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CN1578134A - 声表面波元件及其制法、声表面波设备和声表面波双工器 - Google Patents

声表面波元件及其制法、声表面波设备和声表面波双工器 Download PDF

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CN1578134A
CN1578134A CNA2004100711508A CN200410071150A CN1578134A CN 1578134 A CN1578134 A CN 1578134A CN A2004100711508 A CNA2004100711508 A CN A2004100711508A CN 200410071150 A CN200410071150 A CN 200410071150A CN 1578134 A CN1578134 A CN 1578134A
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thin film
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真下朗
佐藤胜男
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Abstract

在依据本发明的一个具体实施方案的声表面波元件中，在薄膜电极18上形成的凸起电极20带有通孔31。另外，当部分凸缘进入凸起电极20的通孔31后，由于穿过薄膜电极28的氧化膜18a，在凸起电极20上的凸缘26到达薄膜电极18。由此，实现压电单晶衬底28上形成的薄膜电极18和凸缘26之间的传导。由此，在由单晶体铝制成的薄膜电极18的表面上形成氧化膜18a，但是进入凸起电极20的通孔31的部分凸缘26穿过该氧化膜18a，这样实现薄膜电极18和凸缘26之间更高精确度的传导。

Description

声表面波元件及其制法、声表面波设备和声表面波双工器
相关申请
基于2003年7月28日提交的日本专利申请2003-281301号要求优先权，其全部内容在此引入作为参考。
技术领域
本发明涉及声表面波元件、声表面波设备、声表面波双工器、和制造声表面波元件的方法。
背景技术
最近，作为两类声表面波设备的声表面波滤波器和声表面波谐振器，更多地代替了使用电介质的滤波器和谐振器，用于移动通讯设备例如手提电话、无绳电话及类似物的高频电路。这是由于声表面波滤波器的尺寸小于介电滤波器，因此相同尺寸的声表面波滤波器具有更好的电特性。
这种声表面波设备主要配有压电衬底、通过在压电衬底上层压形成电极膜制得的梳形电极(叉指式换能器，下文称作“IDT”)和一个容纳该压电衬底和IDT的管壳。铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、石英或类似物用作压电衬底的材料。具体而言，如果制造的是RF带通滤波器，许多情况下使用的是具有高机电耦合系数的铌酸锂和钽酸锂。铌酸锂具有大的机电耦合系数，因此使用具有旋转64°的Y-切割(Y-cut)的衬底。此外，钽酸锂具有高机电耦合系数和相对较小的频率温度系数，因此使用具有旋转34-44°的Y-切割的衬底。此外，在许多情况下，使用具有低密度和低电阻率特性的铝作为电极膜的材料。
如上所述，声表面波设备经常在RF带(800MHz-2GHz)内用于手提电话或类似物。另外，例如，如果在1GHz带内使用声表面波设备，并且将与运行期间的频率成比例的反复应力加到压电衬底上的IDT上，就会存在声表面波设备的使用期限(寿命)缩短的问题，因为会由反复应力产生铝原子的迁移，而且会在IDT内产生诸如小丘(凸起)、空隙(放空)之类的缺陷。也就是说，对于该器件的使用寿命，IDT(也就是，电极膜)的电寿命是相当重要的因素。此外，由于外加电压的增加和向高频运作的转化，明显出现了IDT的劣化现象。而且，在器件设计方面，随着频率提高，必须使电极膜更薄，而且必须使电极宽度更窄。因此，增长了这种劣化现象。
同时，对于在手提电话的高频电路中占据极大空间的双工器，人们提出应该将传统的介电双工器换成小的声表面波双工器。然而，这种声表面波双工器是一种相当小的组件，而且存在电寿命与专门施加在双工器发射面的大电功率成反比的问题。此外，由于将声表面波设备的IDT形成区设计得很大，就可以通过降低有效电功率密度来增加电寿命。然而，在这种情况下，存在该器件不能小于特定尺寸的问题。
由于上述原因，非常需要提高声表面波设备的IDT的电寿命，即在压电衬底上形成的电极膜的电寿命。
公知的是，晶粒边缘处的铝扩散比晶粒内部快。控制晶粒边缘处的扩散被认为是需要优先考虑的问题。因此，上述由反复应力引起的铝原子的迁移已经被认为主要发生在晶粒边缘处。这在过去已经得到阐述。因此，已经预言通过减少或除去铝电极膜的晶粒边缘，或更优选地，使铝电极膜单晶化，可以极大地提高电寿命。
因此，日本公开专利申请55-49014公开了一种使电极膜基本成为单晶的技术。这种技术的目的是提高声表面波设备的工作性能，无论该器件的材料的构成物质如何。
此外，日本专利公开2545983公开了一种使用单晶体铝膜作为声表面波设备的电极膜或使结晶方向为恒定方向的技术。在该公开中，使用在旋转25°Y-切割至旋转39°Y-切割范围内的Y-切石英衬底作为压电衬底，并以高速(成膜速度：4nm/秒)低温(衬底温度：80℃)沉积，并由此得到定向膜(311)。该膜是与单晶类似的取向附生膜。
日本公开专利申请6-132777公开了一种与上述日本公开申请55-49014中公开的技术不同的涉及铝单晶电极膜的技术。该参考文献公开了如果以相当低的速度形成薄膜，就可以获得铝单晶体膜。更具体地，可以按照真空淀积法在LST切割的石英衬底上形成铝单晶体膜、根据真空淀积法在旋转128。的Y-切铌酸锂衬底上形成铝单晶体膜、根据真空淀积法在旋转112°的X-切钽酸锂衬底上形成铝单晶体膜。
国际公开WO 00/74235号公开了使用旋转38-44°的Y-切钽酸锂单晶衬底作为压电衬底，叉指型电极包括钛基金属膜和其上形成的铝膜，而且该铝膜由于钛基金属膜的作用变成单晶膜。此外，日本公开专利申请2003-101372公开了一种声表面波设备，其具有由钽酸锂或铌酸锂构成的旋转33°±9°的Y-切压电衬底；氮化钛缓冲层、将氮化钛和钛金属层压制成的多层缓冲层和组成从氮化钛向钛金属逐渐变化的斜向组成缓冲层之一，其层压在衬底上；和层压在该缓冲层上的单晶体铝。
发明内容
最近，在安装了多个滤波器的手提电话终端领域，非常需要使声表面波设备更加小型化。也就是说，所谓的双用型手提电话终端最近已经变成主流，该终端可以被多种频带使用，例如GSM型和DCS1800型(欧洲)、以及AMPS带的CDMA和PCS带的CDMA(美国)。与多种通讯方法对应的电路必须安置在一个手提电话终端内，因此需要使各部分(例如滤波器)的尺寸小于从前。
因此，关于声表面波设备的安装，倒装片安装已经成为公众关注的中心，其中与传统的引线接合安装相比，其需要较小的安装空间而且性能稳定。这种倒装片安装主要有两种方法。一种方法使用焊接凸缘并通过熔化该焊接凸缘来固定声表面波设备。另一种方法使用金凸缘并通过超声连接固定声表面波设备。下文详细描述超声连接技术。在声表面波元件的铝叠层电极(pad electrode)上形成金或类似物的凸缘。在其上形成凸缘的表面面向印刷线路板的情形下，该元件的凸缘与印刷线路板的Au电极终端热压连结。在这种热压连结法中，通过用超声波使声表面波元件振动来连接凸缘和电极终端，并实现具有可靠传导性的稳定连接。
此外，如果通过倒装片法将声表面波元件安装到安装衬底上以制造声表面波设备，那么该声表面波元件仅由凸缘电极支撑，因此要求该凸缘电极具有一定的接合强度。因此，在许多情况下，通过凸起电极或类似物使声表面波元件的叠层电极(在其上形成凸缘电极)隆起。在例如日本专利公开3,172,124或类似文献中公开了使叠层电极隆起的方法。
然而，如果通过倒装片法安装上述传统声表面波元件来制造声表面波设备，就会存在下述问题。
即，在压电衬底的单晶体铝表面上，在蚀刻形成物或类似物时，会形成一种固体、精细、天然氧化膜。因此，这种绝缘的天然氧化膜阻碍了凸起电极和由单晶体铝电极膜形成的薄膜电极之间的传导。
本发明致力于解决上述问题。本发明的一个目的是提供一种声表面波元件、一种声表面波设备、一种声表面波双工器、和一种制造声表面波元件的方法，所述声表面波元件与外接端子进行高精确度的传导，即使电极膜是单晶时也是如此。
依据本发明的一种情形的声表面波元件具有：一个在压电单晶衬底上经由缓冲层形成的薄膜电极，它是由单晶体铝制成且表面具有氧化膜；一个在薄膜电极上形成并带有通孔的凸起电极；和一个安置在凸起电极上的外接端子，部分外接端子进入通孔，穿过氧化膜，并与薄膜电极电连接。
此外，依据本发明的一种情形的声表面波设备具有：一个声表面波元件，该元件具有一个在压电单击衬底上经由缓冲层形成并且由单晶体铝制成且表面具有氧化膜的薄膜电极、一个在薄膜电极上形成并带有通孔的凸起电极、和一个安置在凸起电极上的外接端子，部分外接端子进入通孔，穿过氧化膜，并与薄膜电极电连接；和安装衬底，其具有在安装声表面波元件的表面上形成的电极终端，所述声表面波元件安装在该安装衬底上，使得该电极终端和声表面波元件的凸起电极通过外接端子相连。
另外，依据本发明的一种情形的声表面波双工器具有：声表面波元件，该元件具有一个在压电单击衬底上经由缓冲层形成并且由单晶体铝制成且表面具有氧化膜的薄膜电极、一个在薄膜电极上形成并带有一个沿高度方向延伸的通孔的凸起电极、和一个安置在凸起电极上的外接端子，部分外接端子进入通孔，穿过氧化膜，并与薄膜电极电连接。
对于声表面波元件、声表面波设备和声表面波双工器，安置在凸起电极上的部分外接端子进入凸起电极的通孔中并通过穿过该薄膜电极的氧化膜来与薄膜电极电连接。因此，依据本发明的一种情形，在由单晶体铝形成的薄膜电极的表面上，形成固体氧化膜，但是外接端子中进入凸起电极的通孔的部分穿过这种氧化膜，因此可以实现该薄膜电极和外接端子之间更高精确度的传导。
此外，外接端子优选为金凸缘端子。一个金凸缘通常用作一个外接端子，因此它可以使用传统设备容易地形成。
另外，提高薄膜电极和凸起电极之间粘合力的加强粘合层优选插在两者之间。特别地，这种加强粘合层优选由铬形成。
此外，在薄膜电极和凸起电极之间，优选插入一层抑制构成外接端子的原子扩散到薄膜电极中的扩散阻挡层。特别地，该扩散阻挡层优选由氮化钛形成。
另外，凸起电极优选由铝或金-铝合金制成。此外，缓冲层优选如下：(1)由钛和氮化钛中的一种制成，(2)具有包括钛层和氮化钛层的至少两层的层压结构，(3)具有逐渐降低的氮组成比，这样随着其接近层生长表面，该缓冲层从氮化钛向钛逐渐变化。
依据本发明的另一种情形的声表面波元件具有：一个在压电单晶衬底上经由缓冲层形成的薄膜电极，它由单晶体铝制成且表面具有氧化膜；和一个在该薄膜电极上形成并带有通孔的凸起电极。
当这种声表面波元件固定在安装衬底上时，将预定的外接端子压向凸起电极。挤压外接端子使得部分外接端子进入凸起电极的通孔。同时，通过使外接端子振动，使进入通孔的外接端子穿过该薄膜电极表面的氧化膜，并使该外接端子到达薄膜电极。由此实现在压电单晶衬底上形成的外接端子和薄膜电极之间的传导。这样，按照该具体实施方案的声表面波元件，在由单晶体铝构成的薄膜电极表面上形成固体氧化膜，而通孔则设置在凸起电极中。因此，通过使部分外接端子进入通孔并穿过氧化膜，可以实现该薄膜电极和外接端子之间更高精确度的传导。
依据本发明的一种情形，制造声表面波元件的方法包括以下步骤：将缓冲层层压在压电单晶衬底上；在压电单晶衬底上经由缓冲层层压由单晶体铝制成的电极膜；通过使电极膜形成图案来制成薄膜电极并在该薄膜电极的表面形成氧化膜；在该薄膜电极上形成带有通孔的凸起电极；将外接端子压向凸起电极并使部分外接端子进入通孔；使外接端子振动，致使进入通孔的外接端子穿过薄膜电极表面的氧化膜并使该外接端子到达薄膜电极。
附图简要说明
图1是依据本发明的一个具体实施方案的声表面波设备的截面示意图。
图2是声表面波元件的透视示意图。
图3是图2所示的声表面波元件的III-III截面图。
图4是在声表面波元件上形成的电极图形的结构示意图。
图5A-5F是图1所示的声表面波设备的制造程序的展示图。
图6是表示部分凸缘进入凸起电极通孔的状况的图。
图7是依据本发明的一个具体实施方案的声表面波双工器的透视部件分解图。
具体实施方式
下文参照附图详细描述本发明的声表面波元件、声表面波设备、声表面波双工器和这种声表面波元件制造方法的一种优选实施方案。相同符号用于相同或相似的元件，而且重复描述时，将省略这种说明。
图1是依据本发明的一个具体实施方案的声表面波设备的截面示意图。如该图所示，声表面波设备10具有：声表面波元件12、在其上安装声表面波元件12的安装衬底14、和密封声表面波元件12的罩壳16。在声表面波元件12的下表面12a上，形成三对下述叠层电极22，其中凸起电极20层压在输入/输出电极(薄膜电极)18上。在安装衬底14的表面14a(在其上安装声表面波元件12)上，形成镀金电极(电极终端)24以施加使声表面波12运作所必须的电压。另外，如图所示，声表面波元件是以倒装片法安装在安装衬底14上并经由金凸缘(外接端子)26与声表面波元件12的相应的叠层电极22和安装衬底14的相应的镀金电极24相连。罩壳16是用于密封并保护声表面波元件12的组件并由从四个方向围绕声表面波元件12的侧面的围堰(dam)部分16A和遮盖声表面波元件12的上表面12b的盖子部分16B构成。
接下来，参照图2，更具体地解释构成声表面波设备10的声表面波元件12。如该图所示，声表面波元件12具有一个压电单晶衬底28和在盖压电单晶衬底28上经由缓冲层30形成的叠层电极22。
压电单晶衬底28是由钽酸锂制成的衬底，而且是横截面基本上为正方形的棱柱形。此外，铌酸锂也可以用作该压电衬底的材料。
六个叠层电极22各自具有由单晶体铝制成的其表面上有天然氧化膜的输入/输出电极18、由铝制成的用以增加输入/输出电极18厚度的凸起电极20、和下文将论述的插在输入/输出电极18和凸起电极20之间的中间层(未表示在图2中)。用以使输入/输出电极18单晶化的缓冲层30是由晶格常数在作为压电单晶衬底28的材料的钽酸锂的晶格常数和作为输入/输出电极18的材料的铝的晶格常数之间的TiN制成的。此外，除了完全没有晶粒边缘的完美单晶体铝膜，本说明书的单晶体铝还指在单晶衬底上取向生长并且还包括具有少量晶粒边缘的单晶的铝膜，和高度取向多晶膜。(此外，除了完全没有晶粒边缘的完美单晶，本说明书中的单晶还包括具有少量晶粒边缘的单晶和具有高度取向性的多晶体。)
在各个叠层电极22的凸起电极20中形成九个通孔31。通孔31沿着凸起电极20的高度方向延伸，即沿着输入/输出电极18和凸起电极20的层压方向延伸。这九个通孔31具有正方形的横截面而且排列成3×3矩阵。
下文参照图3详细解释叠层电极22的结构。图3是对应图2所示的声表面波元件12的叠层电极22的III-III线方向的截面图。
如图3所示，叠层电极22具有下述结构，即在压电单晶衬底28中，在缓冲层30上依序形成输入/输出电极18、中间层32和凸起电极20。对于输入/输出电极18，使单晶体铝电极膜形成布线图(下文将论述)，在此过程中，在缓冲层30上进行取向生长。在该表面上形成氧化膜18a。此外，中间层32经由氧化膜18a层压在在输入/输出电极18上。该中间层32由铬(Cr)加强粘合层32A和层压在加强粘合层32A上的氮化钛(TiN)扩散阻挡层32B构成。加强粘合层32A提高了输入/输出电极18和凸起电极20之间的粘合力。扩散阻挡层32B控制了凸起电极20上的金凸缘26(参看图1)的Au原子在输入/输出电极18中扩散的情况。另外，在中间层32上形成凸起电极20，其增强金凸缘26的粘合力。此外，在凸起电极20和中间层32中，蚀刻形成沿高度方向延伸的九个通孔31。此外，对于这种情况中的叠层电极22，由于在输入/输出电极18表面上形成的氧化膜18a的存在，不能实现凸起电极20和输入/输出电极18之间的传导。因此，在这种情况下，并非通过简单地将金凸缘26安置在凸起电极20上来将凸缘26和输入/输出电极18电连接。
在图2中，沿着压电单晶衬底28的两条相对的边，各排列三个叠层电极22。此外，沿着每条边的三个叠层电极22以位于该边中间的叠层电极22为中心，以相等间距排列。通过以这种方式排放叠层电极22，当声表面波元件12以倒装片法安装在安装衬底14上时，声表面波元件12的质心和压电单晶衬底28的质心在与安装衬底14的表面垂直的方向排成直线，这样声表面波元件12具有高度稳定性。
另外，图2中省略了这点，但是如图4所示，除了叠层电极22，在声表面波元件12的表面12a上还形成了梳形电极和预定的布线图。图4是在声表面波元件12上形成的电极图形的结构示意图。符号22A-22F分别对应于图2所示的叠层电极22A-22F，而且四个叠层电极22A、22B、22E和22F与六个梯型梳形电极33相连。具体而言，四个梳形电极33(串联臂式谐振器33A)在位于中间的叠层电极22B和叠层电极22E之间串联连接。另外，从将中间两个串联臂式谐振器33A夹在中间的布线位置引出金属线，并经由梳形电极33(并联臂式谐振器33B)分别连到叠层电极22A和叠层电极22F上。叠层电极22A和叠层电极22F接地。
另外，电极图形不限于图3所示的图形，而且可以改变梳形电极33的数量、布线图等等。然而，通过使用具有点对称关系的电极图形，例如图4所示的电极图形，当声表面波元件12以倒装片法安装在安装衬底14上时，声表面波元件12的质心和压电单晶衬底28的质心可以在安装衬底14的表面的法线方向排成直线。因此可以提高声表面波元件12的稳定性。
下文参照图5A-5F解释图1所示的声表面波设备10的制造程序。每个图表示一个制造图1所示的声表面波设备10的步骤。
首先，制备直径为三英寸的压电单晶衬底28。将压电单晶衬底28的表面28a用丙酮和异丙醇通过超声波洗净，然后用蒸馏水取代有机溶剂将其洗净。由此除去附着在表面28a上的杂质后，将压电单晶衬底28置于喷镀装置中，使表面28a面向目标材料的方向。然后，使用纯度为99.9％的钽金属作目标材料，在氮和氩混合气氛中进行喷镀，从而在压电单晶衬底28的整个表面28a上形成TiN缓冲层30(参看图5A)。
在压电单晶衬底28上形成缓冲层30后，在喷镀装置内部保持真空的同时，将目标材料换成铝，并在压电单晶衬底28上形成厚度约为300nm的铝电极膜34(参看图5B)。此后，从喷镀装置中取出压电单晶衬底28，对于缓冲层30和电极膜34，通过使用公知的光刻(光蚀)技术，制造与将形成的元件数量(例如200个元件)相对应的若干上述电极图形(参看图5C)。此时，将包括输入/输出电极18的电极图形暴露在空气中，这样在表面上形成绝缘的天然氧化膜(Al2O3膜)。
此后，再将衬底28放在喷镀装置中，并置于真空中，同时使用与制造输入/输出电极18相同的程序连续形成中间层32和凸起电极20。此外，使用公知的光刻(光蚀)技术形成穿过中间层32和凸起电极20的通孔31(参看图3)。形成通孔31，使其沿凸起电极20的高度方向，也就是输入/输出电极18和凸起电极20的层压方向延伸。另外，蚀刻凸起电极20时，可以使用中间层32的铬加强粘合层32B作为蚀刻终止层。
由此，完成上述声表面波元件12的制造。此外，将凸缘焊接器制成的Au扁球压向声表面波元件12的各个凸起电极20，并施加超声波振动；由此，形成凸缘26(参看图5D)。金凸缘26的这种形成技术是普遍的，而且可以使用传统技术容易地形成金凸缘26。
接下来，参照图3和6解释在叠层电极22的凸起电极20上形成凸缘26的情况。图6表示部分凸缘26进入凸起电极20的通孔31时的状况。如图6所示，压向凸起电极20并作为超声波振动施加对象的凸缘26是塑性变形的，这样可以部分进入在凸起电极20和中间层32中形成的通孔31。此外，进入通孔31并到达输入/输出电极18的氧化膜18a的凸缘26的顶部26a擦到氧化膜18a的表面，而且被凸缘26擦到的部分的氧化膜18a破坏。进入通孔31的凸缘26的顶部26a穿过氧化膜18a被破坏的部分，并到达输入/输出电极18。由此，在氧化膜18破坏部分附近，凸缘26的金原子在构成输入/输出电极18的单晶体铝中扩散，而且通过其固着效应提高凸起电极20和输入/输出电极18之间的粘合强度。同时，提高了凸起电极20合输入/输出电极18之间的导电性。此外，构成凸缘26的部分Au原子在凸起电极20的铝中扩散。
在图5E中，形成凸缘26后，声表面波元件12以倒装片法安装在BT树脂安装衬底14上。也就是说，声表面波元件12安装在安装衬底14上，同时进行定位以使凸缘26如下接触安装衬底14的电镀电极24：即在其上形成凸缘26的表面12a面向安装衬底14的元件安装面14a。将声表面波元件12安装在安装衬底14上后，使用夹头通过真空吸力固定声表面波元件12，并通过超声波使其在安装衬底14的表面方向振动，从而将凸缘26与镀金电极24相连(参看图5E)。最后，将格架形的BT树脂围堰部分板(厚度：0.4nm)和BT树脂盖子平板(厚度：0.2nm)罩在安装衬底14上，由此将每个声表面波元件12密封后，通过切块加工完成声表面波元件的每个器件10的制造(参看图5F)。通过树脂粘合剂将安装衬底14和围堰部分板(围堰部分16A)、围堰部分板和盖子平板(盖子部分16B)粘合。
由此，如详细解释，在输入/输出电极18上形成的凸起电极20具有通孔31。此外，部分凸缘26(进入(或顶端)部分26a)进入通孔31。另外，通过对该凸缘26施加超声波振动，该凸缘26的进入部分26a进一步穿过氧化膜18a并到达输入/输出电极18。由此，凸缘26和输入/输出电极18经由凸缘26的进入部分26a(其填满通孔31)电连接。因此，即使在由单晶体铝制成的输入/输出电极18的表面形成固体氧化膜18a，也可以实现输入/输出电极18和凸缘26之间的高精确度传导。
下文参照图7解释具有上述声表面波元件12的声表面波双工器。图7是依据本发明的一个具体实施方案的声表面波双工器的透视部件分解图。这种声表面波双工器40是一种电子零件，它将分别用在手提电话的发射部和接收部使用分支线路以共用一根天线的发射滤波器和接收滤波器装配在一个管壳内。因此，声表面波双工器40具有两个具有不同通信频率的声表面波元件12。另外，使用上述罩壳16来密封这两个安装在安装衬底14上的声表面波元件12。此外，在安装衬底14的声表面波元件12的安装表面的后面，分别经由绝缘板44层压两块电路板42，其上布有方波形延迟电路。在这种表面波双工器40中，以与上述声表面波设备10中相同的方式，即使在由单晶体铝制成的输入/输出电极18的表面上形成氧化膜18a，也可以实现输入/输出电极18和凸缘26之间的高精确度传导。
本发明并不限于上述实施方案，而是可以进行各种更改。例如，可以适当改变通孔的数量、它们的截面形状和它们的排列方式。此外，在其上形成通孔的凸起电极也可以使用剥离技术制得。在这种情况下，不需要上述蚀刻终止层。另外，用于电极膜成膜的目标材料不限于铝，而是，例如，在铝中加入Cu、Ta、W、Ti或类似物的铝合金也可以接受。
缓冲层的结构材料不限于TiN，而是晶格常数在电极膜材料的晶格常数和压电单晶衬底材料的晶格常数之间的材料也可以接受。此外，由包括至少一层TiN层和一层Ti层在内的至少两层构成双层结构，具有这种结构的缓冲层也是可以接受的。另外，缓冲层具有下述结构也是优选的，即随着接近层生长表面，氮的组成比从氮化钛至钛逐渐下降。由此，如果铝电极膜经由氮组成比变化的缓冲层层压在压电单晶衬底上，那么在铝电极膜的表面会出现(111)平面，它是最密的铝表面。
[实施例1]
准备旋转39°的Y-切钽酸锂衬底作为压电单晶衬底(直径：76.2mm；厚度：0.35mm)。按照喷镀法，在该衬底上依次层压TiN缓冲层和单晶体铝电极膜。下文说明具体程序。
首先，喷镀前，用丙酮和异丙醇进行超声波清洗，用纯净水取代有机溶剂并进行清洗。然后，使用纯度为99.9％的钛金属作为目标材料，在衬底上形成厚度为4nm的TiN缓冲层。在衬底上形成TiN缓冲层后，在喷镀装置内部保持真空，同时，使用纯度为99.999％的铝作为目标材料形成厚度约为150nm的铝电极膜。这种铝电极膜的厚度是调节声表面波设备工作频率的参数，而且可以根据将要制成的产品适当改变。此外，衬底温度的条件为100-150℃，缓冲层的成膜速率为0.1-0.5nm/秒，且铝电极膜的成膜速率约为3nm/秒。此外，因为下层是Ti缓冲层，所以将这种铝电极膜单晶化，这通过选区电子衍射或类似方法确定。
使用通用的光刻技术将这种单晶化铝电极制成电极图形。具体而言，在铝电极膜上形成光致抗蚀剂的掩模图案，用三氯化硼(BCl3)和氯气(Cl2)的混合气体干蚀刻铝电极膜，并形成电极图形。在光致抗蚀灰化时，可以通过CF4和氧气O2的混合气体去除缓冲层的Ti。
接下来，在整个衬底上形成中间层和凸起电极。作为中间层，优选使用双层结构，其中第一层由铬构成并在其上形成TiN。铬层在形成输入/输出端的同时还作为蚀刻终止层。对该络层的厚度没有特别的限制，但是大约50-150nm是优选的。形成厚度为2-50nm的TiN层。该TiN层使用金属钛作为目标材料并在氮和氩的混合气氛中喷镀形成。凸起电极的厚度适合为0.5-1μm。
接下来，通过在中间层和凸起电极上进行蚀刻来形成叠层电极。蚀刻时也形成通孔，一个通孔具有3μm×3μm的方形截面。通孔以5μm的间距排列并形成3×3的矩阵。此外，由于上述蚀刻终止层，不需要严格控制蚀刻状态，而且可以容易地进行元件制造。此外，使用与上述缓冲层的蚀刻相同的方法蚀刻中间层。在中间层的蚀刻过程中，下面的输入/输出电极(单晶体铝)发挥蚀刻终止层的作用，因此也可以容易地进行蚀刻处理。
在蚀刻制成的叠层电极上形成凸缘。凸缘材料优选为金。对于凸缘电极的形成，通过凸缘焊接器将直径为25μm的Au细线的顶端熔化，并形成直径约为45μm的球体。将其压向叠层电极，并施加超声波振动。然后Au进入通孔并到达输入/输出电极的氧化膜。通过压至大约65μm来扩大扁球形的Au直径。另外，在通孔下，由于超声波振动，输入/输出电极的氧化膜被Au破坏，并形成所需的Au扩散路径。此外，由于凸起电极得到了缓冲保护，没有形成通孔的部分的氧化膜几乎没有被破坏。由此，与在TiN层中相同，该氧化膜发挥了Au扩散阻挡层的作用。
形成金凸缘后，进行热处理，这提高了所需Au路径的扩散。作为热处理条件，例如，在200℃大约30分钟是优选的。
如上所述，将压电单晶衬底切成预定尺寸的方块，由此制造声表面波设备。另外，通过将这种元件以倒装片法安装在安装衬底上并用罩壳密封来制造声表面波设备。此外，声表面波元件的尺寸为1.3mm×0.8mm。沿着相对的边的每条边形成三个凸缘电极，总共形成六个电极。另外，声表面波设备的外部尺寸为2.5mm×2.0mm×0.9mm。
为了与本发明的这一实施例进行比较，制备20个其上有通孔的声表面波设备和20个与上述声表面波设备不同的没有通孔的声表面波设备。然后，首先评测点特性。结果，与带有通孔的声表面波设备相比，没有通孔的声表面波设备表现出插入损失劣化0.3dB。接下来，进行有关凸缘和叠层电极之间的接合强度的比较测试。在测试过程中，将声表面波设备从0.5米的高度三次落在坚固表面上，并检测凸缘部分的断线情况。对于没有确认存在断线情况的样品，进行下落高度逐渐升至1.0米、1.5米和2.0米的测试。检查断线情况。下表1中列出结果。
           [表1]
 高度(米)  带有通孔  没有通孔
 0.5  0/20  1/20
 1.0  0/20  3/19
 1.5  0/20  3/16
 2.0  0/20  2/13
表1表示出在每一高度的断线数量(分子)和下落测试的样品总数(分母)。此外，在表1中“没有通孔”的部分，由于产生断线，分母逐渐变化。依照这一结果，对于带有通孔的声表面波设备，与没有通孔的声表面波设备相比，凸缘和叠层电极之间的接合强度增强。
如上解释，依照本发明，提供了即使当电极膜为单晶时也能改进与外接端子的高精确度传导的声表面波元件，声表面波设备、声表面波双工器和制造该声表面波元件的方法。

Claims (18)

1.一种声表面波元件，所述元件包括：
一个在压电单晶衬底上经由缓冲层形成的薄膜电极，它由单晶体铝制成且表面具有氧化膜；
一个在薄膜电极上形成并带有通孔的凸起电极；和
一个安置在凸起电极上的外接端子，部分外接端子进入通孔，穿过氧化膜，并与薄膜电极电连接。
2.如权利要求1所述的声表面波元件，其中外接端子是金凸缘端子。
3.如权利要求1所述的声表面波元件，其中凸起电极由铝或金-铝合金制成。
4.如权利要求1所述的声表面波元件，其中在薄膜电极和凸起电极之间设置一层提高薄膜电极和凸起电极之间粘合力的加强粘合层。
5.如权利要求4所述的声表面波元件，其中加强粘合层由铬制成。
6.如权利要求1所述的声表面波元件，其中在薄膜电极和凸起电极之间插入一层抑制构成外接端子的原子扩散到薄膜电极中的扩散阻挡层。
7.如权利要求6所述的声表面波元件，其中扩散阻挡层由氮化钛制成。
8.如权利要求1所述的声表面波元件，其中缓冲层由钛或氮化钛制成。
9.如权利要求1所述的声表面波元件，其中缓冲层具有由至少两层形成的层压结构，包括钛层和氮化钛层。
10.如权利要求1所述的声表面波元件，其中随着缓冲层接近层生长表面，氮组成比从氮化钛向钛逐渐降低。
11.  如权利要求1所述的声表面波元件，其中通孔沿着凸起电极的高度方向延伸。
12.  如权利要求1所述的声表面波元件，其中通孔沿着凸起电极和薄膜电极的层压方向延伸。
13.一种声表面波元件，所述元件包括：
一个在压电单晶衬底上经由缓冲层形成的薄膜电极，它由单晶体铝制成且表面具有氧化膜；和
一个在薄膜电极上形成并带有通孔的凸起电极。
14.一种声表面波设备，所述设备包括：
一个声表面波元件，该元件具有一个在压电单击衬底上经由缓冲层形成并且由单晶体铝制成且表面具有氧化膜的薄膜电极、一个在薄膜电极上形成并带有通孔的凸起电极、和一个安置在凸起电极上的外接端子，部分外接端子进入通孔，穿过氧化膜，并与薄膜电极电连接；和
安装衬底，其具有在安装声表面波元件的表面上形成的电极终端，所述声表面波元件安装在该安装衬底上，使得该电极终端和声表面波元件的凸起电极通过外接端子相连。
15.一种声表面波双工器，所述双工器包括：
一个声表面波元件，该元件具有一个在压电单击衬底上经由缓冲层形成并且由单晶体铝制成且表面具有氧化膜的薄膜电极、一个在薄膜电极上形成并带有通孔的凸起电极、和一个安置在凸起电极上的外接端子，部分外接端子进入通孔，穿过氧化膜，并与薄膜电极电连接。
16.一种制造声表面波元件的方法，所述方法包括以下步骤：
将缓冲层层压在压电单晶衬底上；
在压电单晶衬底上经由缓冲层层压由单晶体铝制成的电极膜；
通过使电极膜形成图案来制成薄膜电极并在该薄膜电极的表面形成氧化膜；
在该薄膜电极上形成带有通孔的凸起电极；
将外接端子压向凸起电极并使部分外接端子进入通孔；
使外接端子振动，致使进入通孔的外接端子穿过薄膜电极表面的氧化膜并使该外接端子到达薄膜电极。
17.如权利要求16所述的制造声表面波元件的方法，其中通孔沿着凸起电极的高度方向延伸。
18.如权利要求16所述的制造声表面波元件的方法，其中通孔沿着凸起电极和薄膜电极的层压方向延伸。
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