專利名稱：彈性表面波裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及彈性表面波裝置，特別涉及用壓電薄膜構(gòu)成壓電基板的彈性表面波裝置。
近年來使用彈性表面波(以下有時簡稱SAW)的、如濾波器、諧振器、振蕩器那樣的彈性表面波裝置已得到廣泛應(yīng)用。
彈性表面波裝置適用的頻率比體聲波裝置高。在彈性表面波裝置中被激勵振蕩的表面波的基本頻率由叉指式(interdigital)電極的間隔和表面波傳播速度(音速)確定。因此在這樣的彈性表面波裝置中為了使適用的頻率更高，有必要使叉指式的電極的間隔變小，或者用表面波傳播速度快的基板(高音速基板)。
但是由于叉指式電極的間隔縮小存在一定的限度，故要超過此限度而使其更加高頻化時就不得不用高音速基板。人們所開發(fā)的作為高音速基板的基板是在硅、藍寶石、金剛石那樣的單晶介質(zhì)上形成氧化鋅、氮化鋁那樣的壓電薄膜。為了減小高頻區(qū)的傳播損失，這樣的壓電薄膜必須是外延生長的。
另一方面，用以形成叉指式電極的金屬主要用鋁。這樣用鋁的理由如下即便于光刻，因其比重小故電極負荷質(zhì)量效果小，及其導(dǎo)電率高等?？勺鞒呻姌O的鋁膜，以前是用電子束蒸發(fā)或濺射等工藝形成的，但這樣的鋁膜在從結(jié)晶學(xué)方面看時是隨機取向的多晶膜。
在這樣的隨機取向的多結(jié)晶膜的鋁膜上，不能外延生長壓電薄膜，為此如圖4所示在用已有的高音速基板的彈性表面波裝置10中，首先用濺射法或化學(xué)蒸氣淀積CVD法那樣的方法在單晶介質(zhì)11上形成壓電薄膜12，得到高音速基板13，之后在壓電薄膜12的表面上形成鋁電極14。即鋁電極14在彈性表面波裝置10的表面上，并露在空氣中。
但是，用濺射法、CVD法那樣的方法所形成的壓電薄膜很容易在其表面上產(chǎn)生因附著灰塵等所引起的突起。為此在壓電薄膜上有時不能形成表面光滑的鋁電極。又，在鋁膜上通過采用光蝕刻法而形成鋁電極時在光致抗蝕劑上也形成突起，由于受到這樣的突起的妨礙，有時很難將光掩模緊密貼在鋁膜上的光致抗蝕劑的表面上。又如果由于在壓電薄膜上所產(chǎn)生的突起的影響而在鋁膜上形成相應(yīng)的突起，則此突起將妨礙在鋁膜上均勻地涂敷光致抗蝕劑。由于以上原因，會發(fā)生在所得到的鋁電極間引起短路等的不良現(xiàn)象。
又，可看出如在SAW濾波器或SAW諧振器那樣的彈性表面波裝置上加上高電壓電平的信號，則彈性表面波會使鋁電極接受到強應(yīng)力，而引起遷移。由于此遷移是由應(yīng)力引起的，故為了與電遷移有所區(qū)別，而稱之為應(yīng)力遷移。如發(fā)生此種應(yīng)力遷移，則既會發(fā)生電氣短路，又會發(fā)生插入損耗增加、諧振器的Q值降低等特性變壞的現(xiàn)象。又，由于頻率越高越容易發(fā)生應(yīng)力遷移，故特別在彈性表面波裝置用于高頻時存在大的問題。
防止這樣的應(yīng)力遷移的對策是在電極材料的鋁中添加微量的Cu、Ti、Ni、Mg、Pd等，但這并不能產(chǎn)生良好的效果。
因此本發(fā)明人進一步追究了產(chǎn)生上述應(yīng)力遷移的原因。如上所述，可成為用電子束蒸發(fā)或濺射等工藝形成的電極的鋁在結(jié)晶學(xué)上并非在一定的方向上取向，而是處于非晶形的多晶狀態(tài)?？蓪⒋耸驴醋鳛樵谶@樣的鋁電極中很容易發(fā)生因晶界擴散而引起應(yīng)力遷移的原因。
為此，本發(fā)明的目的在于做到提供的彈性表面波裝置所具備的鋁電極可以是很難產(chǎn)生應(yīng)力遷移且沒有問題地適用光蝕刻來形成。
本發(fā)明針對具備備有單晶介質(zhì)及在其上外延生長的壓電薄膜的基極、和構(gòu)成例如換能器的電極的彈性表面波裝置，其特征在于沿介質(zhì)和壓電薄膜的界面形成電極，同時還包含在結(jié)晶方位方面在一定方向上取向的鋁膜。
根據(jù)本發(fā)明，由于鋁電極在結(jié)晶方位方面是在一定方向上取向的、即外延生長成的，故即使在單晶介質(zhì)上形成這種鋁電極；也能在單晶介質(zhì)上及鋁電極上再次外延生長壓電薄膜。
這樣，由于鋁電極是在單晶介質(zhì)的表面上直接形成的，故通過對單晶介質(zhì)的上述表面進行鏡面研磨，即可使要成為鋁電極的鋁膜很光滑。因而，可解決在壓電薄膜上形成鋁膜時遇到的上述光蝕刻上的問題，因此可以避免在所得到的電極間發(fā)生短路等不順利的情況。
又可認為使晶軸在一定方向上取向的鋁膜表面的性質(zhì)與單晶膜接近。因此這樣的鋁膜很難引起應(yīng)力遷移。因而根據(jù)本發(fā)明可防止由應(yīng)力遷移而引起的電氣短路和插入損耗的增大。又本發(fā)明在適用于諧振器時可防止由應(yīng)力遷移造成的Q值低的現(xiàn)象。
又，一般說來頻率越高則產(chǎn)生的應(yīng)力遷移越顯著。但根據(jù)本發(fā)明由于能抑制應(yīng)力遷移的發(fā)生，故能使彈性表面波裝置的高頻特性維持良好，同時能充分產(chǎn)生高音速基板的特征。
又，根據(jù)本發(fā)明，在加上高電壓電平信號的場合，也能抑制應(yīng)力遷移的發(fā)生。因而即使在信號電平高的電路(例如發(fā)信用的濾波器)中也能很實用地使用本發(fā)明的彈性表面波裝置。
最好，在本發(fā)明中單晶介質(zhì)用硅、藍寶石、金剛石或水晶。又壓電薄膜的材料最好用氧化鋅或氮化鋁。
在本發(fā)明的典型的實施例中將藍寶石用作單晶介質(zhì)，將氧化鋅用作壓電薄膜的材料，并使鋁膜為(311)面取向膜。
如在鋁膜中添加微量的Cu、Ti、Ni、Mg、Pd等的添加物，則有進一步抑制遷移的效果。這樣的添加物的添加量最好選在0.1重量％至10重量％的范圍內(nèi)。


圖1為本發(fā)明的一實施例的彈性表面波裝置的斷面圖。
圖2A為本發(fā)明的實施例的鋁膜的用反射高速電子射線衍射(reflection high energy electron diffractionRHEED)法所得到的照片。
圖2B為圖2A的說明圖。
圖3為說明用于得到圖2A的照片的方法的圖。
圖4為已有的彈性表面波裝置的斷面圖。
圖5為對本發(fā)明說來有興趣的比較例的彈性表面波裝置的斷面圖。
參照圖1，彈性表面波裝置1具備基板4，它含單晶介質(zhì)2及在其表面上外延生長的壓電薄膜3。在單晶介質(zhì)2上使用例如R面的藍寶石。壓電薄膜3為例如(1120)取向的ZnO薄膜。
沿單晶介質(zhì)2和壓電薄膜3的界面形成作為叉指式電極的鋁電極5。這些鋁電極5例如構(gòu)成換能器。
下面按其制造順序具體地說明圖1所示的彈性表面波裝置1的詳細情況。
首先，應(yīng)準備一塊其表面研磨成鏡面的將作為單晶介質(zhì)2的R面藍寶石板，并通過蒸發(fā)形成將成為鋁電極的薄鋁膜。此時通過控制蒸發(fā)條件可在R面藍寶石板上外延生長鋁膜。所得到的鋁膜的厚度為500。
用RHEED(反射高速電子射線衍射)法對上面所得到的R面藍寶石板上的鋁膜進行分析。
所謂RHEED法如圖3所示，是以相對于測定試料的表面角度極小的入射角入射高速的電子束21，并在存在其反射的情況下分析試料的表面及其附近的結(jié)晶構(gòu)造的方法。在記錄用的感光膜23上，呈現(xiàn)電子束21的直接束點24，并同時呈現(xiàn)電子束21在試料的表面22上進行反射而得到的RHEED像(反射衍射圖形)25。
在RHEED法中當測定試料的表面22的結(jié)晶構(gòu)造上存在周期性時RHEED像25成為點狀。與此相反，當測定試料的表面22為多晶構(gòu)造時在RHEED像25上呈現(xiàn)環(huán)狀，在非晶形構(gòu)造的場合RHEED像25呈暈狀。
圖2A為用RHEED法得到的在按上述方式得到的R面藍寶石板上的鋁膜的照片，圖2B為圖2A的照片的說明圖。又令電子束21的波長為0.0251。
在圖2B中在測定試料(即鋁膜)的表面22的下方表示電子束21的直接束點24，在測定試料的表面22的上方表示RHEED像。如圖2A及圖2B所示由于在RHEED像25上出現(xiàn)若干個點，故可確認所得到的鋁膜是經(jīng)外延生長的。
又，R面藍寶石板(α-Al2O3)的表面為(0112)面，該(0112)面上的表面波的傳播方向為方向，與此相反，根據(jù)RHEED分析可以看出鋁膜在(311)面上外延生長，而在該(311)取向面上的表面波的傳播方向為。
接著，對鋁膜進行光蝕刻，從而在R面藍寶石板的表面上形成叉指式鋁電極5，其上的電極指的寬度和間隔都是1μm。
接著如圖1所示，通過平面磁控管濺射使成為壓電薄膜3的ZnO膜在由R面藍寶石板構(gòu)成的單晶介質(zhì)2的表面上(也含鋁電極5上)外延生長。
因而得到彈性表面波裝置1。在此彈性表面波裝置1上鋁電極5是所謂雙瓣(split)電極，彈性表面波的波長為8μm。又，在此彈性表面波裝置1中由于利用傳播到由ZnO/R面藍寶石板構(gòu)成的基板上的賽扎瓦(Sezawa)波(一種SAW)，而令ZnO膜3的厚度為在賽扎瓦波中的電氣機械耦合系數(shù)較大的波長的0.25倍、即2μm。
根據(jù)這樣的彈性表面波裝置，由于將成為鋁電極5的鋁膜是在由研磨成鏡面的藍寶石板構(gòu)成的單晶介質(zhì)2的表面上形成的，故可得到平滑的鋁膜，因而可以消滅光蝕刻時發(fā)生的缺陷所引起的不良現(xiàn)象。
與此相反，在圖4所示的構(gòu)造中在R面藍寶石板11上外延生長ZnO膜12之后在ZnO膜12上形成將成為鋁電極14的鋁膜，并適用對此鋁膜進行光蝕刻。因而，ZnO膜12上發(fā)生的突起對鋁膜產(chǎn)生不良影響，在用光蝕刻所得到的鋁電極14上發(fā)生了短路現(xiàn)象的試料約達30％。
在圖5中表示著對本發(fā)明來說有興趣的比較例。當在R面藍寶石板上所形成的鋁電極7為隨機取向的多晶鋁膜時在這樣的鋁電極7的上方的區(qū)域8上，ZnO膜9不能外延成長，而成為多晶的狀態(tài)。因而根據(jù)此比較例，與上述的本發(fā)明的實施例相比其傳播損耗大到10倍以上。
又，根據(jù)上述的實施例，由于鋁電極5是由外延生長的鋁構(gòu)成的，故能抑制因晶界擴散而發(fā)生的遷移。
此外，又證實了如在構(gòu)成鋁電極的鋁膜上加上Cu、Ti、Ni、Mg、Pd那樣的添加物，則有著進一步抑制遷移的效果。
由于這種添加物的添加量如過小即沒有實質(zhì)上的效果，故通常0.1重量％以上是必要的，又如過多，則由于鋁箔的電阻率增大，通常在10重量％以下為佳。
又，根據(jù)上述的本發(fā)明的實施例，由于鋁電極5是沿單晶介質(zhì)2和壓電薄膜3的界面形成的，不會露出到外部，故可防止鋁電極5被氧化。
權(quán)利要求
1.一種彈性表面波裝置，其特征包含具備含有表面的單晶介質(zhì)、和外延生長在上述介質(zhì)的上述表面上的壓電薄膜的基板；及沿上述介質(zhì)和上述壓電薄膜的界面所形成的電極裝置；上述電極裝置含有在結(jié)晶方位方面在一定方向上取向的鋁膜。
2.如權(quán)利要求1所述的彈性表面波裝置，其特征在于上述單晶介質(zhì)由從硅、藍寶石、金剛石和水晶所構(gòu)成的組中選出的任一介質(zhì)構(gòu)成，且上述壓電薄膜是從氧化鋅和氮化鋁中的任一個化合物所構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求2所述的彈性表面波裝置，其特征在于上述單晶介質(zhì)由藍寶石構(gòu)成，上述壓電薄膜由氧化鋅構(gòu)成，上述鋁膜為(311)面取向膜。
4.如權(quán)利要求1所述的彈性表面波裝置，其特征在于上述鋁膜含有添加物，該添加物由Cu、Ti、Ni、Mg及Pd所形成的組中選出的至少一種元素組成。
5.如權(quán)利要求4所述的彈性表面波裝置，其特征在于上述添加物在上述鋁膜中的含量為0.1重量％至10重量％。
全文摘要
一種使用基板4的彈性表面波裝置，該基板備有單晶介質(zhì)2及外延生長在其表面上的壓電薄膜3，沿介質(zhì)2和壓電薄膜3的界面形成構(gòu)成叉指式電極的鋁電極5。此鋁電極5由在結(jié)晶方位方面是在一定方向上取向的鋁膜組成，因此可抑制鋁電極5的應(yīng)力遷移，且壓電薄膜3在其整個面上都能外延生長。
文檔編號H03H9/145GK1048636SQ9010348
公開日1991年1月16日 申請日期1990年7月6日 優(yōu)先權(quán)日1989年7月6日
發(fā)明者家木英治, 櫻井敦, 木村幸司 申請人:株式會社村田制作所