專利名稱：聲表面波元件的制作方法
技術領域：
本發明涉及在壓電體底板上形成使聲表面波激振用電極的聲表面波元件。
背景技術：
以往，手機等通信設備用聲表面波元件作諧振濾波器、信號處理用延遲線的電路元件。例如圖8所示聲表面波元件中，在壓電體底板(51)的表面上垂簾狀配置著多個電極(52a)，形成一對梳形電極(52)(52)之同時，在其兩側形成格柵狀的反射器(53)(53)。梳形電極(52)(52)分別與一對輸入用焊接片(54)(54)、及一對輸出用焊接片連接。
近些年，隨著通信設備通信頻率的提高，聲表面波元件的動作頻率也提高，同時，要求大功率輸出。由于動作頻率的提高，各電極(52a)的寬度就要做得更窄，例如動作頻率的中心頻率為1GHZ時，電極(52a)的寬度為1μm。若將較高的電壓加在由寬度這樣窄的電極形成的聲表面波元件上，則由于壓電體底板(51)表面產生相當大的聲表面波，從而較大的應力作用在電極(52a)上。該應力一旦超過電極(52a)的材料固有臨界應力，構成電極(52a)的原子晶界移動，在電極(52a)上形成空隙、凸起。由此，電極(52a)發生損壞。
因此，眾所周知，有在電極材料Al中作為添加物添加銅、鈦、或鎳等，提高電極強度、改善電極耐久性的方法(日本國公告特許公報昭61-47010號)。依據上述方法，電極的耐久性隨著添加物數量增大而提高。
但是，在上述方法中，隨著添加物數量增大，電極的阻值也增大，故存在著聲表面波元件內部損耗變大的問題。
發明內容
因此，本發明的目的在于提供電極經久耐用，并且內部損耗小的聲表面波元件。
本發明涉及的聲表面波元件，在壓電體底板上形成由金屬薄膜構成的電極，以鋁或鋁—銅合金為M、以釩為V，用組成式MxVy(X和Y的和為100重量％、Y為大于0.10重量％小于0.2重量％)表示的電極材料來形成電極。具體為用組成式MxVy(X和Y的和為100重量％、Y為大于0.15重量％小于0.2重量％)表示的電極材料，形成電極。更具體的為用組成式MxVy(X和Y的和為100重量％、Y為0.15重量％)表示的電極材料來形成電極。
在上述本發明聲表面波元件中，通過添加釩提高電極耐久性、延長電極的壽命。
本發明涉及其它聲表面波元件，在壓電體底板上形成由金屬薄膜構成的電極，如前所述，該電極為在由鋁或鋁-銅合金和釩組成的母材中，添加通過熱處理使該母材阻值降低的物質作為電極，同時進行熱處理來形成，該電極的阻值(R1)和該電極熱處理后的阻值(R2)，存在R1＞R2的關系。該聲表面波元件因母材中含釩，故提高了電極的耐久性。并且，由于該母材中添加了通過熱處理使該母材阻值降低的物質，熱處理后電極的阻值變小，故內部損砂增大的現象得以改善。而且，通過添加釩，業已提高的電極耐久性不會受影響。
具體的構成上，通過熱處理使該母材的阻值降低的物質為鈀或鉑。依據該具體的構成，利用添加了鈀或鉑的電極材料形成的電極，通過熱處理，因阻值變小，故聲表面波元件內部損耗增大的現象得以改善。
另外，在具體的構成上，以前述鈀或鉑為A、以鋁或鋁—銅合金為M、以釩為V、用組成式MxVyAz(X和Y以及Z的和為100重量％、y為大于0.10重量％小于0.2重量％、Z為小于0.2重量％)表示的電極材料來形成電極。依據該具體的構成，通過設電極材料中鈀或鉑的含量為2.0wt％以下，就能用反應性蝕刻進行加工。
在其它的具體構成中，用組成式MxVyAz(X和Y以及Z的和為100重量％、Y為大于0.10重量％小于0.2重量％、Z為大于0.1重量％小于0.3重量％)表示的電極材料，形成電極。依據該具體構成，尤其能得到耐久性優良的電極。
在本發明涉及的另外聲表面波元件中，在壓電體底板上形成由金屬薄膜構成的電極，該電極由在壓電體底板表面形成的取向控制層和該取向控制表面形成的導電層構成，該取向控制層由能使該導電層取向性提高的材料組成，該導電層能用以鋁或鋁—銅合金為M、以釩為V、用組成式MxVy(X和Y的和為100重量％、Y為大于0.10重量％小于0.2重量％)表示的材料來形成。該聲表面波元件靠導電層的組成提高電極耐久性。再有，由于取向控制層使導電層取向，故導電層強度提高，并減少構成導電層的晶粒間晶界面積，因此電極的耐久性變得非常卓越。
具體的構成上，前述導電體表面取向控制層和導電層互相重合。在該具體構成中，取向控制層介于兩導電層之間，所以一個導電層上發生的空隙、凸起，由于取向控制層使其擴大被阻止，不會波及其它的導電層。其結果，在一個導電層上發生的空隙、凸起只會損壞一個導電層，靠其它的導電層仍能維持電極的功能。另外，通過提高取向性，減少晶粒間晶界面積，抑制電極層損壞的直接原因即鋁原子的擴散，所以大功率特性提高。
另外在具體的構成上，前述取向控制層能用鈦形成。在該具體的構成中，鈦的晶格常數大致和鋁或鋁—銅合金的晶格常數相同，因晶格匹配良好，故能使由鋁或鋁—銅合金組成的導電層的取向性更加提高。
在其它的具體構成上，前述取向控制層厚為15nm上，20nm以下。該具體的構成中，因為取向控制層充分取向，故導電層也充分取向。由此，導電層強度提高。另外，通過提高取向性，減少晶粒間晶界面積。
在另外的具體構成上，前述取向控制層厚為17nm。該具體的構成中，因取向控制層薄，故不必過慮會使電極阻值增大。
在本發明涉及的另外的聲表面波元件中，壓電體底板上形成由金屬薄膜構成的電極。該電極由壓電體底板表面形成的取向控制層和該取向控制層表面形成的導電層構成，該取向控制層由能使該導電層取向性提高的材料組成，以鋁或鋁—銅合金為M、以釩為V、以鈀或鉑為A、用組成式MxVyAz(X和Y以及Z的和為100重量％、Y為大于0.10重量％小于0.2重量％、Z為小于2.0重量％)表示的材料來形成該導電層。在該聲表面波元件中，依靠導電層的組成提高電極耐久性，并且內部損耗也僅稍稍增大。再有，依靠取向控制層從而導電層也取向，故在導電層強度提高之同時，晶粒間界面積減少，電極的耐久性變得非常卓越。
如上所述，依據本發明涉及的聲表面波元件，能得到耐久性較佳的電極，并能使內部損失的增大抑制在最小限度。
圖1表示實驗1結果的曲線圖。
圖2表示實驗2結果的曲線圖。
圖3表示實驗3結果的曲線圖。
圖4表示實驗4結果的曲線圖。
圖5表示實驗5結果的曲線圖。
圖6表示實驗6結果的曲線圖。
圖6表示沿著本發明涉及的聲表面元件電極的厚度方向上的剖視圖。
圖7表示沿著本發明涉及的其它聲表面波元件電極的厚度方向上的剖視圖。
圖8表示以往的聲表面波元件的平面圖。
圖9表示沿該聲表面波元件電極的厚度方向上的剖視圖。
具體實施形態以下，參照附圖具體說明本發明的實施形態。
(第1實施例)本實施例的聲表面波元件和圖8所示的以往的聲表面波元件一樣，在壓電體底板表面上垂簾狀配置多個電極、形成一對梳形電極。在梳形電極之兩側，形成格柵狀反射器。梳形電極分別與一對輸入用焊接片、及一對輸出用焊接片連接。各電極用組成式AlxVy(X和Y的和為100重量％、Y為0.15重量％)表示的鋁合金來形成。
下面，對上述聲表面波元件的制造方法進行說明。首先鉭酸鋰(LiTaO3)組成的基板表面上，用RF磁控管濺射法形成膜厚450nm的合金膜。從裝置上取出基板后，用光刻法制作布線圖案，形成一對梳形電極、反射器、輸入用焊接片、及輸出用焊接片構成應該形成一個聲表面波元件的規定的布線圖案。在前述基板上形成多個該布線圖案。最后將基板切成一塊、一塊的布線圖案，在200℃熱處理1小時。由此，得到本實施例的聲表面波元件。
(第2實施例)本實施例的聲表面波元件和第1實施例的聲表面波元件構成相同。但各電極用組成式AlxVyPdz(X和Y以及Z的和為100重量％、Y為0.15重量％、Z為0.2重量％)表示的鋁合金來形成。制造方法因和第1實施例相同，故不再說明。
(第3實施例)本實施例的聲表面波元件形狀和第1實施例的聲表面波元件相同。但，和圖6所示的電極(1)為在厚度方向上重迭的4層結構，壓電體底板(51)表面形成鈦組成的取向控制層(12)，該取向控制層(12)表面形成能用組成式AlxVyPdz(X和Y以及Z的和為100重量％、Y為0.15重量％、Z為0.20重量％)表示的鋁合金組成的導電層(11)。再有，該導電層(11)的表面形成取向控制層(12)，其表面形成導電層(11)。
以下，說明上述聲表面波元件的制造方法。首先，鉭酸鋰(LiTaO3)組成的基板表面上用RF磁控管濺射法形成膜厚17nm的取向控制后。接著，在該取向控制層的表面，用RF磁控管濺射法形成膜厚190nm的導電層。再在該導電層上形成取向控制層，之后再在該取向控制層表面形成導電層，形成4層結構的金屬膜。以后的制作布線圖案、切斷、及熱處理等各道工序和第1實施例相同，故不再說明。
上述本發明涉及的聲表面波元件的電極從后述實驗結果可知，耐久性優良、阻值小。因此，聲表面波元件電極的耐久性優良、并且內部損耗小。
以下，就本發明涉及的聲表面波元件的電極所作的實驗及其結果作一敘述。
鋁—釩合金組成的電極的耐久性試驗實驗所用的聲表面波元件和上述第1實施例相同，在鉭酸鋰(LiTaO3)組成的壓電體底板表面形成鋁—釩合金組成的膜厚500nm的一對梳形電極、反射器、輸入用焊接片、及輸出用焊接片。設熱處理溫度200℃、處理時間1小時。電極的組成為表1所示的6種。耐久性試驗在85℃氣氛中向各聲表面波元件連續輸入1.2W的電功率后，測定直至電極變形或變質為止的時間，耐久性試驗結果示于表1及圖1。
(表1)
從表1及圖1所示結果可知電極的耐久性當釩的添加量超過0.05wt％就顯著提高。其理由可以認為是由于通過添加超過0.05wt％的釩，釩對周圍的鋁的晶格給與的變形比例顯著增大，由此妨礙晶粒內鋁原子的移動，其結果抑制電極內部空隙、凸起等形成的緣故。
測量鋁-1wt％銅—鋇合金組成的薄膜的電阻率實驗利用在36°旋轉Y軸切斷LiTaO3底板表面用磁控管濺射法形成厚500nm的薄膜、測量熱處理后薄膜的電阻率。設薄膜的組成為表2所示的4種。熱處理條件為200℃、2小時。電阻率測定結果示于表2及圖2。
(表2)
從表2及圖2結果可知電極的電阻率在釩的添加量0.2wt％以上劇增。其理由可以認為是通過添加量增大至0.2wt％附近，電極中釩原子間平均距離接近電子波長，電子波的散射幾率上升之故。以實驗1及實驗室結果來看，可以確認在釩的含量大于0.10wt％、小于0.2wt％時，耐久性的效果和低阻抗的效果能同時兼得。再有能夠確認釩的含量在大于0.15wt％、小于0.20wt％時更為理想，進而在0.15wt％時極為理想。
鋁-0.2wt％釩-1wt％鈀合金組成的薄膜的電阻率實驗利用在36°旋轉Y軸切斷LiTaO3底板表面用磁控管濺射法形成厚的薄膜、測量熱處理前薄膜的電阻率。和熱處理后的薄膜電阻率。使熱處理條件為200℃、2小時。薄膜厚度為500nm。電阻率測量結果示于表3及圖3。
(表3)
從表3及圖3可知鋁—釩—鈀合金熱處理后的電阻率比熱處理前要小。在此，鈀為通過熱處理使鋁—釩合金電阻率下降的物質。該電阻率下降的理由可以認為是由于200℃左右的熱處理難以讓鋁和釩合金化，但由于熱處理而在前述溫度使鈀和釩合金化，生成細微的偏析粒子之收。因此，融化固定在鋁上的釩的量減少，電阻值就降低。
還有，代替鈀、添加釕、銀或金時，觀察不到電阻率的下降，添加了鉑時，在退火后電阻率下降，因此，通過添加鉑也能得到同樣的效果。
鋁—釩—鈀合金組成的電極的耐久性試驗用于實驗的聲表面波元件和上述第2實施例同樣地進行，在鉭酸鋰(LiTaO3)組成的壓電體底板表面形成鋁—釩—鈀合金組成的膜厚500nm的一對梳形電極、反射器、輸入用焊接片、及輸出用焊接片。設熱處理溫度200℃、處理時間1小時。電極的組成為表4所示的5種。耐久性試驗在85℃氣氛中，在各表面波元件連續輸入1.2W的電功率，測量到電極變形或變質為止的時間，耐久性試驗結果示于表4及圖4。
(表4)
從表4及圖4所示結果可知電極的耐久性在鈀的添加量超過0.1wt％、小于0.3wt％時顯著提高。根據該結果能確認鈀的添加量大于0.1wt％、ih gf 0。3作為理想。
聲表面波元件的耐久性試驗實驗中利用第3實施例的聲表面波元件和以往的聲表面波元件。第3實施例的電極為如圖6所示的4層結構。另外，以往的電極和圖9所示為單層結構。但，使構成第3實施例的電極的導電層組成為AlaCubVcPad(a+b+c+d＝100、b＝1、c＝0.15、d＝0.2)。另外，設以往的電極組成為AlaCub(a+b＝100、b＝1)。耐久性試驗在85℃氣氛中，各聲表面波元件上加上比中心頻率高12.5MHz頻率的高頻功率。而且，對于施加后的內部損耗測量內部損耗值僅劣化到0.5dB的時間。耐久性試驗結果示于圖5。
從圖5所示結果可知第3實施例聲表面波元件的電極其耐久性比以往的聲表面波元件優越。其理由是因為在鈦組成的取向控制層表面形成導電層，故該導電層的鋁原子取向并導電層強度提高，晶粒間晶界面積減少的緣故。另外，如在實驗4所確認的，因為在電極的導電層組成中含0.2wt％的鈀。
如上所述本發明涉及的聲表面波元件的電極將鋁或鋁—銅合金作基材，用在其中添加釩的材料、或添加釩及鈀的材料制作，對于采用釩及鈀作為添加元素的第一個理由如以下所述。
首先，作為添加元素，可將Ti、Pd、Nb、Ni、Co、Li、Cr、Hf、Zr、Cd、W、V、Mn、Fe及Ru作為候補而選擇。
其中，將Mn、Fe或Ni當作添加元素時，用反應性蝕刻加工后存在余渣殘留等加工上的問題。另外，用Li或Fe作添加元素時，水洗工序后在電極表面產生腐蝕引起的脫落部位等，在耐蝕性上有問題。再有，Co、Cr及Cd在環保上存在問題。其結果，Ti、Pd、Nb、Hf、Zr、W、V及Ru作為候補而保留(參照表5)。
以下，對作為候補保留的前述多個添加元素，在Al-1wt％Cu中僅添加0.1wt％各元素后的合金對比Al-1wt％Cu測量大功率特性時，得到表5所示的結果。從該結果判明從大功率特性來看鈀作為添加元素極佳。
再對于作為候補保留的前述多個添加元素，測定電阻增加率、即各元素的單位添加量(at％)的電阻增加率后，得到表5所示的結果。從該結果判明釩電阻增加率高、與其相對鈀電阻增加率極高。
(表5)
在此，作為本發明涉及的聲表面波元件的電極材料將鋁名鋁—銅合金作基材，通過采用在其中添加釩的材料。首先假設改善大功率特性。接著，同時將釩和鈀添加到基材上退火后，即使偶然地也能發現鈀能補救釩的電阻增加率高的缺點。這樣，最終以鋁或鋁—銅為基材，通過在其中添加釩及鈀從而同時實現提高大功率特性，降低電阻。
另外，將鋁—銅合金，和在其中添加釩的合金、代替釩添加鈧的合金作為對象，測定電阻率、和施加功率2.5W時的壽命，得到表6所示的結果。
(表6)
從該結果可知釩作為添加元素的優越性。
還有，本發明的各部構成并不限于上述實施形態，在不背離權利要求所述本發明精神的范圍內，只要是該技術領域的專業人員均能作各種變形。例如，在上述各實施例中，也能用鋁-1wt％銅合金代替鋁。即使在該場合，也能得到和本實施例得到的效果相同的效果。又在第3實施例中電極為4層結構，但重迭層數并不限于4層，例如能如圖7所示的6層結構等，重迭成任意的層數。
權利要求
1.一種聲表面波元件，其特征在于，在壓電體底板上形成由金屬薄膜構成的電極，該電極用以鋁或鋁—銅合金為M、以釩為V、用組成式MxVy(X和Y的和為100重量％、Y為大于0.10重量％小于0.2重量％)表示的電極材料來形成。
2.如權利要求1所述的聲表面波元件，其特征在于，所述電極用組成式MxVy(X和Y的和為100重量％、Y為大于0.15重量％小于0.2重量％)表示的電極材料來形成。
3.如權利要求1所述的聲表面波元件，其特征在于，所述電極用組成式MxVy(X和Y的和為100重量％、Y為0.15重量％)表示的電極材料來形成。
4.一種聲表面波元件，其特征在于，在壓電體底板上形成由金屬薄膜構成的電極，該電極用在由鋁或鋁—銅合金組成的母材中，添加進通過熱處理使該母材的電阻降低的物質作為電極材料，同時進行熱處理來形成，該電極的電阻值(R1)和該電極經熱處理后的電阻值(R2)具有R1＞R2的關系。
5.如權利要求4所述的聲表面波元件，其特征在于，由所述熱處理使該母材電阻值降低的物質為鈀或鉑。
6.如權利要求5所述的聲表面波元件，其特征在于，電極以所述鈀或鉑為A、以鋁或鋁—銅合金為M、以釩為V、用組成式MxVyAz(X和Y以及Z的和為100重量％、Y為大于0.10重量％小于0.2重量％、Z為小于0.2重量％)表示的電極材料來形成。
7.如權利要求6所述的聲表面波元件，其特征在于，電極用組成式MxVyAz(X和Y以及Z的和為100重量％、Y為大于0.10重量％小于0.2重量％、Z為大于0.1重量％小于0.3重量％)表示的電極材料來形成。
8.一種聲表面波元件，其特征在于，在壓電體底板上形成由金屬薄膜構成的電極，該電極由在壓電體底板表面形成的取向控制層和在該取向控制層表面形成的導電層構成，該取向控制層由能使該導電層取向性提高的材料組成，該導電層用以鋁或鋁—銅合金為M、以釩為V、用組成式MxVy(X和Y的和為100重量％、Y為大于0.10重量％小于0.2重量％)表示的材料來形成。
9.如權利要求8所述的聲表面波元件，其特征在于，在所述導電層表面上，取向控制層和導電層互相重合。
10.如權利要求8所述的聲表面波元件，其特征在于，所述取向控制層用鈦形成。
11.如權利要求8所述的聲表面波元件，其特征在于，所述取向控制層厚度大于15nm、小于20nm。
12.如權利要求11所述的聲表面波元件，其特征在于，所述取向控制層的厚度為17nm。
13.一種聲表面波元件，其特征在于，在壓電體底板上形成由金屬薄膜構成的電極，該電極由在壓電體底板表面形成的取向控制層和在該取向控制層表面形成的導電層構成，該取向控制層由能使該導電層取向性提高的材料組成，該導電層用以鋁或鋁—銅合金為M、以釩為V、以鈀或鉑為A、用組成式MxVyAz(X和Y以及Z的和為100重量％、Y為大于0.10重量％小于0.2重量％、Z為小于2.0重量％)表示的材料來形成。
全文摘要
在本發明揭示一種聲表面波元件，以鋁或鋁－銅合金為M、以釩為V、用組成式MxVy(X和Y的和為100重量％、Y為大于0.10重量％小于0.2重量％)表示的電極材料來形成電極。由此，得到對于施加的電功率耐久性優越、并且內阻小的聲表面波元件。
文檔編號H03H9/145GK1409486SQ0214261
公開日2003年4月9日 申請日期2002年9月12日 優先權日2001年9月12日
發明者田沼俊雄, 吉岡功一, 臼杵辰朗, 田中直樹, 伊藤秀樹 申請人:三洋電機株式會社