專利名稱：彈性表面波元件及電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用彈性表面波(SAWSurface Acoustic Wave)的器件。
背景技術(shù)：
彈性表面波元件(表面彈性波元件、SAW濾波器)是利用在壓電材料表面?zhèn)鞑サ谋砻娌ǖ臋C電轉(zhuǎn)換元件，具有壓電材料及在其上部形成的一對叉指式電極(IDTinterdigital transducer)的基本構(gòu)成。例如，向一方的叉指式電極印加電信號時，壓電材料產(chǎn)生應變，該應變變?yōu)閺椥员砻娌ê髠鞑?，從另一方的叉指式電極取出電信號。此時，因為選出的是特定的頻率，所以可以用作諧振元件、濾波器等。
這些元件被應用于通信設(shè)備(無線設(shè)備、有線設(shè)備)、傳感器、觸摸屏等各種領(lǐng)域，尤其是在以手機為代表的移動通信領(lǐng)域中成為必需的元件。另外，還用于電視臺和手機基站等的系統(tǒng)裝置，在這些系統(tǒng)(例如天線部)中，安裝有高性能的裝置(元件)。
例如，隨著光通信和移動通信中信號的高頻化，對構(gòu)成彈性表面波元件的各種材料進行的研究十分盛行。如后面的詳細說明，作為放大彈性表面波元件的頻率的方法，可以舉出以下的例子1)縮小叉指式電極的電極間隔；2)提高彈性表面波的傳播速度。其中，因為微細加工技術(shù)的局限性使縮小叉指式電極的電極間隔受到限制，所以提高彈性表面波的傳播速度的技術(shù)變得非常重要。
例如，正在研究使用藍寶石和金剛石的元件。其中最引人注目的是通過使金剛石層和壓電材料層疊而提高上述傳播速度的技術(shù)。
例如，在特開平6-232677號公報(特許文獻1)中，公開了一種采用了層疊構(gòu)造的彈性表面波元件的相關(guān)技術(shù)，該層疊構(gòu)造由金剛石等組成的層和由金屬氧化物組成的層以及壓電體組成的層構(gòu)成。
另外，在特開平9-98059號公報(特許文獻2)中，公開了另一種彈性表面波元件的相關(guān)技術(shù)，該技術(shù)采用了金剛石層、ZnO層以及SiO2層的層疊構(gòu)造，在高頻區(qū)域具有優(yōu)良的工作特性。
(特許文獻1)特開平6-232677號公報(特許文獻2)特開平9-98059號公報本發(fā)明的發(fā)明人員，從事具有彈性表面波元件的各種電子設(shè)備相關(guān)的研究、開發(fā)工作，致力于研究具有更高性能的元件構(gòu)造。
即，正在研究具有1)傳播速度快；2)機電耦合系數(shù)大；3)頻率溫度變化?。?)耐電性高等性能的元件構(gòu)造。
然而，例如在上述特許文獻1中，如圖2等所示，因為形成用SiO2薄膜覆蓋梳形電極的構(gòu)造，存在該薄膜的內(nèi)應力容易施加到電極上，導致電極容易損壞的問題。另外，也存在由于散熱性變差，熱應力導致電極劣化的問題。
另外，在上述特許文獻2中，也具有用ZnO層覆蓋叉指式電極的構(gòu)造，因此同樣存在ZnO的內(nèi)部應力和散熱性引發(fā)的問題。還有，金屬的叉指式電極上的ZnO的結(jié)晶性也存在問題。
這樣的電極劣化，會引起耐電性的下降，導致彈性表面波元件的特性劣化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提高彈性表面波元件的特性，尤其是降低元件的電極劣化。另外的目的在于降低電極的劣化，提高耐電性，同時提高傳播速度，增大機電耦合系數(shù)，或降低頻率溫度變化。
(1)本發(fā)明的彈性表面波元件，具有(a)襯底；和(b)形成在所述襯底的上方的壓電體膜；和(c)形成在所述壓電體膜的上側(cè)的用于產(chǎn)生彈性表面波的電極；和(d)形成在所述電極上并覆蓋所述電極的、由與所述壓電體膜相同的材料組成的第一被膜；以及(e)形成在所述被膜上的第二被膜。
如此，由于在電極上配置和壓電體膜相同的材料組成的被膜并覆蓋電極，電極整體被壓電體膜包圍，電極的應力遷移特性(容限)得到提高。其結(jié)果，可以減少電極的劣化，使耐電性得到提高，從而提高彈性表面波元件的特性。
例如，所述壓電體膜及所述第一被膜可以由氧化鋅、鉭酸鋰、鈮酸鋰及氮化鋁的任何一種構(gòu)成。
例如，所述襯底在其表面上具有硬質(zhì)層，在所述硬質(zhì)層上形成有所述壓電體膜。如此，通過采用硬質(zhì)層，可以減少電極的劣化；使耐電性提高，同時提高傳播速度；增大機電耦合系數(shù)或降低頻率溫度變化。
例如，所述硬質(zhì)層，可以由金剛石、氮化硼及藍寶石的任何一種構(gòu)成。
例如，將所述被膜的膜厚設(shè)為h，所述彈性表面波元件的彈性表面波的波數(shù)設(shè)為k時，兩者的乘積(kh)在0.003以上且在0.2以下。通過將被膜的膜厚設(shè)在一定的范圍內(nèi)，可以降低電極的劣化，使耐電性提高同時提高傳播速度，增大機電耦合系數(shù)或降低頻率溫度變化。
所述襯底具有多晶的硬質(zhì)層，所述壓電體膜是在所述硬質(zhì)層上形成的多晶膜。根據(jù)該構(gòu)成，即使壓電體膜為多晶也可以提高耐電性。
(2)本發(fā)明的彈性表面波元件，具有(a)具有硬質(zhì)層的襯底；和(b)形成在所述硬質(zhì)層上的壓電體膜；和(c)形成在所述壓電體膜的上方的用于產(chǎn)生彈性表面波的電極；和(d)形成在所述電極上并覆蓋所述電極的、熱傳導率大于非晶態(tài)SiO2的第一被膜；以及(e)形成在所述第一被膜上的第二被膜。
如此，由于在電極上配置熱傳導率大于非晶態(tài)SiO2的第一被膜并覆蓋電極，所以可以提高散熱性，從而提高彈性表面波元件的特性。
例如，所述壓電體膜可以由氧化鋅、鉭酸鋰、鈮酸鋰及氮化鋁的任何一種構(gòu)成。
例如，所述第一被膜的熱傳導率為10W/mK以上。
例如，所述第一被膜為氧化鋅或氮化鋁。
(3)本發(fā)明的電子設(shè)備，具有上述彈性表面波元件。這里所謂的“電子設(shè)備”是指使用電子電路等實現(xiàn)一定功能的一般設(shè)備，對其構(gòu)成不作特別限定，但可以舉出手機、個人計算機、PDA(便攜式信息終端)、電子記事本等各種設(shè)備。


圖1是表示實施方式1的彈性表面波元件的制造方法的工序剖面圖。
圖2是表示實施方式1的彈性表面波元件的制造方法的工序剖面圖。
圖3是表示實施方式1的叉指式電極15a的圖案的一例的俯視圖。
圖4是將本發(fā)明應用于手機的例圖。
圖5是將本發(fā)明應用于通信系統(tǒng)的例圖。
圖6是SiO2的KH、IDT上的ZnO的KH及兩者之比的示意圖。
圖7是表示各器件(Type1(a)～(d)、Type2(a)～(d))的位相速度的曲線圖。
圖8是表示各器件的頻率溫度系數(shù)(TCF)的曲線圖。
圖9是器件的頻率溫度特性的公式示意圖。
圖10是Type2(c)的雙端口共振器(S21)的特性示意圖。
圖11是S21的評價電路示意圖。
圖12是插入損耗(ΔIL[dB])和時間的關(guān)系圖。
圖13是表示Type1(a)～(f)的SiO2的KH及IDT上的ZnO的KH的圖。
圖14是表示各器件(Type1(a)～(f))的位相速度的曲線圖。
圖15是表示實施方式3的彈性表面波元件的制造方法的工序剖面圖。
圖16是表示實施方式3的彈性表面波元件的制造方法的工序剖面圖。
圖17是各種材料的熱傳導率示意圖。
符號說明10...襯底；10a...硅層；10b...金剛石層；13...壓電體膜；15a...叉指式電極；17、18...電極被覆膜；19...保護膜；P...電極極板；500...顯示部；530...手機；531...天線部；532...語音輸出部；533...語音輸入部；534...操作部；601...基站；603...各家庭；605...集中住宅；701...天線部；703...濾波器；705...低噪聲放大器；707...高頻放大器；709...信號處理部。
具體實施例方式
以下，參考附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。另外，對具有同一功能的部分付與相同或者關(guān)聯(lián)的符號，省略對其重復部分的說明。
(實施方式1)圖1及圖2是表示本實施方式的彈性表面波元件的制造方法的工序剖面圖。
首先，對本實施方式的彈性表面波元件的構(gòu)造進行說明。如最終工序圖即圖2(b)所示，本實施方式的彈性表面波元件，具有襯底10、壓電體膜13、叉指式電極15a、電極被覆膜17以及保護膜19。
襯底10用于支承各要素，在本實施方式中使用的是金剛石襯底。這里所謂的金剛石襯底，是指在硅層(硅襯底)10a上形成有金剛石層10b的襯底。
如此，通過使用在其表面上形成有金剛石等的硬質(zhì)層(硬質(zhì)膜)的襯底10，可以提高彈性表面波的傳播速度，從而實現(xiàn)對應頻率的高頻化。另外，通過使用上述硬質(zhì)層，可以增大機電耦合系數(shù)。作為硬質(zhì)層除了金剛石之外，還可以使用氮化硼或藍寶石。其中，金剛石的硬度大，適用于彈性表面波元件。
壓電體膜(壓電膜、壓電體膜、壓電體、壓電材料)13，形成在襯底10的一面上(金剛石層10b上)，作為其構(gòu)成材料，例如可以使用氧化鋅(ZnO)等。但，該壓電體膜13也可以使用氧化鋅以外的、具有壓電性的構(gòu)成材料，作為其它的構(gòu)成材料可以舉出鉭酸鋰(LiTaO3)、鈮酸鋰(LiNbO3)、氮化鋁(A1N)等例子。
叉指式電極15a形成于壓電體膜13上，具有一對叉指型的平面圖案(參考圖3)，例如可以用鋁(Al)等導電性材料構(gòu)成。該一對叉指式電極15a是用于產(chǎn)生彈性表面波的電極(彈性表面波激振用電極、用于進行機電轉(zhuǎn)換的電極)，當向一方的叉指式電極印加電信號時，壓電體膜13產(chǎn)生應變，該應變變成彈性表面波而傳播，可以從另一方的叉指式電極15a中取出電信號。此時，可以選出特定的頻率。彈性表面波元件的頻率帶寬(頻率特性)，具有用v/d表示的頻率(f＝v/d)為中心的帶通特性，d表示一個叉指式電極15a的電極間隔，v表示彈性表面波的傳播速度。因此，通過使用上述金剛石等的硬質(zhì)層，傳播速度(v)變快，從而能夠?qū)崿F(xiàn)高頻對應。
電極被覆膜(電極被覆層、被膜、第一保護膜、絕緣膜)17，由與構(gòu)成壓電體膜13的材料相同的材料構(gòu)成，被形成在叉指式電極15a上并覆蓋整個叉指式電極15a。即，形成在壓電體膜13的露出部及叉指式電極15a上。
如此，根據(jù)本實施方式，因為用與構(gòu)成壓電體膜13的材料相同的材料(電極被覆膜17)被覆叉指式電極15a，所以叉指式電極15a整體被壓電體膜(13、17)包圍。結(jié)果，使叉指式電極15a的應力遷移容限得到提高。
例如，當用與構(gòu)成壓電體膜13的材料不同的材料形成電極被覆膜17時，在這些膜的內(nèi)應力和熱膨脹系數(shù)之差的作用下，應力施加到叉指式電極15a上，成為電極損壞的主要原因。
對此，在本實施方式中，通過用壓電體膜(13、17)包圍叉指式電極15a，可以使應力遷移容限得到提高。
另外，作為電極被覆膜17使用氧化鋅或氮化鋁時，在這些材料的半導體性質(zhì)作用下，可以減少靜電破壞。
還有，在此所謂的與構(gòu)成壓電體膜13的材料相同的材料是指主要構(gòu)成相同的材料，例如，并不意味著包括因成膜條件(處理溫度、反應氣體種類或其流量等)而能夠發(fā)生變化的各種特性在內(nèi)都完全相同。
另外，如后面詳細說明那樣，該電極被覆膜17比壓電體膜13薄，例如，電極被覆膜17為50nm左右，而壓電體膜13為525nm左右，兩者之比為1/10以下，另外，將電極被覆膜17的膜厚設(shè)為h，彈性表面波的波數(shù)(頻率的倒數(shù))設(shè)為k時，優(yōu)選兩者的乘積(hk)應在0.003以上0.2以下的范圍內(nèi)。
保護膜(第二保護膜、絕緣膜)19形成于電極被覆膜17上，例如由氧化硅(SiO2)等絕緣材料組成。該保護膜19起到從外部保護壓電體膜13和叉指式電極15a的作用。另外，因為壓電體膜13和叉指式電極15a被電極被覆膜17覆蓋，該膜也起到保護膜的作用，但因為該膜的膜厚小，所以保護膜19起到加強保護力的作用。作為保護膜19，除了氧化硅之外，也可以使用礬土(氧化鋁、AlO3)或磷酸嫁(GaPO3)等材料。
如此，本實施方式的彈性表面波元件，形成從上層起，依次為保護膜(SiO2)19、電極被覆膜(ZnO)17、叉指式電極15a、壓電體膜(ZnO)13及金剛石層10b的層疊構(gòu)造。
另外，雖在圖2(b)中沒有圖示，但叉指式電極15a被連接在電極極板P上，例如被形成為圖3所示的一系列的圖案。該電極極板P的電極被覆膜17及保護膜19被去除后電極極板P露出。用引線等將該電極極板P和外部端子連接(引線接合)起來，可以實現(xiàn)彈性表面波元件和外部的電性連接。
其次，對本實施方式的彈性表面波元件的制造工序進行說明。
如圖1(a)所述，準備具有以金剛石層10b為主表面的金剛石襯底作為襯底10。在此，例如使用在1000μm(平均厚度)左右的硅層10a上形成有20μm(平均厚度)左右的多晶金剛石層10b的襯底10。
其次，如圖1(b)所示，用RF(高頻·radio frequency)濺射法(以下簡稱為“濺射法”)等成膜方法在金剛石層10b上堆積(覆蓋)525nm(平均厚度)左右的氧化鋅膜而形成壓電體膜13。成膜條件如下功率1.0kW；成膜溫度500℃；氣體壓力(氣氛壓)0.5Pa；以氧化鋅的燒結(jié)體為靶材；使用流量50sccm的氬氣(Ar)及50sccm的氧氣(O2)作為反應氣體。
接著，例如通過DC(直流)濺射法等成膜方法堆積成42nm(平均厚度)左右的Al(鋁)膜而形成導電性膜15。成膜條件是功率1.0kW；成膜溫度25℃(室溫)；氣體壓力(氣氛壓)1.0Pa；以鋁為靶材；使用流量50sccm的氬氣(Ar)為氣氛氣體。
然后，如圖1(c)所示，通過圖案化導電性膜15而形成叉指式電極15a。作為圖案化的方法，例如在導電性膜15上涂布光致抗蝕劑膜(未圖示)后，通過曝光、顯影(光蝕刻法)形成具有叉指型圖案的光致抗蝕劑膜(以下簡稱為“抗蝕劑膜”)。接著，通過掩膜對該抗蝕劑膜進行蝕刻，除去沒有被抗蝕劑膜覆蓋的導電性膜15，形成叉指式電極15a。蝕刻例如通過RIE(reative ion etching)進行，反應氣體采用以三氯化硼(BCl3)及氯氣(Cl3)為主成分的氣體。之后，除去殘留的抗蝕劑膜。
其次，如圖2(a)所示，在壓電體膜13的露出部及叉指式電極15a上形成由與壓電體膜13相同的材料組成的電極被覆膜17。此時，在壓電體膜13上堆積50nm(平均厚度)左右的氧化鋅膜。例如采用RF濺射法等成膜方法，在功率1.0kW；成膜溫度250℃；氣體壓力(氣氛壓)0.5Pa；以氧化鋅的燒結(jié)體為靶材；使用流量50sccm的氬氣(Ar)及50sccm的氧氣(O2)為反應氣體的條件下進行成膜。
該電極被覆膜17被形成在壓電體膜13的露出部及叉指式電極15a上，即，形成在不同的膜上，所以該膜的成長性(取向性)低于下層的壓電體膜13。但是，由于該電極被覆膜17的膜厚小，因此對壓電特性的影響少。
其次，如圖2(b)所示，用RF濺射法等成膜方法，在電極被覆膜17上堆積420nm(平均厚度)左右的氧化硅膜，形成保護膜(第二保護膜、絕緣層)19。成膜條件如下功率1.0kW；成膜溫度200℃；氣體壓力(氣氛壓)0.5Pa；以氧化硅的燒結(jié)體為靶材；反應氣體使用流量50sccm的氬氣(Ar)及50sccm的氧氣(O2)。
通過以上工序，大致完成彈性表面波元件的制作。
圖3是表示本實施方式的叉指式電極15a的圖案的一例的俯視圖。P表示電極極板。但圖案形狀并不限定于圖3所示的內(nèi)容，例如可以改變各個電極的叉指數(shù)，或者采用其它的形狀。另外也可以改變各個電極的配置位置和個數(shù)。
對于通過上述工序形成的彈性表面波元件的特性，用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(HP8753c)進行了檢驗。用該分析儀測量了散射參數(shù)，根據(jù)測量結(jié)果對插入損耗進行了評價。
另外，為了從彈性表面波元件獲得30dBm以上的輸出功率，安裝高頻放大器進行調(diào)整，使輸入功率與上述輸出功率相對應。即，向彈性表面波元件的輸入側(cè)的叉指式電極印加高頻，激發(fā)出表面波，測量從輸出側(cè)的叉指式電極輸出的信號(S21)，求出上述插入損耗。在此，S21是表示電滲透性的參數(shù)(散射參數(shù))，是用透射波電量/輸入波電量表示的元件的傳輸特性，其值越大表示元件的電量損耗越小、質(zhì)量越好。通過使該S21的值的符號為正數(shù)，可以求出插入損耗。
對插入損耗進行的評價結(jié)果良好，可知本實施方式的彈性表面波元件的插入損耗僅為6dB左右。
插入損耗的增加是由于叉指式電極的破壞或缺損造成的。然而如上所述，本實施方式的彈性表面波元件的應力遷移容限和靜電容限得到提高，所以可以減少叉指式電極的破壞和缺損，從而降低插入損耗。
另外，由于本實施方式的彈性表面波元件的應力遷移容限和靜電容限得到提高，其耐電性也升高到300mW以上。
另外，在本實施方式的彈性表面波元件中，由于電極被覆膜(由與壓電體膜13相同的材料組成的膜)17被形成為薄于(例如，在上述例子中，電極被覆膜17為50nm左右，壓電體膜13的厚度為525nm左右，兩者之比在1/10以下)壓電體膜13，因此該彈性表面波元件與不形成電極被覆膜17的彈性表面波元件具有同等的彈性表面波傳播速度、機電耦合系數(shù)及頻率溫度特性。
特別是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明人員的研究結(jié)果，可知將電極被覆膜17的膜厚設(shè)為h[A埃、10-8cm]、彈性表面波的波數(shù)設(shè)為k＝2π/λ[m-1]，兩者之積(hk)處于0.003以上且0.2以下的范圍內(nèi)時，可以獲得與沒有形成電極被覆膜17的彈性表面波元件同等的彈性表面波傳播速度、機電耦合系數(shù)及頻率溫度特性。
再者，如上所述，由于本實施方式的彈性表面波元件的應力遷移容限和靜電容限得到提高，與沒有形成電極被覆膜17或由不同于壓電體膜13的材料組成的彈性表面波元件相比，其耐電性得到提高。
(實施方式2)在本實施方式中，對具有在實施方式1中詳述的SiO2/ZnO/金剛石構(gòu)造的SAW諧振器的特性進行詳細說明。如上所述，SAW諧振器具有優(yōu)良的GHz帶寬的頻率和溫度穩(wěn)定性。使用該SAW諧振器，可以獲得具有低位相噪聲的2～3GHz帶寬的振蕩器。
根據(jù)雷森模型(Lesson｀Model)，如果振蕩波腹內(nèi)的電量升高時，可以將位相噪聲調(diào)得更小。即，為了使位相噪聲變小，需要使SAW諧振器的構(gòu)造能夠承受電量升高。
在此，通過在IDT的上下配置ZnO，從而提高了耐電性，以下進行說明。
例如，為了獲得能夠保持9000m/s以上的高位相速度，且頻率溫度特性的頂點溫度為25℃的器件，進行了以下的研究。首先，使SiO2的KH(KH SiO2)和ZnO的KH和IDT上的ZnO的KH(KH ZnO(over the IDT))如圖6所示那樣發(fā)生變化。KH＝2πH/λ；H表示膜厚；λ表示波長。這里K、H用大寫表示。圖6表示SiO2的KH、IDT上的ZnO的KH以及兩者之比。在此，改變SiO2和IDT上的ZnO的KH之比，對SiO2和IDT上的ZnO的合計膜厚相關(guān)的、KH分別為0.72(Type1)和0.92(Type2)時的構(gòu)造進行了研究。將IDT下的ZnO的KH設(shè)為0.82。
其次，通過FEM求出這些元件的位相速度和頻率溫度系數(shù)(TCFTemperature Coefficient Frequencyppm/℃)的一次系數(shù)(參考圖7、圖8)。FEM就是有限元法(Finite Element Method)。
圖7是表示各器件(Type1(a)～(d)、Type2(a)～(d))的位相速度(Phase Velocitym/s)的曲線圖。如該圖所示，隨著IDT上的ZnO的增加，位相速度呈上升趨勢。另外，對于Type1(b)～(d)及Type2(b)～(d)，確認到9000m/s以上的高位相速度。
圖8是表示各器件的頻率溫度系數(shù)(TCF)的曲線圖。由此求出頻率溫度特性的頂點溫度。
另外，元件的頻率溫度系數(shù)可以用圖9所示的公式[i](近似曲線)表示。公式中的Δf表示頻率變動量；fo表示中心頻率；T表示溫度。在此，將用溫度T對頻率f進行2次微分的項的系數(shù)β稱為2次TCF，將用溫度T對頻率f進行1次微分的項的系數(shù)α稱作1次TCF。
在此，由于各膜的2次TCF沒有被導出而難以進行正確的預測，因此由Type1(a)的2次TCF的實測值求出各元件的頂點溫度的近似值。具體地說，就是通過Type1(a)的2次TCF的實測值(-0.02ppm/℃)和由FEM求出的1次TCF求出各元件的頂點溫度。結(jié)果模擬出1次TCF為28.0ppm/℃的Type2(c)的頂點溫度為25℃。
因此，可以判斷出Type2(c)的構(gòu)造滿足本次期望的位相速度及溫度特性。
其次，制作Type2(c)構(gòu)造的器件并進行評價。圖10是Type2(c)的雙端口諧振器(S21)的特性示意圖?？v軸表示S21[dB]；橫軸表示頻率[MHz]。另外為了進行比較，也表示出Type1(a)的S21特性。該Type2(c)的頻率為2.45GHz；插入損耗為6dB；Q值為495。如該圖所示，可以獲得不遜色于Type1(a)(比較例)的特性。另外，為了增加機電耦合系數(shù)，Q值略微小于比較例。關(guān)于這一點，可以通過對電極的設(shè)計進行變更，例如增加叉指數(shù)等使Q值得到提高。另外，Type2(c)的2次TCF變?yōu)?0.021ppm/℃2，1次TCF變?yōu)?.5ppm/℃，頂點溫度變?yōu)?7℃。另外，上述模擬中采用的是單結(jié)晶材料的材料常數(shù)。然而，因為實際的元件為多晶或薄膜材料，所以與上述模擬之間產(chǎn)生差值。另外，用圖11所示的評價電路對該S21的特性進行了測量。圖11是S21的評價電路示意圖。圖中的SAW表示評價對象元件；NA表示矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀；ATT表示衰減器。為了使輸入功率產(chǎn)生變化，也可以在NA和SAW之間連接高頻放大器。
其次，對Type2(c)構(gòu)造的器件進行了耐電量試驗。該耐電量試驗是在室溫下，采用器件(諧振器)的中心頻率即2.45GHz的信號，投入25dBm(300mW)的輸入電量，對頻率特性(插入損耗)進行了測量。為了進行比較，對Type1(a)也進行了同樣的測量。
圖12表示插入損耗(ΔIL[dB])和時間的關(guān)系。如該圖所示，在Type1(a)中，投入輸入電量后不久插入損耗就大幅增加。與此相反，在Type2(c)中，即使投入輸入電量300秒鐘，插入損耗也沒有發(fā)生變化。如此，Type2(c)構(gòu)造的器件，其耐電量為25dBm(300mW)，與耐電量為10dBm(10mW)左右的Type1(a)構(gòu)造的器件相比，耐電量得到了大幅提高。
如此，對于耐電性提高的理由，如實施方式1中也進行了的說明那樣，可以認為主要原因是消除了施加在IDT上的應力。即，由于在IDT的上下配置了相同材料(ZnO)，其溫度特性也變得相同。因此，IDT的上下間的應力差減少。另外，與IDT接觸的ZnO起到了變阻器的作用，從而提高了電極的破壞容限。
這里，在本實施方式中，因為將頂點溫度25℃設(shè)為期望值，對Type2(c)的特性進行了詳細說明。然而，該頂點溫度因器件的使用目的等而異，因此是根據(jù)情況而設(shè)的條件。所以在其它的器件(Type1(b)～(d)、Type2(b)、(d))中，也取得了上述的提高耐電性等效果。所以IDT上的ZnO的KH，至少大于0.07且小于0.2才能獲得上述的效果(參考圖6)。
另外，對于位相速度，除了上述Type1(a)～(d)之外，對圖13所示的Type1(e)及(f)也進行了FEM計算。圖13是Type1(a)～(f)的SiO2的KH及IDT上的ZnO的KH的示意圖。各器件(Type1(a)～(f))的位相速度如圖14所示。
如圖示那樣，位相速度的最大值為Type1(d)。與IDT上沒有配置ZnO的Type1(a)的位相速度變?yōu)橄嗤瑫r的IDT上的ZnO的KH(KH ZnO(overthe IDT))為0.4。因此，DT上的ZnO的KH為0.4以上時，可以確保大于Type1(a)的位相速度。另外，位相速度變大(IDT上的ZnO的KH變大)的話，可以擴大IDT的線寬。因此具有易于加工的優(yōu)點。所以IDT上的ZnO的KH處于大于0且在0.4以下的范圍時也是有效的。
另外在本實施方式中，在IDT的上下配置了相同的材料(ZnO)，但也可以在IDT的上下配置具有相同符號的溫度特性的材料。即，也可以在IDT的上層配置與形成于IDT的下層的壓電體具有相同符號的溫度特性的材料。這種情況下，IDT的上下間的應力差也得以消除。當然如上所述采用同一材料更為優(yōu)選。
(實施方式3)在實施方式1、2中，從應力消除的觀點來看，達到了提高IDT(器件)特性的目的，但在本實施方式中，通過提高防熱性來達到提高器件特性的目的。而且，向與實施方式1相同的位置付與相同的符號，省略其詳細說明。
圖15及圖16是表示本實施方式的彈性表面波元件的制造方法的工序剖面圖。
首先，對本實施方式的彈性表面波元件的構(gòu)造進行說明。如最終工序圖即圖16(b)所示，本實施方式的彈性表面波元件具有襯底10、壓電體膜13、叉指式電極15a、電極被覆膜18、保護膜19。
襯底10用于支承各要素，在本實施方式中采用金剛石襯底。這里所謂的金剛石襯底是指在硅層(硅襯底)10a上形成有金剛石層10b的襯底。
如此，通過使用其表面上形成有金剛石等硬質(zhì)層(硬質(zhì)膜)的襯底10，可以大幅提高彈性表面波的傳播速度，能夠?qū)崿F(xiàn)對應頻率的高頻化。另外，通過使用上述硬質(zhì)層，可以增大機電耦合系數(shù)。作為硬質(zhì)層，除了金剛石之外，還可以使用氮化硼或藍寶石。其中金剛石的硬度大，適用于彈性表面波元件。另外，也可以用硬質(zhì)層單體作為襯底。另外，還可以使用水晶。
壓電體膜13形成于襯底10的一面(金剛石層10b上)上，作為其構(gòu)成材料例如可以使用氧化鋅(ZnO)等。但，該壓電體膜13也可以使用氧化鋅以外的具有壓電性的構(gòu)成材料。涉及的構(gòu)成材料可以舉出鉭酸鋰(LiTaO3)、鈮酸鋰(LiNbO3)、氮化鋁(AlN)等例子。
叉指式電極15a形成在壓電體膜13上，具有一對叉指狀的平面圖案(參考圖3)，例如由鋁(Al)等導電性材料構(gòu)成。這一對叉指式電極15a是用于產(chǎn)生彈性表面波的電極，當一方的叉指式電極被印加電信號時，壓電體膜13上產(chǎn)生形變，該形變變?yōu)閺椥员砻娌ê髠鞑?，電信號被從另一方的叉指式電極15a中取出。此時，可以選出特定的頻率。彈性表面波的頻率帶寬(頻率特性)，具有用彈性表面波的傳播速度(v)和一個叉指式電極15a的電極間隔(d)之比v/d表示的頻率(f＝v/d)為中心的帶通特性。因此，通過采用上述金剛石等硬質(zhì)層，傳播速度(v)變快，可以實現(xiàn)高頻對應。
電極被覆膜(電極被覆層、被膜、第一保護膜、絕緣層)18優(yōu)選使用具有絕緣性、熱傳導率高的材料。具體地說最好采用熱傳導率大于非晶態(tài)SiO2的材料。此外，優(yōu)選熱傳導率在10[W/mK]以上。
圖17表示各種材料的熱傳導率。如該圖所示，氧化鋅、氧化鋁、氮化鋁的熱傳導率大于非晶態(tài)SiO2，另外，由于絕緣性高而適宜用作電極被覆膜18。另外這些膜的熱傳導率在10[W/mK]以上，適宜用作電極被覆膜18。其中，因為氧化鋅和氧化鋁具有壓電特性，適宜用作電極被覆膜18。即，這種情況下，可以在電極上下形成相同的膜，也能夠獲得與實施方式1、2同樣的效果。
保護膜(第二保護膜、絕緣膜、被膜)19被形成在電極被覆膜18上，例如由氧化硅(SiO2)等絕緣物組成。該保護膜19起到從外界保護壓電體膜13和叉指式電極15a的作用。另外，因為壓電體膜13和叉指式電極15a被電極被覆膜18覆蓋，該膜也起到了保護膜的作用，但由于該膜的厚度小，所以保護膜19也起到了增加保護力的作用。作為保護膜19，除了氧化硅之外，還可以使用礬土(氧化鋁、AlO3)和磷酸嫁(GaPO3)等材料。
作為保護膜19，特別是采用氧化硅(SiO2)時，在溫度特性中，氧化硅起到強化保護膜19的下層的層(ZnO、金剛石等)特性的作用。即，保護膜19的下層的層(ZnO、金剛石等)具有隨溫度上升變硬的特性，于此相反，SiO2則具有隨溫度上升變軟的特性。因此，在各層的相互強化作用下，可以減少頻率的變化。
如上所述，本實施方式的彈性表面波元件，具有從上層起依次為保護膜(SiO2)19、電極被覆膜18、叉指式電極15a、壓電體膜(ZnO)13及金剛石層10b的層疊構(gòu)造。
如此，根據(jù)本實施方式，由于用熱傳導率高的材料(電極被覆膜18)被覆叉指式電極15a，因此可以提高散熱性，減少叉指式電極15a的變質(zhì)和熔斷。所以可以確保耐電性。此外在確保耐電性的同時可以獲得7000m/s以上的高位向速度。
此外，雖在圖16(b)中未進行圖示，但叉指式電極15a被與電極極板P連接，被形成為如圖3所示的一系列圖案。該電極極板P上的電極被覆膜18和保護膜19被去除后電極極板P露出。該電極極板P和外部端子被引線等連接(引線接合)在一起，使彈性表面波和外部實現(xiàn)電性連接。
其次，對本實施方式的彈性表面波元件的制造工序進行說明。
如圖15(a)所示，準備以金剛石層10b為主表面的金剛石襯底作為襯底10。在此，例如使用在800μm(平均厚度)左右的硅層10a上，形成有15μm(平均厚度)左右的多晶金剛石層10b的襯底10。
其次，如圖15(b)所示，用RF濺射法等成膜方法在金剛石層10b上堆積(覆蓋)例如520nm(平均厚度)左右的氧化鋅膜形成壓電體膜13。成膜條件為功率0.8kW；成膜溫度400℃；氣體壓力(氣氛壓力)0.5Pa；以氧化鋅的燒結(jié)體為靶材；反應氣體使用流量30sccm的氬氣(Ar)及30sccm的氧氣(O2)。
接著，用DC(直流)濺射法等成膜方法堆積(覆蓋)100nm(平均厚度)左右的Al膜(aluminum)形成導電性膜15。例如在功率0.9kW；成膜溫度25℃(室溫)；氣體壓力(氣氛壓力)0.8Pa；以Al為靶材；氣氛氣體使用流量40sccm的Ar的條件下進行成膜。
其次，如圖15(c)所示，通過對導電性膜15進行圖案化而制成叉指式電極15a。圖案化方式與實施方式1相同。
其次，如圖16(a)所示，在壓電體膜13的露出部及叉指式電極15a上堆積作為電極被覆膜18的氧化鋅膜，其厚度為30nm(平均厚度)左右。例如采用RF濺射法等成膜方法，在功率0.8kW；成膜溫度250℃；氣體壓力(氣氛壓力)0.5Pa；以氧化鋅的燒結(jié)體為靶材；反應氣體采用流量30sccm的氬氣(Ar)及30sccm的氧氣(O2)的條件下進行成膜。該電極被覆膜18也可以使用氧化鋁或氮化鋁。這些膜不但實用且容易形成。
其次，如圖16(b)所示，采用RF濺射法等成膜方法在電極被覆膜18上堆積420nm(平均厚度)左右的氧化硅膜作為保護膜(第二保護膜、絕緣膜、被膜)19。成膜條件為功率0.9kW；成膜溫度250℃；氣體壓力(氣氛壓力)0.5Pa；以氧化硅的燒結(jié)體為靶材；反應氣體使用流量40sccm的氬氣(Ar)及40sccm的氧氣(O2)。
通過以上的工序大致完成彈性表面波元件的制作。
根據(jù)上述工序，由于電極被覆膜18采用熱傳導率高的材料，可以提高元件特性。另外，當電極被覆膜18采用氧化鋅時，也可以獲得實施形態(tài)1及2的效果。
另外，根據(jù)本實施方式，即使壓電體膜13及電極被覆膜18采用(此處皆為氧化鋅)多晶材料，也可以獲得實施形式1～3的效果，因此緩解了對下層襯底的限制。即，使單結(jié)晶的氧化鋅外延生成時，必須將下層的金剛石層(硬質(zhì)層)10b設(shè)為單結(jié)晶。于此相反，在本實施方式中，即使下層的金剛石層為多晶，也可以獲得性能優(yōu)良的器件。另外，成膜方法也可以采用濺射法等，因此易于進行成膜。
另外，在上述實施方式中，雖然以彈性表面波元件為例進行了說明，但本發(fā)明可以廣泛應用于具有因印加電壓而產(chǎn)生形變的壓電體的復合襯底，或組裝有這些元件和襯底的電子設(shè)備、以及應用彈性表面波的設(shè)備等。
該元件被應用到電子設(shè)備特別是手機等通信設(shè)備中，例如，被安裝在手機內(nèi)的天線部中，起到發(fā)送和接收信號的濾波器的功能。
圖4表示應用于本發(fā)明的手機的例子。如該圖所示，手機530具備天線部531、語音輸出部532、語音輸入部533、操作部534以及顯示部500。本發(fā)明可以適用于該天線部。
另外，不僅是各種電子設(shè)備，本發(fā)明也可以應用于電視臺或手機基站等系統(tǒng)裝置。特別是與現(xiàn)有的、采用黃銅等的空腔共振型濾波器等進行比較的話，本發(fā)明的SAW濾波器，可以實現(xiàn)小型化(例如1cm以下)，且具有優(yōu)良的耐電性。因此，適用于上述系統(tǒng)裝置。圖5表示本發(fā)明應用于通信系統(tǒng)的例子。如圖5(a)所示，在從基站601向個人、各家庭603和集中住宅發(fā)送、接收信號的通信系統(tǒng)中，可以將本發(fā)明應用于基站601的天線部中。具體地說，就向圖5(b)所示那樣，將本發(fā)明的彈性表面波元件用作天線部701和信號處理部709之間的濾波器703。另外，705為低噪聲放大器，707為高頻放大器。尤其是不論有線還是無線，在系統(tǒng)的主基站所在場所，要求安裝高性能的裝置(器件)，因此適宜使用本發(fā)明。當然也可以在各個家庭的天線和集中住宅的共同天線部分中使用本發(fā)明。
另外，通過上述發(fā)明的實施方式說明的實施例和應用例，可以根據(jù)用途進行適當?shù)慕M合或變更，也可以加以改良，本發(fā)明并不局限于上述實施方式所述的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種彈性表面波元件，其特征在于，具有(a)襯底；(b)形成于所述襯底上側(cè)的壓電體膜；(c)形成于所述壓電體膜上側(cè)的用于產(chǎn)生彈性表面波的電極；(d)形成于所述電極上并覆蓋所述電極，由與所述壓電體膜相同的材料構(gòu)成的第一被膜；(e)形成于所述被膜上的第二被膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性表面波元件，其特征在于，所述壓電體膜及所述第一被膜由氧化鋅、鉭酸鋰、鈮酸鋰及氮化鋁中的任一種構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的彈性表面波元件，其特征在于，所述襯底在其表面具有硬質(zhì)層，在所述硬質(zhì)層上形成有所述壓電體膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的彈性表面波元件，其特征在于，所述硬質(zhì)層由金剛石、氮化硼及藍寶石中的任一種構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項所述的彈性表面波元件，其特征在于，將所述被膜的膜厚設(shè)為h，所述彈性表面波元件的彈性表面波的波數(shù)設(shè)為k時，兩者之積kh在0.003以上但在0.2以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任一項所述的彈性表面波元件，其特征在于，所述襯底具有多晶的硬質(zhì)層，所述壓電體膜是在所述硬質(zhì)層上形成的多晶膜。
7.一種彈性表面波元件，其特征在于，具有(a)具有硬質(zhì)層的襯底；(b)形成于所述硬質(zhì)層上的壓電體膜；(c)形成于所述壓電體膜上側(cè)的用于產(chǎn)生彈性表面波的電極；(d)形成于所述電極上并覆蓋所述電極，熱傳導率比非晶態(tài)SiO2大的第一被膜；(e)形成于所述第一被膜上的第二被膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的彈性表面波元件，其特征在于，所述壓電體膜由氧化鋅、鉭酸鋰、鈮酸鋰及氮化鋁中的任一種構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的彈性表面波元件，其特征在于，所述第一被膜的熱傳導率在10W/mK以上。
10.根據(jù)權(quán)利要求7～9中任一項所述的彈性表面波元件，其特征在于，所述第一被膜由氧化鋅或氮化鋁構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求7～10中任一項所述的彈性表面波元件，其特征在于，將所述第一被膜的膜厚設(shè)為h，所述彈性表面波元件的彈性表面波的波數(shù)設(shè)為k時，兩者之積kh大于0但在0.4以下。
12.一種電子設(shè)備，其特征在于，具有權(quán)利要求1～11中任一項所述的彈性表面波元件。
全文摘要
一種彈性表面波元件，由襯底(10)；和形成在襯底的主表面的金剛石層(10b)上的壓電體膜(13)；和形成在該壓電體膜(13)上方的用來產(chǎn)生彈性表面波的叉指式電極(15a)；和形成在該電極上并覆蓋該電極、由與壓電體膜(13)相同的材料構(gòu)成的電極被覆膜(17)構(gòu)成。如此，通過用壓電體膜(13)和由與壓電體膜(13)相同的材料構(gòu)成的電極被覆膜(17)覆蓋叉指式電極(15a)的整體，使電極的應力遷移容限得到提高。
文檔編號H01L41/04GK101018045SQ20071000541
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月8日
發(fā)明者河野秀逸, 藤井知 申請人:精工愛普生株式會社