DE10046414B4

DE10046414B4 - Verfahren zum Herstellen einer akustischen Oberflächenwellenvorrichtung

Info

Publication number: DE10046414B4
Application number: DE10046414A
Authority: DE
Inventors: Tokihiro Kawasaki Nishihara; Osamu Kawasaki Ikata; Yoshio Kawasaki Satoh
Original assignee: Fujitsu Ltd; Fujitsu Media Devices Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 1999-10-18
Filing date: 2000-09-18
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2020-09-19
Also published as: JP3338010B2; DE10046414A1; US6388361B1; JP2001119259A

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer akustischen Oberflächenwellenvorrichtung, die ein Substrat enthält, von dem wenigstens eine Oberfläche eine piezoelektrische Funktion hat, und eine Elektrode, die auf dem Substrat gebildet ist, mit den folgenden Schritten:
Bilden eines ersten Films aus Al, der Cu an oder über der Festkörperlöslichkeitsgrenze von Cu gegenüber Al enthält, auf dem Substrat;
Bilden von einer odermehreren Einheit(en) eines zweiten Films aus Al, der Mg an oder über der Festkörperlöslichkeitsgrenze von Mg gegenüber Al enthält, und eines dritten Films aus Al, der Cu an oder über der Festkörperlöslichkeitsgrenze von Cu gegenüber Al enthält, in dieser Reihenfolge auf dem ersten Film; und
thermisches Behandeln der ersten, zweiten und dritten Filme bei einer Temperatur von 100 bis 350°C, um Mg aus dem zweiten Film in die ersten und dritten Filme zu diffundieren, wodurch die Elektrode gebildet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine akustische Oberflächenwellen-[surface acoustic wave]=(SAW)-Vorrichtung, insbesondere für eine SAW-Vorrichtung mit einer verbesserten Leistungsbeständigkeit. Die gemäß der Erfindung hergestellte akustische Oberflächenwellertvorrichtung kann zweckmäßigerweise als SAW-Vorrichtung (Resonator, Zwischenstufenfilter; Duplexer oder dergleichen) in Mobilkommunikationsterminals wie etwa Autotelefonen und tragbaren Telefonen verwendet werden.
In letzter Zeit hat eine schnelle Entwicklung von kleineren und weniger schweren Mobilkommunikationsterminals wie etwa von Autotelefonen und tragbaren Telefonen stattgefunden. Einhergehend mit dieser Entwicklung ist ein zunehmender Bedarf an kleineren und effektiveren Teilen für die Mobilkommunikationsterminals vorhanden, wodurch auch die Nachfrage nach akustischen Oberflächenwellen-(SAW)-Vorrichtungen ansteigt, die zu der. Miniaturisierung von Hochfrequenz-(RF)-Sektionen beitragen.
Von den Duplexern ist der Aritennenduplexer typischerweise an der vorderen Endsektion der RF-Sektion, angeordnet, und er erfordert eine hohe Leistungsbeständigkeit. Da herkömmliche SAW-Vorrichtungen keine ausreichende Leistungsbeständigkeit haben, sind hier dielektrische Filter verwendet worden. Die dielektrischen Filter, die groß sind, sind jedoch ein Hindernis für die Miniaturisierung gewesen.
Im allgemeinen umfaßt die SAW-Vorrichtung interdigitale Transducer auf einem piezoelektrischen Einkristallsubstrat aus LiNbO₃, LiTaO₃, Bergkristall oder dergleichen. Al (Aluminium) und Al-Legierungen, die ausgezeichnete Charakteristiken wie einen niedrigen Widerstand, ein leichtes Gewicht und eine gute Mikrobearbeitbarkeit haben, werden für die interdigitalen Transducer viel verwendet. Wenn ein Hochfrequenzsignal mit hoher Leistung .auf die SAW-Vorrichtung angewendet wird, treten in dem Al der interdigitalen Transducer leicht eine Elektromigration, die durch Hochfrequenzstrom verursacht wird, und eine mechanische Migration auf, die durch Versetzung einer SAW bewirkt wird. Die interdigitalen Transducer werden daher in ihrer Qualität gemindert, und als Resultat verschlechtern sich auch, wie die Fachwelt weiß, die Charakteristiken der SAW-Vorrichtung.
Zum Verbessern der Leistungsbeständigkeit der SAW-Vorrichtung sind Elektroden vorgeschlagen worden, die aus den folgenden Materialien gebildet sind:

(1) Elektroden aus einer Al-Legierung, die aus zwei Elementen gebildet ist, das heißt, aus Al und einem anderen Element: – A1 – 0,1 bis 0,3 Gew.–% Pd ( JP 02274008 A ) – A1 – 0,01 bis 5 Gew.-% Sc ( EP 0548862 A1 )
(2) Elektroden aus einer Al-Legierung, die aus drei oder mehr Elementen gebildet ist, das heißt, aus Al und zwei oder mehr anderen Elementen: – Al – Cu – Mg ( JP 01080113 A ) – Al – Zusatz A – Zusatz B (Zusatz A ist ein Metall, das mit Al (Sc, Ga, Hf, Zn, Mg) eine feste Lösung bildet, Zusatz B ist ein Metall, das mit Al (Ge, Cu, Si) eine intermetallische Verbindung bildet) ( JP 10022764 A )

Da mit den oben erwähnten einschichtigen Elektroden die gewünschten Charakteristiken nicht realisiert werden können, sind die folgenden Elektroden vorgeschlagen worden, die aus laminierten Filmen gebildet sind:

– Laminat aus einem Al-Cu-Film und einem Cu-Film

Diese Veröffentlichung beschreibt, daß durch CuAl₂, das an einer Korngrenze des Al-Cu-Films und an einer Grenzfläche zwischen dem Al-Cu-Film und dem Cu-Film gebildet wird, Migrationen verhindert werden können.

– Laminat aus einem Al-Cu-Film, (untere Schicht) und einem Al-Sc-Cu-Film (obere Schicht) ( JP 08330892 A )

Diese Veröffentlichung beschreibt, daß durch die Verwendung des Al-Sc-Cu-Films für die obere Schicht, die einer hohen Belastung unterliegt, und des. Al-Cu-Films für die untere Schicht, die eine höhere Stromdichte hat, sowohl eine Verbesserung der Leistungsbeständigkeit als auch eine Reduzierung des Signalverlustes erreicht werden kann.

– Laminate aus einem Al- oder Al-Legierungsfilm (obere Schicht) und verschiedenen Arten von Filmen (untere Schicht) ( EP 0524754 A2 , JP 05226337 A , JP 07135443 A und JP 08340233 A ).

Diese Veröffentlichungen beschreiben, daß die Orientierungseigenschaften des Al- oder des Al-Legierungsfilms verbessert werden, indem ein Material für die untere Schicht selektiert wird, und dadurch wird ein Migrationswiderstand verstärkt.

– Laminat aus einem Al- oder Al-Legierungsfilm und einem Film aus einem Metall, das einen Diffusionskoeffizient in Al hat, der größer als ein Selbstdiffusionskoeffizient von Al ist ( DE 19651582 A1 ).

Diese Veröffentlichung beschreibt, daß die Leistungs- ^` beständigkeit durch eine Legierungsschicht oder eine Schicht aus einer festen Lösung verbessert wird, die durch gegenseitige Diffusion der Komponenten der zwei Filme gebildet wird.
Jedoch kann keine der oben erwähnten Konstruktionen ausreichende Charakteristiken vorsehen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, daß die Leistungsbeständigkeit durch einen laminierten Al-Mg(3 bis 10 Gew.-%)-Film und Al-X(0 bis 5 Gew.-%)-Film (X wird ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Cu, Ti, Pd, Si und Ge) verbessert wird ( JP 10135767 A ). Mit dieser Konstruktion kann eine gute Leistungsbeständigkeit durch eine Verstärkung der Al-Mg-Legierung durch eine feste Lösung erreicht werden.

Davon ausgehend leigt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, weitere Miniaturisierung von SAW-Vorrichtungen und auch von SAW-Vorrichtungen durch höhere Frequenz und gleichzeitig eine weitere Verbesserung der Leistungsbeständigkeit zu erzielen, zum Beispiel für die Anwendung als Quasimikrowellenbandfilter. Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren des Anspruchs 1 gelöst.

Dementspruechend sieht das beanspruchte Verfahren vor:

Bilden eines ersten Films aus Al, der Cu an oder über der Festkörperlöslichkeitsgrenze von Cu gegenüber Al enthält, auf einem piezoelektrischen Substrat, Bilden von einer oder mehreren Einheit(en) eines zweiten Films aus Al, der Mg an oder über der Festkörperlöslichkeitsgrenze von Mg gegenüber Al enthält, und eines dritten Films aus Al, der Cu an oder über der Festkörperlöslichkeitsgrenze von Cu gegenüber Al enthält, auf dem ersten Film in dieser Reihenfolge und thermisches Behandeln der ersten, zweiten und dritten Filme bei einer Temperatur von 100 bis 350 °C, um Mg aus dem zweiten Film in die ersten und dritten Filme zu diffundieren, wodurch die Elektrode gebildet wird.

Die Unteransprüche gehen Ausführungsarten der Erfindung an.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Figuren näher erläutert.

1 ist eine schematische Draufsicht auf Elektroden einer SAW-Vorrichtung hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung;

2(a) und (b) sind eine schematische Schnittansicht der Elektroden der SAW-Vorrichtung hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung;

3 ist ein Graph, der Veränderungen der Lebensdauer einer SAW-Vorrichtung nach Beispiel 1 in bezug auf eine Temperatur einer thermischen Behandlung zeigt; und

4 ist ein Graph, der Veränderungen der Lebensdauer einer SAW-Vorrichtung nach Beispiel 1 in bezug auf eine Zeitdauer einer thermischen Behandlung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Als Resultat einer konzentrierten Studie von Konstruktionen von SAW-Filtern, die das unten beschriebene Untersuchungsergebnis von physikalischen Erscheinungen effektiv nutzen können, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, daß die Leistungsbeständigkeit weiter verbessert werden kann, indem die Konstruktion eines laminierten Films aus einem Al-Cu-Film und einem Al-Mg-Film eingesetzt wird und geeignete Verhältnisse für das enthaltene Mg und Cu festgelegt werden.

Das Untersuchungsergebnis sagt aus, daß dann, wenn ein Al-Film, der Mg an oder über der Festkörperlöslichkeitsgrenze von Mg gegenüber Al enthält, erhitzt wird, Mg, das in festem Zustand nicht gelöst werden kann, an der Korngrenze von Al abgeschieden wird und ein Teil von dem abgeschiedenen Mg hin zu der Oberfläche des Films und der Grenzfläche mit dem Substrat diffundiert. Das diffundierte Mg wird leicht oxidiert, wenn es die Oberfläche des Films und die Grenzfläche mit dem Substrat erreicht. Das oxidierte Mg bewirkt Bindungsfehler, Korrosion und dergleichen in der Oberfläche des Films und verursacht eine Zunahme des Widerstandes an der Grenzfläche, wodurch eine Qualitätsminderung von elektrischen Charakteristiken der SAW-Vorrichtung herbeigeführt wird.

Demnach ist das diffundierte Mg eine unnötige Substanz, da sie die Zuverlässigkeit der Elektroden reduziert. Falls jedoch die Menge des hinzugefügten Mg zu klein ist, kann dann die gewünschte Leistungsbeständigkeit nicht erhalten werden. Dies ist sehr problematisch gewesen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch eine Technik gefunden worden, durch die das diffundierte Mg, das gewöhnlich Probleme bereitet hat, effektiv zur Verbesserung der Leistungsbeständigkeit genutzt werden kann. Dies wird anhand eines Beispiels einer Elektrode erläutert, die aus drei Schichten gebildet ist, nämlich dem ersten Film aus Al, der Cu an oder über der Festkörperlöslichkeitsgrenze von Cu gegenüber Al enthält, dem zweiten Film aus Al, der Mg an oder über der Festkörperlöslichkeitsgrenze von Mg gegenüber Al enthält, und dem dritten Film aus Al, der Cu an oder über der Festkörperlöslichkeitsgrenze von Cu gegenüber Al enthält. Diese drei Schichten sind gemäß der Erfindung eine Mindestanzahl von laminierten Schichten.

Wenn diese Elektrode, die aus den drei Schichten gebildet ist, einer thermischen Behandlung bei einer geeigneten Temperatur unterzogen wird, wird Mg, das nicht in dem zweiten Film in festem Zustand gelöst bleiben kann, an der Korngrenze abgeschieden, und es diffundiert dann in die ersten und dritten Filme, die so angeordnet sind, daß der zweite Film sandwichartig zwischen ihnen liegt. Andererseits wird Cu in den ersten und dritten Filmen an den Korngrenzen der ersten und dritten Filme abgeschieden, wobei sich eine Legierung aus drei Komponenten bildet, d. h., aus Al, Mg und Cu.

Diese drei Komponenten sind dieselben wie Komponenten von Duralumin, von dem bekannt ist, daß es eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit und einen hohen Migrationswiderstand hat. Es versteht sich, daß auch die Elektrode der vorliegenden Erfindung eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit und Migrationswiderstandsfähigkeit hat.

Das heißt, gemäß der vorliegenden Erfindung kommt durch die effektive Trennung der Al-Mg-Cu-Legierung an den Al-Korngrenzen (Trennungserzwingung) ein synergistischer Effekt zu dem Effekt der Erzwingung der festen Lösung der Al-Mg-Legierung hinzu. Somit ist es möglich, eine SAW-Vorrichtung zu erhalten, die eine Elektrode hat, deren Leistungsbeständigkeit beträchtlich verbessert ist.

Da die Legierung aus den drei Komponenten Al, Mg und Cu bei der vorliegenden Erfindung an den Korngrenzen des weiteren effektiver als bei der Elektrode aus einer einzelnen Schicht aus einer A1-Mg-Cu-Legierung abgeschieden wird, von der zur Zeit berichtet wird, und die vorliegende Erfindung den Effekt der Erzwingung der festen Lösung der Al-Mg-Legierung präsentiert, hat die Elektrode der vorliegenden Erfindung eine noch ausgezeichnetere Leistungsbeständigkeit.

Es sei erwähnt, daß die Festkörperlöslichkeitsgrenze die Löslichkeitsgrenze von gelösten Atomen gegenüber Lösungsatomen in einer festen Lösung darstellt. Genauer gesagt, sie verkörpert eine Grenzmenge von Cu oder Mg (gelöste Atome), die in Form einer Legierung in einem Kristall aus Al (Lösungsatome) vorhanden sein kann. Zum Beispiel beträgt die Festkörperlöslichkeitsgrenze etwa 2,9 Gew.-% für Mg bei 200 °C und etwa 0,2 Gew.-% für Cu bei 250 °C. Die Festkörperlöslichkeitsgrenze bei der vorliegenden Beschreibung ist jedoch jene bei Raumtemperatur und deshalb kleiner als jene bei den obengenannten Temperaturen.

Die vorliegende Erfindung wird nun eingehender beschrieben.

Erstens umfaßt die SAW-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ein Substrat, das wenigstens auf seiner Oberfläche eine piezoelektrische Funktion hat, und eine Elektrode, die auf dem Substrat gebildet ist.

Für SAW-Vorrichtungen kann bei der vorliegenden Erfindung jedes Substrat ohne besondere Einschränkung verwendet werden. Zum Beispiel können hier piezoelektrische Einkristallsubstrate genannt werden, wie etwa LiNbO₃-Substrate, LiTaO₃-Substrate, Bergkristallsubstrate und dergleichen. Zusätzlich zu diesen Substraten enthält die vorliegende Erfindung Konstruktionen, bei denen piezoelektrische Dünnfilme wie etwa aus ZnO, AlN und dergleichen auf Substraten gebildet sind, die eine Übertragung mit hoher Schallgeschwindigkeit vorsehen, wie z. B. Saphirsubstrate, Si-Substrate, auf denen Diamantfilme gebildet sind, und dergleichen.

Als nächstes wird eine Elektrode auf dem Substrat gebildet. Die Elektrode hat einen ersten Film aus Al, der Cu an oder über der Festkörperlöslichkeitsgrenze von Cu gegenüber Al enthält, und wenigstens eine Einheit von einem zweiten Film aus Al, der Mg an oder über der Festkörperlöslichkeitsgrenze von Mg gegenüber Al enthält, und einem dritten Film aus Al, der Cu an oder über der Festkörperlöslichkeitsgrenze von Cu gegenüber Al enthält, in dieser Reihenfolge. Die oben beschriebene Struktur der Elektrode bedeutet, daß die Elektrode eine beliebige Anzahl von Schichten haben kann, solange ihre untersten und obersten Schichten Al-Filme sind, die Cu an oder über der Festkörperlöslichkeitsgrenze von Cu gegenüber Al enthalten. Unter dem Gesichtspunkt einer einfachen und leichten Herstellung wird die Elektrode jedoch vorzugsweise aus drei bis neun Schichten gebildet.

Die oben beschriebene Elektrode wird gebildet, indem der erste Film aus Al gebildet wird, der Cu an oder über der Festkörperlöslichkeitsgrenze von Cu gegenüber Al enthält, anschließend wenigstens eine Einheit des zweiten Films aus Al, der Mg an oder über der Festkörperlöslichkeitsgrenze von Mg gegenüber Al enthält, und des dritten Films aus Al, der Cu an oder über der Festkörperlöslichkeitsgrenze von Cu gegenüber Al enthält, in dieser Reihenfolge gebildet wird und die ersten, zweiten und dritten Filme dann bei 100 bis 350 °C thermisch behandelt werden, wodurch Mg aus dem zweiten Film in die ersten und dritten Filme diffundiert.

Hier beträgt die Zusatzmenge von Mg vorzugsweise 6 Gew.-% oder weniger, vorzugsweise 1 bis 4 Gew.-%, bezüglich der gesamten Elektrode. Falls Mg mehr als 6 Gew.-% ausmacht, steigt der Widerstand der Elektrode an, und die Eigenschaften der SAW-Vorrichtung verschlechtern sich. Ferner verschlechtert sich auch die Leistungsbeständigkeit mit einer Zunahme der Jouleschen Wärme.

Die Dicke des zweiten Films wird vorzugsweise so zweckmäßig festgelegt, daß die Menge von Mg, die schließlich in der Elektrode vorhanden ist, in den obengenannten Bereich fällt. Falls zum Beispiel die Zusatzmenge von Mg groß ist, muß der zweite Film dünn sein, während dann, falls die Zusatzmenge des hinzugefügten Mg klein ist, der zweite Film dick sein muß. Vorzugsweise werden die Zusatzmenge von Mg und die Dicke des zweiten Films angesichts solcher Bedingungen wie der Gesamtdicke der Elektrode und dergleichen, die von der SAW-Vorrichtung verlangt werden, zweckmäßig festgelegt.

Andererseits liegt die Zusatzmenge von Cu vorzugsweise bei 3 Gew.-% oder darunter, vorzugsweise bei 0,5 bis 2 Gew.%, bezüglich der gesamten Elektrode. Dieser Bereich wird aus demselben Grund festgelegt, wie es oben im Hinblick auf Mg beschrieben wurde. Es sei erwähnt, daß die Zusatzmenge von Cu kleiner als jene von Mg ist, da die Festkörperlöslichkeit von Cu gegenüber Al kleiner als jene von Mg ist.

Die Dicke der ersten und/oder dritten Filme wird vorzugsweise so zweckmäßig festgelegt, daß die Menge von Cu, die schließlich in der Elektrode vorhanden ist, innerhalb des obigen Bereichs liegt. Falls die Zusatzmenge von Cu zum Beispiel groß ist, muß der erste und/oder dritte Film dünn sein, während dann, falls die Zusatzmenge des hinzugefügten Cu klein ist, der erste und/oder dritte Filmdick sein muß. Vorzugsweise werden die Zusatzmenge von Cu und die Dicke des ersten und dritten Films angesichts solcher Bedingungen wie der Gesamtdicke der Elektrode und dergleichen, die von der SAW-Vorrichtung verlangt werden, zweckmäßig festgelegt.

Die Zusatzmengen von Cu und Mg in der Elektrode können zum Beispiel durch ICP-AES [inductively coupled plasmaatomic emission spectrometry] (Atomemissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma) quantifiziert werden.

Die ersten, zweiten und dritten Filme können durch jeden bekannten Prozeß gebildet werden, dem keine besonderen Grenzen gesetzt sind, wie etwa durch die DC-Magnetronzerstäubung. Die Bildung der Filme erfolgt vorzugsweise im Vakuum. Ferner werden die ersten, zweiten und dritten Filme vorzugsweise kontinuierlich im Vakuum gebildet. Deren Bildung im Vakuum verhindert die Bildung von Oxidfilmen an Grenzflächen zwischen den Filmen, wodurch wiederum eine Erhöhung des Widerstandes der Elektrode und eine Behinderung der Diffusion von dem Mg bei dem späteren Schritt der thermischen Behandlung verhindert wird, die durch Oxidfilme verursacht werden würden.

Als nächstes werden die ersten, zweiten und dritten Filme bei 100 bis 350 °C, vorzugsweise bei 150 bis 300 °C, thermisch behandelt, um Mg von dem zweiten Film in die dritten und ersten Filme zu diffundieren und ferner Cu in den ersten und dritten Filmen abzuscheiden. Dadurch wird die Elektrode vollendet. Die thermische Behandlung kann in jedem Stadium nach der Bildung aller Filme ausgeführt werden. Sie kann mit irgendeinem Herstellungsschritt kombiniert werden, bis die SAW-Vorrichtung verpackt wird (zum Beispiel mit einem Schritt zum Verkapseln der Vorrichtung). Alternativ kann ein thermischer Verlauf bei dem Herstellungsprozeß die thermische Behandlung ersetzen. Jedoch wird vorzugsweise die thermische Behandlung ausgeführt, bevor die Elektrode in gewünschter Form gemustert wird. Falls die thermische Behandlung vor dem Mustern der Elektrode ausgeführt wird, ist die Diffusion von Mg und die Abscheidung von Cu beim Mustern schon beendet, und die Ätzrate der Elektrode kann angehoben werden. Als Resultat kann auch eine Nachkorrosion verhindert werden.

Die thermische Behandlung erfolgt vorzugsweise in einer Inertgasatmosphäre oder im Vakuum und dient so zum Verhindern der Oxidation der Oberfläche der Filme während der thermischen Behandlung.

Ferner wird die Elektrode gewöhnlich in gewünschter Form gemustert. Zum Mustern kann jedes bekannte Verfahren ohne besondere Einschränkung verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Resistmuster gebildet werden, das der gewünschten Form entspricht, kann die Elektrode durch Trockenätzen wie etwa reaktives Ionenätzen unter Verwendung des Resistmusters als Maske gemustert werden und dann das Resistmuster durch Veraschen entfernt werden.

Die Elektrode wird vorzugsweise mit einem Isolierfilm wie etwa einem SiO₂-Film, einem SiN-Film oder dergleichen bedeckt. Der Isolierfilm kann eine elektrisch günstige Isoliercharakteristik vorsehen und eine chemische Korrosion beim Zerschneiden verhindern. Der Isolierfilm kann durch einen bekannten Prozeß wie etwa ein Sputterverfahren, CVD-Verfahren oder dergleichen gebildet werden.

In dem Fall, wenn die SAW-Vorrichtung als Filter verwendet wird (im folgenden als SAW-Filter bezeichnet), kann die folgende Konstruktion zum Einsatz kommen.

Das SAW-Filter kann unter Verwendung einer Technik zum Konstruieren eines SAW-Filters eines Leitertyps, Transversaltyps, Moduskopplungstyps oder dergleichen konstruiert werden. Von diesen Filtern wird ein SAW-Filter des Leitertyps bevorzugt, das eine gröbere Anzahl von Elektrodenpaaren, eine niedrigere Stromdichte pro Elektrodenfinger und eine günstige Leistungsbeständigkeit hat.

1 zeigt eine schematische Draufsicht, die die Konstruktion eines SAW-Resonators mit einem Anschlußpaar darstellt, der ein Grundbestandteil eines SAW-Filters des Leitertyps ist. Aus dieser Figur geht hervor, daß der SAW-Resonator typischerweise aus zwei Reflektoren (C, D) und einem Paar von interdigitalen Transducern (A, B) gebildet ist.

In dem SAW-Filter des Leitertyps ist der SRW-Resonator von 1 mit einem benachbarten SAW-Resonator parallel und/oder seriell verbunden. Eine Vielzahl von ersten SAW-Resonatoren mit einem Anschlußpaar, die eine gewisse Resonanzfrequenz haben, ist in parallelen Armen angeordnet, und zweite SAW-Resonatoren mit einem Anschlußpaar, die eine Resonanzfrequenz haben, die der Antiresonanzfrequenz der ersten SRW-Resonatoren mit einem Anschlußpaar im wesentlichen gleich ist, sind in seriellen Armen angeordnet. Hier ist es vorzuziehen, wenn sich die Periode λ der interdigitalen Transducer der SAW-Resonatoren, die in den parallelen Armen angeordnet sind (im folgenden als parallele SAW-Resonatoren bezeichnet), von der Periode λ der interdigitalen Transducer der SAW-Resonatoren unterscheidet, die in den seriellen Armen angeordnet sind (im folgenden als serielle SAw-Resonatoren bezeichnet), um verschiedene Resonanzfrequenzen zu ergeben.

Genauer gesagt, wenn ein 42°-Y-Schnitt-X-Ausbreitungs-LiTaO₃-Substrat in einem 800-MHz-Bandfilter verwendet wird, beträgt die Periode λ der parallelen SRW-Resonatoren vorzugsweise 4,68 bis 4,92 μm, und die Periode λ der seriellen SAW-Resonatoren beträgt vorzugsweise 4,58 bis 4,72 μm, falls das Filter als Sendefilter für AMPS (Advanced Mobile Phone System) zu verwenden ist. Falls das Filter andererseits als Empfangsfilter für AMPS zu verwenden ist, beträgt die Periode λ der parallelen SAW-Resonatoren vorzugsweise 4,40 bis 4,64 μm und die Periode λ der seriellen SAW-Resonatoren vorzugsweise 4,20 bis 4,44 μm. Hier beträgt die Breite X der interdigitalen Transducer typischerweise ein Viertel der Periode λ.

Die Aperturlänge Y der SAW-Resonatoren beträgt vorzugsweise 60 bis 120 μm bei den parallelen SAW-Resonatoren und vorzugsweise 40 bis 80 μm bei den seriellen SAW-Resonatoren, falls das Filter als 800-MHz-Bandfilter zu verwenden ist.

Die Anzahl von Elektrodenpaaren Z in dem interdigital Transducer beträgt vorzugsweise 40 bis 120 bei den parallelen SAW-Resonatoren und vorzugsweise 60 bis 130 bei den seriellen SAW-Resonatoren, falls das Filter als 800-MHz-Bandfilter zu verwenden ist.

Die Elektrodenkonstruktion des SAW-Resonators, die in 1 gezeigt ist, dient nur der Erläuterung, und die Konstruktion des SAW-Resonators der vorliegenden Erfindung ist nicht nur speziell auf die begrenzt, die in 1 gezeigt ist.

Die oben beschriebene SAW-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann auf ein Filter, einen Resonator, eine Verzögerungsleitung, einen Oszillator, ein angepaßtes Filter, eine akusto-optische Vorrichtung, einen Convolver und dergleichen angewendet werden.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen, eingehender beschrieben.

Zuerst werden spezifische Konstruktionsbedingungen für eine SAW-Vorrichtung erläutert, die bei den Beispielen verwendet wurde. Die SAW-Vorrichtung war ein Antennenduplexer für AMPS. Dieser Duplexer umfaßte ein Sendefilter (Band: 824 bis 849 MHz) und ein Empfangsfilter (Band: 869 bis 894 MHz). Bei den Beispielen wurde ein Leistungsbeständigkeitstest an dem Sendefilter ausgeführt, auf das eine höhere Leistung angewendet wird. Das Sendefilter muß eine Leistungsbeständigkeit gegenüber 1 W gewährleisten, welches die größte Leistung ist, die bei praktischem Gebrauch angewendet wird. Da jedoch viel Zeit benötigt wird und es deshalb unmöglich ist, die Lebensdauer des Sendefilters unter dieser Leistung tatsächlich zu bestimmen, wurde der Beschleunigungsleistungsbeständigkeitstest bei einer angewendeten Leistung von 2 W ausgeführt.

Die Elektrodenkonstruktion stimmte mit einer Spezifikation eines Filters überein, das im allgemeinen als Leitertyp bezeichnet wird. Dieser Filtertyp hat eine Vielzahl von SAW-Resonatoren mit einem Anschlußpaar, die in seriellen Armen bzw. parallelen Armen angeordnet sind. Die SAW-Resonatoren mit einem Anschlußpaar hatten jeweils interdigitale Transducer und Reflektoren, die an beiden Enden der interdigitalen Transducer vorgesehen waren. Genauer gesagt, serielle Resonatoren (S1 bis S4) und parallele Resonatoren (P1 und P2) waren in der Reihenfolge S1 – P1 – S2 – S3 – P2 – S4 angeordnet. Die Aperturlänge, die Elektrodenpaaranzahl und die Periode von S1 betrugen 50 μm, 95 Paare bzw. 4,60 μm, die Aperturlänge, die Elektrodenpaaranzahl und die Periode von S2 bis S4 betrugen 100 μm, 95 Paare bzw. 4,60 μm, und die Aperturlänge, die Elektrodenpaaranzahl und die Periode von P1 und P2 betrugen 120 μm, 95 Paare bzw. 4,80 μm. Die Breite der interdigitalen Transducer betrug ein Viertel der Periode.

Beispiel 1

Ein piezoelektrisches 42°-Y-Schnitt-X-Ausbreitungs-LiTaO₃-Einkristallsubstrat wurde als piezoelektrisches Substrat verwendet. Die folgenden zwei Typen von Metallaminatfilmen wurden auf diesem Substrat durch ein DC-Magnetronzerstäubungsverfahren gebildet, um sechs Prüfstücke für jeden Typ zu erhalten.

(1) Dreischichtiger Film aus einem Al-Cu(1 Gew.-%)-Film (100 nm), einem Al-Mg(4 Gew.-%)-Film (210 nm) und einem Al-Cu(1 Gew.-%)-Film (100 nm), die in dieser Reihenfolge im Vakuum kontinuierlich gebildet wurden (siehe 2(a)).
(2) Siebenschichtiger Film aus einem Al-Cu(1 Gew.-%)-Film (50 nm), einem Al-Mg(4 Gew.-%)-Film (70 nm), einem Al-Cu(1 Gew.-%)-Film (50 nm), einem Al-Mg(4 Gew.-%)-Film (70 nm), einem Al-Cu(1 Gew.-%)-Film (50 nm), einem Al-Mg(4 Gew.-%)-Film (70 nm) und einem Al-Cu(1 Gew.-%)-Film (50 nm), die in dieser Reihenfolge im Vakuum kontinuierlich gebildet wurden (siehe 2(b)).

In 2(a) und 2(b) bezeichnet Bezugszeichen 1 ein Substrat, 2 einen Al-Cu(1 Gew.-%)-Film und 3 einen Al-Mg(4 Gew.-%)-Film.

Anschließend wurden fünf Prüfstücke des dreischichtigen Films und des siebenschichtigen Films bei 150 °C, 200 °C, 250 °C, 300 °C und 350 °C (im Vakuum von 10^-1 Torr eine Stunde lang) thermisch behandelt.

Danach wurden die Prüfstücke zum Bilden von interdigitalen Transducern durch reaktives Ionenätzen gemustert, und auf den Elektroden wurden durch ein RF-Magnetronzerstäubungsverfahren Schutzfilme aus SiN mit einer Dicke von 50 nm gebildet. So wurden die oben beschriebenen Sendefilter gebildet.

Die erhaltenen Sendefilter wurden bezüglich ihrer Leistungsbeständigkeit bewertet. Die Bewertung erfolgte durch Bestimmung ihrer Lebensdauer. Hier verkörpert die Lebensdauer eine Zeitperiode, bis sich die Filtercharakteristiken verschlechtern (genauer gesagt, bis die Bandbreite um 2 MHz oder mehr ab einem Anfangswert abnimmt). Hinsichtlich der Bewertungsbedingungen betrug die Umgebungstemperatur 85 °C, die angewendete Frequenz 849 MHz, welche die schwächste in einem Filterband ist, und die anwendete Leistung 2W. 3 zeigt Veränderungen der Lebensdauer bezüglich der Temperatur der thermischen Behandlung. In dieser Figur verkörpert die Lebensdauer, die an der Ordinate verzeichnet ist, die Lebensdauer eines thermisch behandelten Prüfstücks geteilt durch die Lebensdauer eines Prüfstücks, das nicht thermisch behandelt wurde.

Aus der Figur geht hervor, daß die thermische Behandlung die Lebensdauer verlängerte. Weiterhin ist ersichtlich, daß die thermische Behandlung bei 200 bis 250 °C die Lebens dauer längstens um etwa das Achtfache verlängerte. Denn durch die thermische Behandlung diffundierte Mg, das in dem Al-Mg(4 Gew.-%)-Film abgeschieden wurde, an der Korngrenze der Al-Cu(1 Gew.-%)-Filme und bildete eine Legierung, die sich aus Al, Cu und Mg zusammensetzte. Die Diffusion von Mg wurde bestätigt, indem eine Konzentrationsverteilung von Mg in einer Richtung der Dicke der Elektroden durch ein SIMS[secondary ion mass spectrometry]-(Sekundärionenmassenspektrometrie)-Verfahren bestimmt wurde.

Anschließend wurden neben den oben erhaltenen Prüfstükken vier Prüfstücke mit dem dreischichtigen Film hergestellt. Die vier Prüfstücke wurden bei einer feststehenden Temperatur (180 °C) und einem Druck (im Vakuum von 10^-1 Torr) 0, 5, 15 und 20 Stunden lang thermisch behandelt, und die Lebensdauer von Sendefiltern wurde bestimmt. Die Resultate sind in 4 gezeigt. Die Lebensdauer, die an der Ordinate von 4 verzeichnet ist, hat dieselbe Bedeutung wie bei 3. Es wurde herausgefunden, daß die Lebensdauer durch die thermische Behandlung von etwa 5 Stunden etwa um das 11fache verlängert wurde.

Die optimalen Bedingungen und die optimale Zeit werden gemäß verschiedenen Bedingungen zweckmäßig festgelegt, da sie durch mehrere Bedingungen wie etwa die Elektrodenkonstruktion und andere beeinflußt werden.

Beispiel 2

Von jeder der folgenden fünf Arten von Metallfilmen wurden auf dieselbe Weise wie bei Beispiel 1, die Zusammensetzung der Metallfilme ausgenommen, zwei Prüfstücke hergestellt.

(1) Eine einzelne Schicht aus einem Al-Mg(3 Gew.-%)-Film (420 nm)
(2) Eine einzelne Schicht aus einem Al-Mg(2,3 Gew.-%)-Cu(0,5 Gew.-%)-Film (420 nm)
(3) Ein zweischichtiger Film aus einem Al-Mg(3 Gew.-%)-Film (320 nm) und einem Al-Cu(2 Gew.-%)-Film (100 nm)
(4) Ein dreischichtiger Film aus einem Al-Cu(2 Gew.-%)-Film (50 nm), einem Al-Mg(3 Gew.-%)-Film (320 nm) und einem Al-Cu(2 Gew.-%)-Film (50 nm)
(5) Ein fünfschichtiger Film aus einem Al-Cu(2 Gew.-%)-Film (30 nm), einem Al-Mg(3 Gew.-%)-Film (160 nm), einem Al-Cu(2 Gew.-%)-Film (30 nm), einem Al-Mg(3 Gew.-%)-Film (160 nm) und einem Al-Cu(2 Gew.-%)-Film (35 nm)

Von den obengenannten Prüfstücken wurde eines der zwei Prüfstücke bei 200 °C in einer N₂-Gasatmosphäre zwei Stunden lang thermisch behandelt. Das andere wurde nicht thermisch behandelt. Als nächstes wurden die Prüfstücke durch reaktives Ionenätzen zu interdigitalen Transducern gebildet, und Schutzfilme aus SiO₂ von 30 nm wurden durch ein Plasma-CVD-Verfahren gebildet. So wurden die oben beschriebenen Sendefilter gebildet.

Die erhaltenen Sendefilter wurden auf dieselbe Weise wie bei Beispiel 1 hinsichtlich ihrer Leistungsbeständigkeit bewertet. Die Resultate sind in Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1

Wie aus der Tabelle 1 deutlich hervorgeht, wurde bestätigt, daß die Sendefilter mit den thermisch behandelten dreischichtigen Filmen oder fünfschichtigen Filmen eine enorm verlängerte Lebensdauer aufwiesen.

Gemäß der SAW-Vorrichtung und ihrem HerstellungsprozeB der vorliegenden Erfindung kann die Leistungsbeständigkeit im Vergleich zu der herkömmlichen SAW-Vorrichtung beträchtlich verbessert werden. Dadurch kann die Anwendung der SAW-Vorrichtung auf einen Antennenduplexer entwickelt werden, und weiterhin kann ihre Zuverlässigkeit verbessert werden, wenn sie auf ein Quasimikrowellenband angewendet wird.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer akustischen Oberflächenwellenvorrichtung, die ein Substrat enthält, von dem wenigstens eine Oberfläche eine piezoelektrische Funktion hat, und eine Elektrode, die auf dem Substrat gebildet ist, mit den folgenden Schritten: Bilden eines ersten Films aus Al, der Cu an oder über der Festkörperlöslichkeitsgrenze von Cu gegenüber Al enthält, auf dem Substrat; Bilden von einer odermehreren Einheit(en) eines zweiten Films aus Al, der Mg an oder über der Festkörperlöslichkeitsgrenze von Mg gegenüber Al enthält, und eines dritten Films aus Al, der Cu an oder über der Festkörperlöslichkeitsgrenze von Cu gegenüber Al enthält, in dieser Reihenfolge auf dem ersten Film; und thermisches Behandeln der ersten, zweiten und dritten Filme bei einer Temperatur von 100 bis 350°C, um Mg aus dem zweiten Film in die ersten und dritten Filme zu diffundieren, wodurch die Elektrode gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die thermische Behandlung vor dem Mustern der Elektrode ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die thermische Behandlung in einer Inertgasatmosphäre oder im Vakuum ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die thermische Behandlung in einem beliebigen Stadium vor Vollendung des Verpackens der akustischen Oberflächenwellenvorrichtung ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die ersten, zweiten und dritten Filme unter Beibehaltung eines Vakuums kontinuierlich gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Elektrode mit einem Isolierfilm aus einem SiO₂-Film oder einem SiN-Film. durch ein Sputterverfahren oder ein CVD-Verfahren bedeckt wird.