JP5483851B2 - 弾性表面波装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、弾性表面波装置及びその製造方法に関する。
従来、単一の圧電基板上に互いに異なる周波数特性を有するＩＤＴ電極を複数形成した弾性表面波装置が種々提案されている。例えば、特許文献１に記載された弾性表面波装置では、２種類のＩＤＴ電極の膜厚を互いに異ならせることによって、２つの周波数特性を得ている。
特開平１０−１４５１７２号公報
しかしながら、特許文献１の弾性表面波装置では、ＩＤＴ電極を構成する導電膜が単一の材料層で構成されている。そして、ＩＤＴ電極を構成する導電膜は、一般的にＡｌやＡｌ合金等の比較的耐電力特性の弱い材料で形成されているため、メカニカルマイグレーションによるＩＤＴ電極の短絡や断線が発生するという問題があった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、異なる複数の周波数特性を有すると共に、ＩＤＴ電極のメカニカルマイグレーションを抑制した弾性表面波装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る弾性表面波装置は、圧電基板と、前記圧電基板上に形成され、第１導電膜を有する第１のＩＤＴ電極と、前記圧電基板上に形成された第２のＩＤＴ電極であって、前記第１導電膜、第２導電膜及び第３導電膜を順次積層した第１の積層体を有する第２のＩＤＴ電極と、を備えるとともに、前記第２導電膜がＴｉからなり、前記第１導電膜及び前記第３導電膜が前記第２導電膜とは異なる材料で構成されていることを特徴とする。
また、上記弾性表面波装置において、前記第１のＩＤＴ電極は、前記第１導電膜及び前記第２導電膜を順次積層した第２の積層体を有するように構成してもよい。
また、前記第１導電膜及び前記第３導電膜は、Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｇ、Ａｇ合金、Ｃｕ及びＣｕ合金のうちの一つからなるように構成することが好ましい。
本発明に係る弾性表面波装置の製造方法は、圧電基板上に、第１のＩＤＴ電極及び第２のＩＤＴ電極を備えた弾性表面波装置を製造する方法であって、前記圧電基板上に、第１導電膜、第２導電膜及び第３導電膜を順次積層した積層体を形成する工程と、前記第３導電膜を選択的にエッチングし、前記積層体に、前記第1導電膜及び前記第２導電膜からなる第1領域と、前記第1導電膜、前記第２導電膜及び前記第３導電膜からなる第２領域とを形成する工程と、前記積層体の前記第１領域をエッチングすることにより前記第１のＩＤＴ電極を形成する工程と、前記積層体の前記第２領域をエッチングすることにより前記第２のＩＤＴ電極を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る他の弾性表面波装置の製造方法は、圧電基板上に、第１のＩＤＴ電極及び第２のＩＤＴ電極を備えた弾性表面波装置を製造する方法であって、前記圧電基板上に、第１導電膜、第２導電膜及び第３導電膜を順次積層した積層体を形成する工程と、前記第２導電膜及び前記第３導電膜を選択的にエッチングし、前記積層体に、前記第1導電膜からなる第1領域と、前記第1導電膜、前記第２導電膜及び前記第３導電膜からなる第２領域とを形成する工程と、前記積層体の前記第１領域をエッチングすることにより前記第１のＩＤＴ電極を形成する工程と、前記積層体の前記第２領域をエッチングすることにより前記第２のＩＤＴ電極を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
上記いずれかの弾性表面波装置の製造方法において、前記第２の導電膜がＴｉからなり、前記第１導電膜及び前記第３導電膜が前記第２導電膜とは異なる材料で構成されていることが好ましい。
また、前記第１の導電膜及び前記第３の導電膜が、Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｇ、Ａｇ合金、Ｃｕ及びＣｕ合金のうちの一つからなることが好ましい。
本発明によれば、異なる複数の周波数特性を有すると共に、ＩＤＴ電極のメカニカルマイグレーションを抑制した弾性表面波装置及びその製造方法を提供することができる。
以下、本発明に係る弾性表面波装置の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態に係る弾性表面波装置の平面図である。図２は、図１の弾性表面波装置のII−II線断面図である。図３は、図１の弾性表面波装置のIII−III線断面図である。図４は、図１の弾性表面波装置のIV−IV線断面図である。
図１〜図４に示すように、本実施形態に係る弾性表面波装置１は、弾性表面波素子３と、この弾性表面波素子３を接合するベース基板５とを備えている。なお、図１では、説明の便宜のため、ベース基板５及び後述する半田バンプ２５の図示を省略している。
弾性表面波素子３は、例えば弾性表面波フィルタや弾性表面波共振子等であり、圧電基板７と、圧電基板７上に形成された第１のＩＤＴ電極９、第１の電極端子１１、第２のＩＤＴ電極１３、第２の電極端子１５及び枠体１７とを備えている。圧電基板７は、タンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウム単結晶、四ホウ酸リチウム単結晶等の圧電材料で形成されている。
第１のＩＤＴ電極９は、図１の矢印Ｙ方向に２個並べて配置されている。各第１のＩＤＴ電極９は、櫛歯状に形成された２つの電極（以下、第１の櫛歯状電極という）１９，１９によって構成されている。各第１の櫛歯状電極１９，１９は、互いに対向し、電極指１９ａ，１９ａが互いに噛み合うように配置されている。
第１の電極端子１１は、第１のＩＤＴ電極９の基端部１９ｂに連続しており、図２に示すように、後述するベース基板５に設けられた素子接続用電極２１に接続されるようになっている。
第２のＩＤＴ電極１３は、第１のＩＤＴ電極９と同様に、図１の矢印Ｙ方向に２個並べて配置されている。各第２のＩＤＴ電極１３は、櫛歯状に形成された２つの電極（以下、第２の櫛歯状電極という）２３，２３によって構成されている。各第２の櫛歯状電極２３，２３は、互いに対向し、電極指２３ａ，２３ａが互いに噛み合うように配置されている。
第２の電極端子１５は、第２のＩＤＴ電極１３の基端部２３ｂに連続しており、図２に示すように、後述するベース基板５に設けられた素子接続用電極２１に接続されるようになっている。
図２に示すように、枠体１７は、第１のＩＤＴ電極９及び第２のＩＤＴ電極１３を一括して取り囲むように、圧電基板７の周縁部に沿って設けられている。
ベース基板５は、セラミックやガラスセラミックなどの絶縁性材料で形成されており、図２〜図４に示すように、半田バンプ２５によってその周縁部が枠体１７の上面に接合されている。こうすることで、弾性表面波素子は、枠体１７とベース基板５とによって封止されている。
図２に示すように、ベース基板５における第１の電極端子１１及び第２の電極端子１５に対応する位置には、ベース基板５を貫通する貫通孔５ａが形成されている。この貫通孔５ａには、素子接続用電極２１が設けられており、各素子接続用電極２１は、半田バンプ２５によって、対応する各電極端子１１，１５に接合されている。この構成により、ベース基板５に接合された弾性表面波素子３は、ベース基板５の素子接続用電極２１に接続される外部の駆動回路と電気的に接続可能となっている。
次に、上記のように構成された第１のＩＤＴ電極９、第２のＩＤＴ電極１３、第１の電極端子１１、第２のＩＤＴ電極１３及び枠体１７の断面構成について、詳細に説明する。
第１のＩＤＴ電極９は、図２及び図３に示すように、第１導電膜３１及び第２導電膜３２を積層した積層体（第２の積層体）で構成されている。そして、第２のＩＤＴ電極１３は、図２及び図４に示すように、第１導電膜３１、第２導電膜３２及び第３導電膜３３をこの順に積層した積層体（第１の積層体）で形成されている。こうすることで、第２のＩＤＴ電極１３の膜厚が、第１のＩＤＴ電極９の膜厚より大きくなり、第２のＩＤＴ電極１３が低周波側の周波数帯域に対応するフィルタ特性を有し、第１のＩＤＴ電極９が高周波側の周波数帯域に対応するフィルタ特性を有している。
枠体１７は、図２〜図４に示すように、第１導電膜３１、第２導電膜３２、第３導電膜３３及び第４導電膜３４をこの順に積層して形成されている。こうすることで、枠体１７の高さが、第１のＩＤＴ電極９及び第２のＩＤＴ電極１３の高さより高くなり、第１のＩＤＴ電極９及び第２のＩＤＴ電極１３と、ベース基板５との間に空隙が確保される。
第１の電極端子１１及び第２の電極端子１５は、図２に示すように、枠体１７と同様、第１導電膜３１、第２導電膜３２、第３導電膜３３及び第４導電膜３４をこの順に積層して形成されている。こうすることで、第１の電極端子１１及び第２の電極端子１５の高さが、枠体１７の高さと同じになり、弾性表面波素子３をベース基板５に接合したときに、第１の電極端子１１及び第２の電極端子１５を、ベース基板５に設けられた素子接続用電極２１に接合することができる。
なお、上記の第１導電膜３１、第２導電膜３２及び第３導電膜３３は、後述するように、互いに成膜のタイミングを異ならせて形成されている。
さらに、第２の導電膜３２は、Ｔｉで形成されている。また、第１導電膜３１及び第３導電膜３３は、第２の導電膜３２とは異なる材料で構成されており、例えば、ＡｌやＡｌ合金（例えば、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｔｉ系）、ＣｕやＣｕ合金（例えば、Ｃｕ−Ｍｇ系、Ｃｕ−Ｔｉ系、Ｃｕ−Ｒｄ系）、ＡｇやＡｇ合金（例えば、Ａｇ−Ｍｇ系、Ａｇ−Ｔｉ系、Ａｇ−Ｒｄ系）等の金属膜で形成することができる。
また、図示しないが、第１のＩＤＴ電極９及び第２のＩＤＴ電極１３の露出した表面上には、Ｓｉ，ＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ａｌ２Ｏ３等の絶縁性の高い材料で形成された保護膜を設けてもよい。これによって、導電性の異物が第１のＩＤＴ電極９及び第２のＩＤＴ電極１３に付着することによる短絡を防止することができる。
次に、以上のように構成された弾性表面波装置１の製造方法について、図５を参照しつつ説明する。なお、ここでは、第１導電膜３１及び第３導電膜３３を、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｇ及びＡｇ合金のうちのいずれかで形成した場合について説明する。
まず、圧電基板７を準備し、図５（ａ）に示すように、この圧電基板７上に、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の結晶成長法を用いて、第１導電膜３１、第２導電膜３２及び第３導電膜３３を順次形成し、これらの導電膜で形成された積層体Ｌを形成する。
次に、図５（ｂ）に示すように、第３導電膜３３上にレジストＲ１を塗布し、フォトリソグラフィー法により所望のパターンを露光、現像した後、図５（ｃ）に示すように、ウェットエッチング法により第３導電膜３３を選択的にエッチングする。このとき、エッチング剤としては、第３導電膜３３より第２導電膜３２のエッチングレートが小さくなるものを使用することができ、例えば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを含むアルカリ現像液（東京応化工業株式会社製，製品名：ＮＭＤ−Ｗ）を使用することで、第３導電膜３３のみを除去することができる。そして、図５（ｄ）に示すように、レジストＲ１を剥離する。こうすることで、積層体Ｌに、第１導電膜３１及び第２導電膜３２からなる第１領域Ｐ（第１の電極端子１１を構成する第３導電膜３３ａが形成された領域を除く）と、この第１の領域以外の第１導電膜３１、第２導電膜３２及び第３導電膜３３からなる第２領域Ｓとを形成する。なお、図１に、第１領域Ｐに対応する領域を破線で示す。
続いて、図５（ｅ）に示すように、積層体Ｌ上にレジストＲ２を塗布し、フォトリソグラフィー法により所望のパターンを露光、現像した後、図５（ｆ）に示すように、ドライエッチング法により積層体Ｌの第１領域Ｐ及び第２領域Ｓをエッチングして、圧電基板７の一部を露出させる。このとき、エッチング剤としては、例えば、ＢＣｌ３，Ｃｌ２，Ｎ２の混合ガスを使用する。そして、図５（ｇ）に示すように、レジストＲ２を剥離する。こうして、第１のＩＤＴ電極９と第２のＩＤＴ電極１３とがそれぞれ形成される。
次に、図６（ｈ）に示すように、積層体Ｌ及び圧電基板７上にレジストＲ３を塗布し、フォトリソグラフィー法により所望のパターンを露光、現像した後、図６（ｉ）に示すように、スパッタリング法等により第４導電膜３４を形成する。そして、図６（ｊ）に示すように、レジストＲ３を剥離して、レジストＲ３上に形成された第４導電膜３４を除去する。こうすることで、第１導電膜３１、第２導電膜３２、第３導電膜３３及び第４導電膜３４からなる積層体でそれぞれ構成された第１の電極端子１１、第２の電極端子１５及び枠体１７が形成される。
以上のようにして、本実施形態に係る弾性表面波素子３が製造される。
そして、図２に示すように、弾性表面波素子３をベース基板５に対向させて配置し、半田バンプ２５によって、ベース基板５の周縁部と枠体１７とを接合するとともに、ベース基板５に設けられた素子接続用電極２１と、第１の電極端子１１及び第２の電極端子１５とを接合する。こうして、本実施形態に係る弾性表面波装置１が製造される。
以上のように構成された弾性表面波装置１によれば、第１のＩＤＴ電極９が第１導電膜３１及び第２導電膜３２によって形成され、第２のＩＤＴ電極１３が第１導電膜３１、第２導電膜３２及び第３導電膜３３によって形成されている。そのため、第２のＩＤＴ電極１３の膜厚が第１のＩＤＴ電極９の膜厚より大きくなっており、第１のＩＤＴ電極９の膜厚と第２のＩＤＴ電極１３の膜厚とが異なるため、異なる２つの周波数帯の周波数信号を抽出する２つのフィルタ部を形成することができる。
また、上記弾性表面波装置１では、第１のＩＤＴ電極９を構成する第１導電膜３１上、並びに、第２のＩＤＴ電極１３を構成する第１導電膜３１と第３導電膜３３との間に、第２導電膜３２が形成されており、第２導電膜３２に機械的強度が高いＴｉを採用している。そのため、第１のＩＤＴ電極９及び第２のＩＤＴ電極１３の機械的強度を高めることができる。第１のＩＤＴ電極９及び第２のＩＤＴ電極１３は圧電基板７を励振するためのものであり、振動による衝撃が大きい部分であるので、このように機械的強度を高めることで、第１のＩＤＴ電極９及び第２のＩＤＴ電極１３のメカニカルマイグレーションを抑制し、電極の短絡や断線等の発生を防止することができる。また、Ｔｉは比較的電気抵抗が小さいため、弾性表面波装置１の挿入損失の低下は小さい。
また、本実施形態によれば、枠体１７が、第１のＩＤＴ電極９及び第２のＩＤＴ電極１３を形成する第１導電膜３１、第２導電膜３２及び第３導電膜３３からなる積層体上に、第４導電膜３４を積層することで形成されている。そのため、例えば上記のように結晶成長法によって各導電膜３１，３２，３３を形成する場合には、第１のＩＤＴ電極９及び第２のＩＤＴ電極１３の圧電基板７上への形成と同時に、枠体１７の一部を形成することができる。枠体１７は第２のＩＤＴ電極１３の膜厚より大きく形成する必要があるため、このように枠体１７の一部を同時に形成することで、別個に形成する場合に比べて製造時間を短縮することができる。
また、本実施形態では、１つの枠体１７によって、第１のＩＤＴ電極９と第２のＩＤＴ電極１３とを一括して包囲しているため、弾性表面波装置の小型化を図ることができる。
また、本実施形態によれば、第１の電極端子１１が、第１導電膜３１及び第２導電膜３２だけではなく、第３導電膜３３を含む積層体で形成されているため、第１の電極端子１１の膜厚が厚くなっている。そのため、第１の電極端子１１と素子接続用電極２１との接続抵抗が小さくなり、弾性表面波装置１の挿入損失が低減される。また、このように第１の電極端子１１の膜厚が厚くなると、半田バンプによる半田食われに起因する第１のＩＤＴ電極９と第１の電極端子１１との断線を防止することができる。
また、本実施形態に係る弾性表面波装置１の製造方法によれば、第３導電膜３１を選択的にエッチングすることによって第１のＩＤＴ電極９を形成している。そのため、第１のＩＤＴ９の膜厚を第３導電膜３３の膜厚に依存することなく、第１導電膜３１及び第２導電膜３２の膜厚のみによって設定することができるので、第１のＩＤＴ電極９の膜厚の再現性を高くすることができる。
また、本実施形態に係る製造方法によれば、図５（ｄ）に示すように第１のＩＤＴ電極９及び第２のＩＤＴ電極１３に膜厚の差をつけた後に、図５（ｇ）に示すように各電極のパターニングを行っているため、次のような利点がある。つまり、先に各電極のパターニングを行った後に、各電極の膜厚の差をつけるようにした場合は、エッチングされる上層部分のみではなく、下層部分も露出することになる。そのため、例えば、ウェットエッチングでエッチングした場合には、エッチングの必要のない下層部分もエッチングされ、所望の寸法精度でＩＤＴ電極を形成することが困難となる。これに対し、本実施形態では、先に膜厚の差をつけてから、各電極をパターニングしているので、エッチングの必要のない層が露出することがなく、ＩＤＴ電極を精度良く形成することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、第１のＩＤＴ電極９を第１導電膜３１及び第２導電膜３２によって形成しているが、第１導電膜３１のみで形成してもよい。この場合、例えば、図５（ｄ）に示される製造工程に続いて、フォトリソグラフィー法を適用し、第２導電膜３２をさらにウェットエッチング法により選択的にエッチングする。このとき、エッチング剤としては、第２導電膜３２より第１導電膜３１のエッチングレートが小さくなるものを使用することができ、例えば、過酸化水素にアンモニア水を混合した混合液（好ましくは、ｐＨ値が８となるように調整したもの）を使用することで、第２導電膜３２のみを除去することができる。
また、上記実施形態に係る製造方法では、図５（ｅ）〜（ｇ）に示す工程で、第１のＩＤＴ電極９と第２のＩＤＴ電極１３とを同時に形成しているが、これに限定されるものではなく、例えば、第１領域Ｐのエッチングと第２領域Ｓのエッチングとを個別に順次行うようにしてもよい。この場合、第１領域Ｐ又は第２領域Ｓのいずれか一方をレジストで完全にマスクし、他方をエッチングしてパターニングした後、続いて逆の工程を行うようにすればよい。
また、上記実施形態では、異なる２つの周波数特性を有するように、膜厚の異なる第１のＩＤＴ電極９と第２のＩＤＴ電極１３とを１つの圧電基板７上に形成しているが、これに限定されるものではなく、３つ以上の周波数特性を有するように、膜厚の異なる３つ以上のＩＤＴ電極を１つの圧電基板上に形成するようにしてもよい。この場合、例えば、第１導電膜３１、第２導電膜３２及び第３導電膜３３に加え、ＩＤＴ電極を構成する層としてさらに、エッチングストッパー層となる層を含む複数の導電膜層を対応する周波数帯の数に合わせて設ければよい。
また、上記実施形態では、第１の電極端子１１、第２の電極端子１５及び枠体１７の高さが、第２のＩＤＴ電極１３より高く、第２のＩＤＴ電極１３が第１のＩＤＴ電極９の高さより高くなるように構成されているが、このような関係で構成されている限り、第１のＩＤＴ電極９、第１の電極端子１１、第２のＩＤＴ電極１３、第２の電極端子１５及び枠体１７は、これらを構成する上記例示した導電膜層の他に、１層以上の導電膜を含んでいてもよい。
また、上記実施形態において、第１の電極端子１１、第２の電極端子１５及び枠体１７は、第４導電膜３４を含む少なくとも１層からなるアンダーバンプメタル層を備えてもよい。このアンダーバンプメタル層は、例えば、図２に示す第４導電膜３４と半田バンプ２５との間に、図示しない第５導電膜及び第６導電膜を第４導電膜３４側からこの順に積層し、第４導電膜３４、第５導電膜及び第６導電膜からなる積層体によって構成する。このとき、例えば、第４導電膜３４をＣｒ，Ｎｉ，Ｔｉ等で、第５導電膜をＮｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｒｕ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｐｄ等で、第６導電膜をＡｕ等で形成する。なお、このアンダーバンプメタル層は、３層以外の複数層や単一層で構成してもよく、この場合、半田バンプに対するバリア層となるＮｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｒｕ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｐｄ等からなる層を含むように構成すればよい。
１ 弾性表面波装置
３ 弾性表面波素子
５ ベース基板
７ 圧電基板
９ 第１のＩＤＴ電極
１１ 第１の電極端子
１３ 第２のＩＤＴ電極
１５ 第２の電極端子
１７ 枠体
２５ 半田バンプ
３１ 第１導電膜
３２ 第２導電膜
３３ 第３導電膜
３４ 第４導電膜
３ 弾性表面波素子
５ ベース基板
７ 圧電基板
９ 第１のＩＤＴ電極
１１ 第１の電極端子
１３ 第２のＩＤＴ電極
１５ 第２の電極端子
１７ 枠体
２５ 半田バンプ
３１ 第１導電膜
３２ 第２導電膜
３３ 第３導電膜
３４ 第４導電膜
Claims (3)
- 圧電基板上に、第１導電膜を有する第１のＩＤＴ電極と、前記第１導電膜、第２導電膜及び第３導電膜を順次積層した積層体を有する第２のＩＤＴ電極と、前記第１のＩＤＴ電極及び前記第２のＩＤＴ電極を一括して取り囲む枠体と、を備えた弾性表面波装置を製造する方法であって、
前記圧電基板上に、前記第１導電膜、前記第２導電膜及び前記第３導電膜を順次積層した前記積層体を形成する工程と、
前記第３導電膜を選択的にエッチングし、前記積層体に、前記第１導電膜及び前記第２導電膜からなる第１領域と、前記第１導電膜、前記第２導電膜及び前記第３導電膜からなる第２領域とを形成する工程と、
前記積層体の前記第１領域を、前記第２導電膜よりも前記第１導電膜に対するエッチングレートが小さいエッチング剤を用いて前記第２導電膜を選択的にエッチングすることにより、前記第１のＩＤＴ電極を形成する工程と、
前記積層体の前記第２領域をエッチングすることにより前記第２のＩＤＴ電極を形成する工程と、
前記積層体の前記第２領域のうち、前記第１のＩＤＴ電極及び前記第２のＩＤＴ電極を一括して取り囲む部分に枠状の第４導電膜を積層することにより前記枠体を形成する工程と、
を備える、弾性表面波装置の製造方法。 - 前記第２導電膜がＴｉからなり、前記第１導電膜及び前記第３導電膜が前記第２導電膜とは異なる材料で構成されている、請求項１に記載の弾性表面波装置の製造方法。
- 前記第１導電膜及び前記第３導電膜が、Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｇ、Ａｇ合金、Ｃｕ及びＣｕ合金のうちの一つからなる、請求項１または２に記載の弾性表面波装置の製造方法。
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