专利名称：声表面波元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及在压电体底板上形成使声表面波激振用电极的声表面波元件。
背景技术：
以往，手机等通信设备用声表面波元件作谐振滤波器、信号处理用延迟线的电路元件。例如图8所示声表面波元件中，在压电体底板(51)的表面上垂帘状配置着多个电极(52a)，形成一对梳形电极(52)(52)之同时，在其两侧形成格栅状的反射器(53)(53)。梳形电极(52)(52)分别与一对输入用焊接片(54)(54)、及一对输出用焊接片连接。
近些年，随着通信设备通信频率的提高，声表面波元件的动作频率也提高，同时，要求大功率输出。由于动作频率的提高，各电极(52a)的宽度就要做得更窄，例如动作频率的中心频率为1GHZ时，电极(52a)的宽度为1μm。若将较高的电压加在由宽度这样窄的电极形成的声表面波元件上，则由于压电体底板(51)表面产生相当大的声表面波，从而较大的应力作用在电极(52a)上。该应力一旦超过电极(52a)的材料固有临界应力，构成电极(52a)的原子晶界移动，在电极(52a)上形成空隙、凸起。由此，电极(52a)发生损坏。
因此，众所周知，有在电极材料Al中作为添加物添加铜、钛、或镍等，提高电极强度、改善电极耐久性的方法(日本国公告特许公报昭61-47010号)。依据上述方法，电极的耐久性随着添加物数量增大而提高。
但是，在上述方法中，随着添加物数量增大，电极的阻值也增大，故存在着声表面波元件内部损耗变大的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供电极经久耐用，并且内部损耗小的声表面波元件。
本发明涉及的声表面波元件，在压电体底板上形成由金属薄膜构成的电极，以铝或铝—铜合金为M、以钒为V，用组成式MxVy(X和Y的和为100重量％、Y为大于0.10重量％小于0.2重量％)表示的电极材料来形成电极。具体为用组成式MxVy(X和Y的和为100重量％、Y为大于0.15重量％小于0.2重量％)表示的电极材料，形成电极。更具体的为用组成式MxVy(X和Y的和为100重量％、Y为0.15重量％)表示的电极材料来形成电极。
在上述本发明声表面波元件中，通过添加钒提高电极耐久性、延长电极的寿命。
本发明涉及其它声表面波元件，在压电体底板上形成由金属薄膜构成的电极，如前所述，该电极为在由铝或铝-铜合金和钒组成的母材中，添加通过热处理使该母材阻值降低的物质作为电极，同时进行热处理来形成，该电极的阻值(R1)和该电极热处理后的阻值(R2)，存在R1＞R2的关系。该声表面波元件因母材中含钒，故提高了电极的耐久性。并且，由于该母材中添加了通过热处理使该母材阻值降低的物质，热处理后电极的阻值变小，故内部损砂增大的现象得以改善。而且，通过添加钒，业已提高的电极耐久性不会受影响。
具体的构成上，通过热处理使该母材的阻值降低的物质为钯或铂。依据该具体的构成，利用添加了钯或铂的电极材料形成的电极，通过热处理，因阻值变小，故声表面波元件内部损耗增大的现象得以改善。
另外，在具体的构成上，以前述钯或铂为A、以铝或铝—铜合金为M、以钒为V、用组成式MxVyAz(X和Y以及Z的和为100重量％、y为大于0.10重量％小于0.2重量％、Z为小于0.2重量％)表示的电极材料来形成电极。依据该具体的构成，通过设电极材料中钯或铂的含量为2.0wt％以下，就能用反应性蚀刻进行加工。
在其它的具体构成中，用组成式MxVyAz(X和Y以及Z的和为100重量％、Y为大于0.10重量％小于0.2重量％、Z为大于0.1重量％小于0.3重量％)表示的电极材料，形成电极。依据该具体构成，尤其能得到耐久性优良的电极。
在本发明涉及的另外声表面波元件中，在压电体底板上形成由金属薄膜构成的电极，该电极由在压电体底板表面形成的取向控制层和该取向控制表面形成的导电层构成，该取向控制层由能使该导电层取向性提高的材料组成，该导电层能用以铝或铝—铜合金为M、以钒为V、用组成式MxVy(X和Y的和为100重量％、Y为大于0.10重量％小于0.2重量％)表示的材料来形成。该声表面波元件靠导电层的组成提高电极耐久性。再有，由于取向控制层使导电层取向，故导电层强度提高，并减少构成导电层的晶粒间晶界面积，因此电极的耐久性变得非常卓越。
具体的构成上，前述导电体表面取向控制层和导电层互相重合。在该具体构成中，取向控制层介于两导电层之间，所以一个导电层上发生的空隙、凸起，由于取向控制层使其扩大被阻止，不会波及其它的导电层。其结果，在一个导电层上发生的空隙、凸起只会损坏一个导电层，靠其它的导电层仍能维持电极的功能。另外，通过提高取向性，减少晶粒间晶界面积，抑制电极层损坏的直接原因即铝原子的扩散，所以大功率特性提高。
另外在具体的构成上，前述取向控制层能用钛形成。在该具体的构成中，钛的晶格常数大致和铝或铝—铜合金的晶格常数相同，因晶格匹配良好，故能使由铝或铝—铜合金组成的导电层的取向性更加提高。
在其它的具体构成上，前述取向控制层厚为15nm上，20nm以下。该具体的构成中，因为取向控制层充分取向，故导电层也充分取向。由此，导电层强度提高。另外，通过提高取向性，减少晶粒间晶界面积。
在另外的具体构成上，前述取向控制层厚为17nm。该具体的构成中，因取向控制层薄，故不必过虑会使电极阻值增大。
在本发明涉及的另外的声表面波元件中，压电体底板上形成由金属薄膜构成的电极。该电极由压电体底板表面形成的取向控制层和该取向控制层表面形成的导电层构成，该取向控制层由能使该导电层取向性提高的材料组成，以铝或铝—铜合金为M、以钒为V、以钯或铂为A、用组成式MxVyAz(X和Y以及Z的和为100重量％、Y为大于0.10重量％小于0.2重量％、Z为小于2.0重量％)表示的材料来形成该导电层。在该声表面波元件中，依靠导电层的组成提高电极耐久性，并且内部损耗也仅稍稍增大。再有，依靠取向控制层从而导电层也取向，故在导电层强度提高之同时，晶粒间界面积减少，电极的耐久性变得非常卓越。
如上所述，依据本发明涉及的声表面波元件，能得到耐久性较佳的电极，并能使内部损失的增大抑制在最小限度。
图1表示实验1结果的曲线图。
图2表示实验2结果的曲线图。
图3表示实验3结果的曲线图。
图4表示实验4结果的曲线图。
图5表示实验5结果的曲线图。
图6表示实验6结果的曲线图。
图6表示沿着本发明涉及的声表面元件电极的厚度方向上的剖视图。
图7表示沿着本发明涉及的其它声表面波元件电极的厚度方向上的剖视图。
图8表示以往的声表面波元件的平面图。
图9表示沿该声表面波元件电极的厚度方向上的剖视图。
具体实施形态以下，参照附图具体说明本发明的实施形态。
(第1实施例)本实施例的声表面波元件和图8所示的以往的声表面波元件一样，在压电体底板表面上垂帘状配置多个电极、形成一对梳形电极。在梳形电极之两侧，形成格栅状反射器。梳形电极分别与一对输入用焊接片、及一对输出用焊接片连接。各电极用组成式AlxVy(X和Y的和为100重量％、Y为0.15重量％)表示的铝合金来形成。
下面，对上述声表面波元件的制造方法进行说明。首先钽酸锂(LiTaO3)组成的基板表面上，用RF磁控管溅射法形成膜厚450nm的合金膜。从装置上取出基板后，用光刻法制作布线图案，形成一对梳形电极、反射器、输入用焊接片、及输出用焊接片构成应该形成一个声表面波元件的规定的布线图案。在前述基板上形成多个该布线图案。最后将基板切成一块、一块的布线图案，在200℃热处理1小时。由此，得到本实施例的声表面波元件。
(第2实施例)本实施例的声表面波元件和第1实施例的声表面波元件构成相同。但各电极用组成式AlxVyPdz(X和Y以及Z的和为100重量％、Y为0.15重量％、Z为0.2重量％)表示的铝合金来形成。制造方法因和第1实施例相同，故不再说明。
(第3实施例)本实施例的声表面波元件形状和第1实施例的声表面波元件相同。但，和图6所示的电极(1)为在厚度方向上重迭的4层结构，压电体底板(51)表面形成钛组成的取向控制层(12)，该取向控制层(12)表面形成能用组成式AlxVyPdz(X和Y以及Z的和为100重量％、Y为0.15重量％、Z为0.20重量％)表示的铝合金组成的导电层(11)。再有，该导电层(11)的表面形成取向控制层(12)，其表面形成导电层(11)。
以下，说明上述声表面波元件的制造方法。首先，钽酸锂(LiTaO3)组成的基板表面上用RF磁控管溅射法形成膜厚17nm的取向控制后。接着，在该取向控制层的表面，用RF磁控管溅射法形成膜厚190nm的导电层。再在该导电层上形成取向控制层，之后再在该取向控制层表面形成导电层，形成4层结构的金属膜。以后的制作布线图案、切断、及热处理等各道工序和第1实施例相同，故不再说明。
上述本发明涉及的声表面波元件的电极从后述实验结果可知，耐久性优良、阻值小。因此，声表面波元件电极的耐久性优良、并且内部损耗小。
以下，就本发明涉及的声表面波元件的电极所作的实验及其结果作一叙述。
铝—钒合金组成的电极的耐久性试验实验所用的声表面波元件和上述第1实施例相同，在钽酸锂(LiTaO3)组成的压电体底板表面形成铝—钒合金组成的膜厚500nm的一对梳形电极、反射器、输入用焊接片、及输出用焊接片。设热处理温度200℃、处理时间1小时。电极的组成为表1所示的6种。耐久性试验在85℃气氛中向各声表面波元件连续输入1.2W的电功率后，测定直至电极变形或变质为止的时间，耐久性试验结果示于表1及图1。
(表1)
从表1及图1所示结果可知电极的耐久性当钒的添加量超过0.05wt％就显著提高。其理由可以认为是由于通过添加超过0.05wt％的钒，钒对周围的铝的晶格给与的变形比例显著增大，由此妨碍晶粒内铝原子的移动，其结果抑制电极内部空隙、凸起等形成的缘故。
测量铝-1wt％铜—钡合金组成的薄膜的电阻率实验利用在36°旋转Y轴切断LiTaO3底板表面用磁控管溅射法形成厚500nm的薄膜、测量热处理后薄膜的电阻率。设薄膜的组成为表2所示的4种。热处理条件为200℃、2小时。电阻率测定结果示于表2及图2。
(表2)
从表2及图2结果可知电极的电阻率在钒的添加量0.2wt％以上剧增。其理由可以认为是通过添加量增大至0.2wt％附近，电极中钒原子间平均距离接近电子波长，电子波的散射几率上升之故。以实验1及实验室结果来看，可以确认在钒的含量大于0.10wt％、小于0.2wt％时，耐久性的效果和低阻抗的效果能同时兼得。再有能够确认钒的含量在大于0.15wt％、小于0.20wt％时更为理想，进而在0.15wt％时极为理想。
铝-0.2wt％钒-1wt％钯合金组成的薄膜的电阻率实验利用在36°旋转Y轴切断LiTaO3底板表面用磁控管溅射法形成厚的薄膜、测量热处理前薄膜的电阻率。和热处理后的薄膜电阻率。使热处理条件为200℃、2小时。薄膜厚度为500nm。电阻率测量结果示于表3及图3。
(表3)
从表3及图3可知铝—钒—钯合金热处理后的电阻率比热处理前要小。在此，钯为通过热处理使铝—钒合金电阻率下降的物质。该电阻率下降的理由可以认为是由于200℃左右的热处理难以让铝和钒合金化，但由于热处理而在前述温度使钯和钒合金化，生成细微的偏析粒子之收。因此，融化固定在铝上的钒的量减少，电阻值就降低。
还有，代替钯、添加钌、银或金时，观察不到电阻率的下降，添加了铂时，在退火后电阻率下降，因此，通过添加铂也能得到同样的效果。
铝—钒—钯合金组成的电极的耐久性试验用于实验的声表面波元件和上述第2实施例同样地进行，在钽酸锂(LiTaO3)组成的压电体底板表面形成铝—钒—钯合金组成的膜厚500nm的一对梳形电极、反射器、输入用焊接片、及输出用焊接片。设热处理温度200℃、处理时间1小时。电极的组成为表4所示的5种。耐久性试验在85℃气氛中，在各表面波元件连续输入1.2W的电功率，测量到电极变形或变质为止的时间，耐久性试验结果示于表4及图4。
(表4)
从表4及图4所示结果可知电极的耐久性在钯的添加量超过0.1wt％、小于0.3wt％时显著提高。根据该结果能确认钯的添加量大于0.1wt％、ih gf 0。3作为理想。
声表面波元件的耐久性试验实验中利用第3实施例的声表面波元件和以往的声表面波元件。第3实施例的电极为如图6所示的4层结构。另外，以往的电极和图9所示为单层结构。但，使构成第3实施例的电极的导电层组成为AlaCubVcPad(a+b+c+d＝100、b＝1、c＝0.15、d＝0.2)。另外，设以往的电极组成为AlaCub(a+b＝100、b＝1)。耐久性试验在85℃气氛中，各声表面波元件上加上比中心频率高12.5MHz频率的高频功率。而且，对于施加后的内部损耗测量内部损耗值仅劣化到0.5dB的时间。耐久性试验结果示于图5。
从图5所示结果可知第3实施例声表面波元件的电极其耐久性比以往的声表面波元件优越。其理由是因为在钛组成的取向控制层表面形成导电层，故该导电层的铝原子取向并导电层强度提高，晶粒间晶界面积减少的缘故。另外，如在实验4所确认的，因为在电极的导电层组成中含0.2wt％的钯。
如上所述本发明涉及的声表面波元件的电极将铝或铝—铜合金作基材，用在其中添加钒的材料、或添加钒及钯的材料制作，对于采用钒及钯作为添加元素的第一个理由如以下所述。
首先，作为添加元素，可将Ti、Pd、Nb、Ni、Co、Li、Cr、Hf、Zr、Cd、W、V、Mn、Fe及Ru作为候补而选择。
其中，将Mn、Fe或Ni当作添加元素时，用反应性蚀刻加工后存在余渣残留等加工上的问题。另外，用Li或Fe作添加元素时，水洗工序后在电极表面产生腐蚀引起的脱落部位等，在耐蚀性上有问题。再有，Co、Cr及Cd在环保上存在问题。其结果，Ti、Pd、Nb、Hf、Zr、W、V及Ru作为候补而保留(参照表5)。
以下，对作为候补保留的前述多个添加元素，在Al-1wt％Cu中仅添加0.1wt％各元素后的合金对比Al-1wt％Cu测量大功率特性时，得到表5所示的结果。从该结果判明从大功率特性来看钯作为添加元素极佳。
再对于作为候补保留的前述多个添加元素，测定电阻增加率、即各元素的单位添加量(at％)的电阻增加率后，得到表5所示的结果。从该结果判明钒电阻增加率高、与其相对钯电阻增加率极高。
(表5)
在此，作为本发明涉及的声表面波元件的电极材料将铝名铝—铜合金作基材，通过采用在其中添加钒的材料。首先假设改善大功率特性。接着，同时将钒和钯添加到基材上退火后，即使偶然地也能发现钯能补救钒的电阻增加率高的缺点。这样，最终以铝或铝—铜为基材，通过在其中添加钒及钯从而同时实现提高大功率特性，降低电阻。
另外，将铝—铜合金，和在其中添加钒的合金、代替钒添加钪的合金作为对象，测定电阻率、和施加功率2.5W时的寿命，得到表6所示的结果。
(表6)
从该结果可知钒作为添加元素的优越性。
还有，本发明的各部构成并不限于上述实施形态，在不背离权利要求所述本发明精神的范围内，只要是该技术领域的专业人员均能作各种变形。例如，在上述各实施例中，也能用铝-1wt％铜合金代替铝。即使在该场合，也能得到和本实施例得到的效果相同的效果。又在第3实施例中电极为4层结构，但重迭层数并不限于4层，例如能如图7所示的6层结构等，重迭成任意的层数。
权利要求
1.一种声表面波元件，其特征在于，在压电体底板上形成由金属薄膜构成的电极，该电极用以铝或铝—铜合金为M、以钒为V、用组成式MxVy(X和Y的和为100重量％、Y为大于0.10重量％小于0.2重量％)表示的电极材料来形成。
2.如权利要求1所述的声表面波元件，其特征在于，所述电极用组成式MxVy(X和Y的和为100重量％、Y为大于0.15重量％小于0.2重量％)表示的电极材料来形成。
3.如权利要求1所述的声表面波元件，其特征在于，所述电极用组成式MxVy(X和Y的和为100重量％、Y为0.15重量％)表示的电极材料来形成。
4.一种声表面波元件，其特征在于，在压电体底板上形成由金属薄膜构成的电极，该电极用在由铝或铝—铜合金组成的母材中，添加进通过热处理使该母材的电阻降低的物质作为电极材料，同时进行热处理来形成，该电极的电阻值(R1)和该电极经热处理后的电阻值(R2)具有R1＞R2的关系。
5.如权利要求4所述的声表面波元件，其特征在于，由所述热处理使该母材电阻值降低的物质为钯或铂。
6.如权利要求5所述的声表面波元件，其特征在于，电极以所述钯或铂为A、以铝或铝—铜合金为M、以钒为V、用组成式MxVyAz(X和Y以及Z的和为100重量％、Y为大于0.10重量％小于0.2重量％、Z为小于0.2重量％)表示的电极材料来形成。
7.如权利要求6所述的声表面波元件，其特征在于，电极用组成式MxVyAz(X和Y以及Z的和为100重量％、Y为大于0.10重量％小于0.2重量％、Z为大于0.1重量％小于0.3重量％)表示的电极材料来形成。
8.一种声表面波元件，其特征在于，在压电体底板上形成由金属薄膜构成的电极，该电极由在压电体底板表面形成的取向控制层和在该取向控制层表面形成的导电层构成，该取向控制层由能使该导电层取向性提高的材料组成，该导电层用以铝或铝—铜合金为M、以钒为V、用组成式MxVy(X和Y的和为100重量％、Y为大于0.10重量％小于0.2重量％)表示的材料来形成。
9.如权利要求8所述的声表面波元件，其特征在于，在所述导电层表面上，取向控制层和导电层互相重合。
10.如权利要求8所述的声表面波元件，其特征在于，所述取向控制层用钛形成。
11.如权利要求8所述的声表面波元件，其特征在于，所述取向控制层厚度大于15nm、小于20nm。
12.如权利要求11所述的声表面波元件，其特征在于，所述取向控制层的厚度为17nm。
13.一种声表面波元件，其特征在于，在压电体底板上形成由金属薄膜构成的电极，该电极由在压电体底板表面形成的取向控制层和在该取向控制层表面形成的导电层构成，该取向控制层由能使该导电层取向性提高的材料组成，该导电层用以铝或铝—铜合金为M、以钒为V、以钯或铂为A、用组成式MxVyAz(X和Y以及Z的和为100重量％、Y为大于0.10重量％小于0.2重量％、Z为小于2.0重量％)表示的材料来形成。
全文摘要
在本发明揭示一种声表面波元件，以铝或铝－铜合金为M、以钒为V、用组成式MxVy(X和Y的和为100重量％、Y为大于0.10重量％小于0.2重量％)表示的电极材料来形成电极。由此，得到对于施加的电功率耐久性优越、并且内阻小的声表面波元件。
文档编号H03H9/145GK1409486SQ0214261
公开日2003年4月9日 申请日期2002年9月12日 优先权日2001年9月12日
发明者田沼俊雄, 吉岡功一, 臼杵辰朗, 田中直樹, 伊藤秀樹 申请人:三洋电机株式会社