的工序。
12.如權(quán)利要求11所述的聲表面波元件的制造方法，其特征在于，作為所述蝕刻處理工序中用的蝕刻劑，采用從磷酸、焦磷酸、安息香酸、辛酸、鹽酸、硝酸、硫酸、氟酸、緩沖氟酸(BHF)和硫酸氫鉀中選擇的至少一種。
13.一種聲表面波元件的制造方法，其特征在于，該聲表面波元件具有壓電基片和所述壓電基片上形成的電極，所述電極具有將Al作為主成的Al電極層和設(shè)置在所述Al電極層與所述壓電基片之間用于改善Al電極層的結(jié)晶性的基底電極層；所述制造方法包括以下工序準(zhǔn)備所述壓電基片的工序、利用70℃以上的加熱或成膜在所述壓電基片上形成所述基底電極層的工序，以及接著利用50℃以下的低溫成膜形成所述Al電極層的工序。
14.如權(quán)利要求13所述的聲表面波元件的制造方法，其特征在于，用300℃以下的溫度實(shí)施利用加熱成膜形成所述基底電極層的工序。
15.如權(quán)利要求13所述的聲表面波元件的制造方法，其特征在于，用0℃以上的溫度實(shí)施利用低溫成膜形成所述Al電極層的工序。
16.如權(quán)利要求13所述的聲表面波元件的制造方法，其特征在于，所述壓電基片由Y切割壓電單晶構(gòu)成。
17.如權(quán)利要求16所述的聲表面波元件的制造方法，其特征在于，所述壓電基片由LiNbO3或LiTaO3的單晶構(gòu)成。
18.如權(quán)利要求17所述的聲表面波元件的制造方法，其特征在于，所述壓電基片是θ旋轉(zhuǎn)Y切割(θ＝36°～42°)的LiTaO3基片。
19.如權(quán)利要求13所述的聲表面波元件的制造方法，其特征在于，在形成所述Al電極層的工序中，形成所述Al電極層、使其具有雙晶結(jié)構(gòu)的外延膜。
20.如權(quán)利要求19所述的聲表面波元件的制造方法，其特征在于，在形成所述基底電極層的工序前，還具有使所述壓電基片的表面露出結(jié)晶面，由此對(duì)所述壓電基片進(jìn)行可使所述Al電極層外延生長(zhǎng)用的蝕刻處理的工序。
21.如權(quán)利要求13所述的聲表面波元件的制造方法，其特征在于，所述基底電極層將Ti和Cr中的至少一個(gè)作為主成分。
22.如權(quán)利要求13所述的聲表面波元件的制造方法，其特征在于，還包括利用50℃以下的低溫成膜在所述基底電極層上形成用于使所述基底電極層表面上的結(jié)晶面為更加潔凈的狀態(tài)的中間電極層的工序；在形成所述Al電極層的工序中，在所述中間電極層形成所述Al電極層。
23.如權(quán)利要求22所述的聲表面波元件的制造方法，其特征在于，所述中間電極層將Ti和Cr中的至少一個(gè)作為主成分。
24.如權(quán)利要求22所述的聲表面波元件的制造方法，其特征在于，所述中間電極層由與所述基底電極層相同的材料構(gòu)成。
25.如權(quán)利要求22所述的聲表面波元件的制造方法，其特征在于，用0℃以上的溫度實(shí)施利用低溫成膜形成所述中間電極層的工序。
全文摘要
提供改善電極的抗應(yīng)力遷移性，從而耐電性優(yōu)良的聲表面波元件。例如為了在θ旋轉(zhuǎn)Y切割(θ＝36°～42°)的LiTaO
文檔編號(hào)H03H9/02GK1430330SQ0216050
公開(kāi)日2003年7月16日 申請(qǐng)日期2002年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月27日
發(fā)明者中川原修, 佐伯昌彥, 井上和裕 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所