DE10146363A1 - Oberflächenwellenbauelement und Verfahren zum Herstellen desselben - Google Patents

Abstract

Ein Oberflächenwellenbauelement umfaßt ein piezoelektrisches Substrat und zumindest einen Interdigitalwandler, der darauf angeordnet ist, der aus einem Metall oder einer Legierung besteht, das/die schwerer als Al ist. Die Schallgeschwindigkeitsverteilung von Oberflächenwellen in der Erstreckungsrichtung von Elektrodenfingern des zumindest einen Interdigitalwandlers ist nicht größer als etwa 276 ppm, wodurch beträchtliche Welligkeiten effektiv unterdrückt werden, die bemerkenswerterweise insbesondere in der Gruppenverzögerungszeitcharakteristik innerhalb des Bandpaßbereichs gefunden werden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Ober­ flächenwellenbauelemente, die als Resonatoren oder Bandpaß­ filter implementiert sind, und auf ein Verfahren zum Her­ stellen derselben. Insbesondere bezieht sich die vorliegen­ de Erfindung auf ein Oberflächenwellenbauelement, das ein relativ schweres Elektrodenmaterial verwendet, so daß hori­ zontale Scheroberflächenwellen verwendet werden können, und auf ein Verfahren zum Herstellen desselben.

Ein Oberflächenwellenbauelement (SAW-Bauelement) wird weit verbreitet als Resonator oder als Bandpaßfilter verwendet. Ein typisches Oberflächenwellenbauelement weist ein piezo­ elektrisches Substrat und Elektroden von Interdigitalwand­ lern (IDT) und Reflektoren auf, die auf dem piezoelektri­ schen Substrat angeordnet sind, die aus einem Elektrodenma­ terial hergestellt sind, das hauptsächlich Al enthält.

Wie es in der Technik bekannt ist, könnte ein Oberflächen­ wellenbauelement mit Elektroden, die aus Wolfram (W) oder Tantal (Ta) hergestellt sind, das relativ schwer ist, hori­ zontale (SH-) Scheroberflächenwellen verwenden.

Bei einem solchen Oberflächenwellenbauelement, das ein re­ lativ schweres Elektrodenmaterial verwendet, sind jedoch Schwankungen bei der Filmdicke oder Leitungsbreite unver­ meidlichg wenn die Elektroden von IDT und Reflektoren ge­ bildet werden. Das Oberflächenwellenbauelement, das ein re­ lativ schweres Elektrodenmaterial verwendet, würde be­ trächtliche Schwankungen bei der Schallgeschwindigkeitsver­ teilung oder der Frequenzverteilung von akustischen Ober­ flächenwellen bewirken, weil das Elektrodenmaterial schwe­ rer ist als das Elektrodenmaterial eines typischen Oberflä­ chenwellenbauelements, das hauptsächlich Al enthält. Als Folge zeigen sich wesentliche und kritische Welligkeiten auf der Gruppenverzögerungszeitcharakteristik innerhalb ei­ nes Bandpaßbereichs, wie es durch einen Pfeil A in Fig. 10 angezeigt ist.

Fig. 10 zeigt die Dämpfungsfrequenzcharakteristik über der Gruppenverzögerungszeitcharakteristik eines longitudinal gekoppelten Resonator-SAW-Filters, das zwei IDT mit einer Mittenfrequenz von 225 MHz aufweist. Das longitudinal ge­ koppelte Resonator-SAW-Filter umfaßt ein piezoelektrisches Substrat, das ein Quarzsubstrat (37°-rotierte Y-Schnitt- Platte) verwendet, und IDTs und Reflektoren, die aus Ta hergestellt sind.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Oberflä­ chenwellenbauelement mit verbesserten Charakteristika und ein Verfahren zur Herstellung desselben zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 9 und 14 gelöst.

Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, schaffen be­ vorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Oberflächenwellenbauelement, das ein relativ schweres Elek­ trodenmaterial, wie z. B. Ta, verwendet, so daß SH- Oberflächenwellen verwendet werden können, wobei die Schallgeschwindigkeitsverteilung oder die Frequenzvertei­ lung der Oberflächenwellen in der Erstreckungsrichtung der Elektrodenfinger minimiert ist, wodurch Welligkeiten inner­ halb eines Bandpaßbereichs unterdrückt werden, und außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Oberflächenwel­ lenbauelements.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung umfaßt ein Oberflächenwellenbauelement ein piezoelektrisches Substrat und zumindest einen Interdigi­ talwandler mit einer Mehrzahl von Elektrodenfingern, die sich im wesentlichen parallel zueinander erstrecken. Der Interdigitalwandler ist auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnet, und besteht aus einem Metall, das schwerer ist als Al, oder aus einer Legierung, die schwerer ist als Al. Die Schallgeschwindigkeitsverteilung von Oberflächenwellen in der Erstreckungsrichtung der Elektrodenfinger des Inter­ digitalwandlers ist nicht größer als etwa 276 ppm (Teile je Million Teile).

Vorzugsweise umfaßt das Oberflächenwellenbauelement ferner ein Paar von Reflektoren, die jeweils eine Mehrzahl von Elektrodenfingern aufweisen, wobei das Paar von Reflektoren auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnet ist, wobei die Schallgeschwindigkeitsverteilung der Oberflächenwellen in der Erstreckungsrichtung der Elektrodenfinger des Paars von Reflektoren nicht größer als etwa 276 ppm ist.

Der zumindest eine Interdigitalwandler kann einen ersten und einen zweiten Interdigitalwandler umfassen, die in der Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwellen Seite an Seite angeordnet sind. Das Paar der Reflektoren ist an beiden Seiten der Position angeordnet, an der der erste und der zweite Interdigitalwandler in der Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwellen positioniert ist. Der erste und der zwei­ te Interdigitalwandler und das Paar von Reflektoren defi­ nieren ein vertikal gekoppeltes Resonatorfilter.

Vorzugsweise sind die Oberflächenwellen SH- Oberflächenwellen, wie z. B. Love-Wellen.

Die Schallgeschwindigkeitsverteilung der Oberflächenwellen in dem piezoelektrischen Substrat, auf dem der zumindest eine Interdigitalwandler angeordnet ist, kann sich im we­ sentlichen senkrecht zu der Erstreckungsrichtung der Elek­ trodenfinger des zumindest einen Interdigitalwandlers nei­ gen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements, das ein piezoelektrisches Substrat und zumindest einen Interdigitalwandler mit einer Mehrzahl von Elektrodenfingern, die sich im wesentlichen parallel zueinander erstrecken, umfaßt, wobei der Interdi­ gitalwandler auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnet ist und aus einem Metall besteht, das schwerer ist als Al, oder aus einer Legierung, die schwerer ist als Al, wobei die Schallgeschwindigkeitsverteilung von Oberflächenwellen in der Erstreckungsrichtung der Elektrodenfinger des Inter­ digitalwandlers nicht größer als etwa 276 ppm ist. Das Ver­ fahren umfaßt die Schritte des Vorbereitens eines Wafers mit einer Mehrzahl von Oberflächenwellenbauelementen, die darauf vorgesehen sind, des Messens der Schallgeschwindig­ keitsverteilung der Oberflächenwellen in der Erstreckungs­ richtung der Elektrodenfinger in jedem der Oberflächenwel­ lenbauelemente, die auf dem Wafer angeordnet sind, und des Schneidens der Oberflächenwellenbauelemente aus dem Wafer, bei denen die Schallgeschwindigkeitsverteilung der Oberflä­ chenwellen nicht größer als etwa 276 ppm ist.

Bei noch einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen ei­ nes Oberflächenwellenbauelements geschaffen, wobei das Oberflächenwellenbauelement ein piezoelektrisches Substrat und zumindest einen Interdigitalwandler mit einer Mehrzahl von Elektrodenfingern, die sich im wesentlichen parallel zueinander erstrecken, umfaßt, wobei der Interdigitalwand­ ler auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnet ist und aus einem Metall besteht, das schwerer ist als Al, oder aus einer Legierung, die schwerer ist als Al, wobei die Schall­ geschwindigkeitsverteilung von Oberflächenwellen in der Erstreckungsrichtung der Elektrodenfinger des Interdigital­ wandlers nicht größer als etwa 276 ppm ist. Das Verfahren umfaßt die Schritte des Aufbringens eines Metallfilms auf das piezoelektrische Substrat, um den Interdigitalwandler darauf zu bilden, und Strukturieren des Metallfilms durch Photolithographie. Der Aufbringungsschritt und der Struktu­ rierungsschritt werden durchgeführt, derart, daß das Film­ dickeprofil in der Erstreckungsrichtung der Elektrodenfin­ ger nach dem Aufbringungsschritt ausgeglichen ist mit dem Filmdickeprofil in der Erstreckungsrichtung der Elektroden­ finger nach dem Strukturierungsschritt.

Ein Oberflächenwellenbauelement gemäß einem weiteren bevor­ zugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist ein piezoelektrisches Substrat und zumindest einen IDT auf, der darauf angeordnet ist, der aus Metall oder einer Legie­ rung besteht, das/die schwerer als Al ist. Da die Schallge­ schwindigkeitsverteilung von Oberflächenwellen in der Erstreckungsrichtung der Elektrodenfinger des IDT nicht größer als etwa 276 ppm ist, können Welligkeiten, die durch das relativ schwere Elektrodenmaterial in einem Bandpaßbe­ reich bewirkt werden können, effektiv unterdrückt werden. Daher liefert das Oberflächenwellenbauelement eine höher­ wertige Frequenzcharakteristik, bei der die Welligkeiten in dem Bandpaßbereich reduziert sind.

Ein Oberflächenwellenbauelement mit Reflektoren, bei dem die Schallgeschwindigkeitsverteilung der Oberflächenwellen in der Erstreckungsrichtung der Elektrodenfinger der Re­ flektoren nicht größer als etwa 276 ppm ist, unterdrückt die Welligkeiten innerhalb des Bandpaßbereichs ebenfalls effektiv.

Das Oberflächenwellenbauelement gemäß den bevorzugten Aus­ führungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist nicht auf ein vertikal gekoppeltes Resonatorfilter begrenzt. Die vor­ liegende Erfindung kann auf eine Vielzahl von Oberflächen­ wellenbauelementen angewendet werden, und ein vertikal ge­ koppeltes Resonatorfilter, bei dem die Welligkeiten inner­ halb eines Bandpaßbereichs reduziert sind, kann gemäß be­ vorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung erreicht werden.

Typischerweise weist ein Oberflächenwellenbauelement, das SH-Oberflächenwellen verwendet, Elektroden auf, die aus ei­ nem Metall oder einer Legierung hergestellt sind, das/die schwerer ist als Al, was aufgrund des schwereren Elektro­ denmaterials Welligkeiten verursacht. Die vorliegende Er­ findung ermöglicht es, daß die Welligkeiten effektiv mini­ miert werden. Das Oberflächenwellenbauelement, das SH- Oberflächenwellen, wie z. B. Love-Wellen, verwendet, lie­ fert eine hervorragende Frequenzcharakteristik.

Gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung neigt sich die Schallgeschwindigkeitsverteilung der Oberflächenwellen in dem piezoelektrischen Substrat, auf dem IDT vorgesehen sind, im wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsrichtung der Elektrodenfinger der IDT. Dies macht es leicht, die Schallgeschwindigkeitsverteilung der Oberflächenwellen in der Erstreckungsrichtung der Elektro­ denfinger der IDT so einzustellen, daß dieselbe nicht grö­ ßer als etwa 276 ppm ist.

Andere Merkmale, Elemente, Charakteristika und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detail­ lierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele offensichtlich werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht eines Oberflächen­ wellenbauelements gemäß einem bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Diagramm, das eine Frequenzcharakteristik des in Fig. 1 gezeigten Oberflächenwellenbauelements zeigt, vorausgesetzt, daß es keine Schallge­ schwindigkeitsverteilung von Oberflächenwellen in der Erstreckungsrichtung der Elektrodenfinger der IDT und Reflektoren gibt;

Fig. 3 eine schematische Draufsicht eines Oberflächen­ wellenbauelements, das den in Fig. 4-7 gezeigten Berechnungsmodellen zugrunde liegt;

Fig. 4 ein Diagramm, das die Frequenzcharakteristik des Oberflächenwellenbauelements zeigt, wobei n = 2 und ΔV = 44 ppm ist;

Fig. 5 ein Diagramm, das die Frequenzcharakteristik des Oberflächenwellenbauelements zeigt, wobei n = 2 und ΔV = 66 ppm ist;

Fig. 6 ein Diagramm, das die Frequenzcharakteristik des Oberflächenwellenbauelements zeigt, wobei n = 2 und ΔV = 88 ppm ist;

Fig. 7 ein Diagramm, das die Frequenzcharakteristik des Oberflächenwellenbauelements zeigt, wobei n = 2 und ΔV = 111 ppm ist;

Fig. 8 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen 1/n und einer maximalen Schallgeschwindigkeitsdifferenz ΔVmax zeigt, wenn Welligkeiten tolerierbar sind;

Fig. 9 ein Diagramm, das eine Frequenzcharakteristik des Oberflächenwellenbauelements gemäß einem bevor­ zugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung zeigt; und

Fig. 10 ein Diagramm, das eine Frequenzcharakteristik ei­ nes herkömmlichen Oberflächenwellenbauelements zeigt.

Von der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezug­ nahme auf die Figuren wird die vorliegende Erfindung völlig offensichtlich werden.

Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht eines Oberflächen­ wellenbauelements 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung. Das Oberflächenwellenbau­ element 1 kann ein vertikal gekoppeltes Resonator-SAW- Filter mit zwei IDT 3 und 4 sein.

Bezugnehmend auf Fig. 1 umfaßt das Oberflächenwellenbauele­ ment 1 ein im wesentlichen rechteckiges piezoelektrisches Substrat 2. Das piezoelektrische Substrat 2 kann ein Quarz­ substrat oder ein anderes geeignetes Substrat sein. Das piezoelektrische Substrat 2 kann auch aus anderen einkri­ stallinen piezoelektrischen Materialien gebildet sein, ein­ schließlich LiTaO₃ (LT), oder andernfalls aus piezoelektri­ scher Keramik.

Die IDT 3 und 4 sind auf dem piezoelektrischen Substrat 2 plaziert. Der IDT 3 umfaßt ein Paar von kammartigen Elek­ troden 3a und 3b, und der IDT 4 umfaßt ein Paar von kammar­ tigen Elektroden 4a und 4b. Die kammartigen Elektroden 3a, 3b, 4a und 4b umfassen jeweils eine Mehrzahl von Elektro­ denfingern, nämlich 3a₁, 3b₁, 4a₁ und 4b₁. Die Mehrzahl von Elektrodenfingern 3a₁, 3b₁, 4a₁ und 4b₁ erstrecken sich im wesentlichen parallel zueinander.

Bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der IDT 3 ein Eingangs-IDT, und von dem IDT 4 wird ein Aus­ gangssignal entnommen. Wenn eine Eingangsspannung an den IDT 3 angelegt wird, werden die Oberflächenwellen erregt und breiten sich in einer Richtung aus, die senkrecht zu der Richtung ist, in der sich die Elektrodenfinger 3a₁, 3b₁, 4a₁ und 4b₁ erstrecken.

Die Reflektoren 5 und 6 sind an beiden Seiten der Position vorgesehen, an der die IDT 3 und 4 in der Ausbreitungsrich­ tung der Oberflächenwellen angeordnet sind. Die Reflektoren 5 und 6 können Gitterreflektoren sein, die jeweils eine Mehrzahl von Elektrodenfingern 5a und 6a aufweisen. Die Mehrzahl von Elektrodenfingern 5a und 6a ist jeweils an beiden Enden derselben kurzgeschlossen.

Die IDT 3 und 4 und die Reflektoren 5 und 6 sind bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel vorzugsweise aus Ta hergestellt. In anderen Worten, dieselben sind aus einem Metall gebildet, das schwerer als Al ist. Das Materi­ al der Elektroden der IDT 3 und 4 und der Reflektoren 5 und 6 sind nicht speziell begrenzt, solange das Material ein schwereres Metall als Al ist, und kann Metall, wie z. B. Au, W, Mo, Ni, Cu, Co, Cr, Zn, Fe und Mn, mit Ausnahme von Ta umfassen, und eine Legierung derselben, die schwerer als Al ist, so wie es passend ist.

Man nehme X-Y-Koordinaten für das piezoelektrische Substrat 2 an, wie es auf der linken Seite in Fig. 1 gezeigt ist, wobei die X-Richtung der Ausbreitungsrichtung der Oberflä­ chenwellen entspricht. Dann entspricht die Y-Richtung der Erstreckungsrichtung der Elektrodenfinger 3a₁, 3b₁, 4a₁, 4b₁, 5a und 6a.

Bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel wer­ den SH-Wellen erregt, während eine Eingangsspannung an den IDT angelegt wird, und ein Ausgangssignal auf der Basis der resultierenden SH-Wellen wird an dem Ausgang von dem IDT 4 entnommen.

Bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Schallgeschwindigkeitsverteilung der SH-Wellen in der Y-Richtung vorteilhafterweise nicht größer als etwa 276 ppm, wodurch beträchtliche Welligkeiten unterdrückt und mi­ nimiert werden, die bemerkenswerterweise insbesondere in der Gruppenverzögerungszeitcharakteristik innerhalb des Bandpaßbereichs gefunden werden. Dieser Grund wird nachfol­ gend detaillierter beschrieben.

Wie es oben beschrieben ist, kann das Oberflächenwellenbau­ element mit Elektroden, die aus Metall hergestellt sind, das schwerer ist als Al, SH-Oberflächenwellen, wie z. B. Love-Wellen, verwenden. Das schwerere Elektrodenmaterial bewirkt jedoch Schwankungen bei der Filmdicke oder der Lei­ tungsbreite der Elektrode, was möglicherweise zu wesentli­ chen Welligkeiten führt.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben eine intensi­ ve Studie über solche Welligkeiten durchgeführt und haben schließlich herausgefunden, daß eine Schallgeschwindig­ keitsverteilung mit einer vorbestimmten Größe oder größer in der Erstreckungsrichtung der Elektrodenfinger 3a₁, 3b₁, 4a₁, 4b₁, 5a und 6a der IDT 3 und 4 und der Reflektoren 5 und 6 wesentliche Welligkeiten bewirkt. Das heißt, in dem Fall, in dem eine Dicke eines IDT oder eine Breite von Elektrodenfingern des IDT in der Richtung abweicht, entlang der sich die Elektrodenfinger erstrecken, verteilt sich ei­ ne Schallgeschwindigkeit ebenfalls in diese Richtung bzw. weicht in dieselbe ab.

Wenn hinsichtlich eines Vergleichsausdrucks von (Schallge­ schwindigkeit) = (Wellenlänge) × (Frequenz) die Wellenlänge konstant ist, wäre der Betrag der Schwankungen bei der Schallgeschwindigkeit vollständig äquivalent zu dem Betrag an Schwankungen in der Frequenz. Das heißt, der folgende Vergleichsausdruck wird erhalten:
(Schallgeschwindigkeitsverteilung) = (Frequenzverteilung).

Bei der folgenden Beschreibung wird ein vertikal gekoppel­ tes Resonator-SAW-Filter mit einer Empfangsfrequenz von 225 MHz besonders betrachtet.

In dem Fall, in dem die Schallgeschwindigkeit der Oberflä­ chenwellen in der Erstreckungsrichtung der Elektrodenfinger einheitlich ist, wurden die Charakteristika unter Verwen­ dung eines Ersatzschaltungsverfahrens simuliert. Fig. 2 stellt das Ergebnis davon dar und zeigt die Dämpfungsfre­ quenzcharakteristik über der Gruppenverzögerungszeitcharak­ teristik.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist die Gruppenverzöge­ rungszeitcharakteristik in dem Bandpaßbereich sehr glatt und es sind im wesentlichen keine Welligkeiten gezeigt.

Dann wurden basierend auf dem Simulationsergebnis eine Überprüfung einer Änderung der Charakteristika durchge­ führt, wenn die Schallgeschwindigkeitsverteilung der Ober­ flächenwellen in der Erstreckungsrichtung der Elektroden­ finger 3a₁, 3b₁, 4a₁, 4b₁, 5a und 6a auftritt, nämlich über die Breitenrichtung. Es wird angemerkt, daß die Toleranz von Welligkeiten in der Gruppenverzögerungszeitcharakteri­ stik so definiert ist, daß etwa 10% der Abweichung der Gruppenverzögerungszeit innerhalb des Bandpaßbereichs, d. h. der maximale Gruppenverzögerungszeitwert minus dem mini­ malen Gruppenverzögerungszeitwert, als die obere Grenze aufbereitet wird, von der gefordert wird, ein Oberflächen­ wellenbauelement mit hervorragender Leistungsfähigkeit zu schaffen.

In Fig. 3 ist eine Darstellung gezeigt, bei der das Ober­ flächenwellenbauelement 1 in der Erstreckungsrichtung der Elektrodenfinger 3a₁, 3b₁, 4a₁, 4b₁, 5a und 6a (in der Y- Richtung) in n Regionen unterteilt ist, und die Schallge­ schwindigkeitsverteilung ist so dargestellt, daß dieselbe eine treppenförmige Konfiguration aufweist, wie es auf der rechten Seite in Fig. 3 angezeigt ist. Bei der Schallge­ schwindigkeitsverteilung, die auf der rechten Seite von Fig. 3 dargestellt ist, ist die Größe der Schallgeschwin­ digkeit der Oberflächenwelle über die Breitenrichtung oder in der Erstreckungsrichtung der Elektrodenfinger 3a₁, 3b₁, 4a₁, 4b₁, 5a und 6a durch eine Schallgeschwindigkeit V dar­ gestellt. An Symbol ΔV stellt die Summe der Differenzen zwischen den Schallgeschwindigkeiten der benachbarten Re­ gionen dar.

In Fig. 3 wurde die Gruppenverzögerungszeitcharakteristik durch eine Simulation geschätzt, bei der die Schallge­ schwindigkeitsdifferenz ΔV, die eine Differenz zwischen derr Schallgeschwindigkeit in einer Region mit der maximalen Schallgeschwindigkeit und der Schallgeschwindigkeit in ei­ ner Region mit der minimalen Schallgeschwindigkeit sich von Null ab schrittweise stark erhöht.

Die folgenden Ergebnisse wurden erzielt, wobei n = 2 ist, wie es in den Fig. 4 bis 7 gezeigt ist: ΔV = 44 ppm (10 kHz bezüglich 225 MHz) in Fig. 4, ΔV = 66 ppm (15 kHz bezüglich 225 MHz) in Fig. 5, ΔV = 88 ppm (20 kHz bezüglich 225 MHz) in Fig. 6 und ΔV = 111 ppm (25 kHz bezüglich 225 MHz) in Fig. 7.

Aus den Fig. 4 bis 7 ist ersichtlich, daß stärkere Wellig­ keiten auf der Gruppenverzögerungszeitcharakteristik in dem Bandpaßbereich gezeigt werden, während sich die Schallge­ schwindigkeitsverteilung oder die Schallgeschwindigkeits­ differenz ΔV erhöht.

Außerdem ist ersichtlich, daß, wo n = 2 ist, oder falls die Region, in der die Oberflächenwellen ausgebreitet werden, in der Erstreckungsrichtung der Elektrodenfinger in zwei unterteilt wird, der maximale Wert der Schallgeschwindig­ keitsdifferenz ΔV etwa 88 ppm (20 kHz) ist, wobei die Größe der Welligkeiten, die auf der Gruppenverzögerungszeitcha­ rakteristik gezeigt werden, etwa 10% der Abweichung ist, wie es vorher beschrieben ist.

Die maximale Schallgeschwindigkeitsdifferenz ΔV, bei der die Größe der Welligkeiten, die auf der Gruppenverzöge­ rungszeitcharakteristik gezeigt sind, innerhalb etwa 10% der Abweichung liegt, wurde auf die gleiche Weise berech­ net, wobei n = 3, 5, 10 und 15 ist. Die Ergebnisse sind in Fig. 8 gezeigt.

In Fig. 8 zeigt die Abszisse die Umkehrung der Anzahl n der geteilten Regionen an, und die Ordinate zeigt den maximalen Wert ΔVmax der Schallgeschwindigkeitsdifferenz ΔV an, wenn die Welligkeiten tolerierbar sind.

Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, liegt die maximale Schall­ geschwindigkeitsdifferenz ΔVmax, wenn die Größe der Wellig­ keit innerhalb etwa 10% der Abweichung liegt, invers pro­ portional zu der Umkehrung von n.

Wie außerdem aus Fig. 8 ersichtlich ist, ist die maximale Schallgeschwindigkeitsdifferenz ΔVmax etwa 276 ppm, wenn eine Extrapolation durchgeführt wird, vorausgesetzt, daß n = unendlich ist.

Wenn die Schallgeschwindigkeitsverteilung der Oberflächen­ wellen in der Erstreckungsrichtung der Elektrodenfinger 3a₁, 3b₁, 4a₁, 4b₁, 5a und 6a der IDT 3 und 4 und der Re­ flektoren 5 und 6 dementsprechend nicht größer als etwa 276 ppm ist, wie es von den in Fig. 8 gezeigten Ergebnissen zu erwarten ist, können wesentliche Welligkeiten, die auf der Gruppenverzögerungszeitcharakteristik innerhalb des Band­ paßbereichs gezeigt sind, effektiv unterdrückt werden. Als Ergebnis der Experimente der Erfinder wird die Schallge­ schwindigkeitsverteilung von etwa 276 ppm durch eine IDT- Dickeverteilung von etwa 0,5 nm in dem IDT bewirkt, der aus Ta oder W besteht. Daher ist es vorzuziehen, daß die Dicke­ verteilung des IDT innerhalb etwa 0,5 nm in der Richtung ist, entlang der sich die Elektrodenfinger des IDT erstrec­ ken.

Bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die IDT 3 und 4 und die Reflektoren 5 und 6 in einer Matrix auf dem piezoelektrischen Muttersubstrat 2 angeordnet, und die Frequenzverteilung in dem piezoelektrischen Muttersub­ strat 2 wird dann gemessen. Auf der Basis der oben darge­ legten Ergebnisse ist das Oberflächenwellenbauelement, bei dem die Schallgeschwindigkeitsverteilung der Oberflächen­ wellen in der Erstreckungsrichtung der Elektrodenfinger nicht größer als etwa 276 ppm ist, extrahiert, und die Cha­ rakteristika derselben werden bestimmt. Das Ergebnis davon ist in Fig. 9 gezeigt.

Aus Fig. 9 ist ersichtlich, daß das resultierende Oberflä­ chenwellenbauelement 1 keine wesentlichen oder beträchtli­ chen Welligkeiten auf der Gruppenverzögerungszeitcharakte­ ristika innerhalb des Bandpaßbereichs zeigt.

Bei diesem Beispiel wurde die Schallgeschwindigkeitsvertei­ lung der Oberflächenwellen auf dem piezoelektrischen Mut­ tersubstrat 2 in der Erstreckungsrichtung der Elektroden­ finger 3a₁, 3b₁, 4a₁, 4b₁, 5a und 6a durch Durchführen der Frequenzmessung durch Sondieren erhalten.

Genauer gesagt wurde ein Lösungsansatz durchgeführt, der das Bilden einer Anzahl von Oberflächenwellenbauelementen auf einem piezoelektrischen Muttersubstrat, das Messen der Schallgeschwindigkeitsverteilung von Oberflächenwellen in jedem der Oberflächenwellenbauelemente in der Erstreckungs­ richtung der Elektrodenfinger und dann das Schneiden eines Oberflächenwellenbauelements aus einem Wafer, bei dem die Schallgeschwindigkeitsverteilung der Oberflächenwellen nicht größer als etwa 276 ppm ist, umfaßt. Dieser Lösungs­ ansatz kann ersetzt werden, so daß die Schallgeschwindig­ keitsverteilung der Oberflächenwellen über dem gesamten piezoelektrischen Hauptsubstrat reduziert ist. Dies kann beispielsweise erreicht werden durch Verwenden einer Dünn­ filmbildungsvorrichtung, die einen Dünnfilm mit einer sehr kleinen Dickeverteilung über einem Wafer bilden kann, oder einer Ätzvorrichtung, die einen Dünnfilm mit einer sehr kleinen Verteilung der Ätzeigenschaften ätzen kann.

Alternativ kann ein IDT auf einem piezoelektrischen Sub­ strat mit einem Dünnfilm für einen IDT strukturiert werden, so daß eine maximale Dickeverteilungsrichtung des Dünnfilms senkrecht zu der Richtung ist, entlang der sich die Elek­ trodenfinger des IDT erstrecken. Diese Anordnung des IDT bezüglich des Dünnfilms macht die Dickeverteilung des IDT in der Richtung, in der sich die Elektrodenfinger des IDT erstrecken, relativ klein.

Andernfalls können bei einem Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements, das das Aufbringen eines Me­ tallfilms auf einem piezoelektrischen Substrat, um einen IDT zu bilden, und das Strukturieren des resultierenden Films durch Photolithographie umfaßt, wobei der Aufbrin­ gungsschritt und der Strukturierungsschritt so durchgeführt werden können, daß das Filmdickeprofil in der Erstreckungs­ richtung der Elektrodenfinger des IDT nach dem Aufbrin­ gungsschritt ausgeglichen ist mit dem Breiteprofil in der Erstreckungsrichtung der Elektrodenfinger nach dem Struktu­ rierungsschritt durch Photolithographie.

Obwohl bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbei­ spiel ein vertikal gekoppeltes Resonatorfilter mit zwei IDT beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht dar­ auf beschränkt und kann auf eine Vielzahl von Elementen an­ gewendet werden, einschließlich horizontal gekoppelte Reso­ natorfilter, Oberflächenwellenresonatoren mit einem einzi­ gen IDT und verschiedene Oberflächenwellenfilter mit einer Mehrzahl von IDT, wie z. B. Abzweigfilter und Brückenfil­ ter.

Zusätzlich zu SH-Oberflächen können auch andere SH- Oberflächenwellen verwendet werden. Ferner kann die vorlie­ genden Erfindung bei Oberflächenwellenbauelementen angewen­ det werden, die andere Oberflächenwellen als SH- Oberflächenwellen verwenden.

Claims (20)

1. Oberflächenwellenbauelement (1), das folgende Merkmale umfaßt:
ein piezoelektrisches Substrat (2); und
zumindest einen Interdigitalwandler (3, 4) mit einer Mehrzahl von Elektrodenfingern (3a₁, 3b₁, 4a₁, 4b₁), die sich im wesentlichen parallel zueinander erstrec­ ken, wobei der zumindest eine Interdigitalwandler (3, 4) auf dem piezoelektrischen Substrat (2) angeordnet ist und aus einem Metall besteht, das schwerer ist als Al, oder aus einer Legierung, die schwerer ist als Al;
wobei die Schallgeschwindigkeitsverteilung von Ober­ flächenwellen in der Erstreckungsrichtung der Elektro­ denfinger (3a₁, 3b₁, 4a₁, 4b₁) des zumindest einen In­ terdigitalwandlers (3, 4) nicht größer als etwa 276 ppm ist.

2. Oberflächenwellenbauelement (1) gemäß Anspruch 1, das ferner ein Paar von Reflektoren (5, 6) umfaßt, die je­ weils eine Mehrzahl von Elektrodenfingern (5a, 6a) aufweisen, wobei das Paar von Reflektoren (5, 6) auf dem piezoelektrischen Substrat (2) angeordnet ist, bei dem die Schallgeschwindigkeitsverteilung der Oberflä­ chenwellen in der Erstreckungsrichtung der Elektroden­ finger (5a, 6a) des Paars von Reflektoren (5, 6) nicht größer als etwa 276 ppm ist.

3. Oberflächenwellenbauelement (1) gemäß Anspruch 2, bei dem der zumindest eine Interdigitalwandler (3, 4) ei­ nen ersten (3) und einen zweiten (4) Interdigitalwand­ ler umfaßt, die in der Ausbreitungsrichtung der Ober­ flächenwellen Seite an Seite angeordnet sind, und das Paar von Reflektoren (5, 6) an beiden Seiten der Posi­ tion positioniert ist, an der der erste (3) und der zweite (4) Interdigitalwandler in der Ausbreitungs­ richtung der Oberflächenwellen angeordnet sind, wobei der erste (3) und der zweite (4) Interdigitalwandler und das Paar von Reflektoren (5, 6) angeordnet sind, um ein vertikal gekoppeltes Resonatorfilter zu defi­ nieren.

4. Oberflächenwellenbauelement (1) gemäß einem der An­ sprüche 1 bis 3, bei dem die Oberflächenwellen SH- Oberflächenwellen umfassen.

5. Oberflächenwellenbauelement (1) gemäß einem der An­ sprüche 1 bis 4, bei dem sich die Schallgeschwindig­ keitsverteilung der Oberflächenwellen in dem piezo­ elektrischen Substrat (2), auf dem der zumindest eine Interdigitalwandler (3, 4) vorgesehen ist, im wesent­ lichen senkrecht zu der Erstreckungsrichtung der Elek­ trodenfinger (3a₁, 3b₁, 4a₁, 4b₁) des zumindest einen Interdigitalwandlers (3, 4) neigt.

6. Oberflächenwellenbauelement (1) gemäß einem der An­ sprüche 1 bis 5, bei dem das piezoelektrische Substrat (2) entweder aus Quarz, einem einkristallinen piezo­ elektrischen Material oder einem piezoelektrischen Ke­ ramikmaterial besteht.

7. Oberflächenwellenbauelement (1) gemäß einem der An­ sprüche 1 bis 6, bei dem der zumindest eine Interdigi­ talwandler (3, 4) und die Reflektoren (5, 6) aus Ta hergestellt sind.

8. Oberflächenwellenbauelement (1) gemäß einem der An­ sprüche 1 bis 6, bei dem der zumindest eine Interdigi­ talwandler (3, 4) und die Reflektoren (5, 6) aus Au, W, Mo, Ni, Cu, Co, Cr, Zn, Fe oder Mn bestehen.

9. Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbau­ elements (1), wobei das Oberflächenwellenbauelement ein piezoelektrisches Substrat (2) und zumindest einen Interdigitalwandler (3, 4) mit einer Mehrzahl von Elektrodenfingern (3a₁, 3b₁, 4a₁, 4b₁) umfaßt, die sich im wesentlichen parallel zueinander erstrecken, wobei der Interdigitalwandler (3, 4) auf dem piezoelektri­ schen Substrat (2) gebildet ist und aus einem Metall besteht, das schwerer ist als Al, oder aus einer Le­ gierung, die schwerer ist als Al, wobei die Schallge­ schwindigkeitsverteilung der Oberflächenwellen in der Erstreckungsrichtung der Elektrodenfinger (3a₁, 3b₁, 4a₁, 4b₁) des Interdigitalwandlers (3, 4) nicht größer als etwa 276 ppm ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:
Vorbereiten eines Wafers mit einer Mehrzahl von Ober­ flächenwellenbauelementen (1), die darauf gebildet sind;
Messen der Schallgeschwindigkeitsverteilung der Ober­ flächenwellen in der Erstreckungsrichtung der Elektro­ denfinger (3a₁, 3b₁, 4a₁, 4b₁) in jedem der Oberflä­ chenwellenbauelemente (1), die auf dem Wafer gebildet sind; und
Schneiden eines Oberflächenwellenbauelements (1) aus dem Wafer, bei dem die Schallgeschwindigkeitsvertei­ lung der Oberflächenwellen nicht größer als etwa 276 ppm ist.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, das ferner den Schritt des Bildens eines Paars von Reflektoren (5, 6) auf jedem der Mehrzahl von Oberflächenwellenbauelementen (1) um­ faßt, wobei jedes der Paare von Reflektoren (5, 6) ei­ ne Mehrzahl von Elektrodenfingern (5a, 6a) aufweist, wobei die Schallgeschwindigkeitsverteilung der Ober­ flächenwellen in der Erstreckungsrichtung der Elektro­ denfinger (5a, 6a) des Paars von Reflektoren (5, 6) nicht größer als etwa 276 ppm ist.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, bei dem jedes der Mehr­ zahl von Oberflächenwellenbauelementen (1) einen er­ sten (3) und einen zweiten (4) Interdigitalwandlerumr­ faßt, die in der Ausbreitungsrichtung der Oberflächen­ wellen Seite an Seite angeordnet sind, und das Paar von Reflektoren (5, 6) an beiden Seiten der Position positioniert ist, an der der erste (3) und der zweite (4) Interdigitalwandler in der Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwellen angeordnet sind, wobei der erste (3) und der zweite (4) Interdigitalwandler und das Paar von Reflektoren (5, 6) angeordnet sind, um ein vertikal gekoppeltes Resonatorfilter zu definieren.

12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem die Oberflächenwellen SH-Oberflächenwellen umfassen.

13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem sich die Schallgeschwindigkeitsverteilung der Oberflä­ chenwellen in dem piezoelektrischen Substrat (2), auf dem der zumindest eine Interdigitalwandler (3, 4) vor­ gesehen ist, im wesentlichen senkrecht zu der Erstrec­ kungsrichtung der Elektrodenfinger (3a₁, 3b₁, 4a₁, 4b₁) des zumindest einen Interdigitalwandlers (3, 4) neigt.

14. Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbau­ elements (1), wobei das Oberflächenwellenbauelement (1) ein piezoelektrisches Substrat (2) und zumindest einen Interdigitalwandler (3, 4) mit einer Mehrzahl von Elektrodenfingern (3a₁, 3b₁, 4a₁, 4b₁) umfaßt, die sich im wesentlichen parallel zueinander erstrecken, wobei der Interdigitalwandler (3, 4) auf dem piezo­ elektrischen Substrat (2) gebildet ist und aus einem Metall besteht, das schwerer als Al ist, oder aus ei­ ner Legierung, die schwerer als Al ist, wobei die Schallgeschwindigkeitsverteilung von Oberflächenwellen in der Erstreckungsrichtung der Elektrodenfinger (3a₁, 3b₁, 4a₁, 4b₁) des Interdigitalwandlers (3, 4) nicht größer als etwa 276 ppm ist, wobei das Verfahren fol­ gende Schritte umfaßt:
Aufbringen eines Metallfilms auf das piezoelektrische Substrat (2), um den Interdigitalwandler (3, 4) zu bilden; und
Strukturieren des Metallfilms über Photolithographie, wobei der Aufbringungsschritt und der Strukturierungs­ schritt durchgeführt werden, so daß ein Filmdickepro­ fil in der Erstreckungsrichtung der Elektrodenfinger (3a₁, 3b₁, 4a₁, 4b₁) nach dem Aufbringungsschritt durch ein Filmdickeprofil in der Erstreckungsrichtung der Elektrodenfinger (3a₁, 3b₁, 4a₁, 4b₁) nach dem Struktu­ rierungsschritt ausgeglichen ist.

15. Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem das Metall, das in dem Schritt des Aufbringens aufgebracht wird, Ta ist.

16. Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem das Metall, das in dem Aufbringungsschritt aufgebracht wird, entweder Au, W, Mo, Ni, Cu, Co, Cr, Zn, Fe oder Mn ist.

17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, das ferner den Schritt des Bildens eines Paars von Reflek­ toren (5, 6) auf jedem der Mehrzahl von Oberflächen­ wellenbauelementen (1) umfaßt, wobei jedes der Paare von Reflektoren (5, 6) eine Mehrzahl von Elektroden­ fingern (5a, 6a) umfaßt, wobei die Schallgeschwindig­ keitsverteilung der Oberflächenwellen in der Erstrec­ kungsrichtung der Elektrodenfinger (5a, 6a) des Paars von Reflektoren (5, 6) nicht größer als etwa 276 ppm ist.

18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem jedes der Mehrzahl von Oberflächenwellenbauelementen (1) einen ersten (3) und einen zweiten (4) Interdigi­ talwandler umfaßt, die in der Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwellen Seite an Seite angeordnet sind, und das Paar von Reflektoren (5, 6) an beiden Seiten der Position positioniert ist, an der der erste (3) und der zweite (4) Interdigitalwandler in der Ausbrei­ tungsrichtung der Oberflächenwellen positioniert sind, wobei der erste (3) und der zweite (4) Interdigital­ wandler und das Paar von Reflektoren (5, 6) angeordnet sind, um ein vertikal gekoppeltes Resonatorfilter zu definieren.

19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 18, bei dem die Oberflächenwellen SH-Oberflächenwellen umfassen.

20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 19, bei dem sich die Schallgeschwindigkeitsverteilung der Oberflä­ chenwellen in dem piezoelektrischen Substrat, auf dem der zumindest eine Interdigitalwandler (3, 4) vorgese­ hen ist, im wesentlichen senkrecht zu der Erstrec­ kungsrichtung der Elektrodenfinger (3a₁, 3b₁, 4a₁, 4b₁) des zumindest einen Interdigitalwandlers (3, 4) neigt.