声表面波元件及其制造方法与流程

本发明涉及一种在电极方面具有特征的声表面波元件及其制造方法。

背景技术：

为了谋求信息通信技术的进一步发展，声表面波元件变得越发重要。声表面波元件具备压电单晶基板、以及形成于所述基板上的梳型电极(以下有时也称为idt(叉指换能器(interdigitaltransducer))。作为压电单晶基板，多使用晶体、钽酸锂(litao3)、铌酸锂(linbo3)等的各基板。例如，作为射频(radiofrequency，rf)频带滤波器用的基板，使用的是64度旋转y切割的linbo3基板、或32度～44度旋转y切割的litao3基板。原因在于：前者可获得大的机电耦合系数，后者的机电耦合系数大且频率温度系数相对较小。再者，64度旋转y切割等表述的含义是指：按照压电单晶基板的垂直于y轴的面即x-z面以x轴为旋转中心轴旋转64度之后的面成为主面的方式，自压电单晶基板进行切出的切割。以下类似的标记同样如此。

另外，作为idt的材料而使用铝或铝系合金。原因在于：它们的微细加工性优异，由于比重小而电极载荷质量效应小，且由于电阻小而插入损耗小。

此外，在声表面波元件工作时，会对idt施加与工作频率成比例的反复应力。已知因所述反复应力，在idt中会形成起因于所谓的应力迁移(stressmigration)的丘凸(hillock)或空洞(void)，因此，滤波器特性、具体而言为耐电力性劣化。所施加的电力越大、工作频率越高，越会产生所述现象。因此，对以高电力及高频率使用的声表面波元件、例如800mhz～2.4ghz的rf频带用的分波器(双工器(duplexer))等而言，需要耐电力性优异的电极材料。

为了满足所述要求，例如在专利文献1～专利文献4中公开了如下的电极结构：在linbo3或litao3的基板上设置作为基底膜的钛膜，在所述钛膜上设置有铝膜或以铝为主成分的膜。

具体而言，在专利文献1及专利文献2中，分别公开了钛膜及铝膜均是在选区电子束分析中仅出现斑点(spot)的单晶膜的方面。另外，在专利文献3及专利文献4中，分别公开了在钛膜上设置有根据x射线衍射(x-raydiffraction，xrd)极点图而出现了6次对称斑点的铝膜或以铝为主成分的膜的电极结构。进而，也公开了这些铝膜或以铝为主成分的膜具有双晶结构的方面。另外，在专利文献4中公开了铝膜或以铝为主成分的膜为平均粒径为60nm以下的膜。

根据所述专利文献1～专利文献4中公开的电极结构，可以说与此以外的情况相比耐电力性得到改善。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]wo99/16168

[专利文献2]wo00/74235

[专利文献3]日本专利特开2002-305425号公报

[专利文献4]日本专利特开2011-109306号公报

技术实现要素：

[发明所要解决的问题]

然而，专利文献1中公开的电极结构中，钛膜的(001)面的法线方向为压电单晶基板的垂直方向，且铝膜的(110)面的法线方向成为压电单晶基板的垂直方向(专利文献1的请求项2)。

另外，专利文献2中公开的电极结构为铝膜的(112)面的法线方向与压电单晶基板表面垂直地取向的结构(专利文献2的请求项2)。

另外，专利文献3中公开的电极结构中，铝膜或以铝为主成分的膜的[111]轴方向沿压电单晶基板的z轴方向外延生长。即，在专利文献3的情况下，铝膜或以铝为主成分的膜为其(111)面与压电单晶基板的(001)面平行的膜。

另外，专利文献4中公开的电极结构将出现6次对称斑点的膜及粒径作为要件，但未明示铝膜或以铝为主成分的膜的结晶面与压电单晶基板的结晶面的配置关系。

另一方面，本申请的发明人也持续努力进行了通过将钛膜用作idt中的基底膜而谋求idt的耐电力性的提高的研究。而且，发现了可自与专利文献1～专利文献4不同的观点出发来提高idt的耐电力性。

本申请是鉴于此种方面而成，因此，本申请发明的目的在于提供一种实现声表面波元件的耐电力性的提高的新颖的结构与其制造方法。

[解决问题的技术手段]

为了谋求所述目的的达成，根据本申请的声表面波元件的发明，所述声表面波元件具备litao3或linbo3的压电单晶基板、以及电极，所述电极包括形成于所述基板上的钛膜及形成于所述钛膜上的铝膜或以铝为主成分的膜，所述声表面波元件：

所述铝膜或以铝为主成分的膜为双晶或单晶的膜，且其(111)面相对于所述压电单晶基板的表面呈角度θ而非平行，而且其[-1,1,0]方向与所述压电单晶基板的晶轴的x方向平行。

在实施所述声表面波元件的发明时，所述角度θ可为-1度～-2.5度的范围。

在实施所述声表面波元件的发明时，所述钛膜的膜厚可为3nm～20nm，所述铝膜或以铝为主成分的膜可为单晶膜。

在实施所述声表面波元件的发明时，所述钛膜的膜厚可为3nm～50nm，所述铝膜或以铝为主成分的膜可为双晶膜。

在实施所述声表面波元件的发明时，所述压电单晶基板可设为36度～50度y切割litao3或linbo3的压电单晶基板。

另外，根据本申请的声表面波元件的制造方法，在36度～50度y切割litao3或linbo3的压电单晶基板上形成钛膜，且当在所述钛膜上形成作为双晶或单晶的铝膜或以铝为主成分的膜的、其(111)面相对于所述压电单晶基板的表面呈角度θ而非平行而且其[-1,1,0]方向与所述压电单晶基板的晶轴的x方向平行的膜时，将所述钛膜的成膜速度及膜厚设为能够形成所述铝膜或以铝为主成分的膜的成膜速度及膜厚，来形成所述钛膜。

在实施所述制造方法的发明时，可将所述钛膜的膜厚设为既定膜厚范围，并将所述钛膜的成膜速度设为与所述既定膜厚范围相对应的预先求出的既定速度范围，来形成所述钛膜。

在实施所述制造方法的发明时，所使用的压电单晶基板可设为进行了既定的机械研磨、且未进行化学性的蚀刻处理的压电单晶基板。

[发明的效果]

根据本申请的声表面波元件，可获得与以前相比耐电力性优异的元件。另外，根据本申请的声表面波元件的制造方法，可容易地制造与以前相比耐电力性优异的元件。

附图说明

图1的(a)、图1的(b)是实施方式的声表面波元件的说明图。

图2是表示实施例1中形成的膜的(111)极点图的图。

图3是表示实施例1中形成的膜的(100)极点图的图。

图4是表示实施例1中形成的另一膜的(111)极点图的图。

图5是表示实施例1中形成的另一膜的(100)极点图的图。

图6是表示实施例1中形成的又一膜的(111)极点图的图。

图7是表示实施例1中形成的又一膜的(100)极点图的图。

图8是说明本发明的铝膜或以铝为主成分的膜的结晶面与压电单晶基板表面(主表面)的关系的图。

[符号的说明]

10：实施方式的声表面波元件

11：压电单晶基板/基板

11a：压电单晶基板的表面/虚线

13：电极(idt)/电极膜

13a：钛膜

13b：铝膜或以铝为主成分的膜/al-0.5cu膜

13ba：膜13b的(111)面/虚线

13bb：膜13b的(111)面的[-1,1,0]方向

θ：基板11的表面与膜13b的(111)面所成的角度

x：方向

具体实施方式

以下，参照附图对本申请的各发明的实施方式进行说明。再者，说明中所使用的各附图仅以可理解所述发明的程度概略性地示出。另外，在说明中所使用的各附图中，对相同的构成成分附注同一编号来表示，有时也省略其说明。另外，以下的实施方式中叙述的形状、尺寸、材质等仅为本发明的范围内的优选例。因此，本发明并不仅限定于以下的实施方式。

1.声表面波元件及其制造方法的实施方式

图1的(a)、图1的(b)是说明实施方式的声表面波元件10的图。尤其图1的(a)是声表面波元件10的平面图，图1的(b)是沿着图1的(a)的p-p线的局部剖面图。

声表面波元件10具备压电单晶基板11、以及电极(idt)13，所述电极(idt)13包括依序设置于所述基板11上的钛膜13a及铝膜或以铝为主成分的膜13b。再者，电极13为具备输入侧idt与输出侧idt的构成。当然，声表面波元件10的结构为一例。例如也可为由绝缘膜覆盖电极13的上表面及侧面般的结构等。

压电单晶基板11为litao3或linbo3。更优选为36度～50度y切割的litao3或linbo3基板。其中，在用作rf频带的声表面波元件的情况下，更优选为36度～50度旋转y切割的litao3。

而且，所准备的压电单晶基板11为以既定的表面粗糙度进行了研磨的基板。具体而言，设为利用机械研磨法进行了研磨的具有被称为所谓的抛光研磨的研磨面的基板。

进而，根据本申请的发明人的实验，所准备的压电单晶基板11可为未对其表面进行蚀刻处理等积极的处理，而是仅实施了将所述基板表面的有机物等去除的程度的清洗处理的基板。原因在于：当对压电单晶基板进行研磨时，实施目的在于利用蚀刻将基板表面所产生的表面变质层去除等的积极处理而露出的压电单晶基板的结晶面成为不仅由低指数表示的低指数面而且由高次的指数表示的高指数面也共存的结晶面。在这种结晶面上生长的铝膜或以铝为主成分的膜成为不仅在低指数面上生长的单晶膜而且在高指数面上生长的单晶膜也共存的状态。而且，所述高指数面当然依存于所使用的压电单晶基板的切割角的不同，且根据蚀刻条件、典型而言为湿式蚀刻条件而发生各种变化，因此，当使在本发明中作为目的的既定的铝膜或以铝为主成分的膜13b再现性良好地生长时成为弊端。

此处，并不优选的预处理例如是指利用选自磷酸、焦磷酸、苯甲酸、辛酸、盐酸、硝酸、硫酸、氢氟酸、缓冲氢氟酸及硫酸氢钾中的至少一种蚀刻剂对压电单晶基板11进行处理。另一方面，优选的预处理是指相对于压电单晶基板11的、选自使用纯水的水洗处理、擦洗处理、灰化处理、利用有机溶剂的脱脂处理等中的一种以上的处理。

再者，如上所述般只要利用简易的清洗即可，因此，在本发明中也可获得能够简化制造步骤的效果。

另外，关于钛膜13a，若其膜厚过厚，则会增大电极膜13自身的电阻，另外，过薄或过厚均无法获得本发明中所期望的铝膜或以铝为主成分的膜13b。

另外，关于钛膜的成膜速度，若其过慢，则产量(throughput)降低，若过快，则膜厚的控制性降低，另外，过慢或过快均无法获得本发明中所期望的铝膜或以铝为主成分的膜13b。

而且，根据本申请的发明人的实验而判明，需要根据欲将本发明的铝膜或以铝为主成分的膜13b形成为单晶膜或形成为双晶膜来使钛膜13a的膜厚或成膜速度适当化。因此，钛膜13a的膜厚或成膜速度可根据欲获得单晶的膜或双晶的膜来作为铝膜或以铝为主成分的膜13b而如以下般设定。再者，作为钛膜13a及铝膜13b的成膜方法，可使用溅射法、离子束沉积法等任意优选的成膜方法，例如可使用直流(directcurrent，dc)磁控溅射法。

＜欲获得单晶的膜的情况＞

可将钛膜13a的成膜速度设为0.01nm/秒以上、0.15nm/秒以下，并将钛膜13a的膜厚设为3nm～7.5nm。

可将钛膜13a的成膜速度设为0.15nm/秒以上、0.30nm/秒以下，并将钛膜13a的膜厚设为10nm～15nm。

可将钛膜13a的成膜速度设为0.35nm/秒以上、5nm/秒以下，并将钛膜13a的膜厚设为15nm～20nm。

综上所述，在欲获得单晶的膜来作为铝膜或以铝为主成分的膜13b的情况下，可将成膜速度设为0.01nm/秒以上、5nm/秒以下，并将钛膜13a的膜厚设为3nm～20nm。

＜欲获得双晶膜的情况＞

可将钛膜13a的成膜速度设为0.01nm/秒以上、0.15nm/秒以下，并将钛膜13a的膜厚设为10nm以上。

可将钛膜13a的成膜速度设为0.15nm/秒以上、0.30nm/秒以下，并将钛膜13a的膜厚设为2.5nm～7.5nm或20nm～50nm。

可将钛膜13a的成膜速度设为0.35nm/秒以上、5nm/秒以下，并将钛膜13a的膜厚设为5nm～10nm或25nm～50nm。

其中，若钛膜13a的膜厚过厚，则如已说明般，因会增大电极膜13的电阻而并不优选，故即便在上述中将钛膜13a的膜厚设为20nm以上的情况下，其膜厚也宜优选为100nm以下，更优选为50nm以下。

另外，本发明的铝膜或以铝为主成分的膜13b为双晶或单晶的膜。而且，所述膜13b的(111)面(图1的(b)中由虚线13ba表示的面)相对于压电单晶基板11的表面即主表面(图1的(b)中由虚线11a表示的面)而非平行且两表面所成的角度θ(参照图1的(b))处于数度的范围。此处，角度θ如后述的实施例中所说明般，为-1度至-2.5度。

再者，所谓以铝为主成分的膜13b是指以铝为主成分且其中包含微量的其他元素的任意的铝系合金。例如为在铝中添加有微量的铜(cu)和/或镁(mg)等金属元素的铝系合金。

2.实施例

接下来，通过若干实施例来对本发明进一步进行详细说明。

2-1.实施例1

准备作为42度y切割litao3基板的、利用机械研磨法将主表面研磨成抛光面的基板。利用纯水对所述基板进行超声波清洗后，导入至dc磁控溅射装置的成膜室内。将成膜室内真空排气至8×10^-8托(torr)后，经由质量流量控制器(massflowcontroller)向成膜室内导入高纯度ar气，在基板的主表面上形成钛膜，进而在所述钛膜上层叠相对于铝而包含0.5重量％的铜(cu)的铝系合金膜(以下简记为al-0.5cu膜)。

再者，将钛成膜时的成膜速度固定为0.08nm/秒并使钛膜厚在0nm～20nm的范围内变化，而对钛膜的成膜条件作出各种改变。另一方面，关于al-0.5cu膜，其成膜速度固定为1.65nm/秒，al-0.5cu膜厚固定为132nm。将钛膜成膜时的氩流量设为50sccm，dc功率设为140w，将al-0.5cu膜成膜时的氩流量设为10sccm，dc功率设为1kw。再者，将基板温度设为室温。

关于如上所述般制作而成的各试样的al-0.5cu膜，使用将cukα作为x射线源的4轴的x射线衍射装置，进行(111)及(100)两个极点图测定。111反射及200反射的衍射角(2θ)分别为38.5°、44.8°。此时，以42度y切割litao3基板的x轴与phi(φ)＝0°一致的方式将样本设置于x射线衍射计(测角仪平台(goniometerstage))中。

作为测定结果，首先将层叠于膜厚为4nm的钛膜上的al-0.5cu膜的(111)极点图示于图2，将(100)极点图示于图3。在图2的(111)极点图中，可知在中心出现了强斑点，且在psi(ψ)＝70°的圆周上，在phi(φ)为60°、180°、300°位置上出现了三个斑点。在图3的(100)极点图中，可知在psi(ψ)＝55°的圆周上，在phi(φ)为0°、120°、240°位置上出现了三个斑点。根据这些结果可知，al-0.5cu膜进行了(111)的单晶生长，且其(111)面与litao3基板面大致平行，详细而言呈角度θ而为非平行(详情将参照图8而在之后叙述)，并以litao3的x轴方向与al-0.5cu膜的(111)面内的[-1,1,0]方向平行的方式进行了外延生长。(再者，图2、图3的除上述以外的清晰斑点为源自litao3基板的峰值，因此可无视)。在层叠于膜厚为3nm或5nm的钛膜上的al-0.5cu膜中，也可获得与图2、图3相同的示出(111)单晶生长的极点图。

接下来，将层叠于膜厚为10nm的钛膜上的al-0.5cu膜的(111)极点图示于图4，将(100)极点图示于图5。在图4的(111)极点图中，可知在中心出现了强斑点，且在psi(ψ)＝70°的圆周上，在phi(φ)为0°、60°、120°、180°、240°、300°位置上出现了6个斑点。另外，在图5的(100)极点图中，可知在psi(ψ)＝55°的圆周上，在phi(φ)为0°、60°、120°、180°、240°、300°位置上出现了6个斑点。根据这些结果可知，al-0.5cu膜进行了(111)的双晶生长，其(111)面与litao3基板面呈角度θ而为非平行(详情将参照图8而在之后叙述)，并以litao3的x轴方向与al-0.5cu膜的(111)双晶面内的[-1,1,0]方向平行的方式进行了外延生长。在层叠于膜厚为15nm或20nm的ti上的al-0.5cu膜中，也可获得与图4、图5相同的示出(111)双晶生长的极点图。

接下来，将层叠于膜厚为2nm的钛膜上的al-0.5cu膜的(111)极点图示于图6，将(100)极点图示于图7。在图6的(111)极点图中，可知在中心出现了强斑点，且在psi(ψ)＝70°的圆周上出现了环。在图7的(100)极点图中，可知在psi(ψ)＝55°的圆周上出现了环。根据这些结果可知，al-0.5cu膜的(111)面虽与litao3基板面平行，但面内方向变得无规，因此是进行了所谓的取向生长。在层叠于膜厚为1.5nm或2.8nm的钛膜上的al-0.5cu膜中，也可获得与图6、图7相同的示出(111)取向生长的极点图。

另外，另行制作未设置钛膜而在压电单晶基板上设置有al-0.5cu膜的试样、以及将钛膜的膜厚设为1nm且在所述钛膜上设置有al-0.5cu膜的试样，并尝试求出与上述相同的极点图，但al-0.5cu膜的强度低，未确认到明确的环图案。

根据以上的结果，在不设置钛膜的情况下、或钛膜的膜厚过薄的情况下(膜厚未满3nm)，无法获得本发明中所期望的铝膜。另外可知，相依于钛膜的膜厚或成膜条件，铝膜成为单纯的取向膜、双晶的本发明的铝膜、单晶的本发明的铝膜。

利用光刻技术及干式蚀刻技术对所述各电极膜进行加工，制作设计成2ghz范围用的梯(ladder)型声表面波滤波器。针对所制作的声表面波滤波器进行耐电力性评价试验。评价试验条件设为依据专利文献1或专利文献2中所记载的评价体系、试验条件的条件，并将接通电力设为0.8w，将试验温度设为85℃，将中心频率变动0.1mhz为止的时间定义为耐电力寿命。将所述耐电力寿命试验结果示于表1。

[表1]

根据表1的结果可知，相对于进行了(111)取向生长的电极的耐电力寿命，进行了(111)双晶生长的电极中其耐电力寿命为5倍以上，进行了(111)单晶生长的电极中所述寿命达10倍以上，本发明的电极膜的耐电力性得到了明显提高。

2-2.实施例2

作为实施例2，对将压电单晶基板设为36度y切割litao3基板的例子进行说明。准备作为36度y切割litao3基板的、利用机械研磨法将主表面研磨成抛光面的基板。与实施例1同样地对所述基板进行利用纯水的超声波清洗后，导入至dc磁控溅射装置中，并依序层叠钛膜与al-0.5cu膜。其中，将钛膜的成膜速度固定为0.23nm/秒并使ti膜厚在2nm～50nm的范围内变化。关于al-0.5cu膜的膜厚，与实施例1相同。再者，通过将钛膜的成膜条件设为氩流量50sccm、dc功率300w来获得所述成膜速度。关于基板温度，与实施例1同样地设为室温。

关于所制作的试样，与实施例1同样地测定极点图。根据(111)及(100)极点图可知，在钛膜的膜厚为2nm的情况下，al-0.5cu膜进行了111取向生长，在钛膜的膜厚为2.5nm～7.5nm的情况下，al-0.5cu膜进行了(111)双晶生长，在钛膜的膜厚为10nm～15nm的情况下，al-0.5cu膜进行了(111)单晶生长，在钛膜的膜厚为20nm～50nm的情况下，al-0.5cu膜进行了双晶生长。

与实施例1同样地对所述所制作的试样进行加工，与实施例1同样地制作梯型声表面波滤波器，并进行耐电力性评价试验。将其结果示于表2。

[表2]

根据表2的结果可知，相对于进行了(111)取向生长的电极的耐电力寿命，进行了(111)双晶生长的电极中其耐电力寿命为5倍以上，进行了(111)单晶生长的电极中所述寿命达10倍以上，本发明的电极膜的耐电力性得到了明显提高。另外可知，在压电单晶基板的切割角为36度的情况下，也可获得与切割角为42度的情况(实施例1的情况)相同的效果。

2-3.实施例3

作为实施例3，对将压电单晶基板设为50度y切割litao3基板的例子进行说明。准备作为50度y切割litao3基板的、利用机械研磨法将主表面研磨成抛光面的基板。与实施例1同样地对所述基板进行利用纯水的超声波清洗后，导入至dc磁控溅射装置中，并依序层叠钛膜与al-0.5cu膜。其中，将钛膜的成膜速度固定为0.50nm/秒并使ti膜厚在5nm～50nm的范围内变化。关于al-0.5cu膜的膜厚，与实施例1相同。再者，通过将钛膜的成膜条件设为氩流量50sccm、dc功率500w来获得所述成膜速度。关于基板温度，与实施例1同样地设为室温。

关于所制作的试样，与实施例1同样地测定极点图。根据(111)及(100)极点图可知，在钛膜的膜厚为5nm～10nm的情况下，al-0.5cu膜进行了(111)双晶生长，在钛膜的膜厚为15nm～20nm的情况下，al-0.5cu膜进行了(111)单晶生长，在钛膜的膜厚为25nm～50nm的情况下，al-0.5cu膜进行了双晶生长。

与实施例1同样地对所述所制作的试样进行加工，与实施例1同样地制作梯型声表面波滤波器，并进行耐电力性评价试验。将其结果示于表3。

[表3]

根据表3的结果及表1、表2中的进行了(111)取向生长的电极的耐电力寿命结果(4h或4.2h)可知，相对于进行了(111)取向生长的电极的耐电力寿命，进行了(111)双晶生长的电极中其耐电力寿命为5倍以上，进行了(111)单晶生长的电极中所述寿命达10倍以上，本发明的电极膜的耐电力性得到了明显提高。另外可知，在压电单晶基板的切割角为50度的情况下，也可获得与切割角为42度或36度的情况(实施例1或实施例2的情况)相同的效果。

3.关于角度θ

接下来，对压电单晶基板的表面即主表面与本发明的铝膜的(111)面所成的角度θ(参照图1的(b))进行说明。如根据所述各实施例而明确般，在本发明的声表面波元件的情况下，当铝膜13b为双晶膜或单晶膜时，耐电力性提高。而且，根据发明人对这种膜的状态进行了详细研究后的结果而判明，当所述角度θ为既定范围时产生了所述双晶膜或单晶膜。图8对所述结果进行了汇总，且为横轴取钛膜的膜厚(nm)，纵轴取所述角度θ，针对所述各实施例中的各种试样，对钛膜13a的膜厚与关于al-0.5cu膜13b的所述角度θ进行绘制而成的图。

关于所述进行了绘制的各试样而判明，在钛膜的膜厚为3nm～50nm(在图8中绘制至25nm为止)时，表示al-0.5cu膜13b为双晶结构或单晶结构的情况下的所述角度θ不太依存于膜厚而处于-1度至-2.5度的范围。因此，耐电力性优异的本发明的铝膜或以铝为主成分的膜可将所述角度θ特别指定为-1度～-2.5度。

再者，关于各试样的所述角度θ是当在(111)极点图测定配置下设为phi(φ)＝0°而在±10°的范围内对psi(ψ)轴进行扫描时，作为111反射的峰值位置距psi(ψ)＝0°的位移量来测定。

4.其他实施方式

本发明在进行如下变更的情况下也可获得与所述实施方式相同的效果。例如，作为铝膜而使用添加有微量的硅、钛、钯等的铝膜，也可附加提升膜的合成的构成。另外，作为铝膜而使用添加有选自钛、钯、铌、镍、镁、锗、硅、钴、锌、锂、钽、金、银、铂、铬、铪、镉、钨及钒中的一种以上的金属的铝膜，并将所述膜的平均结晶粒径设为idt的电极指宽的1/50～1/5，也可附加提升所述膜的合成的构成。另外，除所述以外，也可在不脱离本发明的目的的范围内应用任意优选的技术。