專利名稱：彈性表面波元件的制作方法
技術領域：
本發明涉及彈性表面波元件。尤其是涉及具備Al電極層的彈性表面波元件，該Al 電極層以Al為主成分且具有雙晶結構。
背景技術：
眾所周知，彈性表面波元件是利用了傳播機械性的振動能量的彈性表面波的電子 部件。通常具備壓電基板和用于施加或取出壓電基板上形成的信號的IDT電極。作為IDT電極的電極材料，通常使用電阻率小且比重小的Al或Al系合金。然而， Al的耐電力(電力)性差，當施加大電力時，電極會產生凸起(t 口 7々)或空隙。并且， 存在電極發生短路或斷線而彈性表面波元件破損的情況。為了解決上述問題，專利文獻1中記載有一種彈性表面波元件通過使Al為雙晶 結構且使其外延生長而將結晶方位沿一定方向配位，從而提高耐電力性。另外，在專利文獻 2中公開有一種彈性表面波元件在以Al為主成分的電極膜中，通過限定晶體粒徑的相對 于標準偏差或膜厚的比，而提高耐電力性。專利文獻1 日本特開2002-305425號公報專利文獻2 日本特開平8-148966號公報然而，在專利文獻1、2所記載的現有技術中，在高頻用途或大電力用途時存在耐 電力性不充分的問題。
發明內容
本發明鑒于所述課題而作出，其目的在于，提供一種耐電力性高的彈性表面波元 件。本發明者經過銳意研究的結果，發現了在Al電極層的晶體的平均粒徑為60nm以 下時，彈性表面波元件的耐電力時間大幅度提高的情況。本發明的彈性表面波元件的特征 在于，具備壓電基板，其由LiNb03或LiTa03的單晶形成；基底電極層，其形成在所述壓電 基板上且以Ti及Cr的至少一方為主成分；Al電極層，其為形成在所述基底電極層上并以 Al為主成分而外延生長的取向膜，并且具有通過XRD極點圖而呈現6次對稱點的雙晶結構， 平均粒徑為60nm以下。另外，本發明的彈性表面波元件的所述平均粒徑優選0. 2864nm以上。另外，本發明的彈性表面波元件的所述平均粒徑優選42 58nm。發明效果如本發明所示，考慮到在Al電極層的晶體的平均粒徑為60nm以下時，粒界(粒 界)的大部分為原子級的幅度的雙晶粒界，膜的活性化能量接近塊體的活性化能量，而耐 電力性大幅度地提高。因此，根據本發明的結構，能夠提供一種耐電力性高的彈性表面波元 件。
圖1是表示本發明的彈性表面波元件的一部分的主要部分剖視圖。圖2是本發明的Al電極層的XRD極點圖的例子。圖3是算出本發明的平均粒徑的掃描型透過電子顯微鏡的觀察像的例子。圖4是本發明的Al電極層的掃描型透過電子顯微鏡的觀察像。符號說明1彈性表面波元件2壓電基板3 電極4A1電極層5基底(下地)電極層
具體實施例方式以下，說明用于實施本發明的方式。圖1是示出本發明的彈性表面波元件1的一部分的主要部分剖視圖，示出在壓電 基板2上形成有電極3的部分。壓電基板2由LiTaO3或LiNbO3的單晶形成。電極3具備Al電極層4和基底(下 地)電極層5。在壓電基板2上設置基底電極層5。基底電極層5為了提高壓電基板2與 Al電極層4的密接(密著)性而設置。基底電極層5以例如Ti及Cr的至少一方為主成 分。并且，在基底電極層5上設置Al電極層4。Al電極層4以Al或Al系合金為主成分。此種彈性表面波元件1能夠通過以下的工序制造。首先，準備壓電基板2。然后， 通過真空蒸鍍法等在壓電基板2上形成基底電極層5。接下來，通過真空蒸鍍法等在基底電 極層5上形成Al電極層4。然后，將電極3形成為IDT電極的形狀以適用光刻(7才卜'J y 7 7 4 )及干蝕刻(卜■、，4工夕子 > 夕’)。在壓電基板2的表面上形成有由磨削等產生的厚度幾nm的加工變質層，該加工變 質層防礙外延(工If夕〉^ > )生長。因此，在形成基底電極層5工序前，也可以具備除 去該加工變質層而使結晶面在壓電基板2的表面露出的工序。通過該工序，能夠更可靠地 使能夠外延生長的結晶面在壓電基板2的表面露出。在上述的基底電極層5及Al電極層4的形成中，首先以成膜溫度150°C以上、成膜 速度0. 5nm/秒以下的條件對基底電極層5進行加熱成膜。通過基底電極層5的加熱成膜， 能夠供給晶體成長所需的能量，而將基底電極層5形成為反映壓電基板2的晶體排列的取 向(配向)膜。接下來，以成膜溫度75°C以下、成膜速度3. 5nm/秒以下的條件通過低溫成 膜形成Al電極層4。由此，能夠將Al電極層4形成為具有雙晶結構且進行外延生長的取向 膜。此外，在基底電極層5的加熱成膜中，成膜溫度越高，基底電極層5的結晶性越好。 另一方面，若使成膜溫度過高，有可能產生熱電(焦電)性引起的壓電基板2的破裂。因此， 實用中基底電極層5的成膜溫度優選300°C以下。另外，Al電極層4的成膜溫度小于0°C時，需要特殊的冷卻機構，因此成為成本上 升的主要原因。因此，實用中Al電極層4的成膜溫度優選0°C以上。
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Al電極層4的晶體粒徑由成膜溫度及成膜速度決定。即，越低溫地設定Al電極 層的成膜溫度，晶體粒徑越小。而且，將基底電極層5的成膜速度形成為0. 5nm/秒以下且 將Al電極層4的成膜速度形成為3. 5nm/秒以下時，膜的結晶性提高而能夠形成致密的膜。 因此，將成膜溫度和成膜速度這兩個條件最優化之后才能夠提高耐電力性。所謂雙晶結構是指通過XRD極點圖(極點図)出現6次對稱點(7 卜)的結 構。圖2示出本發明的Al電極層的XRD極點圖的例子。圖2的(a)是XRD的極點圖，圖2 的(b)是其示意圖。圖2是取得來自Al的(200)面的反射的圖。如圖2所示可知，由于來 自Al的(200)面的反射信號的檢測點表示6次對稱，因此Al的晶體是具有旋轉180°那樣 的兩種晶體方位的雙晶結構。另外，也可以在基底電極層的形成的中途，將溫度變更為75°C以下而連續形成基 底電極層，并且在Al電極層的形成溫度與基底電極層的形成溫度相比不改變地，原樣形 成。這種情況下，不會有在基底電極層與Al電極層的界面上溫度變更時形成氧化層的擔 心，因此進一步提高了 Al電極層的結晶性。Al電極層4的晶體的平均粒徑為60nm以下時，彈性表面波元件的耐電力時間大幅 度提高的理由被考慮為以下的機理。即，在晶體的平均粒徑為60nm以下的情況下，形成Al 電極層時，小的晶體粒致密地成長，粒界的大部分為原子級的幅度的雙晶粒界。所述情況的 膜的活性化能量接近塊體(〃> ”)的活性化能量(100°C下135. lkj/mol)，從而耐電力性 大幅度地提高。而且，雙晶結構存在較多時，難以產生塑性變形。塑性變形的產生困難度與 應力遷移(7卜> 7 7 4 7 > 3 >)引起的電極破壞的產生困難度相關，從而耐電力 性提高。另一方面，在晶體的平均粒徑大于60nm的晶體粒中，除原子級的雙晶粒界之外， 還包含通常的粒界。所述情況的膜的活性化能量中，晶體粒界的活性化能量(100°C下 38. 6kJ/mol)是支配性的。因此，活性化能量下降，耐電力性下降。另外，將Al電極層的晶體的平均粒徑形成為Al的最小原子間隔即0. 2864nm時， 成為塊體的狀態，耐電力性最高。另一方面，平均粒徑小于0. ^64nm的情況在理論上困難， 因此平均粒徑優選0. 2864nm以上。(實驗例)在實驗例中，制作了具有圖1所示的結構的彈性表面波元件的彈性表面波濾波 器。制作了使電極形成時的溫度為兩階段而使Al電極層的晶體的平均粒徑變化的實驗例 1 3及比較例1 7的彈性表面波濾波器。首先，準備由42° Y切割的LiTaO3單晶形成的壓電基板2。接下來，在壓電基板上，通過電子束真空蒸鍍法將由Ti構成的基底電極層以第一 階段(段目)溫度形成為厚度10nm。然后，在真空中冷卻到第二階段溫度。然后，在第二 階段溫度下形成IOnm的基底電極層。然后，不改變溫度而形成120nm的Al電極層。此時 的Ti的成膜速度為0. Inm/秒，Al的成膜速度為2. Onm/秒。然后，通過光刻及干蝕刻，形 成IDT電極。在壓電基板上形成用于與外部的配線基板電導通的連接焊盤(〃、y Y )、以及將 Al電極層和連接焊盤連接的配線圖案。配線圖案在壓電基板側形成Ti層(厚度200nm)， 而在該Ti層上配設Al層(厚度1140nm)。連接焊盤及配線圖案與電極相同地通過真空蒸鍍法形成。表1示出改變第一階段溫度和第二階段溫度的實驗例的平均粒徑和耐電力時間。[表 1]表1
權利要求
1.一種彈性表面波元件，其特征在于， 具備壓電基板，其由LiNbO3或LiI1aO3的單晶構成；基底電極層，其形成在所述壓電基板上且以Ti及Cr的至少一方為主成分； Al電極層，其為形成在所述基底電極層上且以Al為主成分而外延生長的取向膜，并且 具有利用XRD極點圖而呈現6次對稱點的雙晶結構，平均粒徑為60nm以下。
2.一種彈性表面波元件，其特征在于， 所述平均粒徑為0. 2864nm以上。
3.一種彈性表面波元件，其特征在于， 所述平均粒徑為42 58nm。
全文摘要
本發明提供一種彈性表面波元件(1)，其中具備壓電基板(2)，其由LiNbO3或LiTaO3的單晶形成；基底電極層(5)，其形成在所述壓電基板上且以Ti及Cr的至少一方為主成分；Al電極層(4)，其為形成在基底電極層(5)上且以Al為主成分而外延生長的取向膜，并且具有通過XRD極點圖出現6次對稱點的雙晶結構，平均粒徑為60nm以下。
文檔編號H03H9/145GK102064792SQ20101054857
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月15日 優先權日2009年11月16日
發明者小西善之, 福田真一 申請人:株式會社村田制作所