專利名稱：彈性表面波濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有梳狀電極等形成在基片上的電極的彈性表面波濾波器及其制造方法。
背景技術(shù)：
在特開(kāi)平3-14308號(hào)中公開(kāi)的現(xiàn)有的彈性表面波器件具備壓電基片和設(shè)在它上面的微量添加了Cu、Ti、Ni、Mg、Pd等耐移動(dòng)特性優(yōu)秀的添加物的、晶體取向沿一定方向取向的外延生長(zhǎng)鋁膜電極，該膜具有防止移動(dòng)的功能。
它的電極是由外延生長(zhǎng)鋁膜所組成的單層膜，它的電極粒徑成長(zhǎng)到與膜厚相同的程度。因此，當(dāng)電極大于某一厚度時(shí)，它對(duì)伴隨彈性表面波傳輸而產(chǎn)生的應(yīng)力變的脆弱、耐電功率性退化。特別是在沒(méi)有晶界的單結(jié)晶膜的電極中，長(zhǎng)時(shí)間的施加應(yīng)力時(shí)形成亞晶界，結(jié)果是應(yīng)力集中在它的部分上，相反的對(duì)伴隨彈性表面波的傳輸產(chǎn)生的應(yīng)力變的脆弱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供提高了對(duì)伴隨彈性表面波傳輸產(chǎn)生的應(yīng)力的耐性的彈性表面波(SAW)濾波器。
SAW濾波器具備基片和設(shè)在基片上的、對(duì)所述基片以一定方向取向的、具有膜厚小于200nm的金屬層的電極。
SAW濾波器的制造方法包括形成具有包含Al金屬層的電極的電極形成工程和與所述電極同時(shí)、在所述電極的側(cè)壁上由濺射腐蝕形成Al擴(kuò)散防止層的至少一部分的工程。


圖1是本發(fā)明實(shí)施方式中的彈性表面波(SAW)濾波器的立體圖。
圖2是實(shí)施方式中的SAW濾波器的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施方式1的實(shí)施例1中的SAW濾波器的關(guān)鍵部位梳型電極的剖面圖。
圖4是實(shí)施方式1的實(shí)施例2中的SAW濾波器的關(guān)鍵部位梳型電極的剖面圖。
圖5是實(shí)施方式1的實(shí)施例3中的SAW濾波器的關(guān)鍵部位梳型電極的剖面圖。
圖6是實(shí)施方式1的實(shí)施例4中的SAW濾波器的關(guān)鍵部位梳型電極的剖面圖。
圖7是實(shí)施方式1的比較例1中的SAW濾波器的關(guān)鍵部位梳型電極的剖面圖。
圖8是實(shí)施方式1的比較例2中的SAW濾波器的關(guān)鍵部位梳型電極的剖面圖。
圖9是實(shí)施方式1的比較例3中的SAW濾波器的關(guān)鍵部位梳型電極的剖面圖。
圖10是實(shí)施方式1的比較例4中的SAW濾波器的關(guān)鍵部位梳型電極的剖面圖。
圖11是本發(fā)明實(shí)施方式2的實(shí)施例5中的SAW濾波器的關(guān)鍵部位梳型電極的剖面圖。
圖12是實(shí)施方式2的實(shí)施例6中的SAW濾波器的關(guān)鍵部位梳型電極的剖面圖。
圖13是實(shí)施方式2的實(shí)施例7中的SAW濾波器的關(guān)鍵部位梳型電極的剖面圖。
圖14是實(shí)施方式2的實(shí)施例8中的SAW濾波器的關(guān)鍵部位梳型電極的剖面圖。
圖15是實(shí)施方式2的比較例5中的SAW濾波器的關(guān)鍵部位梳型電極的剖面圖。
圖16是實(shí)施方式3的實(shí)施例9中的SAW濾波器的關(guān)鍵部位梳型電極的剖面圖。
圖17是實(shí)施方式3的實(shí)施例10中的SAW濾波器的關(guān)鍵部位梳型電極的剖面圖。
圖18是實(shí)施方式3的實(shí)施例11中的SAW濾波器的關(guān)鍵部位梳型電極的剖面圖。
圖19是實(shí)施方式3的實(shí)施例12中的SAW濾波器的關(guān)鍵部位梳型電極的剖面圖。
圖20是實(shí)施方式3的比較例6中的SAW濾波器的關(guān)鍵部位梳型電極的剖面圖。
圖21是本發(fā)明實(shí)施方式4的實(shí)施例13、14、比較例7、8、9、10中的SAW濾波器的關(guān)鍵部位梳型電極的剖面圖。
圖22是實(shí)施方式4的實(shí)施例15、16中的SAW濾波器的關(guān)鍵部位梳型電極的剖面圖。
圖23是實(shí)施方式4的實(shí)施例17、18中的SAW濾波器的關(guān)鍵部位梳型電極的剖面圖。
圖24是本發(fā)明實(shí)施方式5的實(shí)施例19、20中的SAW濾波器的關(guān)鍵部位梳型電極的剖面圖。
圖25是實(shí)施方式5的實(shí)施例21、22中的SAW濾波器的關(guān)鍵部位梳型電極的剖面圖。
圖26是實(shí)施方式5的實(shí)施例23中的SAW濾波器的關(guān)鍵部位梳型電極的剖面圖。
圖27是實(shí)施方式5的比較例23中的SAW濾波器的關(guān)鍵部位梳型電極的剖面圖。
符號(hào)說(shuō)明1-基片、2-電極、3-底層、4-第1層、5-第2層、6-第3層、7-臺(tái)階部、8-擴(kuò)散防止層、9-保護(hù)膜。
具體實(shí)施例方式
(實(shí)施方式1)
圖1是本發(fā)明實(shí)施方式中的彈性表面波(SAW)濾波器的立體圖，圖2是濾波器的結(jié)構(gòu)圖。SAW濾波器具備基片1和形成在基片上面上的由電極2組成的彈性波諧振器，是5個(gè)諧振器梯子型連接的所謂梯式表面彈性波濾波器。電極2由梳狀電極21及反射器22構(gòu)成。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，基片1是鉭酸鋰的36°旋轉(zhuǎn)Y切基片。還有，在實(shí)施方式1中說(shuō)明了梳狀電極的梳間距約為0.6μm、中心頻率1.8GHz的帶通濾波器。
圖3～圖6是實(shí)施方式1中實(shí)施例1～4的SAW濾波器的關(guān)鍵部位電極的剖面圖。圖7～圖10是比較例1～4的SAW濾波器的電極的剖面圖。
實(shí)施例1的電極102如圖3所示那樣，是形成在基片1上的膜厚200nm的第1層4。
實(shí)施例2的電極112如圖4所示那樣，具有從基片1一側(cè)順序疊層形成的膜厚200nm的第1層4和防止第1層的Al原子對(duì)基片的垂直方向的晶界擴(kuò)散的第2層5。
實(shí)施例3的電極122如圖5所示那樣，具有從基片1順序疊層形成的底層3和膜厚200nm的第1層4。
實(shí)施例4的電極132如圖6所示那樣，具有從基片1起順序疊層形成的底層3、膜厚200nm的第1金屬層4和防止第1金屬層的晶界擴(kuò)散的層5。
比較例1的電極142如圖7所示那樣，是形成在基片1上的膜厚200nm的金屬層4。
比較例2的電極152如圖8所示那樣，是形成在基片1上的膜厚250nm的金屬層4。
比較例3的電極162如圖9所示那樣，具有從基片1起順序疊層形成的膜厚200nm的第1金屬層4和防止第1金屬層的Al原子對(duì)基片垂直方向的晶界擴(kuò)散的第2金屬層5。
比較例4的電極172如圖10所示那樣，具有從基片1起順序疊層形成的成為底層的第1金屬層3和膜厚200nm的第2金屬層4。
實(shí)施例1～4及比較例1～4的電極各層的材料及膜厚、成膜方法示于表1。
(表1)

※IBS離子束濺射，DCMSDC磁控濺射※在材料欄中*表示(111)的取向膜※膜厚的單位nm如表1所示的那樣，在實(shí)施方式1中Al或者以Al為主體的金屬是AlZrCu合金。具有底層及第2層的電極除比較例4外用的是Ti。比較例4中底層用的是Cr。成膜方法使用的是離子束濺射及DC磁空濺射法中的任何一種。在這些電極膜成膜后，用X線衍射的θ-2θ法調(diào)查了這些電極膜，其結(jié)果是電極的取向性在離子束濺射成膜電極膜的實(shí)施例1、實(shí)施例2、比較例2及底層3用Ti的實(shí)施例3、實(shí)施例4的AlZrCu中僅觀測(cè)到Al的(111)面的峰值，確認(rèn)Al合金層成為了(111)軸對(duì)基片垂直方向取向的取向膜。其他的電極膜沒(méi)有觀測(cè)到從特定結(jié)晶面來(lái)的峰值，確認(rèn)它不是取向膜、是無(wú)取向的多晶膜。實(shí)施方式1中所用的濾波器的設(shè)計(jì)膜厚在使用Al電極的情況下是200nm。伴隨電極的厚度及材料而來(lái)的特性的偏離可用改變梳狀電極的節(jié)距進(jìn)行調(diào)節(jié)，使中心頻率幾乎成為1.8GHz。電極由光刻及干法刻蝕形成圖形。圖形形成后切割、分割成芯片，芯片裝片在陶瓷管座上，由引線焊接進(jìn)行電器連接。然后，在氮?dú)鈿夥罩袑⑸w溶接氣密封接、作成具有電極的SAW濾波器。
對(duì)于本實(shí)施例中作成的濾波器，在器件上施加梯型濾波器最弱點(diǎn)的通帶中最高頻率的信號(hào)進(jìn)行耐電功率性試驗(yàn)。試驗(yàn)開(kāi)始后，定期的中斷試驗(yàn)測(cè)量SAW濾波器的特性。定義通帶的插入損耗增加到大于0.5dB時(shí)的這一點(diǎn)為器件的退化，從試驗(yàn)開(kāi)始后到器件退化的總試驗(yàn)時(shí)間為壽命。在加速退化試驗(yàn)中，加速退化的主要因素用的是電功率和溫度。進(jìn)行了兩類加速退化試驗(yàn)，一類是保持芯片表面的溫度一定、在幾個(gè)施加電功率下測(cè)定壽命的電功率加速退化試驗(yàn)，另一類是保持施加的電功率一定、在幾個(gè)芯片溫度下測(cè)量壽命的溫度加速退化試驗(yàn)。從兩類的試驗(yàn)結(jié)果使用艾林模型推定在電功率1W、環(huán)境溫度50℃時(shí)的壽命。耐電功率性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是5萬(wàn)小時(shí)以上。表2示出具有表1所示電極的SAW濾波器的推定壽命。在表2中也一并示出AlZrCu金層的各電極膜的結(jié)晶粒徑。
(表2)

從表2可以看出采用實(shí)施例1～4的電極的SAW濾波器推定壽命超過(guò)5萬(wàn)小時(shí)，比較例1～4的濾波器低于5萬(wàn)小時(shí)。AlZrCu層的結(jié)晶粒徑的那一個(gè)電極都是幾乎與膜厚相同程度。但是，比較例2的濾波器盡管壽命不超過(guò)5萬(wàn)小時(shí)，但與其他比較例不同耐電功率性改善了。實(shí)施例1的電極和比較例2的電極的區(qū)別在于其膜厚和結(jié)晶粒徑。導(dǎo)體膜的情況下，其結(jié)晶粒徑與膜厚成比例的變大。在將取向膜的單層電極作為電極膜的SAW濾波器中，在電極的膜厚低于200nm下壽命超過(guò)5萬(wàn)小時(shí)。但是，考慮耐電功率性的參差不齊，希望最好將膜厚設(shè)定的小于100nm。從這些結(jié)果可知，為了得到耐電功率性高的電極，由Al或者以Al為主體的層組成取向膜，而且結(jié)晶粒徑小是必要的。為了使結(jié)晶粒徑小，限制膜厚是有效的。
(實(shí)施方式2)圖11～圖14是本發(fā)明實(shí)施方式2中的實(shí)施例5～8的彈性表面波(SAW)濾波器的關(guān)鍵部件電極的剖面圖。圖15是比較例5的SAW濾波器的電極的剖面圖。
實(shí)施例5的電極182如圖11所示，是形成在基片1的臺(tái)階部7的頂部上的膜厚200nm的第1層4。
實(shí)施例6的電極192如圖12所示，具有形成在基片1的臺(tái)階部7的頂部上的、從基片1起順序疊層的底層3和膜厚200nm的第一層4。
實(shí)施例7的電極202如圖13所示，具有形成在基片1的臺(tái)階部7的頂部上的、從基片1起順序疊層形成的膜厚200nm的第1金屬層4和防止第1金屬層的晶界擴(kuò)散的第2層5。
實(shí)施例8的電極212如圖14所示，具有形成在基片臺(tái)階部7的頂部上的、從基片1起順序疊層形成的底層3和膜厚200nm的第1金屬層4和防止第1金屬層的晶界擴(kuò)散的第2層5。
比較例5的電極222如圖15所示，是形成在基片1上的膜厚300nm的金屬層4。
實(shí)施例5～9及比較例5的電極的各層的材料及膜厚、成膜方法示于表3。
(表3) ※IBS離子束濺射，DCMSDC磁控濺射※在材料欄中*表示(111)的取向膜※膜厚的單位nm如表3所示，本實(shí)施方式2中的Al或者以Al為主體的金屬層使用的是AlMgCu合金。底層及具有第2層的電極用的是Ti。電極用離子束濺射及DC磁控濺射中的任何一種方法成膜。對(duì)這些電極膜，在電極膜成膜后用X線衍射的θ-2θ法調(diào)查了這些電極膜的取向性，實(shí)施例5、實(shí)施例6、實(shí)施例7、實(shí)施例8、比較例5中都是在AlMgCu層中，僅僅觀測(cè)到Al的(111)面的峰值，確認(rèn)Al合金層成為(111)軸對(duì)基片垂直方向取向的取向膜。實(shí)施方式2中濾波器的結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式1相同，使用設(shè)計(jì)膜厚300nm的Al電極、試驗(yàn)過(guò)中心頻率幾乎為1.75GHz的濾波器。對(duì)于伴隨電極的厚度及材料特性的偏離，由改變?cè)O(shè)在基片上的臺(tái)階部的高差將中心頻率調(diào)節(jié)到幾乎1.75GHz。因此，實(shí)施例5～8及比較例5的梳型電極的電極間節(jié)距幾乎一致。電極由光刻及反應(yīng)離子刻蝕法形成圖形。刻蝕氣體用的是BCl3和Cl2的混合氣體。因此，在反應(yīng)離子刻蝕中，在用Cl*基及BCl3*基進(jìn)行化學(xué)腐蝕的同時(shí)，由BCl3+離子進(jìn)行濺射刻蝕形成圖形。在實(shí)施例5～8中，由控制刻蝕時(shí)間形成基片的臺(tái)階部。將形成圖形后的基片切斷分割、被分割的各個(gè)芯片裝片到陶瓷管座上。進(jìn)一步，各芯片由引線焊接進(jìn)行電器連接。然后，在氮?dú)鈿夥障?，溶接蓋進(jìn)行氣密密封，作成具有各電極的SAW濾波器。
用與實(shí)施方式1的情況同樣的方法，對(duì)實(shí)施方式2的濾波器的耐電功率性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。表4示出了具有表3所示電極的SAW濾波器的推定壽命。在表4中同時(shí)示出了各電極膜的AlMgCu的結(jié)晶粒徑。
(表4)

如從表4所明白的那樣，用實(shí)施例5～8的電極的SAW濾波器超過(guò)了目標(biāo)推定壽命5萬(wàn)小時(shí)，而比較例5的濾波器卻小于5萬(wàn)小時(shí)。還有，AlMgCu層的結(jié)晶粒徑那一個(gè)電極也是幾乎與膜厚相同的程度。如前所述，實(shí)施方式2的濾波器的Al電極的設(shè)計(jì)膜厚是300nm。在基片上設(shè)置臺(tái)階部、將臺(tái)階部作為電極的一部分，將Al或者以Al為主體的金屬層的膜厚設(shè)置的小于200nm，由此，濾波器能實(shí)現(xiàn)與實(shí)施方式1所示的實(shí)施例1～4的電極同程度的耐電功率性，能實(shí)現(xiàn)耐電功率性目標(biāo)的大于5萬(wàn)小時(shí)的壽命。從這些結(jié)果可知，為實(shí)現(xiàn)期望的濾波器特性，必須將電極膜膜厚設(shè)置的大于200nm的SAW濾波器中，為了在實(shí)現(xiàn)期望的特性的同時(shí)提高耐電功率性，在基片上設(shè)置臺(tái)階部、將臺(tái)階部作為電極的一部分，同時(shí)將Al或者以Al為主體的層的膜厚設(shè)置的小于200nm使結(jié)晶粒徑變小的取向膜是有效的。
(實(shí)施方式3)
圖16～圖19是本發(fā)明實(shí)施方式3中實(shí)施例9～12的彈性表面波(SAW)濾波器關(guān)鍵部位電極的剖面圖。圖20是比較例6的SAW濾波器電極的剖面圖。
實(shí)施例9的電極232如圖16所示，具有從基片1起順序疊層形成的膜厚200nm的第1金屬層4和防止第1金屬層4的Al原子對(duì)基片垂直方向晶界擴(kuò)散的第2金屬層5和調(diào)節(jié)電極232膜厚的第3層6。
實(shí)施例10的電極242如圖17所示，具有從基片1起順序疊層形成的底層3、膜厚200nm的第1金屬層4、防止第1金屬層4的Al原子對(duì)基片垂直方向晶界擴(kuò)散的第2層5和調(diào)節(jié)電極242膜厚的第3層6。
實(shí)施例11的電極252如圖18所示，具有形成在基片1的臺(tái)階部7的頂部上的膜厚200nm的第1金屬層4、防止第1金屬層4的Al原子對(duì)基片垂直方向晶界擴(kuò)散的第2層5和調(diào)節(jié)電極252膜厚的第3層6。
實(shí)施例12的電極262如圖19所示，具有形成在基片1的臺(tái)階部7的頂部上的、從基片1起順序疊層形成的底層3、膜厚200nm的第1金屬層4、防止第1金屬層4的晶界擴(kuò)散的第2層5和調(diào)節(jié)電極262膜厚的第3層6。
比較例6的電極272如圖20所示，具有從基片1側(cè)起順序疊層形成的底層3、膜厚200nm的第1金屬層4、防止第1金屬層4的Al原子對(duì)基片垂直方向晶界擴(kuò)散的第2層5和調(diào)節(jié)電極272膜厚的第3層6。
表5示出實(shí)施例5～9及比較例5的電極各層的材料及膜厚、成膜方法。
(表5)

※IBS離子束濺射，DCMSDC磁控濺射※在材料欄中*表示(111)的取向膜※膜厚的單位nm如表5所示那樣，在實(shí)施方式3中Al或者以Al為主體的金屬用的是AlMg合金。底層及第2層用的是Ti。層由離子束濺射及DC磁空濺射中任何一個(gè)成膜。電極膜成膜后用X線衍射的θ-2θ法調(diào)查了各電極的取向性，實(shí)施例9、實(shí)施例10、實(shí)施例11、實(shí)施例12、比較例6的無(wú)論那一個(gè)就AlMg層僅僅觀察到Al的(111)面的峰值，確認(rèn)Al合金層成為(111)軸對(duì)基片垂直方向取向的取向膜。但是，由于電極具有第1層及第3層的兩層的AlMg層，底層及第1層的樣品用其他的途徑在同一成膜條件下作成、確認(rèn)它的取向性。在實(shí)施方式3中所用的濾波器的結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式1中是相同的，但是，具有設(shè)計(jì)膜厚480nm的Al電極的濾波器的中心頻率設(shè)計(jì)的幾乎成為800MHz。對(duì)于伴隨電極的厚度及材料產(chǎn)生的特性的偏差，能夠用改變?cè)O(shè)在基片上的臺(tái)階部的高差及第3層的層厚將濾波器的中心頻率調(diào)節(jié)為幾乎800MHz那樣。因此，實(shí)施例9～12及比較例6的梳形電極的電極間節(jié)距幾乎一致。電極及濾波器用與實(shí)施方式2同樣的方法作成。
在實(shí)施方式3中也與實(shí)施方式1的情況一樣，評(píng)價(jià)了濾波器的耐電功率性。表6示出具有表5所示的各電極的SAW濾波器的推定壽命。在表6中也一并示出各電極膜第1層的AlMg層的結(jié)晶粒徑。
(表6)

※結(jié)晶粒徑表示第1層的結(jié)晶粒徑。
如從表6明白的那樣，用實(shí)施例9～12的電極的SAW濾波器的推定壽命超過(guò)5萬(wàn)小時(shí)，而在比較例6中小于5萬(wàn)小時(shí)。還有，各電極膜的第1層的AlMg層的結(jié)晶粒徑無(wú)論那個(gè)電極都是與層厚相同程度。在實(shí)施方式2中如前述的那樣所用的濾波器的Al電極的設(shè)計(jì)膜厚是480nm，由在Al或者以Al為主體的第1層上設(shè)置限制所述第1層層厚的第2層及調(diào)整電極膜厚的第3層，或者在基片上設(shè)置臺(tái)階部將它作為電極一部分的方法，將第1金屬層的膜厚設(shè)置的小于200nm。由此，濾波器具有高耐電功率性，并具有大于耐電功率性目標(biāo)的5萬(wàn)小時(shí)的壽命。在實(shí)施例9、實(shí)施例10的濾波器中試驗(yàn)后除電極退化部分以外，在梳形電極的表面上也觀察到因Al擴(kuò)散形成的希羅克斯合金。這是因?yàn)锳l原子的擴(kuò)散引起膜厚調(diào)整層第3的退化。另一方面，在實(shí)施例11、實(shí)施例12中沒(méi)有觀察到這種現(xiàn)象，由此可知Al或者以Al為主體的第3層的厚度最好小于200nm。進(jìn)一步，也可以在第3層上設(shè)置抑制從第3層來(lái)的Al原子擴(kuò)散的第4層。還有，對(duì)實(shí)施例11、實(shí)施例12、比較例6的濾波器觀察試驗(yàn)后的電極發(fā)現(xiàn)雖然沒(méi)有觀察到在電極表面上的因Al原子擴(kuò)散引起的希羅克斯合金，但在梳狀電極間觀察到側(cè)面希羅克斯合金發(fā)生。從這些結(jié)果可知，為了得到希望的濾波器特性將電極膜的膜厚設(shè)置的大于200nm實(shí)現(xiàn)SAW濾波器的特性的同時(shí)，為了提高耐電功率性，需要在Al或者以Al為主體的膜厚小于200nm的第1層上設(shè)置限制所述第1層層厚的第2層及調(diào)整電極膜厚的第3層。進(jìn)一步，使第3層不致太厚那樣的，在基片上設(shè)置臺(tái)階部將它作為電極的一部分，將Al或者以Al為主體的層的膜厚設(shè)置在200nm以下使結(jié)晶粒徑變小。
(實(shí)施方式4)圖21～圖23是本發(fā)明實(shí)施方式4的實(shí)施例13～18的彈性表面波(SAW)的關(guān)鍵部位電極的剖面圖。比較例7～10的SAW濾波器的電極的剖面圖與圖21的電極一樣。
實(shí)施例13、14的電極282如圖21所示，具有從基片1起順序疊層形成的Al或者以Al為主體的膜厚200nm的第1金屬層4、防止第1金屬層的Al原子對(duì)基片垂直方向的晶界擴(kuò)散的第2層5和調(diào)節(jié)電極282膜厚的第3層6。在電極282的側(cè)壁上形成防止第1金屬層4的Al原子的晶界擴(kuò)散的擴(kuò)散防止層8。如圖21所示那樣擴(kuò)散防止層8沒(méi)有延伸到基片上。
實(shí)施例15、16的電極292如圖22所示，具有從基片1起順序疊層形成的底層3、膜厚200nm的第1金屬層4、防止第1金屬層4的Al原子對(duì)基片垂直方向晶界擴(kuò)散的第2層5和調(diào)節(jié)電極292膜厚的第3層6。在電極292的側(cè)壁上形成防止第1金屬層4的Al原子晶界擴(kuò)散的擴(kuò)散防止層8。如圖22所示那樣，擴(kuò)散防止層8雖然沒(méi)有到達(dá)基片，但覆蓋了第1金屬層4、第2層5、第3層6的側(cè)壁及底層3的側(cè)壁的一部分。
實(shí)施例17、18的電極302如圖23所示，具有形成在基片1的臺(tái)階部7的頂部上的膜厚200nm的第1金屬層4、防止第1金屬層4的Al原子對(duì)基片垂直方向晶界擴(kuò)散的第2層5和調(diào)節(jié)電極302膜厚的第3層6。在電極302的側(cè)壁上形成防止第1金屬層4的Al原子晶界擴(kuò)散的擴(kuò)散防止層8。如圖23所示那樣，擴(kuò)散防止層8沒(méi)有到達(dá)基片底部。但是，擴(kuò)散防止層8覆蓋第1金屬層4、第2層5、第3層6的側(cè)壁及基片1的臺(tái)階部7的側(cè)壁的一部分。
比較例7、8、9、10的電極與實(shí)施例13、14一樣，其結(jié)構(gòu)如圖21所示。
表7示出實(shí)施例13～18及比較例7～10的電極各層的材料及厚度、成膜方法。
(表7) ※IBS離子束濺射，DCMSDC磁控濺射※在材料欄中*表示(111)的取向膜※膜厚的單位nm如表7所示，在實(shí)施方式4中Al或者以Al為主體的金屬4用的是AlMg合金。底層用的是Ti。還有，在實(shí)施例13、實(shí)施例15、實(shí)施例17、比較例7、比較例8中第2層用的是Ti，在實(shí)施例14、實(shí)施例16、實(shí)施例18、比較例8、比較例10中第2層用的是Cu。該層用離子束濺射及DC磁控濺射中的任何一種成膜。這些電極膜成膜后，用X線衍射的θ-2θ法調(diào)查了各電極的取向性，實(shí)施例13～18、比較例9、10都是就AlMg層僅僅觀察到Al的(111)面的峰值，確認(rèn)Al合金層成為(111)軸對(duì)基片垂直方向取向的取向膜。但是，由于AlMg層是第1和第3層的兩層膜，是用別的途徑在同一條件下作成底層及第1層的2層樣品，確認(rèn)它的取向性的。就比較例7、8來(lái)說(shuō)，沒(méi)有觀察到從特定結(jié)晶面來(lái)的峰值，確認(rèn)它不是取向膜是無(wú)取向的多晶膜。在實(shí)施方式4中所用的濾波器的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)與本發(fā)明實(shí)施方式3相同。電極全是用Ar+離子的離子洗法形成圖形。離子洗法是為了由濺射物理的形成圖形將濺射原子的一部分粘附在電極側(cè)壁上，與電極形成的同時(shí)形成擴(kuò)散防止層。但是，并不能完全覆蓋電極側(cè)壁，擴(kuò)散防止層不形成到基片底部。
表8示出具有表7所示的各電極的各SAW濾波器的推定壽命。還有，在表8中一并示出了各電極膜的第1層的AlMg層的結(jié)晶粒徑。
(表8)

※結(jié)晶粒徑表示第1層的結(jié)晶粒徑。
如從表8所明白的那樣，采用實(shí)施例13～18的電極的SAW濾波器超過(guò)了目標(biāo)的推定壽命5萬(wàn)小時(shí)，而比較例7～10的濾波器低于5萬(wàn)小時(shí)。還有，各電極膜第1層的AlMg層的結(jié)晶粒徑在各電極中都是與層厚相同程度。在實(shí)施例13、實(shí)施例14及比較例中，試驗(yàn)后除電極退化部分外，在梳狀電極側(cè)壁上也觀察到側(cè)面希羅克斯合金的形成。該側(cè)面希羅克斯合金發(fā)生在設(shè)在電極的側(cè)壁上的為防止第1金屬層的Al原子的晶界擴(kuò)散而設(shè)置的擴(kuò)散防止層和基片之間。在實(shí)施例15～實(shí)施例18中，在電極退化部分以外沒(méi)有觀察到電極的退化。因此，考慮是由于擴(kuò)散防止層覆蓋了底層的一部分或者一直覆蓋到基片臺(tái)階部的側(cè)壁的一部分，而且，完全覆蓋了第1金屬層，抑制了Al原子向電極側(cè)壁的晶界擴(kuò)散。還有，在第2金屬層上采用Cu的濾波器與采用Ti的濾波器相比，耐電功率性提高了。由于Cu是對(duì)Al的擴(kuò)散系數(shù)比Al的自擴(kuò)散系數(shù)還大的金屬，在器件制作工程中的加熱工程中，Cu在第2層的粒界中擴(kuò)散、Al原子的晶界擴(kuò)散的路徑被Cu原子堵塞了。因此，Al原子沿基片水平方向的晶界擴(kuò)散也被抑制。Cu不僅在Al中容易擴(kuò)散，與Al之間簡(jiǎn)單的形成金屬間化合物，而且，第2層的粒徑也容易長(zhǎng)大。因此，由于工程中的溫度變化和Cu層的膜厚等大大改變Al原子抑制效果，更進(jìn)一步，電極膜的電阻值也容易上升，濾波器的耐電功率性、濾波特性也一起偏差多了起來(lái)。因此，采用對(duì)Al的擴(kuò)散系數(shù)比Al的自擴(kuò)散系數(shù)大的金屬作第2層時(shí)對(duì)耐電功率性的效果大，在各自的濾波器中有層厚的最佳值，工程的管理特別是加熱工程的管理是必要的。特別是，Al或者以Al為主體的金屬的第1層的層厚在200nm以下的情況下，最好Cu的第2層的層厚小于20nm、理想的是小于10nm。還有，工程中的加熱工程中溫度最好低于250℃，理想的是低于200℃。雖然采用對(duì)Al的擴(kuò)散系數(shù)比Al的自擴(kuò)散系數(shù)還小的金屬的第2層對(duì)Al或者以Al為主體的金屬的第1層的Al原子對(duì)基片水平方向的晶界擴(kuò)散的抑制效果不能期待太高，但是，濾波器的耐電功率性及特性卻是穩(wěn)定的。從這些結(jié)果可知抑制Al或者以Al為主體的金屬的第1層的Al原子對(duì)基片水平方向的晶界擴(kuò)散的擴(kuò)散抑制層完全覆蓋第1層的側(cè)壁是有效的。形成擴(kuò)散抑制層的方法由濺射刻蝕進(jìn)行圖形形成，進(jìn)一步設(shè)置底層或者切削基片形成臺(tái)階部是有效的。還有，用這種方法在電極側(cè)壁上形成的擴(kuò)散抑制層自然的成為與Al或者以Al為主體的第1金屬層和底層或者基片材料的合金層或者疊層膜，耐移動(dòng)性好。
(實(shí)施方式5)圖24～圖26是實(shí)施方式5的實(shí)施例19～23的彈性表面波(SAW)濾波器的關(guān)鍵部位電極的剖面圖。圖27是比較例11的SAW濾波器的電極的剖面圖。
實(shí)施例19、20的電極312如圖24所示，具有形成在基片1的臺(tái)階部7的頂部上的膜厚200nm的第1金屬層4、防止第1金屬層的Al原子對(duì)基片垂直方向晶界擴(kuò)散的第2層5和調(diào)節(jié)電極312膜厚的第3層6。還有，在電極圖形形成后，在實(shí)施例19中在電極312上形成厚度100nm的氮化硅膜的保護(hù)膜9，在實(shí)施例20中在電極312上形成厚度100nm的氧化硅保護(hù)膜9。用電子顯微鏡觀察的結(jié)果、如圖24所示的那樣，在基片臺(tái)階部的梳狀電極和電極間的基片的底部的邊界部分保護(hù)膜沒(méi)有充分的形成膜、變的不連續(xù)。
實(shí)施例21、22的電極322如圖25所示，具有從基片起順序疊層形成的底層3、膜厚200nm的第1金屬層4、防止第1金屬層的Al原子對(duì)基片垂直方向的晶界擴(kuò)散的第2層5和調(diào)節(jié)電極322膜厚的第3層6。形成電極322后，在實(shí)施例21中在電極322上形成厚100nm的氮化硅保護(hù)膜，在實(shí)施例22中在電極322上形成厚100nm的氧化硅保護(hù)膜9。在電子顯微鏡的觀察中看到如圖25所示那樣，保護(hù)膜9在底層3和基片1的底部的邊界部分沒(méi)有充分的形成膜，成為不連續(xù)。
實(shí)施例23的電極332如圖26所示，具有從基片1起順序疊層形成的底層3、膜厚200nm的第1金屬層4、防止第1金屬層的Al原子對(duì)基片垂直方向的晶界擴(kuò)散的第2金屬層5和調(diào)節(jié)電極332膜厚的第3層6。形成電極332后，在電極332上形成厚50nm的氮化硅9a和厚50nm的氧化硅9b。用電子顯微鏡觀察看到如圖26所示那樣的，保護(hù)膜9a和9b在底層3與基片1的底部的邊界部分沒(méi)有充分的形成膜，成為不連續(xù)的。
比較例11的電極342如圖27所示那樣的，具有膜厚200nm的第1金屬層4、防止第1金屬層的Al原子對(duì)基片垂直方向的晶界擴(kuò)散的第2層5和調(diào)節(jié)電極342膜厚的第3層6。電極形成后，在電極342上形成厚100nm的氮化硅保護(hù)膜9。用電子顯微鏡觀察看到如圖27所示那樣的，在電極342和基片1的底部間的邊界部分沒(méi)有充分的形成保護(hù)膜9，成為不連續(xù)的。
實(shí)施例19～23及比較例11的電極的各層的材料及膜厚、成膜方法示于表9。
(表9) ※IBS離子束濺射，DCMSDC磁控濺射※在材料欄中*表示(111)的取向膜※膜厚的單位nm如表9所示，在實(shí)施方式5中Al或者以Al為主體的金屬用的是AlMg合金。底層3及第2層5用的是Ti。這些層用離子束濺射及DC磁控濺射中的任何一種成膜。這些電極膜成膜后，用X線衍射的θ-2θ法觀察了各電極的取向性，在實(shí)施例19～23、比較例11的全部AlMg層中僅僅觀察到Al的(111)面的峰值，確認(rèn)Al合金層成為(111)軸對(duì)基片垂直方向取向的取向膜。但是，就全部樣品來(lái)說(shuō)，由于AlMg層是第1及第3層的2層，第1層或者底層及第1層的樣品由其他途徑在同一條件下作成確認(rèn)其取向性。在實(shí)施方式5中所用的濾波器的結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式1的相同。具有設(shè)計(jì)膜厚480nm的Al電極時(shí)、使用的濾波器中心波長(zhǎng)幾乎為800MHz。電極由光刻及干法刻蝕形成。在形成電極后形成保護(hù)膜，然后，為了進(jìn)行電氣連接用腐蝕法去除部分的保護(hù)膜。而且，將諧振器面朝下的封裝在氧化鋁基片上。在實(shí)施方式5中濾波器沒(méi)有氣密封接。與實(shí)施方式1一樣也對(duì)實(shí)施方式5的濾波器的耐電功率性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。盡管濾波器形成了保護(hù)膜，還是在表面暴露在大氣的狀態(tài)下評(píng)價(jià)的。表10示出具有表9所示各電極的SAW濾波器的推定壽命。在表10中一并示出了各電極膜的第1層的AlMg的結(jié)晶粒徑。
(表10)

※結(jié)晶粒徑表示第1層的結(jié)晶粒徑。
如從表10所明白的那樣，使用實(shí)施例13～18的電極的SAW濾波器超過(guò)了目標(biāo)的推定壽命5萬(wàn)小時(shí)，而在比較例7～10的濾波器中低于5萬(wàn)小時(shí)。還有，各電極膜的第1層AlMg層的結(jié)晶粒徑對(duì)所有的電極都是幾乎與層厚相同的程度。將實(shí)施例19和20比較，進(jìn)一步，將實(shí)施例21和22比較的情況下，可以明白具有氮化硅保護(hù)膜的濾波器比具有氧化硅保護(hù)膜的濾波器的耐電功率性提高了。在用氮化硅保護(hù)膜的情況下，觀察到與它形成前相比形成后的濾波器的電氣特性有若干退化。而在氧化硅保護(hù)膜的情況下，形成前后濾波器的電氣特性沒(méi)有變化。在具有氮化硅和氧化硅疊層保護(hù)膜的實(shí)施例23的濾波器中，保護(hù)膜形成前后電氣特性沒(méi)有變化，同時(shí)，耐電功率性也與單獨(dú)使用氮化硅的情況下一樣看到耐電功率性的提高。比較例11的濾波器盡管具有與實(shí)施方式4的實(shí)施例13幾乎相同的電極結(jié)構(gòu)是優(yōu)秀的耐電功率性結(jié)構(gòu)，但是，它的推定壽命僅有320小時(shí)很短。這可能是由于在實(shí)施方式5中沒(méi)有進(jìn)行氣密封接的緣故。就實(shí)施例19～23的濾波器來(lái)說(shuō)，顯示了與進(jìn)行氣密封接同等的耐電功率性。由此，我們考慮比較例11的濾波器壽命短的原因可能是由于Al或者以Al為主體的金屬的第1層沒(méi)有被保護(hù)膜完全覆蓋、一部分暴露出來(lái)了。保護(hù)膜的膜厚在薄電極的電極間，在電極和基片底部的邊界上容易形成如圖25～27所示那樣的保護(hù)膜的不連續(xù)部分。在形成不連續(xù)部分的情況下，像實(shí)施方式5那樣的在基片上設(shè)置臺(tái)階部或者使用耐濕性優(yōu)秀的金屬底層，對(duì)延長(zhǎng)濾波器的壽命是有效的。
保護(hù)膜能夠抑制因電極的Al原子的移動(dòng)產(chǎn)生的希羅克斯合金、改善耐電功率性，同時(shí)能夠防止電極間的短路，而且，能夠提高耐濕性。
此外，在實(shí)施方式5中就耐電功率性和因保護(hù)膜的耐濕性二者并存的電極結(jié)構(gòu)作了說(shuō)明。對(duì)于在基片上設(shè)置臺(tái)階部或者設(shè)置對(duì)耐濕性優(yōu)秀的底層作為底層的電極形成保護(hù)膜，對(duì)濾波器的長(zhǎng)壽命化是有效的。
實(shí)施方式1～5說(shuō)到底是對(duì)某一特定的濾波器的電極結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說(shuō)明。各自的膜結(jié)構(gòu)、膜厚、材料等并不限定于此。特別是，Al或者以Al為主體的層的層厚最好是SAW濾波器的電極寬度L的0.01L以下。由此，能夠充分分散因?qū)w粉充分微細(xì)化彈性表面波的傳播在電極上所受的應(yīng)力。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性本發(fā)明提供一種能夠提高對(duì)伴隨彈性表面波傳輸產(chǎn)生的應(yīng)力耐性的彈性表面波濾波器和它的制造方法。
權(quán)利要求
1.一種彈性表面波濾波器的制造方法，它包含以下工程在基片上形成具有含Al金屬層的電極的工程；與所述電極同時(shí)、用濺射刻蝕法在所述電極的側(cè)壁上形成Al擴(kuò)散防止層的至少一部分的工程。
全文摘要
一種彈性表面波濾波器的制造方法，它包含以下工程在基片上形成具有含Al金屬層的電極的工程；與所述電極同時(shí)、用濺射刻蝕法在所述電極的側(cè)壁上形成Al擴(kuò)散防止層的至少一部分的工程。
文檔編號(hào)H03H3/08GK1551496SQ200410063350
公開(kāi)日2004年12月1日 申請(qǐng)日期2001年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月23日
發(fā)明者高山了一, 中西秀和, 川崎哲生, 櫻川徹, 橫田康彥, 和, 彥, 生 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社