JPH0316409A - 弾性表面波装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ドライエッチング法によＤ微細な電極形成な
どの加工を行う際に、圧電性基板が損傷され難く、歩留
および信頼性が向上するようにした弾性表面波装置の構
造と製造方法に関する。

〔従来の技術〕

弾性表面波装置は、圧電性基板上にアルミニウム又はア
ルミニウム合金などの電気伝導性材料の薄膜から成るす
だれ状電極や反射器を形成させ、これに外部と電気信号
の入出力を行う配線を施しタモのを、パッケージングし
て構威されてｂｇ、微細加工技術を必要とするすだれ状
電極や反射器の形成には、半導体デバイスの製造工程で
用いられているホトリソグラフィックエッチング技術が
その１１適用できるため量産性に優れてｋリ、システム
の無調整化かよび小形化などが実現できるため、テレビ
ジョンの中間周波フィルタ、自動車電話の分波器フィル
タ等として広く用いられている。

すだれ状電極の電極指の形成周期は、圧電性基板を伝搬
する弾性表面波の速度と電気信号の周波数によって決１
シ、通常９００ＭＨｚ程度の周波数では２μｍ程度とな
る．，例えば、弾性表面波装置の圧電性基板として広く
用いられている１２８度回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リ
チウム単結晶基板の場合、弾性表面波速度は５　９　８
　０　ｍ　／　ｓであるから、自動車電話で用いられる
９００ＭＨｚ帯の竃気信号に対応する弾性表面波装置で
は、電極指の形成周期は約２．２μｍである。

弾性表面波装置の電極の形成には通常アルミニウム又は
アルミニウム合金が用いられる。このような電極が圧電
性基板表面に形成してある場合、電界の短絡効果や／ｊ
［１７ｋ付加効果によう、弾性表面波は摂動を受け速度
変動を生じる。このため、電極形成時の電極指の線幅ば
らつきによう弾性表面波装置の特性がばらつき、製造時
の歩留が低下してしまうことになる。従って、前述した
ように高周波の電気信号に対応する弾性表面波装置では
、電極指の線幅が１ミクロン又はサブｉクロンとなるた
め、電極形成には高い精度が要求される。また、このよ
うな微細電極では短絡または開放欠陥も生じ易く、歩留
が低下し易くなり、この点からも高度な微細電極形成技
術が必要である。

弾性表面波装置の電極形成のため従来用いられて来た技
術は、感允性材料を用いて電極パターンを形成し、この
感光性材料のパターンをマスク材として、硝＃Ｒかよび
リン酸を主成分とするエッチング液によう化学的にエッ
チングして電極を形成する技術である。しかし、上記技
術は等方性エッチングであるため、高精度化には限界が
あった。

このため、製造歩留を向上させる電極形戒技術として特
公昭６１−４２８９１号公報記載のように、圧電性基板
上に形成した電気伝導性材料からなる薄膜から、すだれ
状電極の交差する電極指対の一万を形成し、次に絶縁ｍ
を形成した後、交差する電極指対の他万を形成して弾性
表面波装置を構成する技術がある。筐た、他の技術とし
て特開昭５９−２１０７１６号公報記載のように圧電性
基板上に形成したアモルファス薄膜の膜厚を調整して弾
性表面波装置の中心周波数を調整する技術がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の技術は電極形成用の電気伝導性薄膜以外の薄
膜を形成して歩留を向上させようとするものであるが、
電極の加工形成の高精度化については配慮されていなか
った。

微細電極の加工精度を高める技術として、従来の化学エ
ッチングに比べ異方性に優れたドライエッチング技術が
あり、アルミニウム又はアルミニウム合金の加工に用い
られるドライエッチング技術の一つとして、エッチング
速度が大きく、かつ異方性に優れた反応性イオンエッチ
ング技術がある。しかし、弾性表面波装置に上記エッチ
ング技術を用いた場合、圧電性基板がプラズマに曝され
ることにより、基板表面の結晶性が乱されたり、堀込み
を生じたＤ１又は腐食を生じるなどして弾性表面波装置
の特性が変動する不都合があるが、この点についても上
記従米技術は配慮していなかった。

本発明は、反応性イオンエッチングによって電極を形成
しても特性変動が生じないようにした弾無傘面波装置と
其の製造方法を提供すること金目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明に釦いては、圧電性基
板訃よびエッチング条件を考慮して最適な保護層を、圧
電性基板表面に形成することにした。即ち、圧電性基板
表面に保護層として電気絶縁性材料よりなる第１薄膜層
全形成させ、この層の上に、電極形成に用いる電気伝導
性材料よりなる第２薄膜層を形成させた積層構造とした
。

反応性イオンエッチングは従来の化学エッチングに比較
して非常に高い異方性を実現できる。これは被エッチン
グ材表面に運動方向の揃った活性種、イオン等が入射し
、運動方向に直角な表面では物理的エッチング効果と共
に被エッチング材と活性種あるいはイオンとの反応が促
進されるためと考えられている。他方、運動方向に平行
な面では加速粒子によう衝撃を受けることは少ないため
、エッチング速度は遅く、条件によってはエッチング反
応物の再付着を生ずることもある。

アルミニウム又はアルミニウム合金の反応性イオンエッ
チングでは、エッチングガスとして四塩化炭素十三塩化
ホウ素あるいはそれらと四フッ化メタン、酸素との混合
ガスなど塩素系のガスが用いられるが、これはエッチン
グ反応物である塩化アルミニウムの沸点が比較的低く、
基板表面に残滓となることなく揮発してエッチングが速
やかに進むからである。しかし、エッチングが進み基板
表面が露出した場合、圧電性基板自体がエッチングされ
たう反応生成物が再付着するといった不都合を生ずるこ
とになる。本発明は、これらを防止するための保護層を
設けるのである。

保護層の厚さは、エッチング中、圧電性基板の表面が露
出しないだけの厚さが必要であるが、逆に厚過ぎると弾
性表面波の送受波および伝搬に影響を与えるため最適な
膜厚とする必要がある。

〔作用〕

前述した課題を解決するため本発明では次のように弾性
表面波装置ｔ−ＩＮ成した。すなわち、圧電性基板上に
エッチング保護層である竃気絶縁性材料からなる第１薄
膜層を或膜し、その上に弾性表面波の送受波あるいは反
射を行うためのすだれ状電極または反射器を形成するた
めの電気伝導性材料からなる第２薄膜層を或膜して、反
応性イオンエッチングにようすだれ状電極ｌたぱ反射器
を形成させる。第１薄膜層は第２薄膜層に対するエッチ
ング（電極形成）工程での基板保護が目的であって完成
後の弾性表面波装置には不要であるから、実際の膜厚は
第２薄膜層に比べて極めて薄く残留しても問題はない程
度にしてある。なｋ１第１薄膜層Ｖｉ電極形成工程中の
オーパエッチングで部分的に除去されるが、必要な場合
には特に除去工程を設けて除去する。

保護層（第１薄膜層）の無い従来の構造の場合に反応性
イオンエッチングを用いるとどのような問題が生ずるか
について先ず述べる。

反応性イオンエッチングの特徴の一つとしてガス圧力を
上げて行った場合、エッチングの異方性は小さくなり等
方性エッチングに近付いて行き、それと共にエッチング
速度は大きくなることがらる１汽れは、ガス圧が高い場
合、エッチング室内に存在する活性種やイオンなどの粒
子数が増すことと、粒子の散乱断面積が増し被エッチン
グ材表面に入射する粒子の運動エネルギーが小さく、か
つ運動方向も不揃いとなるため、スバッタによる物理的
エッチング効果は小さくなり、化学的エッチング効果が
主となるためと考えられる。このように反応性イオンエ
ッチングでは物理的エッチングと化学的エッチングが平
行して通行するので、被エッチング材料とエッチング条
件によシ基板表面状態は異なった様子を示す。

例えば圧電性基板がエッチングされ易い材料の場合、電
気伝導性材料からなる薄膜のエッチングが進行し終了に
近付いた時点で上記基板表面はプラズマに曝されエッチ
ングされることになる。特に、同一基板内であっても、
上記薄膜層の膜厚ばらつきや電界の端効果によるエッチ
ングの不均一が生ずるため、適度なオーバエッチングを
行う必要があり、この時に基板の堀込が生じることにな
る。

汽にエッチングされ難い基板材料の場合は、オ−バエッ
チング時に再付着が生じ反応生戒物による再付着層が形
成されることになる。このような反応生成物による再付
着層は、例えばアルミニウムを塩素系のガスでエッチン
グする場合、塩化物を含んでいるため、真空室から取り
出した時に空気中の水分によシ酸を生じ、アルミニウム
が更に腐食されることによシ電極パターンの欠陥を生じ
ることになる。また、これは弾性表面波装置の長期的信
頼性を低下させることになる。従って、上記のようにエ
ッチングされ難い基板材料の場合には、ガス圧や投入電
力を適当に制御してエッチングを行う必要があるが、そ
のためにエッチング速度が低下したシエッチング均一性
が悪くなるなどの不都合が生じ、完全に制御することは
不可能である。

他方、前述した堀込みを生じるような基板材料では、エ
ッチングガスと基板材料の反応生戊物の揮発が多く、再
付着層は形成されないが、堀込み得られないといった不
都合が生じる。

従来の構造で反応性イオンエッチングを用いると上記の
ような問題が生ずるのに対し、本発明によれば、保護層
である第１薄膜層があるので、反応性イオンエッチング
を用いて第２薄膜ＩＩを加工してすだれ状竃極または反
射器を形成した場合、再付着層の形成あるいは圧電性基
板の堀込みを防止することが出来る。即ち、再付着層を
形成するようなエッチングされ難い基板材料の場合には
、エッチングガスと反応して揮発し易い反応生成物を生
じる第１薄膜層を形成してかけば良い。この場合、オー
バエッチング時には第２薄膜層に引き続き第１薄膜層も
エッチングされるので、再付着層は形成されない。１た
、このようなエッチングされ易い薄膜では、エッチング
ガス原子、例えば塩Ｘ原子が膜中に取り込筐れ易く、弾
性表面波装置の長期信頼性が低下することがあるが、後
工程で第１薄膜層の不要部分を除去すれば上記の問題は
解決できる。

薄膜層としてエッチングされ難い材料を選択すれば良く
、オーバエッチング時に第１薄膜層は保護層として圧電
性基板のエッチングを防止することができるのである。

〔実施例〕

本発明の第１実施例を第１図によう説明する。

本実施例は多電極構成の低損失弾性表面波フィルタに適
用した場合で、圧電性基板１ぱ３６度回転Ｙ切断、Ｘ伝
搬タンタル酸リチウム単結晶基板である。電極２、５ぱ
それぞれ人、出力すだれ状電極であって交互に配置して
ある。すだれ状電極は配線電極４ａ　，４ｂにより外部
回路との電気信号の入出力を行うワイヤを接続するボン
ディングバッド５ａ＋５ｂｓ５ｏ＊５ｄとつながれてい
る。

６は共通電極である。このフィルタの中心周波数は８８
０ＭＨｚであう、すだれ状電極の電極指の線幅は１．２
μｍで、また、電極の膜厚は１００ｎｍとした。

第２図は第１図中のＡ−Ｂ＠断面図である。電〜製　３
及び共通電極６は何れも第１薄膜層７と第２薄膜層８と
で構成してある。ここで、第１薄膜層として酸化ケイ素
を用い、高周波スパッタリングによＪ）５ｎｍの厚さに
形成した。１た第２薄膜層にはアルミニウム又はアルミ
ニウムとチタンの合金を用い、スパッタリングによ５１
　００ｎｍの厚さに形成してあシ、上記薄膜の加工には
反応性イオンエッチングを用いた。エッチングガスには
三塩化ホウ素ガスを用い、エッチング条件は、ガス流量
５０ｓａｏｍ，ガス圧力１１ＳＰＪ＆，投入電力ＣＬ４
ｋＮとし、オーバエッチングの時間は１分間とした。

第１かよび第２薄膜層を形成した圧電性基板は、ホトレ
ジストパターンを形成した後、反応性イオンエッチング
装置の真空室内に設置され、エッチングされる。上記エ
ッチング条件では酸化ケイ素のエッチング速度は毎分５
ｎｍであυ、オーバエッチングによシ第１薄膜層である
酸化ケイ素はほぼ除去される。

従来の第１薄膜層を形成しない場合では、オーズマに曝
されることになるが、上記基板はエッチングされ難く、
反応生成物として塩化物の再付着層が形成されることに
なる。このような再付着層が完全に除去されていなかっ
た場合には、後で電極の腐食が生じ装置の信頼性が著し
く低下することになる。タンタルあるいはリチク皐の塩
化物は比較的沸点が高〈揮発し難いため、タンタル酸リ
チウム基板はエッチングされ難いと考えられる。

一万、ケイ素の塩化物は比較的沸点が低く揮発し易いた
め、ここでは酸化ケイ素をｔｌｃ１薄膜層として用い、
エッチング条件と酸化ケイ素のエッチング速度を考慮し
て５ｎｍＯ膜厚を設定した。

上記第１実施例では、第２薄膜層と第１薄膜層の除去を
同時に行ったが、それぞれ別の工程で行うことも可能で
ある。

ＨＳ図は本発明の第２実施例を示し、エッチングによる
第２薄膜層の加工とは別に第１薄膜層の除去を行った例
である。圧電性基板、第１薄膜層釦よび第２薄膜層は、
第１実施例の場合と同様でるにぱ、同様に反応性イオン
エッチング技術を用いた。その後、電極パターンのマス
ク材として用いたホトレジストを取り除き、新たなホト
レジストを塗布し、ｌ１允かよび現象を行って、すだれ
状電極部分を除くホトレジストを除去して、上記ホトレ
ジストをマスク材として第１薄膜層である酸化ケイ素を
エッチング除去した。エッチングには、四フッ化メタン
ガスによる反応性イオンエッチングを用いた。

第４図は第３図中のＣ−Ｄ線断面図である。特に電極を
形成する第２薄膜層を厚く形成し、エッチング不均一が
大きくなシ易い場合で、第１薄膜鳩を厚く形成する必要
がある場合、第１実施例のように第１、第２薄膜層で電
極指を形成すると電極内部での弾性表面波の反射が問題
になるため、本実施例ではすだれ状電極部分では第１薄
膜層を除云せずに残すことによう、電極内部反射の影響
を小さくすることが出来る。

した後、第２実施例と同様に第１薄膜層の幾何学的影響
による装置の特性変動を防止するため、ホトレジストで
すだれ状電極と弾性表面波の伝搬路をマスクしてエッチ
ングした。第６図は第５図中のｇ−Ｆ線断面図である。

第７図は第１実施例弾性表面波装置の周波数特性Ｇと従
来の弾性表面波装置の製造後長時間経過後の周波数特性
Ｈとを比較して示す。前述のように、従来の弾性表面波
装置では塩化物の再付着層の形成や残留塩素原子が空気
中の水と反応して酸を生じ、アルミニウム又はアルミニ
ウム合金の電極を腐食するため、製造後長時間経過する
と次第に周波数特性が劣化してくるため、信頼性の点で
問題があったが、本発明によれば、電極の劣化は生じず
、初期の周波数特性が維持された。また、第１薄膜層の
厚さを５ｎｍとしたが、この膜厚では弾性表面波の励振
、伝搬に悪影響は見られなかった０ 第８図は本発明第４実施例の弾性表面波装置を示し、第
９図は第８図中のＩ−Ｊ線断面図である。

本弾性表面波装置は、圧電性基板上にすだれ状電極と反
射器を形成した中心周波数６８０ＭＨｚの弾性表面波共
振子であって、圧電性基板としては、温度特性の優れた
４２．７５度回転Ｙ切断Ｘ伝搬水晶基板を用い、すだれ
状電極と反射器は１００ｎｍの膜厚のアルミニウムとチ
タンの合金のスバッタ膜で形成した。

本実施例の圧電性基板である水晶は反応性イオンエッチ
ング中にエッチングされ易く、このため共振子の中心周
波数がばらつき歩留低下を生じていたが、エッチングさ
れ無い材料として厚さ５ｎｍの二オプ酸リチウム膜を第
１薄膜層として用いることにより基板のエッチングを防
止する構成とした。

第１０図（ａｌ〜（ｆ）は本発明弾性表面波装置の製造
方法を説明する図である。ｌｍ）と（ｂ）に示すように
、先ず絶縁材料によシ圧電性基板上に第１薄膜層７を形
成する。この薄膜層の形成万法として本発明ではスパッ
タリング法を用いたが、蒸着あるいはｃｙＤ＠を用いて
も良い。また、圧電性基板は二オプ［ＩＪチウムあるい
は酸化亜鉛等でも良い。更に第１薄膜層の材料としては
酸化ケイ素、ニオブ酸リチウムだけでなく、酸化アル安
ニウム、窒化ケイ素あるいはタンタル酸リチウム等の材
料を用いることも出来る。

第１薄膜層を形成した後に、図（Ｑ）に示すように電気
伝導性材料によシ第２薄膜層８を形成し、図（ｄ）に示
すようにホトレジストを塗布、露光、及び現像してパタ
ーン１０を形成し、図（ｅｌに示すように反応性イオン
エソチングによシ第２薄膜層を加工して電極を形成する
。この時、同時に第１薄膜層を除去することもできるが
、別の工程で（ｆ）に示すように第１薄膜層の不要部分
をエッチング除去しても良い。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、弾性表面波装置の
電極を反応性イオンエッチングによう高精度に加工する
場合、電極のエッチング加工中に圧成性基板がエッチン
グされて堀込みが生じたう、論付着層が形成されたサす
ることを防止できるので、弾性表′面波装置の製造歩留
釦よび長期的信頼性を向上できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第１実施例弾性表面波装置の平面図、第
２図は第１図中のＡ−Ｂ＠断面図、第５図は本発明第２
実施例弾性表面波装置の平面図、第４図は第５図中のＣ
−Ｄ線断面図、第５図は本発明第３実施例弾性表面波装
置の平面図、第６図は第５図中のＥ−Ｆ’線断面図、第
７図は第１実施例弾性表面波装置の周波数特性Ｇと従米
装置の長期間経過後の周波数特性Ｈｔ−示す図、第８図
は本発明第４実施例弾性表面波装置の平面図、第９図は
ｉ；ｇ８図中のＩ−Ｊ線断面図、第１０図は本発明弾性
表面波装置の製造方法を説明する図である。 １・・・圧電性基板、２・・・入力すだれ状電極、３・
・・出力すだれ状電極、４ａ．４ｂ・・・配線電極、５
ａ、５ｂ，５ｏ．５ｄ・・・ボンディングパッド、６・
・・共通電極、７・・・第１薄膜層、８・・・＠２薄膜
層、９・・・第　１１．￥１ 第　２回 ｂ−乃ｉ！Ｌ’［ゆ ／”’Ｍｌ導携層． ８　第２浦胞贋 ｒ１． 第 ろ辺 第 ４ 図 第 １ 図 固ｊ反数 （Ｍ｝Ｉｉ！） 第 ５ 図 蔦 ６図 ｂ・　八ＪＬｉ憎 ’７−ｊ！１７１薄瞑屠 第 ８ロ 第　ｑ　図

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．圧電性基板上に薄膜から成る弾性表面波入出力変換
   用すだれ状電極や弾性表面波反射器を設けた弾性表面波
   装置において、すだれ状電極または反射器を、圧電性基
   板面に接して電気絶縁性材料で形成された第１薄膜層と
   この層に接して電気伝導性材料で形成された第２薄膜層
   とから成る積層構造としたことを特徴とする弾性表面波
   装置。
2. ２．圧電性基板面側の電気絶縁性材料から成る第１薄膜
   層を、圧電性基板面のすだれ状電極または反射器が形成
   される部分に、一様な連続膜として形成したことを特徴
   とする請求項１記載の弾性表面波装置。
3. ３．圧電性基板面側の電気絶縁性材料から成る第１薄膜
   層を、圧電性基板面のすだれ状電極または反射器が形成
   される部分と、弾性表面波の伝搬路上とに、一様な連続
   膜として形成したことを特徴とする請求項１記載の弾性
   表面波装置。
4. ４．第１薄膜層を形成する電気絶縁性材料が、酸化ケイ
   素、又は酸化アルミニウム、又は窒化ケイ素、又は窒化
   アルミニウムであることを特徴とする請求項１又は２又
   は５記載の弾性表面波装置。
5. ５．第１薄膜層を形成する電気絶縁性材料が、ニオブ酸
   リチウム又はタンタル酸リチウムであることを特徴とす
   る請求項１又は２又は３記載の弾性表面波装置。
6. ６．圧電性基板がニオブ酸リチウム単結晶よりなり、か
   つ第１薄膜層が酸化ケイ素よりなることを特徴とする請
   求項１又は２又は３記載の弾性表面波装置。
7. ７．圧電性基板がタンタル酸リチウム単結晶よりなり、
   かつ第１薄膜層が酸化ケイ素よりなることを特徴とする
   請求項１又は２又は３記載の弾性表面波装置。
8. ８．圧電性基板が水晶よりなり、かつ第１薄膜層がニオ
   ブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムよりなることを特
   徴とする請求項１又は２又は３記載の弾性表面波装置。
9. ９．圧電性基板面に接して電気絶縁性材料からなる第１
   薄膜層を成膜した後、電気伝導性材料からなる第２薄膜
   層を第１薄膜層の上に成膜し、第２及び第１薄膜層を加
   工して配線パターン及びすだれ状電極または反射器を形
   成することを特徴とする弾性表面波装置の製造方法。
10. １０．圧電性基板上に薄膜から成る弾性表面波入出力変
    換用すだれ状電極や弾性表面波反射器を設けた弾性表面
    波装置の製造において、圧電性基板面側から順に電気絶
    縁性材料からなる第１薄膜層と電気伝導性材料からなる
    第２薄膜層とを形成させ、第２薄膜層を加工する工程で
    、第１薄膜層を圧電性基板面に対する保護層とすること
    を特徴とする弾性表面波装置の製造方法。