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WO1999054995A1 - Dispositif de traitement des ondes acoustiques de surface et son procede de production, dispositif de communication mobile comprenant ce dernier - Google Patents

Dispositif de traitement des ondes acoustiques de surface et son procede de production, dispositif de communication mobile comprenant ce dernier Download PDF

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WO1999054995A1
WO1999054995A1 PCT/JP1999/002097 JP9902097W WO9954995A1 WO 1999054995 A1 WO1999054995 A1 WO 1999054995A1 JP 9902097 W JP9902097 W JP 9902097W WO 9954995 A1 WO9954995 A1 WO 9954995A1
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WO
WIPO (PCT)
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metal layer
metal
electrode
surface acoustic
acoustic wave
Prior art date
Application number
PCT/JP1999/002097
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ryouichi Takayama
Mitsuhiro Furukawa
Yuji Murashima
Toru Sakuragawa
Koji Nomura
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co.,Ltd.
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co.,Ltd. filed Critical Matsushita Electric Industrial Co.,Ltd.
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Priority to EP99914777A priority patent/EP0991186A4/en
Priority to KR10-1999-7011996A priority patent/KR100507784B1/ko
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02818—Means for compensation or elimination of undesirable effects
    • H03H9/02929—Means for compensation or elimination of undesirable effects of ageing changes of characteristics, e.g. electro-acousto-migration
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    • H03H9/02—Details
    • H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
    • H03H9/145—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks using surface acoustic waves
    • H03H9/14538—Formation
    • H03H9/14541—Multilayer finger or busbar electrode
    • H—ELECTRICITY
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    • H03H9/46—Filters
    • H03H9/64—Filters using surface acoustic waves
    • H03H9/6423—Means for obtaining a particular transfer characteristic
    • H03H9/6433—Coupled resonator filters
    • H03H9/6483—Ladder SAW filters

Definitions

  • the present invention relates to a surface acoustic wave device, a method of manufacturing the same, and a mobile communication device using the same.
  • the present invention relates to a surface acoustic wave device having excellent power durability, and more particularly to a surface acoustic wave device having improved electrode power durability, a method of manufacturing the same, and a mobile communication device using the same. is there. Background of the Invention
  • S AW devices surface acoustic wave devices
  • IDT stress applied to the comb-shaped electrode
  • a method of greatly improving power durability by using a three-layered electrode in which Cu is sandwiched between A11 and Cu alloys is disclosed in Japanese Patent Publication No. 7-122961. While this method can greatly improve the power durability, the electrode has a Cu layer with a specific gravity 3.3 times that of A 1 in a part of the electrode. S AW devices, which greatly affect the electrical characteristics, require stricter film thickness accuracy in manufacturing than the commonly used A 1 (or A 1 -Cu alloy). In addition, since a Cu layer is used, there is a large problem in production and production yield, such as difficulty in applying dry etching, which is usually used, when forming an electrode pattern.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-231,944 discloses an A1 film or a first film comprising a film obtained by adding at least one other element to A1; A method is shown in which the power resistance is greatly improved by an electrode formed by laminating a second film made of a metal having a diffusion coefficient L larger than the self-diffusion coefficient of A1.
  • Mg is used as the second film
  • a second film made of a metal having a diffusion coefficient into A1 larger than the self-diffusion coefficient of A1 is laminated with A1, so that A1 and A2 are used in a heating step after film formation.
  • the diffusion and alloying reaction between the metal used for the second film and the alloy proceeds, thereby increasing the specific resistance of the electrode.
  • An increase in the specific resistance of the electrode causes an increase in the insertion loss of the SAW diode, and this is a major problem, especially when creating a transmitting filter for an antenna duplexer where low loss is desired.
  • the present invention provides a surface acoustic wave device using an electrode that is excellent in power durability, can use conventional pattern forming technology, is thermally stable and can prevent an increase in insertion loss, and a method of manufacturing the same. And a mobile communication device using the same.
  • a surface acoustic wave device comprises: a first metal layer made of a metal having a diffusion coefficient into A1 smaller than the self-diffusion coefficient of A1; At the grain boundary of A 1 at least at room temperature Using a second electrode layer consisting of a ternary or more A1 alloy to which segregation or a metal that forms an intermetallic compound with A1 is added, a plurality of first and second metal layers are alternately formed on a substrate. It uses stacked electrodes. As a result, a surface acoustic wave device that is excellent in power durability, can use the conventional pattern forming technology, is thermally stable, and can prevent an increase in insertion loss can be obtained.
  • a first embodiment of the present invention is a surface acoustic wave device having an electrode in which a laminate in which a second metal layer is laminated on a first metal layer on a substrate is laminated in at least two stages,
  • the first metal layer is made of a metal having a diffusion coefficient into A1 smaller than the self-diffusion coefficient of A1
  • the second metal layer is made of at least one kind of metal which forms a solid solution with A1 at room temperature.
  • the resistance to the stress applied to the electrodes due to the propagation of surface acoustic waves is improved.
  • the A1 atom mainly in the second metal layer is oriented horizontally with respect to the substrate. It has the effect of preventing grain boundary diffusion to the surface, and as a result, prevents deterioration of the IDT electrode when large power is applied.
  • a second embodiment of the present invention is a surface acoustic wave device having an electrode laminated with a first metal layer sandwiched between second metal layers, wherein the first and second metal layers are the first embodiment It satisfies the same condition as. This hinders the continuous growth of crystal grain boundaries from the substrate-film interface to the electrode surface as in the case of a single-layer film, and as a result, the A of the second metal layer in the direction perpendicular to the substrate. Prevents diffusion of one atom. In addition, it mainly prevents the diffusion of A1 atoms in the second metal layer in the horizontal direction with respect to the substrate. As a result of these actions, it has the effect of preventing the 1DT electrode from deteriorating when large power is applied.
  • one of the metal layers farther from the substrate is added to Al or A1 to form a second metal layer.
  • the A1 alloy has a sheet resistance lower than that of the second metal layer, and has a lower sheet resistance than the second metal layer. This lowers the specific resistance of the entire electrode film, It has the effect of improving the electrical characteristics as a pole.
  • the first metal layer is a metal in which A1 is added to a metal whose diffusion coefficient into A1 is smaller than the self-diffusion coefficient of A1.
  • A1 which is a low-melting metal, prevents lattice defects and pinholes from being formed in the first metal layer, lowers the sheet resistance of the first metal layer, and reduces electrical resistance as an electrode. It has the function of improving the characteristics.
  • the thickness of the lowermost first metal layer in contact with the substrate is set to 100 A to 50 OA, and the first metal layer affects the electromechanical conversion. Therefore, it has the effect of further improving the power durability without deteriorating the characteristics of the elastic surface wave device.
  • the thickness of the metal layer on the side closer to the substrate of the second metal layer constituting the electrode of the surface acoustic wave device is set to 2000 A or less.
  • the seventh embodiment of the present invention is directed to a film formed by excessive addition of the second metal layer by setting the addition amount of the metal that forms a solid solution with A1 at room temperature to be within the solid solubility limit at room temperature.
  • the amount of metal that segregates at the grain boundary of A1 at room temperature or forms an intermetallic compound with A1 at room temperature is equal to or higher than the solid solubility limit for A1 at room temperature. It has the effect of defining the lower limit of the amount of additive that effectively acts.
  • the eighth embodiment of the present invention is directed to the second metal layer, wherein at least one of scandium, gallium, hafnium, zinc, lithium, zirconium, titanium, and magnesium is used as a metal which forms a solid solution with A1 at room temperature in the second metal layer.
  • the mechanical strength of the second metal layer is improved by using the metal of germanium, copper, palladium, and silicon as metals that segregate at the grain boundary of A1 or form an intermetallic compound with A1 at room temperature.
  • the use of at least one metal among them has the effect of suppressing the grain boundary diffusion of A 1 atoms in the second metal layer.
  • the ninth embodiment of the present invention is directed to a high melting point metal (T i, Z r, H f, V, N b, T a, C r, M o, W, H f N, H f C, Zr N, Z r C, T a C, T i W, T i N) to prevent the diffusion of A 1 atoms from the second metal layer and to prevent heat as an electrode film. It has the effect of obtaining strategic stability.
  • the diffusion coefficient to A1 is smaller than the self-diffusion coefficient of A1.
  • the eleventh embodiment of the present invention uses scandium (S c) as a metal that forms a solid solution with A 1 at room temperature in the second metal layer, and segregates or forms at the grain boundary of A 1 at room temperature.
  • S c scandium
  • Cu the metal forming the intermetallic compound with A1
  • the mechanical properties of the second metal layer can be improved without changing the conventional manufacturing process, and the increase in the specific resistance is small.
  • it has the effect of suppressing grain boundary diffusion of A1 atoms and obtaining a S AW device with excellent power durability.
  • the 12th embodiment of the present invention relates to a heat treatment at a temperature of 150 ° C. or more and 350 ° C.
  • the metal in which the additive in the second metal layer forms a solid solution with A1 at room temperature is prevented without disturbing the structure of the laminate, preventing an increase in the grain shape of the second metal layer.
  • the metal that segregates at the A 1 grain boundary or forms an intermetallic compound with A 1 at room temperature which was dissolved in supersaturation at room temperature, precipitates at the A 1 grain boundary It has the effect of more effectively extracting the effect of the additive and improving the power durability.
  • a thirteenth embodiment of the present invention is directed to a surface acoustic wave filter in which surface acoustic wave resonators are connected in a series-parallel ladder form, wherein the surface acoustic wave resonators are arranged in series in the first stage to which power is input. It has been put.
  • the power of the leakage signal from the transmission side which is a problem in the reception side filter of the duplexer, is applied to the reception side filter, and is applied to the surface acoustic wave resonators arranged in parallel. This prevents the surface acoustic wave resonator from having improved power durability, and can easily realize a receiving filter for an antenna duplexer for a system in which the receiving band is set on the lower frequency side of the transmitting band.
  • the electrode having the above-described structure is provided in an antenna duplexer portion of a mobile communication device which has been conventionally used for a large dielectric coaxial filter due to the problem of power durability. It uses a surface acoustic wave device that has! It is possible to reduce the size and weight of the antenna duplexer.
  • FIG. 1 (a) Schematic diagram of SAW filter used in Embodiments 1 to 7 of the present invention (b) Configuration circuit diagram of S AW filter used in the same embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an electrode configuration of the first and fourth to seventh embodiments of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an electrode configuration used in a comparative example in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a graph showing the electrical characteristics of a receiving stage S AW filter for L and AM PS in each embodiment.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the lifetime of the S AW filter and the applied power in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a sectional view showing an electrode configuration according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the lifetime of the SAW fill and the applied power according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating the electrode configuration according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the lifetime of the S AW filter in the third embodiment and the applied power.
  • FIG. 10 is a characteristic diagram showing the relationship between the lifetime of the S AW filter in the fifth embodiment and the applied power.
  • FIG. 11 is a characteristic diagram showing the relationship between the heat treatment temperature and the power durability of the SAW filter according to the seventh embodiment.
  • FIG. 12 (a) Schematic diagram of the SAW filter used in the eighth embodiment
  • FIG. 14 is a conceptual diagram showing the relationship between the impedance characteristic and the filter characteristic of the AW resonator.
  • FIG. 14 is a characteristic diagram showing the relationship between the lifetime and the applied power of the SAW filter of the eighth embodiment.
  • FIG. 1A is a perspective view showing a configuration of a ladder-type SAW filter taken up as an SAW device in Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 1B is a circuit diagram of the configuration.
  • Reference numeral 1 denotes a piezoelectric substrate, and a 36-Y Cutto X-propagating LiTa3 substrate was used.
  • Reference numeral 2 denotes a SAW resonator, which includes a comb-shaped electrode 2a and a reflector 2b.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of one comb-shaped electrode, showing a basic configuration of the electrode in the first embodiment.
  • the first metal layer 4 whose diffusion coefficient into A 1 is smaller than the self-diffusion coefficient of A 1, at least one kind of metal that forms a solid solution with A 1 at room temperature, and at least one metal A second metal consisting of a ternary or higher A1 alloy to which at least 2 ⁇ of the metal that segregates at the grain boundary of A1 or forms intermetallicity with A1 ⁇ !
  • Layer 5 is stacked in two layers as shown in FIG. In the present embodiment, the first metal layer is in contact with the substrate 1.
  • Example 1 A device using Ti as the first metal layer and using A 1-0.15 wt% Sc-1.0 wt% Cu as the second metal layer.
  • Example 2 As the first metal layer, one obtained by adding 0.5 wt% of 81 to Ti was used, and as the second metal layer, A 1-0.15 wt% Sc-1. Ow Using t% C u.
  • Sc contained in the second metal layer is a metal that forms a solid solution with A1 at room temperature
  • Cu is used as a metal that segregates at the grain boundary of A1 or forms an intermetallic compound with A1 at room temperature. It was what was.
  • Cu used as the first metal layer in Comparative Example 1 has a larger diffusion coefficient into A1 than the self-diffusion coefficient of A1. Further, the second metal layer used in Comparative Example 2 does not contain a metal that forms a solid solution with A1 at room temperature.
  • a two-layer electrode structure in which a film made of the first metal layer 4 is formed on a substrate and a film made of the second metal layer 5 is formed thereon, and the following SAW Created a filter
  • Comparative Example 5 A single-layer film of A 1 -0.15 wt% S c-1.0 wt% Cu.
  • the S AW filter was created as follows. Each electrode film is formed on a substrate by using a DC magnet sputtering method, and is subjected to photolithography and dry etching using a chlorine-based etching gas. A turn was formed. Next, the substrate was diced in the following manner. Die bonding was performed on a 3.8 mm square ceramic package, and electrical connection was made using a single wire bond. After that, hermetic sealing was performed by welding the lid in a nitrogen atmosphere. However, in Comparative Example 1, since the pattern formation of the Cu layer by the dry etching method was difficult, the pattern formation was performed by the ion milling method.
  • Table 1 shows the electrode film thickness, the specific resistance immediately after the leg, and the specific resistance after the SAW filter was prepared for each of the S AW filters prepared under the above conditions.
  • the specific resistance is measured by measuring the sheet resistance immediately after the film formation, in the state of the wafer, and filtering the sheet resistance measurement pattern for the specific resistance after the SAW filter is created. The sheet resistance was measured at the same time when the pattern was formed and passed through the same process as the SAW filter. The sheet resistance was measured, and the film thickness of each film was separately measured and calculated.
  • Figure 4 shows the pass characteristics of the S AW filter created by the above method.
  • This SAW filter is a receiver filter (reception band 869 to 894 MHz) for an antenna duplexer in the AMPS standard, and must have power durability against signals leaked from the transmission side (transmission band 824 to 849 MHz). is there.
  • the metal force that forms a solid solution with A1 at room temperature if not included in the second metal layer (Comparative Example 2), or if the second metal layer is covered with the first metal layer In the case (Comparative Example 3) or in the case of a single electrode force (Comparative Examples 4 and 5), it was found that the deposition of A1 atoms was not suppressed and the power durability was insufficient. .
  • Example 2 the specific resistance was suppressed to be lower than that in Example 1. This is because Ti, which is a high melting point metal, easily forms pinholes and lattice defects. The addition causes A 1 atoms to enter the pinholes and lattice defects, and as a result, the specific resistance of the first metal layer (Ti 0.5% by weight of 8 1) increases the first metal layer in Example 1. This is probably because the specific resistance became lower than (T i). This effect can be obtained by adding 0.1 to 5.0 wt%
  • the first metal layer In order to suppress the increase in the specific resistance of the electrode film due to the heat treatment during the manufacturing process, the first metal layer must be made of a metal whose diffusion coefficient into A 1 is smaller than the self-diffusion coefficient of A 1. It is. Also the second In the metal layer of (1), the additive is solid-dissolved in the grains of A1, which is the main component, to improve the mechanical properties, reduce the effects of applied stress, and then segregate at the grain boundaries of A1. Alternatively, it is preferable to add a metal that forms an intermetallic compound with A1 to suppress the migration of A1 atoms in a direction parallel to the substrate.
  • the configuration of the SAW filter in the second embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, and only the electrode configuration is different as shown in FIG. That is, in the present embodiment, the first metal layer 4 sandwiched between the second metal layers from both sides is formed on the substrate 1. Also in the present embodiment, the first metal layer 4 is made of a metal whose diffusion coefficient into A1 is smaller than the self-diffusion coefficient of A1, and the second metal layer 5 is at least one kind or more at room temperature.
  • SAW filter samples were prepared with the electrode configurations described in the following two examples. (Example 3) Ti was used as the first metal layer, and A 1-0.1 was used as the second metal layer.
  • Example 4 As the first metal layer, a layer obtained by adding 0.5 ⁇ ⁇ 1% of 1 to T i was used, and as the second metal layer, A 1-0.15 wt% Sc-1. Using 0 wt% Cu. At the same time, the following samples were prepared with the electrode configuration shown in Fig. 6 for comparison.
  • Table 2 shows the electrode thickness of each S AW filter, the specific resistance immediately after film formation, and the specific resistance after the S AW filter was prepared. The measurement of the specific resistance was performed in the same manner as in the first embodiment. The method of creating the SAW file is the same as in the first embodiment. S created under the above conditions
  • Comparative Example 6 and Examples 3 and 4 have better power durability than Comparative Example 7 and have lower power.
  • Comparative Example 6 1 W and 50,000 hours were cleared, so that it can be used as an RX filter of an AMPS standard antenna duplexer sufficiently from the viewpoint of life.
  • Examples 3 and 4 are within the range that can be used sufficiently by devising the circuit design, as described in Embodiment 8 later.
  • Embodiments 1 and 2 of Embodiment 1 are longer than 4 '. This is because the metal layer in contact with the substrate is A
  • the diffusion coefficient into A 1 is smaller than the self-diffusion coefficient of A 1 than using the second metal layer where 1 is ⁇ ⁇ . It is thought to be due to the strong migration force and the difficulty of occurrence.
  • a transmitter-side filter (transmission band of 82 to 849 MHz) for an antenna duplexer conforming to the AMPS standard was created using the electrode films of Example 3, Example 4, and Comparative Example 6. Then, the insertion loss in the transmission band was examined. The results are shown in Table 3. Table 3 shows the actual The results of Example 1 and Example 2 performed in Embodiment 1 are also shown.
  • the resonators were made individually by using the electrode films of Examples 3 and 4 and Comparative Example 6, which constituted the SAW filter, and in this case, the SAW of Examples 3 and 4 was also used.
  • Comparative Example 6 using Cu for the filter had a poor Q value as a resonator.
  • the electrode of Comparative Example 6 was satisfactory in terms of life, but had problems in terms of insertion loss and Q value, and it was found that there was a problem in using it as an electrode material for a transmitting filter for an antenna duplexer.
  • Examples 3 and 4 of Embodiment 2 are not inferior to Examples 1 and 2 of Embodiment 1.
  • a SAW having a simpler electrode configuration than the first embodiment and having satisfactory power durability and excellent transmission characteristics is used.
  • a filter can be realized.
  • the SAW filter according to the third embodiment uses an electrode structure in which a first metal layer 4, a second metal layer 5, and a third metal layer 15 are further laminated.
  • the first metal layer 4 is made of a metal whose diffusion coefficient into A1 is smaller than the self-diffusion coefficient of A1, and the second metal layer 5 becomes A1 at room temperature.
  • the second metal layer 5 becomes A1 at room temperature.
  • it is composed of a ternary or more A1 alloy to which a metal which forms a solid solution and a metal which forms an intermetallic compound with A1 at the grain boundary of A1 at room temperature is added.
  • the third metal layer 15 use is made of A1 or an A1 alloy having a lower sheet resistance than the second metal layer.
  • a S AW filter sample was prepared with the following two types of electrode configurations.
  • Example 5 Ti was used as the first metal layer 4, A 1-0.15 wt% Sc-1.0 wt% Cu was used as the second metal layer 5, and A 1 was used as the third metal layer 15. The one using.
  • Example 6 Ti was used as the first metal layer 4, A 1-0.15 wt% Sc-1.0 wt% Cu was used as the second metal layer 5, and ⁇ ⁇ ⁇ 1 was used as the third metal layer 15. — Using 1.0 wt% Cu. Then, a receiving filter for an antenna duplexer according to the AMPS standard and a transmitting filter for an antenna duplexer according to the AMPS standard were created, and the life and the like were measured in exactly the same manner as in the first embodiment. (Table 4) shows the specific resistance and the insertion loss in the transmission band of the transmitter filter for the antenna duplexer after film formation and the SAW filter creation, and Fig. 9 shows the power durability obtained by using the receiver filter for the antenna duplexer.
  • Ti is used as the first metal layer having a diffusion coefficient into A1 smaller than the self-diffusion coefficient of A1, and forms a solid solution with A1 at at least one or more normal temperatures. At least one kind of metal that segregates at the grain boundary of A1 or forms at least one kind of intermetallic compound with A1 at room temperature.
  • An electrode film having the electrode configuration shown in FIG. 2 was used, using A 1 ⁇ 0.15wt% S c ⁇ 1.0wt% Cu as the second metal layer. However, the thickness of the first metal layer (Ti layer) in contact with the substrate was varied in the range of 50 to 50 OA.
  • the first metal layer (Ti layer) not in contact with the substrate was kept constant at 20 OA, and the second metal layer (A 1-0.15wt% Sc-1.
  • the thickness of the second metal layer (A 1 -0.15 wt% S c-1.0 wt% Cu layer) is adjusted by adjusting the film thickness of the uppermost second metal layer (A wt. Frequency shift due to the added effect was prevented.
  • the first metal layer (Ti layer) in contact with the substrate having a thickness of 10 OA is in a practically usable range, albeit slightly inferior in power durability. Also, when the thickness of the first metal layer (Ti layer) in contact with the substrate is 400 A or more, the insertion loss force is increased, and when the thickness exceeds 500 OA, the insertion loss force is too large. It is difficult to satisfy the characteristics required for a filter. Therefore, it was found that the thickness of the first metal layer in contact with the substrate was particularly preferably in the range of 100 A to 50 OA from both the transmission characteristics and the power durability.
  • Ti is used as the first metal layer whose diffusion coefficient into A1 is smaller than the self-diffusion coefficient of A1, and forms a solid solution with A1 at at least one or more normal temperatures. At least one kind of metal that segregates at the grain boundary of A1 or forms at least 2% of the metal that forms an intermetallic compound with A1 at room temperature.
  • An electrode film having the electrode configuration shown in FIG. 2 was used, using A 1 — 0.15 wt% Sc-1.0 wt% Cu as the second metal layer. Then, regarding the thickness of the second metal layer closer to the substrate,
  • the first metal layer (T i) was kept constant at 200 people, and the thickness shift of the uppermost second metal layer was adjusted to prevent the frequency shift due to the mass addition effect.
  • a receiver filter for an antenna duplexer according to the AMPS standard and a transmission filter for an antenna duplexer according to the AMPS standard were prepared, and the life and the like were measured in exactly the same manner as in the first embodiment.
  • Fig. 10 shows the relationship between the lifetime and the applied power in the power durability evaluation performed using the receiving filter for the antenna duplexer.
  • Example 1 (the side closer to the substrate) performed in Embodiment 1
  • the results for the thickness of the second metal layer of 170 OA) are also shown.
  • Fig. 10 Power etc.
  • the thickness of the second metal layer on the side close to the substrate is 200 OA or less, it meets one standard of 50,000 hours at 1W. From this, it was found that the thickness of the second metal layer closer to the substrate was preferably 200 OA or less.
  • Ti is used as the first metal layer whose diffusion coefficient into A1 is smaller than the self-diffusion coefficient of A1, and the second metal layer forms a solid solution with A1 at room temperature.
  • a receiver filter for the antenna shared device was created.
  • the amount of Sc added in the second metal layer was set to 0.1 wt%, 0.15 wt%, and 0.3 wt%. %) And the amounts of Cu added were 0.5 wt%, 1.0 wt%, and 2.0 wt% (the amount of Sc added was 0.15 wt% at this time).
  • a total of six types were examined. »Evaluation of the power properties was performed by applying a power of 33 dBm as in the fourth embodiment to determine the life of each SAW filter. (Table 6) shows the results.
  • the addition amount of Sc is best at 0.15 wt%, which is the solid solubility limit for A1 at room temperature, whereas Cu increases with the addition amount. .
  • the amount of the metal that forms a solid solution with A1 at room temperature in the second metal layer is preferably within a range that does not exceed the solid solubility limit at room temperature. It has been found that the amount of the metal that forms an intermetallic compound with 1 is preferably not less than the solubility limit of A1 at room temperature.
  • Ti is used as the first metal layer whose diffusion coefficient into A 1 is smaller than the self-diffusion coefficient of A 1, and A 1 — 0 ⁇ 15 wt% S is used as the second metal layer.
  • a 1 — 0 ⁇ 15 wt% S is used as the second metal layer.
  • a receiver filter for an antenna duplexer in the AMP S standard was created using eight types of electrode films that had been heat-treated for 2 hours. Went inside.
  • the power durability can be further improved by performing annealing, and the annealing temperature is at least 150 ° C. without increasing the grain size of the A 1 alloy as the second metal layer. It was found that the temperature was preferably 350 ° C. or lower, and that the first metal layer and the second metal layer did not form an alloy layer. As a matter of course, it is preferable that the temperature in each step of the package is 350 ° C or less.
  • the temperature of the chip was about 150 ° C.
  • the heat generated by this conduction varies greatly depending on the SAW filter design and the operating conditions of the SAW filter (such as the environmental temperature and operating power). It is desirable that the temperature be 400 ° C or lower, preferably 350 ° C or lower. Under such design and operating conditions, when the electrode material of the present invention is used for a SAW filter used in Power durability is greatly improved.
  • a ladder-type S AW filter arranged in series was prepared using the electrode films having the electrode configurations of Examples 3 and 4 in the second embodiment.
  • a power durability test was performed in exactly the same manner as in Embodiment 1, and the life was measured.
  • FIG. 12 (a) is a perspective view of the SAW filter of the eighth embodiment
  • FIG. 12 (b) is a configuration diagram.
  • Saw resonators are arranged in six rows
  • 7 is a Saw resonator arranged in parallel
  • FIG. 13 is a conceptual diagram showing the relationship between the impedance characteristics and the filter characteristics of the resonators arranged in series and the SAW resonators arranged in parallel.
  • Fig. 13 8 is the filter characteristic
  • 9 is the impedance characteristic of the S AW resonator arranged in parallel
  • 10 is the impedance characteristic of the S AW resonator arranged in series
  • 11 is the SAW resonator in parallel.
  • 12 indicates the parallel resonance point of the parallel SAW resonator
  • 13 indicates the series resonance point of the series SAW resonator
  • 14 indicates the parallel resonance point of the series SAW resonator.
  • the characteristics on the low frequency side of the filter characteristics are S AW resonators arranged in parallel, and the characteristics on the high frequency side of the filter characteristics are straightforward. It is formed of SAW resonators arranged in rows. Therefore, in a system installed on the low frequency side of the reception band power, the signal leaked from the transmission side is attenuated on the lower frequency side than the band of the reception side filter, that is, the SAW resonators arranged in parallel Will be applied near the resonance point.
  • the receiving filter for the antenna duplexer is implemented by a ladder-type SAW filter
  • the SAW filter used in Embodiments 1 to 7 and shown in Fig. 1 where the SAW resonator is arranged in parallel at the first stage on the input side is used.
  • Most of the leakage signal from the transmitting side flows to the ground potential in the first stage of the resonator arranged in parallel, and power is applied to the vicinity of the resonance point of the SAW resonator arranged in parallel with the electrode.
  • the resonance point of the S AW resonator is the point where the electrode force is excited with the largest electrode force, and the electrode force is the most degraded.
  • the SAW filters of Examples 3 and 4 were evaluated with a circuit configuration in which the first stage shown in FIG. 1 was arranged in parallel. As a result, as shown in FIG. When used in the circuits arranged in the first stage, all of them have a life of more than 50,000 hours per 1 W, and can be used as a receiving stage filter for antenna duplexers.
  • the Ti is used as the first metal layer whose diffusion coefficient into A1 is smaller than the self-diffusion coefficient of A1. Sc as a metal which forms a solid solution with A1 at least at room temperature as a layer, and Cu as a metal which segregates at the grain boundary of A1 or forms an intermetallic compound with A1 at at least one or more room temperature.
  • the present invention is not limited to this, but the refractory metal is used as the first metal layer whose diffusion coefficient into A1 is smaller than the self-diffusion coefficient of A1.
  • the metal layer of the cable 2 at least one of Sc, gallium, hafnium, zinc, lithium, zirconium, titanium and magnesium was used as a metal that forms a solid solution with A1 at room temperature.
  • germanium, copper, palladium, and silicon is used as a metal that segregates at the grain boundary of A1 or forms an intermetallic compound with A1 at room temperature. The same effect can be obtained, and an electrode film having excellent power durability can be obtained.
  • the first metal layer or the second metal layer has a plurality of layers, but the first metal layer or the second metal layer used for each layer is not necessarily the same material or the same. It is not necessary that they have the same composition and that they have the same thickness.
  • the present invention it is possible to obtain a SAW device which is excellent in power durability, is thermally stable, can prevent an increase in insertion loss, and can be formed using a conventional pattern forming technique.
  • the SAW device can be used in the duplexer of a mobile phone to which a large amount of power is applied, and the antenna duplexer can be reduced in size and weight.

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Description

明細書
弾性表面波デノヾイスとその製造方法およびそれを用 Lヽた移動体通信機器 発明の分野
本発明は、 耐電力性の優れた弾性表面波デバイスに関するものであり、 とくに電極の耐 電力性を向上させた弾性表面波デバイスとその製造方法およびそれを用いた移動体通信機 器に関するものである。 発明の背景
近年、移動体通信の高周波化に伴い、弾性表面波デバイス（以下 S AWデバイスという） の動作周波数も数百 MH z〜数 GH zと高周波化されている。 また、 従来、 耐電力性が必 要であることから、 大型な誘電体フィルタが用いられていたアンテナ共用器について、 端 末機器の小型化の要求からフィルタ部分へ S A Wデバイスを適用することが検討されてい る。 しかし動作周波数及び動作電力の増大に伴い、 SAWデバイスの櫛形電極 （以下 I D Tという） に加えられる応力は増大し、 従来の電極材料を用いた SAWデバイスではその 耐電力性に問題があった。
この問題に対し、 従来用いられていた電極材料である A 1に C uを添加した A 1 -C u 合金よりも耐電力性の優れた電極材料力、'種々報告されている。 その一つは A 1に対する添 加物として Cuの代わりに T i， G e, Pd等を用い、耐電力 itを改善する方法である（例 えば、 特開昭 63— 278343号公報及び特開平 2— 274008号公報） 。
し力、し、 例えば AMPS規格のアンテナ共用器部分のフィル夕には 1W以上の電力が印 加された状態で 5万時間以上の動作保証が要求されることを考えると、 これらの材料はす ベて十分な耐電力性を有しているとは言 L、難 L、。
一方、 国際公開 N 0. W097 1 1 526号公報には半導体でよく知られている A 1 -C u合金をエージングすることにより添加物である C uをより A 1粒界に偏析させるこ とが S AWデバィスにお t、ても効果的であること力記載されている。 し力、しこの場合も、 エージング後の耐電力性の改善は高々数倍程度であり、 やはりァンテナ共用器部分に用 tヽ るに十分な程耐電力性が改善されるとはいえない。
また、 別の手段として A 1一 C u合金の間に C uを挟み込んだ 3層構造の電極を用いる ことにより耐電力性を大きく改善する方法カ塒開平 7— 1 22961号公報に示されてい るカ^ この方法は耐電力性を大きく改善することができる一方、 電極の一部分に A 1と比 ベて 3 . 3倍の比重を持つ C u層を有しているため、 電極の重さが電気的特性に大きく影 響を及ぼす S AWデバイスでは通常用いられる A 1 (もしくは A 1— C u合金） と比べて 製造上、 厳しい膜厚の精度力要求される。 また C u層を用いるため、 電極のパターン形成 を行うときに、 通常用いるドライェッチングの適用が困難であることなど製造上及び製造 歩留まりに大きな問題がある。
この問題に対し特開平 9一 2 2 3 9 4 4号公報には A 1膜または A 1に少なくとも 1種 類の他の元素が添加された膜からなる第 1の膜と、 A 1への拡散係数が A 1の自己拡散係 数より大き L、金属からなる第 2の膜とを積層することにより形成された電極により耐電力 性を大きく改善する方法が示されている。 特に第 2の膜として M gを用いた場合、 先の A
1 一 C uと C uを用いた 3層構造の電極の場合に問題である製造上の問題カ澥決できるこ とが示されている。
し力、し、 この構成では A 1への拡散係数が A 1の自己拡散係数より大きい金属からなる 第 2の膜と A 1とを積層するため、 成膜後の加熱工程等において A 1と第 2の膜に用いた 金属との間で拡散 ·合金化反応が進行し、 これにより電極の比抵抗が増加するという問題 力、'ある。 電極の比抵抗の上昇は S A Wデノ ィスの挿入損失に大きく し、 特に低損失が 望まれるアンテナ共用器の送信側フィルタを作成する場合大きな課題となる。
また、 高周波化に伴って、 I D T電極の線幅が細線化されかつ大電力の印加される S A Wデバイスは動作中にチップ 力让昇するので S AWデバイスの電気的特性の安定性に も課題カ残る。 特に M gは C uと比較して A 1に対する固溶限が大きく、 また A 1に固溶 した場合の比抵抗の上昇率も高いことから C uを用いた場合よりもこの傾向は顕著である。 本発明は耐電力性に優れ、 力、つ従来のパターン形成技術を用いることができ、 熱的にも 安定で挿入損失の増加を防止できる電極を用いた弾性表面波デバイスとその製造方法およ びそれを用 ヽた移動体通信機器を提供することを目的とする。
発明の概要
上記課題を解決するために、 本発明の弾性表面波デバイスは、 A 1への拡散係数が A 1 の自己拡散係数よりも小さ 、金属よりなる第 1の金属層と、 少なくとも 1 «以上の常温 において A 1に対し固溶する金属と、 少なくとも 以上の常温において A 1の粒界で 偏析もしくは A 1との金属間化合物を形成する金属が添加された 3元以上の A 1合金より なる第 2の電極層を用い、基板上に第 1および第 2の金属層を交互に複数層積層した電極を用 いるものである。 これにより、 耐電力性に優れ、 従来のパターン形成技術を用いることが でき、 熱的にも安定で挿入損失の増加を防止できる弾性表面波デバイスが得られる。 本発明の第 1の実施態様は、 基板上に第 1の金属層上に第 2の金属層が積層された積層 体が少なくとも 2段以上積層された電極を有する弾性表面波デバイスであって、 第 1の金 属層は A 1への拡散係数が A 1の自己拡散係数よりも小さい金属からなり、 第 2の金属層 は少なくとも 1種類以上の常温において A 1に対し固溶する金属と、 少なくとも 1種類以 上の常温において A 1の粒界に偏析もしくは A 1 との金属間化合物を形成する金属の少な くとも 2 ¾«の金属が添加された 3元以上の A 1合金からなるものであり、 従って第 2の 金属層を A 1への拡散係数が A 1の自己拡散係数よりも小さい第 1の金属層で挟み込むこ とにより、 主に第 2の金属層の基板に対し垂直方向への A 1原子の拡散を防ぎ、 かつ第 2 の金属層に少なくとも 1種類以上の常温において A 1に対し固溶する金属を添加し、 第 2 の金属層の機械的強度を向上させることで弾性表面波の伝播に伴 、電極に付加される応力 に対する耐性を向上させ、 その上でさらに少なくとも 1種類以上の常温において A 1の粒 界において偏析もしくは A 1 との金属間化合物を形成する金属を添加することにより、 主 に第 2の金属層における A 1原子の基板に対し水平方向への粒界拡散を防止する作用を有 し、 結果として大電力印加時における I D T電極の劣化を防ぐ。
本発明の第 2の実施態様は、 第 2の金属層で第 1の金属層を挟み込んで積層された電極 を有する弾性表面波デバイスで、 第 1および第 2の金属層は第 1の実施態様と同じ条件を 満たすものである。 これにより、 単層膜の場合のような基板と膜の界面から電極表面に至 る連続的な結晶粒界の成長を阻害し、 その結果第 2の金属層の基板に対し垂直方向への A 1原子の拡散を防ぐ。 また、 主に第 2の金属層における A 1原子の基板に対し水平方向へ の粒界拡散を防止する。 これらの作用の結果として大電力印加時における 1 D T電極の劣 化を防ぐ作用を有する。
本発明の第 3の実施態樹ま、 第 2の金属層のうち、 基板から遠い方の金属層を、 A l、 または A 1に 1種類以上の金属が添加され第 2の金属層を形成する A 1合金と種類もしく は組成の異なる 2元以上の A 1合金力、らなる、 前記第 2の金属層よりもシート抵抗が低 tヽ 第 3の金属層でおきかえたものであり、 これにより電極膜全体としての比抵抗を下げ、 電 極としての電気的特性を向上させる作用を有する。
本発明の第 4の実施態様は、 第 1の金属層を A 1への拡散係数が A 1の自己拡散係数よ りも小さい金属に A 1を添加した金属とするものである。 第 1の金属層に形成される格子 欠陥やピンホール等の発生を低融点金属である A 1を添加することで防ぎ、 第 1の金属層 のシ一卜抵抗を下げ、 電極としての電気的特性を向上させる作用を有するものである。 本発明の第 5の実施態様は、 基板と接触する最下層の第 1の金属層の膜厚を 1 0 0 A〜 5 0 O Aとするもので、 第 1の金属層が電気機械変換へ影響を与えることなく、 従って弾 性表面波デバイスの特性を劣化させることなく、 耐電力性をより向上させることができる 作用を有する。
本発明の第 6の実施態様は、 弾性表面波デバィスの電極を構成する第 2の金属層のうち 基板に近い側の金属層の膜厚を 2 0 0 0 A以下とするもので、 劣化を起こしゃすい第 2の 金属層を形成する A 1合金の膜厚をおさえ結晶成長を抑制し結晶粒径を小さくすることで、 この膜の機械的強度を高め、 耐電力性をより向上させる作用を有する。
本発明の第 7の実施態様は、 第 2の金属層の、 常温において A 1に対し固溶する金属の 添加量が、 常温における固溶限を超えない範囲とすることで過度の添加による膜のシート 抵抗の上昇を防止し、 常温において A 1の粒界において偏析もしくは A 1との金属間化合 物を形成する金属の添加量が、 常温での A 1に対する固溶限以上とすることで添加物が有 効に作用する添加量の下限を規定する作用を有する。
本発明の第 8の実施態様は、 第 2の金属層における常温において A 1に対し固溶する金 属としてスカンジウム、 ガリウム、 ハフニウム、 亜鉛、 リチウム、 ジルコニウム、 チタン およびマグネシウムのうちから少なくとも 1種類以上の金属を用いることで第 2の金属層 の機械的強度を向上させ、 さらに、 常温において A 1の粒界において偏析もしくは A 1と の金属間化合物を形成する金属としてゲルマニウム、 銅、 パラジウムおよびシリコンのう ちから少なくとも 1種類以上の金属を用いることにより第 2の金属層における A 1原子の 粒界拡散を抑制する作用を有する。
本発明の第 9の実施態様は、 第 1の金属層として高融点金属 （T i , Z r , H f , V, N b , T a， C r， M o , W， H f N, H f C , Z r N, Z r C , T a C , T i W, T i N等） を用いることにより、 第 2の金属層からの A 1原子の拡散を防止するとともに電極 膜としての熱的安定性を得る作用を有する。
本発明の第 1 0の実施態様は、 A 1への拡散係数が A 1の自己拡散係数よりも小さ L、第 1の金属層として特に密度が A】の高々 1 . 7倍でありかつ A 1をパターン形成する際に 用いられる塩素系のエッチングガスを用いてパターン形成可能である T iを用いることに より、 従来の製造プロセスを変更することなく、 第 2の金属層の A 1原子の基板に対して 垂直方向への移動を妨げる作用を有する第 1の金属膜を得ることカできる。
本発明の第 1 1の実施態様は、 第 2の金属層における、 常温において A 1に対し固溶す る金属としてスカンジウム （S c ) を用い、 常温において A 1の粒界において偏析もしく は A 1との金属間化合物を形成する金属として C uを用いることにより、 従来の製造プロ セスを変更することなく第 2の金属層の機械的特性を向上させ、 力つ比抵抗の増加が少な く、 A 1原子の粒界拡散をおさえ、 耐電力性の優れた S AWデバイスを得る作用を有する。 本発明の第 1 2の実施態様は、 第 1の金属及び第 2の金属を D Cマグネ卜口ンスパッタ 法で作成した積層体に対し、 1 5 0て以上 3 5 0 °C以下の温度で熱処理を行うもので、 こ れにより積層体の構造を崩すことなく、 また第 2の金属層の粒形の増大を防ぎかつ第 2の 金属層における添加物が常温において A 1に対し固溶する金属は A i原子の粒の內部に、 また^後には過飽和に固溶していた常温において A 1の粒界において偏析もしくは A 1 との金属間化合物を形成する金属は A 1の粒界に析出させることができ、 添加物の作用を より効果的に引き出しさらに耐電力性を向上させる作用を有する。
本発明の第 1 3の実施態様は、 弾性表面波共振子を直並列の梯子型に接続してなる弾性 表面波フィルタにおいて、 電力の入力される初段に直列に配置された弾性表面波共振子を おいたものである。 これにより、 アンテナ共用器の受信側フィルタで問題となる送信側か らのもれ信号の電力が受信側フィルタにお!;、て並列に配置された弾性表面波共振子に印加 されることが防がれるので弾性表面波共振子の耐電力性が向上し、 受信帯域が送信帯域の 低周波数側に設置されているシステム用のァンテナ共用器用受信フィルタを容易に実現す ることができる。
本発明の第 1 4の実施態様は、 従来耐電力性の問題から大型の誘電体同軸フィルタ力用 Iゝられて Lヽた移動体通信機器のァンテナ共用器部分に、 上記した構造の電極を有する弾性 表面波デバ'ィスを用!、るもので、 ァンテナ共用器部分の小型 ·軽量化が可能になる。
図面の簡単な説明
【図 1】 （ a ) 本発明の実施形態 1〜 7で用 t、た S A Wフィルタの概略図 ( b ) 同実施形態で用いた S AWフィルタの構成回路図 【図 2】 本発明の実施形態 1、 4〜 7の電極構成を示す断面図
【図 3】 同実施形態 1にお Lヽて比較例に用いた電極構成を示す断面図
【図 4】 同各実施形態で用 L、た AM P S向け受信段 S AWフィル夕の電気的特性図 【図 5】 同実施形態 1の S AWフィル夕の寿命と印加電力の関係を示す特性図 【図 6】 同実施形態 2の電極構成を示す断面図
【図 7】 同実施形態 2の S AWフィル夕の寿命と印加電力の関係を示す特性図 【図 8】 同実施形態 3の電極構成を示す断面図
【図 9】 同実施形態 3の S AWフィル夕の寿命と印加電力の関係を示す特性図 【図 1 0】 同実施形態 5の S AWフィル夕の寿命と印加電力の関係を示す特性図 【図 1 1】 同実施形態 7の熱処理温度と S AWフィル夕の耐電力性の関係を示す特性図 【図 1 2】 （a ) 同実施形態 8で用いた S AWフィルタの概略図
( b ) 同実施形態 8で用いた S AWフィルタの構成図
【図 1 3】 同実施形態 8において、直列に配置された共振子および並列に配置された S
AW共振子のィンピーダンス特性とフィルタ特性の関係を示す概念図 【図 1 4】同実施形態 8の S AWフィルタの寿命と印加電力の関係を示す特性図
発明の詳細な説明
以下、本発明の実施形態について説明する。
(実施形態 1 )
図 1 ( a ) は、本発明の実施形態 1で S AWデバイスとして取り上げた、 ラダー型の S A Wフィルタの構成を示す斜視図である。 また図 1 ( b ) はその構成回路図である。 1は 圧電体基板であり、 3 6 - Yカツトー X伝播の L i T a〇3基板を用いた。 2は S AW共振 子であり、 櫛形電極 2 aおよび反射器 2 bで構成されている。
図 2は、櫛形電極 1本の断面図であり、本実施形態 1における電極の基本構成を示して いる。本実施形態 1では、 A 1への拡散係数が A 1の自己拡散係数よりも小さい第 1の金 属層 4と、少なくとも 1種類以上の常温において A 1に対し固溶する金属と、少なくとも 1麵以上の常温において A 1の粒界において偏析もしくは A 1との金属間化^!を形成 する金属の少なくとも 2 βの金属が添加された 3元以上の A 1合金からなる第 2の金属 層 5とを図 2のように二段に積層している。本実施形態では基板 1には第 1の金属層力、'接し ている。
本実施形態 1では次の 2つの実施例にあげる S AWフィルタの試料を作成した。
(実施例 1)第 1の金属層として T iを用い、 第 2の金属層として A 1— 0. 15 w t %S c - 1. 0 w t %C uを用いたもの。
(実施例 2)第 1の金属層として T iに 0. 5w t %の八 1を添加したものを用 い、第 2の金属層として A 1— 0. 15w t %S c - 1. Ow t %C uを用いたもの。 ここで第 2の金属層に含まれる S cは常温において A 1に対し固溶する金属、 C uは常温 において A 1の粒界において偏析もしくは A 1との金属間化合物を形成する金属として用 いたものである。
また同時に比較のため、 図 2の電極構成で以下の S AWフィルタを作成した。
(比較例 1)第 1の金属層として Cu、第 2の金属層として A 1—0. 15wt%
S c— l. 0 w t %C uを用いたもの。
(比較例 2)第 1の金属層として T i、 第 2の金属層として A 1— 1. Ow t %
C uを用いたもの。 比較例 1で第 1の金属層として用いた C uは、 A 1への拡散係数が A 1の自己拡散係数より も大きい。また、比較例 2で用いた第 2の金属層は、常温において A 1に対し固溶する金属 を含んでいない。
さらに、 図 3に示すように、 第 1の金属層 4からなる膜を基板上に形成しその上に第 2 の金属層 5からなる膜を形成した 2層構造の電極構成で、 次の S A Wフィルタを作成した
(比較例 3)第 1の金属層 4として T iを用い、 第 2の金属層 5として A 1一 0.
15 w t %S c - 1. 0 w t %C uを用いたもの。 さらに、 比較のため、 単層膜を電極とする次の試料を作成した。 (比較例 4) A 1 - 1 w t %C uの単層膜。
(比較例 5) A 1 -0. 15wt%S c- 1. 0wt%Cuの単層膜。 なお、 S AWフィルタは以下のようにして作成した。 各電極膜は D Cマグネト口ンスパ ッタ法を用いて基板上に βし、 フォトリソグラフィ一および塩素系ェッチングガスを用 いたドライエツチング法により所定の,、。タ―ンを形成した。 次 、で基板のダイシングを行 い 3. 8mm角のセラミックパッケージへダイボンドを施し、 電気的接続はワイヤ一ボン ドにより行った。 その後窒素雰囲気中で蓋を溶接することにより気密封止を行った。 ただ し、 比較例 1については、 C u層がドライエッチング法によりパターン形成が困難である ため、 イオンミリング法を用いてパターン形成を行った。
以上の条件で作成したそれぞれの S A Wフィルタにつ ヽて、 電極膜厚および脚莫直後の 比抵抗および SAWフィルタ作成後の比抵抗を （表 1) に示す。 比抵抗の測定は、 成膜直 後の比抵抗につ 、てはウェハ一状態でシ一ト抵抗を測定し、 S AWフィル夕作成後の比抵 抗についてはシート抵抗測定用のパターンをフィルタパターン形成時に同時に作成し、 S AWフィルタ作成と同一工程を経たものを用いてシ一ト抵抗を測定し、 それぞれの膜厚を 別途測定したものから計算で求めた。 図 4に上記の方法で作成した S A Wフィルタの通過特性を示す。 この S A Wフィルタ は AMPS規格におけるアンテナ共用器用受信側フィルタ （受信帯域 869〜894MH z )であり、 送信側 （送信帯域 824〜 849MHz)から漏れた信号に対して耐電力性 を有している必要がある。
作成した S AWフィルタに対して、 通過帯域より低周波数側における S AWフィルタの減 衰域の極 （図 4において Aで示した周波数） に相当する周波数の電力を印加し、 環境温度 8 5てにて耐電力性試験を行った。 この際、 電力を印加後定期的に S AWフィルタの特性を測 定し、 AMPS規格のァンテナ共用器の R Xフィルタとして必要なフィルタ特性を維持でき なくなった時点を SAWフィルタの寿命と判断した。 耐電力性の評価は、 様々な大きさの電 力を印加しそれぞれの条件下での寿命を測定した後、 ァレニウスモデルにより 1W印加時の 寿命を予測することで行った。 ここで寿命は 1Wで 5万時間力一つの目安となる。 得られた 寿命と印加電力との関係を図 5に示す。 図 5において、 30 dBmが 1Wに相当する。 表 1
電極材料 比抵抗
電極構成 成膜直後 丁ハイス作成 ®
(各層の膜厚（Α ) ) (, μ Q - cm) μ Q - cm; 基板 / Τί / AK).15wt%Sc-1.0wt%Cu / Ti / AI-0.15wt%Sc-1.0wt%Cu
実施例 1 図 2 3.91 3.90
(基板 / 200 / 1700 / 200 / 1700 )
基板 / Ti-0.5wt%AI / AH).15wt%Sc— 1.0wt%Cu / Ti-0.5wt%AI / Aト 0.15wt%Sc - 1.0wt%Cu
実施例 2 図 2 3.72 3.70
(基板 / 200 / 1700 / 200 / 1700 )
基板 / Cu / A卜 0.15wt%Sc— 1.0wt%Gu / Cu / A卜 0.15wt%Sc— 1.0wt%Cu
比較例 1 図 2 3.63 7.01
(基板 / 200 / 1320 / 200 / 1320 )
基板 / Ti / A卜 1.0wt%Cu / Ti / AI-1.0wt%Cu
比較例 2 図 2 3.88 3.86
(基板 / 200 / 1700 / 200 / 1700 )
基板 / Ti / A ).15wt¾Sc-1.0wt%Gu
比較例 3 図 3 3.43 3.42
(基板 / 200 / 3700 )
基板 / AH).15wt%Sc- 1.0wt%Cu
比較例 4 単層膜 3.41 3.41
(基板 / 4000 )
基板/ A卜 1.0wt%Cu
比較例 5 単層膜 3.32 3.32
(基板 / 4000 )
図 5からわかるように、 実施例 1と実施例 2か 干の差があるにしてもすベて 5万時間 という一つの目安を十分にクリアしているのに対し、 比較例 2、 比較例 3、 比較例 4、 比 較例 5の S AWフィルタは耐電力性が不充分である。 比較例 1にっ ヽてはダイシング工程 で基板から電極膜がはがれて測定不能であり、 最下層が C uであるため基板との密着性に 問題があつたこと力、'分かった。試験後の S AWフィルタの電極部分を走査型電子顕微鏡（ S E M) により観察したところ、 比較例 3、 比較例 4、 比較例 5は電極表面および側面に A 1原子の析出がヒロックとして確認され、 比較例 2については電極膜の上層部には A 1原 子の析出が認められないものの、 第 2の金属層からサイドヒロックとして基板に対し水平 方向に A 1の原子の析出が観察された。 ヒロックあるいはマイグレーションは、 基板を伝 播する弾性表面波が電極に応力を加えること、 および動作中の発熱等によって引き起こさ れる。
このように、常温において A 1に対し固溶する金属力、'第 2の金属層に含まれない場合 (比 較例 2 ) 、 あるいは第 2の金属層が第 1の金属層で覆われて 、な 、場合 （比較例 3 ) 、 あ るいは電極力単層の場合 （比較例 4， 5 ) には A 1原子の析出が抑えられず、 耐電力性が 不充分であることがわかった。
次に、 （表 1 ) から、 実施例 1、 2は、 御莫直後と S AWフィルタ作成後で比抵抗の変 化はほとんど見られない。 これに対し、 比較例 1ではデバイス作成後の比抵抗力^!莫直後 の比抵抗に比べて増加している。 これは、 第 1の金属層として用いた C u力工程中の熱処 理により第 2の金属層に拡散 ·合金反応を起こしてして、 第 2の金属層の抵抗を増加させ たためである。
なお、 実施例 2は実施例 1よりも比抵抗が低く抑えられているが、 これは高融点金属で ある T iはピンホールや格子欠陥を作りやすいがこれに低融点金属の A 1を微量添加する ことでそのピンホールや格子欠陥に A 1原子が入り込み、 その結果第 1の金属層 （T i 一 0. 5 w t %の八 1 ) の比抵抗が実施例 1における第 1の金属層 （T i ) の比抵抗より低 くなったためと考えられる。この効果は高融点金属である第 1の金属層へ A 1に代表される 低融点金属を 0. 1〜5. 0 w t %|¾g添加することにより得られる。
以上のように、 S AWフィル夕の耐電力性の向上には、 その電極として、 第 1の金属層 と第 2の金属層を積層した積層体を複数段積層したものを用いるのが有効である。 そして、 製造工程中の熱処理による電極膜の比抵抗の上昇を抑えるために、 第 1の金属層は A 1へ の拡散係数が A 1の自己拡散係数よりも小さい金属からなること力、'必要である。 また第 2 の金属層については、 主成分である A 1の粒内に添加物を固溶させることにより機械的特 性を向上させて印加される応力による影響を低減し、 そのうえで A 1の粒界において偏析 もしくは A 1との金属間化合物を形成する金属を添加して基板と水平な方向への A 1原子 のマイグレーションを抑えること力好ましい。
なお、 本実施形態にお!/、ては第 1の金属層上に第 2の金属層が積層された積層体が 2段 積層された場合に限って説明をした力 2段以上積層た場合につ I、ても同様の効果を得る ことができるのは自明である。 これにより工程は長くなる力、'、 電極の機械的艘をさらに 高めることができる。 (実施形態 2 )
本実施形態 2における SAWフィルタの構成は図 1に示す実施形態 1と同じであり、 電 極構成だけが図 6に示すように異なって 、る。すなわち、本実施形態では、第 1の金属層 4 を両側から第 2の金属層で挟んだものが基板 1の上に形成されている。 本実施形態でも第 1 の金属層 4は、 A 1への拡散係数が A 1の自己拡散係数よりも小さい金属からなり、 第 2 の金属層 5は、 少なくとも 1種類以上の常温にお L、て A 1に対し固溶する金属と、 少なく とも 1種類以上の常温において A 1の粒界において偏析もしくは A 1との金属間化合物を 形成する金属の少なくとも 2種類の金属が添加された 3元以上の A 1合金からなる。 ここでは次の 2つの実施例にあげる電極構成で S AWフィルタ試料を作成した。 (実施例 3)第 1の金属層として T iを用い、 第 2の金属層として A 1— 0. 1
5 w t %S c - 1. 0 w t %C uを用いたもの。
(実施例 4)第 1の金属層として T iに 0. 5\^1%の 1を添加したものを用 い、第 2の金属層として A 1— 0. 15 w t %S c - 1. 0 w t %C uを用いたもの。 同時に比較のため、 図 6の電極構成で次の試料を作成した。
(比較例 6)第 1の金属層として Cu、第 2の金属層として A 1— 0. 15wt %
S c - 1. 0w t %C uを用いたもの。
(比較例 7)第 1の金属層として T i、 第 2の金属層として A 1 _ 1. Owt % C uを用いたもの。
作成した各 S AWフィルタの電極膜厚、 成膜直後の比抵抗、 および S AWフィルタ作成 後の比抵抗を （表 2 ) に示す。 比抵抗の測定は、 実施形態 1と同様の方法で行った。 また、 S AWフィル夕の作成方法は実施形態 1と同じである。 以上の条件で作成した S
AWフィルタに対して、 実施形態 1と同様の方法で耐電力性試験を行った。 得られた寿命 と印加電力との関係を図 7に示す。
図 7より、 比較例 6および実施例 3 , 4は、 比較例 7と比べて耐電力性が優れて Lヽるこ とが分かる。 比較例 6については 1 W、 5万時間をクリアしており、 寿命という観点だけ で見れば十分に AM P S規格のァンテナ共用器の R Xフィルタとして用いることができる。 また、 実施例 3 , 4につ 、ても後の実施形態 8で述べるように、 回路設計を工夫すること で十分使用可能な範囲である。
なお、 図 7と実施形態 1の図 5を比較するとわかるように、 寿命に関しては、 実施例 3 ,
4よりも実施形態 1の実施例 1、 2のほう力、'長い。 これは、 基板と接する金属層として A
1を Ξΐ^分とする第 2の金属層を用いるよりも、 A 1への拡散係数が A 1の自己拡散係数 よりも小さ 、金属からなる第 1の金属層を用いるほう力"?応力に強くマイグレーション力、'起 こりにくいためと考えられる。
また、 S AWフィルタの試験後における電極部分を走査型電子顕微鏡 （S E M) により 観察したところ、 比較例 7は電極表面は正常であつたが、 第 2の金属層のサイドヒロック として側面に A 1原子の析出が観察された。
一方、 （表 2 ) から実施例 3 , 4は、 劇臭直後と S A Wフィルタ作成後で比抵抗の変化 はほとんど見られないのに対し、 C uを用いた比較例 6は成膜直後にお!/ヽては比抵抗が低 いにも関わらず、 S AWフィルタ作成後には比抵抗力大きく上昇している。 これは第 2の 金属層の主成分である A 1 と第 1の金属層の C uとが、 S AWフィルタ作成工程における 加熱工程で拡散 ·合金反応を起こしたためであると考えられる。
そこで比抵抗の を調べるために実施例 3と実施例 4および比較例 6の電極膜を用い て AM P S規格のアンテナ共用器用送信側フィルタ （送信帯域 8 2 4〜8 4 9 MH z ) を 作成し、 送信帯域における挿入損失を調べた。 その結果を （表 3 ) に示す。 表 3には、 実 施形態 1で行った実施例 1および実施例 2の結果も合わせて示した。
Figure imgf000015_0001
(表 3)力、ら、 第 1の金属層として T iを用いた実施例 3と実施例 4の SAWフィルタ に対し、 C uを用いた比較例 6は送信帯域における挿入損失の m i n. 値および max. 値ともに大きい。 これは先に述べたように電極膜そのものの比抵抗が高いこと力¾Wして いるものと考えられる。
同様に S AWフィル夕を構成している実施例 3と実施例 4および比較例 6の電極膜を用 t、て共振子単体を作成したが、 この場合も実施例 3と実施例 4の S A Wフィルタに対し、 C uを用いた比較例 6は共振子としての Q値が良くなかった。 結果として比較例 6の電極 は、 寿命の点では満足だが挿入損失、 Q値の点で問題があり、 アンテナ共用器用送信側フ ィルタの電極材料として用いるには課題があることがわかつた。 また挿入損失という点で は、 （表 3) 力、らわかるように、 本実施形態 2の実施例 3、 4は実施形態 1の実施例 1、 2に劣らない。
このように、 本実施形態 2によれば、 後の実施形態 8で述べる回路構成と組み合わせて 用いることにより、 実施形態 1よりも簡単な電極構成で耐電力性を満足し伝送特性に優れ た SAWフィルタを実現することができる。
(実施形態 3 )
本実施形態 3における SAWフィルタは、 図 8に示すように、 第 1の金属層 4と第 2の 金属層 5と、 さらに第 3の金属層 15が積層された電極構造を用いる。 ここで、 これまでの 実施形態と同じく、第 1の金属層 4は A 1への拡散係数が A 1の自己拡散係数よりも小さい 金属からなり、第 2の金属層 5は常温において A 1に対し固溶する金属と常温において A 1 の粒界で偏析もしくは A 1との金属間化合物を形成する金属が添加された 3元以上の A 1 合金からなる。 そして第 3の金属層 15には第 2の金属層よりもシート抵抗の低い A 1ある いは A 1合金を用いる。
本実施形態では次の 2種類の電極構成で S A Wフィルタ試料を作成した。
(実施例 5)第 1の金属層 4として T i、第 2の金属層 5として A 1—0. 15 wt %S c - 1. 0wt%Cuを用い、 第 3の金属層 15として A 1を 用いたもの。
(実施例 6)第 1の金属層 4として T i、 第 2の金属層 5として A 1—0. 15 wt%S c- 1. 0wt%Cuを用い、 第 3の金属層 15として Λ 1— 1. 0 w t %C uを用いたもの。 そして、 AMPS規格における了ンテナ共用器用受信側フィルタおよび A M P S規格のァ ンテナ共用器用送信側フィルタを作成し、 実施形態 1と全く同様な方法で寿命等を測定し た。 （表 4) に成膜後と SAWフィルタ作成後の比抵抗およびアンテナ共用器用送信側フ ィルタの送信帯域における挿入損失を、 図 9にァンテナ共用器用受信側フィル夕を用いて 行った耐電力性評価の寿命と印加電力との関係を示す。 実施例 5, 6ともに耐電力性は実施例 1、 2より低いものの、 すべて 1 Wで 5万時間と いう一つの目安をクリアしているため十分に使用可能である。 また （表 4) と （表 1) を 比較するとわかるように電極膜としての比抵抗が実施例 1、 2と比べて改善されており、 アンテナ共用器用送信側フィルタとしての挿入損失が低くなつている。
なお、実施形態 2で用いた電極構造（図 6)において、最上層に位置する第 2の金属層を、 それよりシ一ト抵抗の低い第 3の金属層で置き換えた場合も同様の効果が得られることは 言うまでもない。
(実施形態 4)
本発明の実施形態 4においては、 A 1への拡散係数が A 1の自己拡散係数よりも小さい 第 1の金属層として T iを用い、 少なくとも 1種類以上の常温において A 1に対し固溶す る金属と、 少なくとも 1種類以上の常温において A 1の粒界において偏析もしくは A 1と の金属間化合物を形成する金属の少なくとも 2種類の金属が添加された 3元以上の A 1合 金からなる第 2の金属層として A 1— 0. 15w t %S c - 1. 0wt%Cuを用い、 図 2に示す電極構成を有する電極膜を用いた。 ただし基板と接する第 1の金属層 （T i層） の膜厚を 50入〜 50 OAの範囲で変動させた。この際、基板と接さない第 1の金属層（T i層）は 20 OAで一定とし、力つ基板に近い方の第 2の金属層（A 1—0. 15wt%S c- 1. 0wt%Cu) の膜厚も 170 OAで一定として、 最上層の第 2の金属層 （A 1 -0. 15wt%S c- 1. 0wt%Cu層） の膜厚を調整することにより、 質量付加効 果による周波数のシフトを防止した。
これらの電極膜を用いて A M P S規格におけるァンテナ共用器用受信側フィルタおよび AMP S規格のァンテナ共用器用送信側フィルタを作成し、 AMP S規格のァンテナ共用 表 4
Figure imgf000018_0002
表 5
Figure imgf000018_0001
器用受信側フィルタに対して実施形態 1と同じ方法で耐電力性試験を行つた。 ただしここ では、 印加する電力を 3 3 d B m—定としてそれぞれの S AWフィルタの寿命を求めた。 その結果および成膜後の比抵抗およびァンテナ共用器用送信側フィルタでの挿入損失を (表 5 ) に示す。
(表 5 ) 力、ら、 耐電力性については基板と接する第 1の金属層 （1^層） を1 5 0人以 上設けたものについては、 いずれも十分に高い。基板と接する第 1の金属層（T i層）を 1 0 O Aとしたものについても、 若干耐電力性力劣るものの実用可能な範囲にある。 また、 基板と接する第 1の金属層 （T i層） の膜厚が 4 0 0 A以上になると挿入損失力 曽加して おり、 5 0 O Aを超えると挿入損失力大きすぎるためアンテナ共用器用フィルタとして必 要な特性を満足させがたい。 従って通過特性と耐電力性の両面から基板と接する第 1の金 属層の膜厚は 1 0 0 A〜5 0 O Aの範囲であること力特に好ましいことがわかった。
(実施形態 5 )
本発明の実施形態 5においては、 A 1への拡散係数が A 1の自己拡散係数よりも小さい 第 1の金属層として T iを用い、 少なくとも 1種類以上の常温において A 1に対し固溶す る金属と、 少なくとも 1種類以上の常温において A 1の粒界において偏析もしくは A 1 と の金属間化合物を形成する金属の少なくとも 2 ¾ϋの金属が添加された 3元以上の A 1合 金からなる第 2の金属層として A 1 _ 0. 1 5 w t % S c - 1 . 0 w t % C uを用い、 図 2に示す電極構成を有する電極膜を用いた。 そして基板に近い方の第 2の金属層の膜厚に ついて、
(実施例 7 ) 2 0 0 O A
(比較例 8 ) 2 5 0 O A
の 2 について検討した。 この際、 第 1の金属層 （T i ) は 2 0 0人で一定とし、 最上 層の第 2の金属層の膜厚を調整することにより、 質量付加効果による周波数のシフトを防 止した。
これらの電極膜を用いて A M P S規格におけるァンテナ共用器用受信側フィルタおよび AMP S規格のァンテナ共用器用送信フィル夕を作成し、 実施形態 1と全く同様な方法で 寿命などを測定した。 図 1 0にァンテナ共用器用受信側フィルタを用いて行った耐電力性 評価の寿命と印加電力との関係を示す。 また実施形態 1で行った実施例 1 (基板に近い側 の第 2の金属層の膜厚 1 70 OA) の結果もあわせて載せている。
図 1 0力、ら、 耐電力性については基板に近い側の第 2の金属層の膜厚が 200 OA以下 の場合 1Wで 5万時間という 1つの目安をクリアしている。 このことから基板に近い方の 第 2の金属層の膜厚は 200 O A以下であること力 ·?好ましいことがわかった。
(実施形態 6 )
本実施形態 6においては、 A 1への拡散係数が A 1の自己拡散係数よりも小さい第 1の 金属層として T iを用い、 第 2の金属層の、 常温において A 1に対し固溶する金属として S cを、 常温において A 1の粒界において偏析もしくは A 1との金属間ィ匕合物を形成する 金属として C uを用い、 図 2に示す電極構成を有する電極膜で AM P S規格のァンテナ共 用器用受信側フィルタを作成した。
ただし第 2の金属層において S cの添加量を 0. l w t %, 0. 1 5 w t %, 0. 3w t %としたもの （この時 C uの添加量はすべて 1.
Figure imgf000020_0001
【％とした） および C uの添加量 を 0. 5w t %, 1. 0w t %, 2. 0w t %としたもの （この時 S cの添加量はすべて 0. 1 5 w t %とした） の計 6種類にっ 、て検討を行った。 »電力性の評価は実施形態 4 と同様に、 33 d Bmの電力を印加してそれぞれの SAWフィルタの寿命を求めた。 （表 6) に結果を示す。 耐電力性につ t、ては S cの添加量が常温の A 1に対する固溶限である 0. 1 5 w t %で 最もよく、 それに対して C uは添加量の増加とともに向上している。 このように、 第 2の 金属層における、 常温において A 1に対し固溶する金属の添加量は、 常温における固溶限 を超えない範囲が好ましく、 また常温において A 1の粒界において偏析もしくは A 1との 金属間化合物を形成する金属の添加量は、 常温での A 1に対する固溶限以上であることが 好ましいことがわかった。
(実施形態 7)
本実施形態 7においては、 A 1への拡散係数が A 1の自己拡散係数よりも小さい第 1の 金属層として T iを用い、 第 2の金属層として A 1 — 0· 1 5w t %S c - 0. 5w t % C uを用 t、た図 2に示す電極構成を有する電極膜を用 t、てァ二一リングの効果を調べた。 表 6
Scの添加量 Cuの添加量 電極材料 寿主 A
叩
(wt%) (wt%) (時間）
(各層の膜厚（A ) )
基板 / Ti / A卜 0.1wt%Sc-1.0wt%Gu / Ti / A卜 0.1wt%Sc— 1.0wt%Gu
0.10 1 .0 図 2 51
(基板 / 200 / 1700 / 200 / 1700 )
基板 / Ti / AK).15wt%Sc— 1.0wt%Cu / Ti / AI-0.15wt%Sc-1.0wt%Cu
0.1 5 1.0 図 2 98
(基板 1 200 / 1700 / 200 / 1700 )
基板 / Ti / AI-0.3wt%Sc-1.0wt%Cu / Ti / A 0.3wt%Sc-1.0wt%Cu
0.30 1 .0 図 2 72
(基板 / 200 / 1700 / 200 / 1700 )
基板 / Τί / AK 5wt%Sc-0.5wt%Cu / Ti / AK).15wt%Sc-0.5wt%Cu
0.15 0.5 図 2 54
(基板 / 200 / 1700 / 200 / 1700 )
基板 / Ti / AK).15wt%Sc- 1.0wt%Cu / Ti / AI-0.15 wt Sc-1.0 t Cu
0.15 1 .0 図 2 98
(基板 / 200 / 1700 / 200 / 1700 )
基板 / Ti / AK).15wt%Sc-2.0w«Cu / Ti / AK).15wt%Sc-2.0wt%Cu
0.15 2.0 図 2 171
(基板 / 200 / 1700 / 200 / 1700 )
そのために、 成膜後熱処理なし、 成膜後 100°C2時間、 1 50°C2時間、 200°C2時 間、 25 (TC 2時間、 300 °C 2時間、 350 °C 2時間、 400 °C 2時間の熱処理を施し た 8種類の電極膜を用いて AMP S規格におけるアンテナ共用器用受信側フィル夕を作成 した。 ァニーリングはすべて麵後/、°タ -ン形成を行う前のウェハー状態で真空中で行つ た。
これらの SAWフィルタに対し実施形態 4と同様に印加電力 33 dBmで耐電力性試験 を行い、 それぞれの SAWフィルタの寿命を求めた。 その結果を図 1 1に示す。 ただし図 1 1ではそれぞれの寿命を、 アニーリングを行わなかった場合の SAWフィルタの寿命で 規格化した値で示して t、る。 ァニ一リング後の電極膜の断面を観察したところ、 積層して いる構造そのものの変化は観察されなかったが、 熱処理の が 250°C以上のサンプル では第 2の金属層である A 1— 0. 1 5wt%S c- 1. 0w t %C u膜の粒径がァニー リングを行わなかったサンプルと比較して大きくなつているの力観察された。 このことカ^ ァニ一リングによる耐電力性の向上がァニーリング^ g250°C付近でピークをもつ原因 であると考えられ、 350°C以上ではかえつて耐電力性を悪化させてしまう原因となって いるものと推測される。
さらに、 400て以上でアニーリングしたサンプノレについては挿入損失が増大し、 SA Wフィルタの電気的特性が悪化していた。 分析の結果これは電極膜を形成している T iと A 1—0. 1 5 w t % S c - 1. Owt%Cuとが合金層を形成してしまい、 膜の比抵抗 が上昇してしまったためであることが分かった。
これらの結果より、 アニーリングを行うことで耐電力性をさらに改善できること、 ァニ 一リング温度としては、 第 2の金属層である A 1合金の粒径が増大することのない 1 5 0て以上 350 °C以下が好ましいこと、 さらには第 1の金属層と第 2の金属層が合金層を 形成しない^ K条件力好ましいことカわかった。 当然のことながら、 謹からパッケージ の各工程における工程' についても 350°C以下が好ましい。
また 1 Wの電力で動作させた S AWフィルタの通電による発熱の状態を求めたところ、 チップの温度は約 1 50°Cとなっていることがわかった。 この通電による発熱は SAWフ イルクの設計や SAWフィルタを動作させる条件 （環境温度や動作電力など） によって大 きく異なるが、 T iが A 1合金へ拡散しないためには実用動作条件下においてチップの温 度は 400 °C以下、 好ましくは 350て以下となることが望まし 、。 そのような設計およ び動作条件下にお L、て使用する S AWフィルタに対して本発明の電極材料を用 tヽた場合、 耐電力性が大きく改善される。
(実施形態 8 )
電力の入力される初段の S A W共振子力、'直列に配置されたラダ一型の S AWフィルタを、 実施形態 2における実施例 3、 4の電極構成を有する電極膜を用いて作成し、 実施形態 1 と全く同様な方法で耐電力性試験を行レ、寿命を測定した。
図 1 2 ( a ) に本実施形態 8の S AWフィルタの斜視図を、 図 1 2 ( b ) に構成図を示 している。 図 1 2において 6カ埴列に配置された S AW共振子であり、 7が並列に配置さ れた S A W共振子である。 図 1 3は直列に配置された共振子および並列に配置された S A W共振子のィンピーダンス特性とフィルタ特性の関係を示す概念図を示して L、る。
図 1 3において、 8はフィルタ特性、 9は並列に配置された S AW共振子のインピーダ ンス特性、 1 0は直列に配置された S AW共振子のインピーダンス特性、 1 1は並列の S A W共振子の直列共振点、 1 2は並列の S A W共振子の並列共振点、 1 3は直列の S AW 共振子の直列共振点、 1 4は直列の S A W共振子の並列共振点を示している。
図 1 3から分かるように、 ラダ一型の S AWフィルタの場合、 フィルタ特性の低周波数 側の特性は並列に配置された S AW共振子で、 またフィル夕特性の高周波数側の特性は直 列に配置された S A W共振子で形成されている。 従って受信帯域力送信帯域の低周波数側 に設置されているシステムにおいて、 送信側から漏れた信号は、 受信側フィルタの帯域よ り低周波数側の減衰域、 つまり並列に配置された S AW共振子の共振点近傍に印加される ことになる。
このためァンテナ共用器用受信側フィルタをラダー型の S AWフィル夕で実現する場合、 実施形態 1〜 7で用いた、 入力側初段に S A W共振子が並列に配置された図 1に示す S A Wフィルタでは送信側からの漏れ信号のほとんどは初段の並列に配置された共振子 1段で グランド電位に流れ、 しかも電力は電極に並列に配置された S AW共振子の共振点近辺に 印加されることになる。 S AW共振子において共振点は最も電極力大きく励振される点で あり電極力最も劣化しゃす L、。
これに対し本実施形態 8のように、 初段に S AW共振子カ埴列に配置された図 1 2に示 す S AWフィルタの場合、 送信側からの漏れ信号のほとんどは、 初段の直列に配置された S A W共振子とその次の並列に配置された S A W共振子の 2段でグランドに流れることに なり、 並列に配置された S AW共振子へ印加される電力が軽減される。 初段の直列に配置 された S A W共振子は送信側の漏れ信号が共振点から大きくずれて tヽるため、 電極が大き く励振されない。 その結果設計上耐電力性を向上させることができる。 図 1 4に耐電力性 試験の結果を示す。 実施例 3、 4の S AWフィルタは、 図 1に示す初段が並列に配置され た回路構成で評価した結果では図 Ίに示したように寿命が不充分であつた力^ 図 1 2のよ うに初段カ墻列に配置された回路で使用すれば、 すべて 1 W 5万時間以上の寿命を有して おり、 ァンテナ共用器の受信段フィル夕として使用可能である。 以上本発明の実施形態 1〜 7にお! ^、て、 A 1への拡散係数が A 1の自己拡散係数よりも 小さい第 1の金属層として T iを用い、 力、つ第 2の金属層として少なくとも 以上の 常温において A 1に対し固溶する金属として S cを、 少なくとも 1種類以上の常温におい て A 1の粒界において偏析もしくは A 1との金属間化合物を形成する金属として C uを用 I、た場合につ t、て実施例を示したが、 これに限られるものではなく A 1への拡散係数が A 1の自己拡散係数よりも小さい第 1の金属層として高融点金属 （T i， Z r , H f , V, N b , T a , C r , M o , W， H f N, H f C , Z r N, Z r C , T a C , T i W, T i N) から 1種類以上の材料を用いても同様な効果を得ることができる。 また索 2の金属層 においても、 常温において A 1に対し固溶する金属としては S c、 ガリウム、 ハフニウム、 亜鉛、 リチウム、 ジルコニウム、 チタンおよびマグネシウムのうちの少なくとも 1種類以 上の金属を用いた場合、 および常温において A 1の粒界において偏析もしくは A 1 との金 属間化合物を形成する金属としてゲルマニウム、 銅、 パラジウム、 およびシリコンのうち の少なくとも 1種類以上の金属を用 L、た場合にも同様な効果が得られ、 耐電力性に優れた 電極膜を得ることができる。
また、 各実施例の電極において第 1の金属層あるいは第 2の金属層力複数層存在するが、 それぞれの層に用いられる第 1の金属層あるいは第 2の金属層はそれぞれ必ずしも同一材 料あるいは同一組成である必要はなく、 また同一膜厚である必要もない。 産業上の利用可能性
以上のように、 本発明によれば耐電力性に優れ、 熱的にも安定で挿入損失の増加を防止 でき、 かつ従来のパターン形成技術を用いて作成できる S A Wデバイスを得ることができ る。 その結果、 大電力が印加される携帯電話の共用器部分に S AWデバイスを用いること ができ、 ァンテナ共用器部分の小型 ·軽量化を図ることができる。

Claims

請求の範囲
1 . 基板上に第 1の金属層上に第 2の金属層が積層された積層体が少なくとも 2段以上 積層された電極を有する弾性表面波デバイスにおいて、 第 1の金属層は A 1への拡 散係数が A 1の自己拡散係数よりも小さい金属からなり、 第 2の金属層は少なくと も 1種類以上の常温において A 1に対し固溶する金属と、 少なくとも 1種類以上の 常温において A 1の粒界で偏析もしくは A 1 との金属間化合物を形成する金属が添 加された 3元以上の A 1合金からなる電極を有する弾性表面波デ/く'イス。
2 . 基板上に第 2の金属層で第 1の金属層を挟み込んだ構造の積層体力積層された電極 を有する弾性表面波デバイスにお t、て、 第 1の金属層は少なくとも 1種類以上の常 温において A 1に対し固溶する金属と、 少なくとも 1種類以上の常温において A 1 の粒界で偏析もしくは A 1 との金属間化合物を形成する金属が添加された 3元以上 の A ]合金からなり、 第 2の金属層は A 1への拡散係数が A 1の自己拡散係数より も小さ 、金属からなる電極を有する弾性表面波デバイス。
3 . 前記第 2の金属層のうち、 前記基板から遠い側の金属層を、 A 1、 または A 1に 1 種類以上の金属が添加され前記第 2の金属層を形成する A 1合金と種類もしくは組 成の異なる 2元以上の A 1合金からなる、 前記第 2の金属層よりもシート抵抗が低 い第 3の金属層でおきかえた電極を有する請求項 1あるいは 2に記載の弾性表面波 デバイス。
4 . 前記第 1の金属層が、 A 1への拡散係数が A 1の自己拡散係数よりも小さ 、金属に A 1を添加した金属からなる電極を有する請求項 1〜3のいずれかに記載の弾性表 面波デバィス。
5 . 前記基板と接触する最下層の第 1の金属層の膜厚が 1 0 0 A〜5 0 O Aである電 極を有する請求項 1、 3あるいは 4に記載の弾性表面波デノくィス。
6 . 前記第 2の金属層のうち基板に近い側の金属層の膜厚が 2 0 0 0 A以下である電極 を有する請求項 1〜 5のいずれ力、に記載の弾性表面波デバイス。
7. 前記第 2の金属層は、 常温において A 1に対し固溶する金属の添加量カヾ常温におけ る固溶限度を超えない範囲であり、 常温において A 1の粒界で偏析もしくは A 1 と の金属間化合物を形成する金属の添加量が常温での A 1に対する固溶限度以上であ るような電極を有する請求項 1〜 6の Lヽずれかに記載の弾性表面波デ ィス。
8. Ittfl己第 2の金属層において、 常温において A 1に対し固溶する金属としてスカンジ ゥム、 ガリウム、 ハフニウム、 亜鉛、 リチウム、 ジルコニウム、 チタンおよびマグ ネシゥムのうちの少なくとも 1種類以上の金属を用い、 常温において A 1の粒界で 偏析もしくは A 1 との金属間化合物を形成する金属としてゲルマニウム、 銅、 パラ ジゥムおよびシリコンのうちの少なくとも 1種類以上の金属を用いた電極を有する 請求項 1〜 7の L、ずれか一つに記載の弾性表面波デバイス。
9. 編己第 1の金属層として高融点金属 （T i， Z r , H f , V, N b , T a， C r , M o， W, H f N, H f C , Z r N, Z r C, T a C , T i W, T i N等） を用い た電極を有する請求項 1〜 8のいずれか一つに記載の弾性表面波デバイス。
1 0. A 1への拡散係数が A 1の自己拡散係数よりも小さ L、前記第 1の金属層として特に T iを用いた電極を有する請求項 9に記載の弾性表面波デバイス。
1 1 . 編己第 2の金属層において、 常温において A 1に対し固溶する金属としてスカンジ ゥムを用い、 常温において A 1の粒界において偏析もしくは A 1 との金属間化合物 を形成する金属として銅を用いた電極を有する請求項 8に記載の弾性表面波デバイ ス。
1 2. 前記第 1の金属層および第 2の金属層を D Cマグネトロンスパッタ法により βし た後、 1 5 0て以上 3 5 0 °C以下の温度で熱処理を行い、 その後パターニングを反 応性イオンエッチング法により行うことで作成した請求項 1〜 1 1のいずれかに記 載の弾性表面波デバイスの製造法。
1 3. 弾性表面波共振子を直並列の梯子型に接続してフィルタ特性を実現する弾性表面波 フィルタにおいて、 電力の入力される初段の共振子が直列に配置された弾性表面波 共振子であり、 かつ電極が請求項 1〜 1 1の L、ずれかに記載の構造を有している、 受信帯域が送信帯域の低周波数側に設置されて Lヽるアンテナ共用器用受信フィルタ。
1 4. ァンテナ共用器部分に請求項 1 ~ 1 1の 、ずれか一つに記載の電極を有する弾性表 面波デ ィスを用 L、た移動体通信機器。
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