JP2002140075A - 基板実装型バルク波音響共鳴器の空洞全体にまたがる下部電極 - Google Patents
基板実装型バルク波音響共鳴器の空洞全体にまたがる下部電極Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】堅牢で高いＱ値を有する音響共鳴器の製造方法
の提供。 【解決手段】音響共鳴器(42;62;92)を利用してフイルターが
形成される。各共鳴器は独自の空洞(48;76)、及びその
空洞を完全に覆う下部電極(44;64)を有し、そのため下
部電極(44;64)は支持された周辺領域により囲まれた支
持されていない内部領域を有する。好適な実施例におい
て、空洞は、エッチンク゛により基板(46;78)内への窪みを形
成して、その窪みを犠牲材料(52)で充填し、FBAR又はSB
ARを画定する導電層と電極層(54と94)を堆積させ、その
後に犠牲材料を窪みから除去することにより形成され
る。また代替として、犠牲材料は、窪みの周辺に限定さ
れた放出用穴(60)を介して除去される。好適には、下側
電極は空洞にまたがる電極だけであり、これにより寄生
FBAR又は寄生SBARの形成を制限する。
の提供。 【解決手段】音響共鳴器(42;62;92)を利用してフイルターが
形成される。各共鳴器は独自の空洞(48;76)、及びその
空洞を完全に覆う下部電極(44;64)を有し、そのため下
部電極(44;64)は支持された周辺領域により囲まれた支
持されていない内部領域を有する。好適な実施例におい
て、空洞は、エッチンク゛により基板(46;78)内への窪みを形
成して、その窪みを犠牲材料(52)で充填し、FBAR又はSB
ARを画定する導電層と電極層(54と94)を堆積させ、その
後に犠牲材料を窪みから除去することにより形成され
る。また代替として、犠牲材料は、窪みの周辺に限定さ
れた放出用穴(60)を介して除去される。好適には、下側
電極は空洞にまたがる電極だけであり、これにより寄生
FBAR又は寄生SBARの形成を制限する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に音響共鳴器に
関し、より具体的には基板上に音響共鳴器を支持するた
めの手法に関する。
関し、より具体的には基板上に音響共鳴器を支持するた
めの手法に関する。
【０００２】
【従来の技術】薄膜で形成される音響共鳴器は、精密に
制御された周波数を必用とする多くの用途に利用するこ
とが出来る。薄膜バルク音響共鳴器（Film bulk Acoust
ic Resonator：ＦＢＡＲ）又はスタック化薄膜バルク音
響共鳴器（Stacked Thin FilmBulk Acoustic Resonato
r：ＳＢＡＲ）は、サイズ、コスト及び周波数安定性が
重要な要因である携帯電話等の装置のフィルタとして利
用することが出来る。
制御された周波数を必用とする多くの用途に利用するこ
とが出来る。薄膜バルク音響共鳴器（Film bulk Acoust
ic Resonator：ＦＢＡＲ）又はスタック化薄膜バルク音
響共鳴器（Stacked Thin FilmBulk Acoustic Resonato
r：ＳＢＡＲ）は、サイズ、コスト及び周波数安定性が
重要な要因である携帯電話等の装置のフィルタとして利
用することが出来る。
【０００３】ＦＢＡＲは、２つの導電性電極間に位置す
る圧電材料から成る薄膜を含むが、ＳＢＡＲは、追加の
圧電材料の層を含み、かかる層の各々がそれぞれ２つの
電極を分離している。ＦＢＡＲ又はＳＢＡＲの活性層は
その周辺部の周りでその層を支持することにより、空気
中に浮いている。積層構造の両側における空気／共鳴器
界面が稼動中に生じるエネルギーを捕らえる。
る圧電材料から成る薄膜を含むが、ＳＢＡＲは、追加の
圧電材料の層を含み、かかる層の各々がそれぞれ２つの
電極を分離している。ＦＢＡＲ又はＳＢＡＲの活性層は
その周辺部の周りでその層を支持することにより、空気
中に浮いている。積層構造の両側における空気／共鳴器
界面が稼動中に生じるエネルギーを捕らえる。
【０００４】圧電層によって隔てられた２つの電極間に
信号が印加されることにより、時間と共に変化する電界
が生じると、圧電材料は電気エネルギーの一部を音波の
形態をとる力学的エネルギーへと変換する。音波は電界
と同じ方向に伝搬され、空気／共鳴器界面において反射
する。適正に製作されたＦＢＡＲ又はＳＢＡＲの場合、
音波は特定の力学的共振を有する。
信号が印加されることにより、時間と共に変化する電界
が生じると、圧電材料は電気エネルギーの一部を音波の
形態をとる力学的エネルギーへと変換する。音波は電界
と同じ方向に伝搬され、空気／共鳴器界面において反射
する。適正に製作されたＦＢＡＲ又はＳＢＡＲの場合、
音波は特定の力学的共振を有する。
【０００５】その力学的共振周波数で動作可能な場合、
ＦＢＡＲ又はＳＢＡＲは電子共鳴器として機能する為、
フィルタとして用いることが可能である。この力学的共
振周波数において、圧電材料中における音波の所定の位
相速度に関して共鳴器を介して伝搬する音波の半波長
は、共鳴器の全体の厚さとほぼ等しい。音速は光速と比
較すると何桁も遅い為、結果として小型の共鳴器を得る
ことが出来る。ＧＨｚレンジの周波数が望まれる用途に
利用される共鳴器は、直径１００μｍ未満、厚さ数μｍ
の物理的寸法で構成することが出来る。
ＦＢＡＲ又はＳＢＡＲは電子共鳴器として機能する為、
フィルタとして用いることが可能である。この力学的共
振周波数において、圧電材料中における音波の所定の位
相速度に関して共鳴器を介して伝搬する音波の半波長
は、共鳴器の全体の厚さとほぼ等しい。音速は光速と比
較すると何桁も遅い為、結果として小型の共鳴器を得る
ことが出来る。ＧＨｚレンジの周波数が望まれる用途に
利用される共鳴器は、直径１００μｍ未満、厚さ数μｍ
の物理的寸法で構成することが出来る。
【０００６】ＦＢＡＲは従来から基板表面に下部電極、
圧電膜、そして上部電極を堆積させることにより製作さ
れている。従って空気／共鳴器界面の上部は、既にでき
ているが、下部界面は何らかの設計の選択が必要とな
る。下部界面において所望の特性を得る為の周知の手法
は、いくつか存在する。
圧電膜、そして上部電極を堆積させることにより製作さ
れている。従って空気／共鳴器界面の上部は、既にでき
ているが、下部界面は何らかの設計の選択が必要とな
る。下部界面において所望の特性を得る為の周知の手法
は、いくつか存在する。
【０００７】第一の手法は、基板材料を基板の裏側から
エッチングによって除去することを含む。基板がシリコ
ンである場合、強い塩基のエッチング液であるＫＯＨを
用いて、シリコンが裏側からエッチングによって除去さ
れる。この手法については、Ｒｕｂｙ等による米国特許
第５，５８７，６２０号に詳細に記載されている。図１
を参照すると、シリコン基板１２の上面にＳｉ3Ｎ4層１
０が堆積される。その後基板１２の裏面をＫＯＨを用い
てエッチングする。エッチング工程中、シリコン基板の
約８０％を除去し、構造上の安定性を提供する残存部１
４を残すことが望ましい。次に下部電極１６用の金属被
覆をＳｉ3Ｎ4層１０上に形成する。次に、圧電層１８と
して窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を堆積させる。その後
圧電層１８の表面に第二の電極２０を形成する。ＦＢＡ
ＲではなくＳＢＡＲを製作する場合、図２に示したよう
に更に第二の圧電層２２及び第三の電極２４も形成され
る。
エッチングによって除去することを含む。基板がシリコ
ンである場合、強い塩基のエッチング液であるＫＯＨを
用いて、シリコンが裏側からエッチングによって除去さ
れる。この手法については、Ｒｕｂｙ等による米国特許
第５，５８７，６２０号に詳細に記載されている。図１
を参照すると、シリコン基板１２の上面にＳｉ3Ｎ4層１
０が堆積される。その後基板１２の裏面をＫＯＨを用い
てエッチングする。エッチング工程中、シリコン基板の
約８０％を除去し、構造上の安定性を提供する残存部１
４を残すことが望ましい。次に下部電極１６用の金属被
覆をＳｉ3Ｎ4層１０上に形成する。次に、圧電層１８と
して窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を堆積させる。その後
圧電層１８の表面に第二の電極２０を形成する。ＦＢＡ
ＲではなくＳＢＡＲを製作する場合、図２に示したよう
に更に第二の圧電層２２及び第三の電極２４も形成され
る。
【０００８】第三の電極２４を形成した後、既にエッチ
ングされた空洞内のシリコンの残存部１４を、ＫＯＨエ
ッチングよりも容易に制御することが出来る低速のエッ
チング処理により除去する。例えば、圧電層１８、２２
のＡｌＮを侵食しにくいことからテトラメチル水酸化ア
ンモニウム（ＴＭＡＨ）エッチング溶液を利用すること
が出来る。この結果、図２のＳＢＡＲ２６が形成され
る。
ングされた空洞内のシリコンの残存部１４を、ＫＯＨエ
ッチングよりも容易に制御することが出来る低速のエッ
チング処理により除去する。例えば、圧電層１８、２２
のＡｌＮを侵食しにくいことからテトラメチル水酸化ア
ンモニウム（ＴＭＡＨ）エッチング溶液を利用すること
が出来る。この結果、図２のＳＢＡＲ２６が形成され
る。
【０００９】第一の手法に伴う問題の１つは、製造の歩
留まりが相対的に低くなるということである。ウエハ１
２に形成される空洞によりウエハが非常に脆くなり、き
わめて破損しやすいからである。さらに、ＫＯＨを用い
たウエットエッチングにより、５４．７度の傾斜を持つ
側壁が形成される。これにより、所定寸法のウエハ上に
製作する音響共鳴器の最終的な密度が制限される。例え
ば、横の寸法が約１５０μｍ×１５０μｍのデバイスを
標準的な５３０μｍ厚のシリコンウエハ上に構築する場
合、裏面のエッチングする開口は概ね４５０μｍ×４５
０μｍにもなってしまう。この結果、生産的に利用する
ことが出来るのはウエハ全体の１１％程度に限られてし
まう。
留まりが相対的に低くなるということである。ウエハ１
２に形成される空洞によりウエハが非常に脆くなり、き
わめて破損しやすいからである。さらに、ＫＯＨを用い
たウエットエッチングにより、５４．７度の傾斜を持つ
側壁が形成される。これにより、所定寸法のウエハ上に
製作する音響共鳴器の最終的な密度が制限される。例え
ば、横の寸法が約１５０μｍ×１５０μｍのデバイスを
標準的な５３０μｍ厚のシリコンウエハ上に構築する場
合、裏面のエッチングする開口は概ね４５０μｍ×４５
０μｍにもなってしまう。この結果、生産的に利用する
ことが出来るのはウエハ全体の１１％程度に限られてし
まう。
【００１０】空気／共鳴器界面を形成する為の第二の手
法は、エアブリッジ型ＦＢＡＲ／ＳＢＡＲデバイスを製
作するものである。代表的には、犠牲層を堆積させ、次
にその犠牲層の上に音響共鳴器の積層構造を形成する。
工程の終盤近く、或いは最終ステップにおいて、この犠
牲層が除去される。この手法によれば処理は全て上面側
で済まされる為に、両面のアライメントをとること、及
び大面積の裏面の空洞を有することに苦しめられない。
しかしながら、この手法には他の固有の問題がある。第
一には、この手法を大型のデバイスに実施することが困
難な点である。通常、犠牲層は熱成長させた二酸化シリ
コンであり、これは後に１００〜３００ｎｍ／分（１０
００〜３０００Å／分）のエッチ速度を持つフッ化水素
（ＨＦ）ガスを使って除去される。約１５０μｍ×１５
０μｍ以上の大きさであるデバイスの下部領域をエッチ
ングするためには、５００分を越えるエッチング時間が
必要である。これは所要時間が過剰に長いことに加え、
３０分を超える期間、金属電極をエッチング剤にさらす
ことにより、金属電極が圧電材料から剥離するというこ
とになる。
法は、エアブリッジ型ＦＢＡＲ／ＳＢＡＲデバイスを製
作するものである。代表的には、犠牲層を堆積させ、次
にその犠牲層の上に音響共鳴器の積層構造を形成する。
工程の終盤近く、或いは最終ステップにおいて、この犠
牲層が除去される。この手法によれば処理は全て上面側
で済まされる為に、両面のアライメントをとること、及
び大面積の裏面の空洞を有することに苦しめられない。
しかしながら、この手法には他の固有の問題がある。第
一には、この手法を大型のデバイスに実施することが困
難な点である。通常、犠牲層は熱成長させた二酸化シリ
コンであり、これは後に１００〜３００ｎｍ／分（１０
００〜３０００Å／分）のエッチ速度を持つフッ化水素
（ＨＦ）ガスを使って除去される。約１５０μｍ×１５
０μｍ以上の大きさであるデバイスの下部領域をエッチ
ングするためには、５００分を越えるエッチング時間が
必要である。これは所要時間が過剰に長いことに加え、
３０分を超える期間、金属電極をエッチング剤にさらす
ことにより、金属電極が圧電材料から剥離するというこ
とになる。
【００１１】第三の手法は、デバイスの下部にエアギャ
ップがないことから固定実装型共鳴器（Solidly Mounte
d Resonator：ＳＭＲ）とも呼ばれる。音響ブラッグリ
フレクタを利用することによりデバイスの底部に大きな
音響インピーダンスを生じさせる。ブラッグリフレクタ
は高音響インピーダンス材料と低音響インピーダンス材
料の層を交互に設けて形成される。各層の厚さは共振周
波数の４分の１波長に固定される。充分な数の層によっ
て、圧電／電極界面の実効インピーダンスはデバイスの
音響インピーダンスよりも著しく高くなり、それによっ
て音波を効果的に圧電層内に捕らえることが出来る。こ
の手法は上記に説明した、自立型の膜の製作に関わるい
くつかの問題を回避するが、他の問題を抱えている。金
属層はデバイスの電気性能を劣化させる寄生容量を形成
することになる為、ブラッグリフレクタに利用される材
料の選択肢が限られているという点である。更に、利用
出来る誘電材料から作られる層の音響インピーダンスの
差異の程度はあまり大きくない為、より多数の層を必要
とする点である。これにより、各層の応力を適正に制御
しなければならないので製造工程が複雑となる。多数の
層を形成した後、多数のホールを通してバイアホールを
作ることが困難である為、デバイスは他の活性素子との
一体化に対して導電性ではない。更に、この種のデバイ
スはエアブリッジを有するデバイスと比べると有効結合
係数が著しく低いことが報告されている。
ップがないことから固定実装型共鳴器（Solidly Mounte
d Resonator：ＳＭＲ）とも呼ばれる。音響ブラッグリ
フレクタを利用することによりデバイスの底部に大きな
音響インピーダンスを生じさせる。ブラッグリフレクタ
は高音響インピーダンス材料と低音響インピーダンス材
料の層を交互に設けて形成される。各層の厚さは共振周
波数の４分の１波長に固定される。充分な数の層によっ
て、圧電／電極界面の実効インピーダンスはデバイスの
音響インピーダンスよりも著しく高くなり、それによっ
て音波を効果的に圧電層内に捕らえることが出来る。こ
の手法は上記に説明した、自立型の膜の製作に関わるい
くつかの問題を回避するが、他の問題を抱えている。金
属層はデバイスの電気性能を劣化させる寄生容量を形成
することになる為、ブラッグリフレクタに利用される材
料の選択肢が限られているという点である。更に、利用
出来る誘電材料から作られる層の音響インピーダンスの
差異の程度はあまり大きくない為、より多数の層を必要
とする点である。これにより、各層の応力を適正に制御
しなければならないので製造工程が複雑となる。多数の
層を形成した後、多数のホールを通してバイアホールを
作ることが困難である為、デバイスは他の活性素子との
一体化に対して導電性ではない。更に、この種のデバイ
スはエアブリッジを有するデバイスと比べると有効結合
係数が著しく低いことが報告されている。
【００１２】音響共鳴器はそれ自体だけで、或いは組み
合わせて利用することが出来る。例えば、幾つかの共鳴
器を電気的に接続することにより、帯域フィルタを形成
し、所望のフィルタ応答が提供される。可能なフィルタ
トポロジーはいくつかある。好都合とされるトポロジー
の１つが半梯子型トポロジーであり、これは一群の共鳴
器を直列に接続（直列共鳴器）し、これら直列共鳴器の
間に、接地に接続された分路共鳴器が設けらている。直
列共鳴器は、それらの共振周波数が分路共鳴器よりも約
２％から３％ほど高くなるように作られている。圧電層
の厚さは直列共鳴器も分路共鳴器も同じにすることが出
来る為、圧電材料の堆積層は共鳴器間で「共用」するこ
とが多い。実際、この圧電層を、上述した裏面ＫＯＨエ
ッチングにより形成された空洞部にまたがる主要支持構
造を提供する膜として利用する設計者は多い。この圧電
層の「共用」により、５４．７度のエッチング角度に起
因する基板スペースの損失を緩和することに役立つ。
合わせて利用することが出来る。例えば、幾つかの共鳴
器を電気的に接続することにより、帯域フィルタを形成
し、所望のフィルタ応答が提供される。可能なフィルタ
トポロジーはいくつかある。好都合とされるトポロジー
の１つが半梯子型トポロジーであり、これは一群の共鳴
器を直列に接続（直列共鳴器）し、これら直列共鳴器の
間に、接地に接続された分路共鳴器が設けらている。直
列共鳴器は、それらの共振周波数が分路共鳴器よりも約
２％から３％ほど高くなるように作られている。圧電層
の厚さは直列共鳴器も分路共鳴器も同じにすることが出
来る為、圧電材料の堆積層は共鳴器間で「共用」するこ
とが多い。実際、この圧電層を、上述した裏面ＫＯＨエ
ッチングにより形成された空洞部にまたがる主要支持構
造を提供する膜として利用する設計者は多い。この圧電
層の「共用」により、５４．７度のエッチング角度に起
因する基板スペースの損失を緩和することに役立つ。
【００１３】空気／共鳴器界面形成の手法にかかわら
ず、従来の思考によれば圧電層の支持されていない領域
（自立領域）のみの両側に上部電極及び下部電極がなけ
ればならない。こうすることで音響エネルギーが生成さ
れる領域が自立領域へと分離され、音響エネルギーが下
部の基板中へと消失しにくくなる。更に従来の思考で
は、部品の小型化を達成するという目的の結果として、
個々に空洞を持つ別個の共鳴器を設けるということは好
ましくなかった。
ず、従来の思考によれば圧電層の支持されていない領域
（自立領域）のみの両側に上部電極及び下部電極がなけ
ればならない。こうすることで音響エネルギーが生成さ
れる領域が自立領域へと分離され、音響エネルギーが下
部の基板中へと消失しにくくなる。更に従来の思考で
は、部品の小型化を達成するという目的の結果として、
個々に空洞を持つ別個の共鳴器を設けるということは好
ましくなかった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】従って、圧縮性及び引
張性の両方を含む広い範囲の応力に対して耐えることが
でき、比較的高い性能係数（Ｑ）を示す自立領域を有す
る音響共鳴器の製造方法が必要とされている。
張性の両方を含む広い範囲の応力に対して耐えることが
でき、比較的高い性能係数（Ｑ）を示す自立領域を有す
る音響共鳴器の製造方法が必要とされている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】堅牢で高いＱ値を持つ音
響共鳴器を利用してフィルタが形成される。この場合、
音響共鳴器の各々は独自の空洞を持ち、実質的に支持基
板中に形成された開放領域全体にわたって伸びる下部電
極を含む。下部電極は開放領域の全ての辺に接してお
り、そのため支持された周縁領域内に支持されていない
内部領域を含む。下部電極は、少なくとも１つの圧電層
と少なくとも１つの他の電極層を含む積層構造のうちの
１層である。これにより、下部電極が、積層構造の支持
されていない領域内に少なくとも１つのエッジを有する
音響共鳴器と比較して著しい改善がもたらされる。
響共鳴器を利用してフィルタが形成される。この場合、
音響共鳴器の各々は独自の空洞を持ち、実質的に支持基
板中に形成された開放領域全体にわたって伸びる下部電
極を含む。下部電極は開放領域の全ての辺に接してお
り、そのため支持された周縁領域内に支持されていない
内部領域を含む。下部電極は、少なくとも１つの圧電層
と少なくとも１つの他の電極層を含む積層構造のうちの
１層である。これにより、下部電極が、積層構造の支持
されていない領域内に少なくとも１つのエッジを有する
音響共鳴器と比較して著しい改善がもたらされる。
【００１６】本発明の一実施形態においては、開放領域
は、音響共鳴器積層構造が堆積される表面から空洞を形
成するようにエッチングすることによって基板内に形成
される。空洞は、シリコンウエハとすることができる基
板の一部にまでしか達していない。そして、この空洞
は、後に除去される犠牲層材料によって埋められる。
は、音響共鳴器積層構造が堆積される表面から空洞を形
成するようにエッチングすることによって基板内に形成
される。空洞は、シリコンウエハとすることができる基
板の一部にまでしか達していない。そして、この空洞
は、後に除去される犠牲層材料によって埋められる。
【００１７】下部電極は犠牲層材料の上部に直接的に形
成されることが望ましいが、中間層を含めることも出来
る。下部電極は、空洞の全ての辺において犠牲層材料を
越えて伸びる。空洞が異方性エッチング工程により形成
される場合、空洞は少なくとも３つの側辺を有すると考
えられる。従って下部電極は、支持された内部領域と、
基板に支持された３つ以上の周辺領域を有する。
成されることが望ましいが、中間層を含めることも出来
る。下部電極は、空洞の全ての辺において犠牲層材料を
越えて伸びる。空洞が異方性エッチング工程により形成
される場合、空洞は少なくとも３つの側辺を有すると考
えられる。従って下部電極は、支持された内部領域と、
基板に支持された３つ以上の周辺領域を有する。
【００１８】次に下部電極上に圧電層が形成される。圧
電層は下部電極の全てのエッジを越えて伸びることが好
ましい。圧電材料（例えばＡｌＮ）はカラム状材料（co
lumnar material）であり、下部電極のエッジにおいて
容易に段を降りる。この圧電材料の特性により、従来の
手法のように下部電極のエッジが空洞領域内で終端して
いる場合、性能が劣化することになる。支持されていな
い段を有する従来の手法を用いると、支持されていない
段状のエッジにおいて歪みつつ劣悪に形成されたカラム
状圧電膜が電気性能に悪影響を及ぼすことになる。更
に、段を降りることにより構造膜に機械的な弱さが生
じ、これにより潜在的にクラックをまねく。他方では、
下部電極を空洞の全ての側辺上に重ねて設けることによ
り、性能係数（Ｑ）が向上する。
電層は下部電極の全てのエッジを越えて伸びることが好
ましい。圧電材料（例えばＡｌＮ）はカラム状材料（co
lumnar material）であり、下部電極のエッジにおいて
容易に段を降りる。この圧電材料の特性により、従来の
手法のように下部電極のエッジが空洞領域内で終端して
いる場合、性能が劣化することになる。支持されていな
い段を有する従来の手法を用いると、支持されていない
段状のエッジにおいて歪みつつ劣悪に形成されたカラム
状圧電膜が電気性能に悪影響を及ぼすことになる。更
に、段を降りることにより構造膜に機械的な弱さが生
じ、これにより潜在的にクラックをまねく。他方では、
下部電極を空洞の全ての側辺上に重ねて設けることによ
り、性能係数（Ｑ）が向上する。
【００１９】上部電極は空洞によって画定される領域内
に存在する辺を含むことが好ましい。例えば、上部電極
の３つの側辺が空洞の「枠」内にあるようにし、１つの
エッジのみが空洞のエッジに重なり、積層構造と接触す
るシリコン部分上に存在するようにする。これにより下
部電極の段状のエッジに形成される寄生ＦＢＡＲ又は寄
生ＳＢＡＲの影響を低下させる。
に存在する辺を含むことが好ましい。例えば、上部電極
の３つの側辺が空洞の「枠」内にあるようにし、１つの
エッジのみが空洞のエッジに重なり、積層構造と接触す
るシリコン部分上に存在するようにする。これにより下
部電極の段状のエッジに形成される寄生ＦＢＡＲ又は寄
生ＳＢＡＲの影響を低下させる。
【００２０】積層構造が堆積された後、犠牲材料が空洞
から除去される。材料を除去する為の放出用穴は積層構
造内に形成することも可能である。しかしながら、好適
な実施形態においては、放出用穴は空洞の周辺部までに
限定される。このようにすると、横モードエネルギーの
変換又は損失の原因となる内部の不連続部が少なくな
り、音響共鳴器のＱ値が向上することに気付いたからで
ある。
から除去される。材料を除去する為の放出用穴は積層構
造内に形成することも可能である。しかしながら、好適
な実施形態においては、放出用穴は空洞の周辺部までに
限定される。このようにすると、横モードエネルギーの
変換又は損失の原因となる内部の不連続部が少なくな
り、音響共鳴器のＱ値が向上することに気付いたからで
ある。
【００２１】一実施形態において、下部電極は、空洞の
一辺の一部を下部電極によって重ならないように残し、
この部分に上部電極を重ねるようにする蛇行したエッジ
を含む。従って上部及び下部電極を、支持されていない
内部領域の外側で圧電層を挟まずに同じ側辺において重
ね合わせることが出来る。
一辺の一部を下部電極によって重ならないように残し、
この部分に上部電極を重ねるようにする蛇行したエッジ
を含む。従って上部及び下部電極を、支持されていない
内部領域の外側で圧電層を挟まずに同じ側辺において重
ね合わせることが出来る。
【００２２】本発明の利点の１つは、下部電極及び圧電
材料の段状のエッジを空洞から離して配置することによ
り、音響共鳴器の自立部分が非常に強くなり、圧縮性及
び引張性応力を含むより広い範囲の応力に耐えることが
できることである。他の利点は、下部電極の段状のエッ
ジを空洞から離したことにより、Ｑ値を向上させるとい
うことである。下部電極のエッジを空洞内に配置する従
来の手法において、発生した横モードエネルギーは、段
状のエッジにおいて不完全に形成された圧電材料から反
射することになる。エネルギーの一部はモード変換され
て失われ、他の部分は、不完全に形成されたエッジに見
られる空隙や不純物とばらばらに衝突することにより直
接的に熱へと変換されてしまう。しかしながら、エッジ
を基板表面上へと配置することにより、空洞のエッジは
高度に反射するエッジとしてエネルギーを音響共鳴器の
自立部分へと反射して戻すように機能する。この反射
は、寄生横モードからエネルギーの一部を戻す。
材料の段状のエッジを空洞から離して配置することによ
り、音響共鳴器の自立部分が非常に強くなり、圧縮性及
び引張性応力を含むより広い範囲の応力に耐えることが
できることである。他の利点は、下部電極の段状のエッ
ジを空洞から離したことにより、Ｑ値を向上させるとい
うことである。下部電極のエッジを空洞内に配置する従
来の手法において、発生した横モードエネルギーは、段
状のエッジにおいて不完全に形成された圧電材料から反
射することになる。エネルギーの一部はモード変換され
て失われ、他の部分は、不完全に形成されたエッジに見
られる空隙や不純物とばらばらに衝突することにより直
接的に熱へと変換されてしまう。しかしながら、エッジ
を基板表面上へと配置することにより、空洞のエッジは
高度に反射するエッジとしてエネルギーを音響共鳴器の
自立部分へと反射して戻すように機能する。この反射
は、寄生横モードからエネルギーの一部を戻す。
【００２３】本発明に従って形成された音響共鳴器によ
り許容される膜応力の範囲は、注目に値する。最高６×
１０10μＮ／ｃｍ2（６×１０9ダイン／ｃｍ2）までの
圧縮力と、約１０11μＮ／ｃｍ2（１０10ダイン／ｃ
ｍ2）の張力の膜応力を有するデバイスを形成した。他
の設計のものは、大幅に低い膜応力において故障（例え
ばクラックや座屈等）し始めた。Ｑ値は少なくとも２倍
に向上した。放出用穴を自立部分の中心から空洞のエッ
ジへと移動させると、更に１０％〜２０％ほどの改善が
得られることがわかった。
り許容される膜応力の範囲は、注目に値する。最高６×
１０10μＮ／ｃｍ2（６×１０9ダイン／ｃｍ2）までの
圧縮力と、約１０11μＮ／ｃｍ2（１０10ダイン／ｃ
ｍ2）の張力の膜応力を有するデバイスを形成した。他
の設計のものは、大幅に低い膜応力において故障（例え
ばクラックや座屈等）し始めた。Ｑ値は少なくとも２倍
に向上した。放出用穴を自立部分の中心から空洞のエッ
ジへと移動させると、更に１０％〜２０％ほどの改善が
得られることがわかった。
【００２４】
【発明の実施の形態】本発明は、従来のＦＢＡＲ形成手
法と比較することによって、より容易に理解することが
出来る。本発明の譲受人に譲渡されたＲｕｂｙ等による
米国特許出願番号第０９／０８８，９６４号に記載の手
法によれば、図３及び図４に示したＦＢＡＲ２８が得ら
れる。ＦＢＡＲは、下部電極３２及び上部電極３４の間
に挟まれた圧電層３０を含む。この従来の手法において
は、音響共鳴器の自立領域の下部電極が１つのエッジを
越えて配置されるが、空洞３６のエッチングにより確定
される支持枠の全エッジを覆う（例えば重なる）わけで
はない。圧電層３０の代表的な材料は窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）であり、これは、下部電極３２の段状のエッ
ジにおいて歪んで不十分に形成されるカラム状材料であ
る。この不十分に形成された領域を、図３及び図４にお
いて符号４０で示した。不十分に形成された領域は、図
４の３辺を持つ斜線領域４０によって示すように下部電
極３２の支持されていないエッジ全体に沿って伸びてい
る。
法と比較することによって、より容易に理解することが
出来る。本発明の譲受人に譲渡されたＲｕｂｙ等による
米国特許出願番号第０９／０８８，９６４号に記載の手
法によれば、図３及び図４に示したＦＢＡＲ２８が得ら
れる。ＦＢＡＲは、下部電極３２及び上部電極３４の間
に挟まれた圧電層３０を含む。この従来の手法において
は、音響共鳴器の自立領域の下部電極が１つのエッジを
越えて配置されるが、空洞３６のエッチングにより確定
される支持枠の全エッジを覆う（例えば重なる）わけで
はない。圧電層３０の代表的な材料は窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）であり、これは、下部電極３２の段状のエッ
ジにおいて歪んで不十分に形成されるカラム状材料であ
る。この不十分に形成された領域を、図３及び図４にお
いて符号４０で示した。不十分に形成された領域は、図
４の３辺を持つ斜線領域４０によって示すように下部電
極３２の支持されていないエッジ全体に沿って伸びてい
る。
【００２５】ここで図９及び図１０に示したＦＢＡＲ４
２を簡単に参照すると、下部電極４４のエッジは積層構
造の支持されていない内部領域から移動しており、下部
電極４４の全てのエッジが基板４６に接触するようにな
っている。図３及び図４のＦＢＡＲ２８と比べて、ＦＢ
ＡＲ４２は、両電極４４、５８及び圧電層５４が基板４
６上に直接的に存在する寄生の重なり部分によってわず
かに結合係数が低い（例えばｋｔ２）。しかしながら、
性能係数（Ｑ）の増大は、この結合係数の低下を相殺し
て余りがある。性能は結合係数とＱ値との積で測られる
為、ＦＢＡＲ４２の全体的な性能は、下側の共鳴器／空
気界面の全ての辺を超えて伸びるように下部電極を形成
することにより改善される。
２を簡単に参照すると、下部電極４４のエッジは積層構
造の支持されていない内部領域から移動しており、下部
電極４４の全てのエッジが基板４６に接触するようにな
っている。図３及び図４のＦＢＡＲ２８と比べて、ＦＢ
ＡＲ４２は、両電極４４、５８及び圧電層５４が基板４
６上に直接的に存在する寄生の重なり部分によってわず
かに結合係数が低い（例えばｋｔ２）。しかしながら、
性能係数（Ｑ）の増大は、この結合係数の低下を相殺し
て余りがある。性能は結合係数とＱ値との積で測られる
為、ＦＢＡＲ４２の全体的な性能は、下側の共鳴器／空
気界面の全ての辺を超えて伸びるように下部電極を形成
することにより改善される。
【００２６】次に図９及び図１０に示したＦＢＡＲ４２
の製造工程を、図５〜図８を参照しつつ説明する。図５
において、基板４６の一部が窪み４８を含むように示さ
れる。この窪みを形成するための手段は本発明に重要で
はない。従来から周知のように、ＫＯＨエッチングを用
いて、５４．７度の傾斜を有する側壁を含む異方性エッ
チングの窪みを形成することが出来る。エッチングは基
板４６の全体を貫通する開口が形成される前に終了す
る。従って、先端を切り取った逆角錐形状が形成され
る。図５に示した向きにおける窪みの端から端までの距
離は、最上部において３０μｍである。引き続いて形成
されるＦＢＡＲ積層構造の下の窪みの深さは、下にある
基板から音響的に分断されるのに充分な距離だけあれば
良い。従ってその深さは５μｍ未満とすることが出来
る。
の製造工程を、図５〜図８を参照しつつ説明する。図５
において、基板４６の一部が窪み４８を含むように示さ
れる。この窪みを形成するための手段は本発明に重要で
はない。従来から周知のように、ＫＯＨエッチングを用
いて、５４．７度の傾斜を有する側壁を含む異方性エッ
チングの窪みを形成することが出来る。エッチングは基
板４６の全体を貫通する開口が形成される前に終了す
る。従って、先端を切り取った逆角錐形状が形成され
る。図５に示した向きにおける窪みの端から端までの距
離は、最上部において３０μｍである。引き続いて形成
されるＦＢＡＲ積層構造の下の窪みの深さは、下にある
基板から音響的に分断されるのに充分な距離だけあれば
良い。従ってその深さは５μｍ未満とすることが出来
る。
【００２７】熱酸化物の薄膜５０をシリコン基板４６の
表面状に成長させ、後に堆積される膜が基板４６へと拡
散するのを防止することが好ましい。具体的に説明する
と、図６の犠牲層５２からリン材料がシリコン基板４６
へと拡散することでシリコンを導体に変えてしまうとい
う懸念があり、それは完成品の電気的動作に支障を来
す。
表面状に成長させ、後に堆積される膜が基板４６へと拡
散するのを防止することが好ましい。具体的に説明する
と、図６の犠牲層５２からリン材料がシリコン基板４６
へと拡散することでシリコンを導体に変えてしまうとい
う懸念があり、それは完成品の電気的動作に支障を来
す。
【００２８】図６において、周知の技術を用いて犠牲層
５２が堆積される。特に限定はされないが、犠牲層はリ
ン酸シリケートガラス（ＰＳＧ）とすることが出来る。
ＰＳＧは、リンを約８％含む軟質ガラス様の材料を形成
するためにシラン及びＰ2Ｏ5の供給源を利用し、約４５
０℃の温度で堆積される。この低温プロセスは当業者に
は周知であり、本明細書では詳細に説明しない。ＰＳＧ
が犠牲層材料の好適な選択肢である理由は、これが非常
に清浄かつ不活性の材料であり、相対的に低い温度で堆
積でき、またＨ2Ｏ：ＨＦの希釈溶液中にて非常に早い
エッチング速度でエッチングすることが出来るからであ
る。希釈率を１０：１とした場合、エッチング速度は約
３μｍ／分を得る。
５２が堆積される。特に限定はされないが、犠牲層はリ
ン酸シリケートガラス（ＰＳＧ）とすることが出来る。
ＰＳＧは、リンを約８％含む軟質ガラス様の材料を形成
するためにシラン及びＰ2Ｏ5の供給源を利用し、約４５
０℃の温度で堆積される。この低温プロセスは当業者に
は周知であり、本明細書では詳細に説明しない。ＰＳＧ
が犠牲層材料の好適な選択肢である理由は、これが非常
に清浄かつ不活性の材料であり、相対的に低い温度で堆
積でき、またＨ2Ｏ：ＨＦの希釈溶液中にて非常に早い
エッチング速度でエッチングすることが出来るからであ
る。希釈率を１０：１とした場合、エッチング速度は約
３μｍ／分を得る。
【００２９】残念ながら、生来のＰＳＧ犠牲層は音響共
鳴器を構築するためには、不良なベースである。かかる
層の表面は原子レベルでは、非常に粗い。ＦＢＡＲ／Ｓ
ＢＡＲタイプの音響共鳴器には、結晶が電極の平面に対
して垂直であるカラム状に成長する圧電材料を必用とす
る。ＰＳＧ層の表面上にきれいに平行化された圧電膜を
成長させようとしても、最良の場合でさえ圧電効果をわ
ずかしか、或いは全く示さない不良な多結晶の材料しか
得ることが出来ない。これは粗い表面の多数の小平面が
結晶の成長を様々な方向に生じさせるからである。
鳴器を構築するためには、不良なベースである。かかる
層の表面は原子レベルでは、非常に粗い。ＦＢＡＲ／Ｓ
ＢＡＲタイプの音響共鳴器には、結晶が電極の平面に対
して垂直であるカラム状に成長する圧電材料を必用とす
る。ＰＳＧ層の表面上にきれいに平行化された圧電膜を
成長させようとしても、最良の場合でさえ圧電効果をわ
ずかしか、或いは全く示さない不良な多結晶の材料しか
得ることが出来ない。これは粗い表面の多数の小平面が
結晶の成長を様々な方向に生じさせるからである。
【００３０】犠牲層５２を形成するためにＰＳＧを利用
することに関連した問題は、ＰＳＧ層の表面をスラリー
で研磨し、図５で形成された窪み４８の外側にあるＰＳ
Ｇ層の上部を除去することにより解決できる。この結果
得られた構造が図７に示されている。残されたＰＳＧ犠
牲層５２の表面を、より小さい粒子のスラリーを使って
研磨しても良い。代替として、さらなる研磨時間がかか
っても良い場合には、単一のより小さい粒子のスラリー
を両方の研磨工程に利用しても良い。その目的は「鏡面
のように」仕上げることである。熱酸化膜５０も犠牲層
５２の下にある部分を除いて基盤４６表面から研磨され
ているように示されているが、これは重要ではない。
することに関連した問題は、ＰＳＧ層の表面をスラリー
で研磨し、図５で形成された窪み４８の外側にあるＰＳ
Ｇ層の上部を除去することにより解決できる。この結果
得られた構造が図７に示されている。残されたＰＳＧ犠
牲層５２の表面を、より小さい粒子のスラリーを使って
研磨しても良い。代替として、さらなる研磨時間がかか
っても良い場合には、単一のより小さい粒子のスラリー
を両方の研磨工程に利用しても良い。その目的は「鏡面
のように」仕上げることである。熱酸化膜５０も犠牲層
５２の下にある部分を除いて基盤４６表面から研磨され
ているように示されているが、これは重要ではない。
【００３１】シリコンウエハ４６の洗浄も重要である。
スラリーを使用したことで基板表面にはシリカ粒子が残
っている。この粒子を除去しなければならない。好適な
実施形態においては、これを例えばＰＯＬＹＴＥＸ（コ
ネチカット州、Ｒｏｄｅｌ社）という商標名で市販され
ているもののような、硬質パッドを使った第二のエメリ
ーバフ（polishing wheel）を利用することにより実施
する。潤滑剤としては脱イオン水を利用する。研磨終了
後、基盤４６は最終洗浄工程の準備が整うまで脱イオン
水中に維持される。シリコン基板は最終研磨工程から最
終洗浄工程までの間、乾燥した状態にしてはならない。
最終洗浄工程には、基板を様々な化学薬品の入った一連
のタンク中に浸漬することが含まれる。各タンクは超音
波攪拌されている。このような洗浄ベンチは当該技術に
おいて周知であり、詳細な説明は省く。
スラリーを使用したことで基板表面にはシリカ粒子が残
っている。この粒子を除去しなければならない。好適な
実施形態においては、これを例えばＰＯＬＹＴＥＸ（コ
ネチカット州、Ｒｏｄｅｌ社）という商標名で市販され
ているもののような、硬質パッドを使った第二のエメリ
ーバフ（polishing wheel）を利用することにより実施
する。潤滑剤としては脱イオン水を利用する。研磨終了
後、基盤４６は最終洗浄工程の準備が整うまで脱イオン
水中に維持される。シリコン基板は最終研磨工程から最
終洗浄工程までの間、乾燥した状態にしてはならない。
最終洗浄工程には、基板を様々な化学薬品の入った一連
のタンク中に浸漬することが含まれる。各タンクは超音
波攪拌されている。このような洗浄ベンチは当該技術に
おいて周知であり、詳細な説明は省く。
【００３２】これらの工程の結果として、基板４６及び
犠牲層５２の表面は滑らかとなり、圧電層の「種結晶」
となり得る結晶構造を含まないという事実にもかかわら
ず、非常にきめの細かい、優良な圧電特性を示すｃ軸圧
電材料の堆積のベースを提供する。
犠牲層５２の表面は滑らかとなり、圧電層の「種結晶」
となり得る結晶構造を含まないという事実にもかかわら
ず、非常にきめの細かい、優良な圧電特性を示すｃ軸圧
電材料の堆積のベースを提供する。
【００３３】上記説明においては特定の研磨法及び洗浄
法を示したが、表面に必要な平滑性をもたらす方法であ
れば他の研磨法及び洗浄法を代用しても良い。好適な実
施形態における最終表面は、原子間力顕微鏡プローブに
よる測定で、高さの二乗平均平方根（ＲＭＳ）のばらつ
きが０．５μｍ未満である。
法を示したが、表面に必要な平滑性をもたらす方法であ
れば他の研磨法及び洗浄法を代用しても良い。好適な実
施形態における最終表面は、原子間力顕微鏡プローブに
よる測定で、高さの二乗平均平方根（ＲＭＳ）のばらつ
きが０．５μｍ未満である。
【００３４】図７の構造の表面を洗浄した後、音響共鳴
器を構成する各層が、基板４６及び犠牲層５２の表面上
に堆積される。図８を参照すると、第一の層は下部電極
４４である。好適な電極材料はモリブデンであるが、他
の材料を代用しても良い。例えば、アルミニウム、タン
グステン、金、プラチナ、パラジウム又はチタン等から
電極を作ることが可能である。モリブデンが好適である
のは、その熱弾性損失が低い為である。モリブデンの熱
弾性損失はアルミニウムの約１／５６である。
器を構成する各層が、基板４６及び犠牲層５２の表面上
に堆積される。図８を参照すると、第一の層は下部電極
４４である。好適な電極材料はモリブデンであるが、他
の材料を代用しても良い。例えば、アルミニウム、タン
グステン、金、プラチナ、パラジウム又はチタン等から
電極を作ることが可能である。モリブデンが好適である
のは、その熱弾性損失が低い為である。モリブデンの熱
弾性損失はアルミニウムの約１／５６である。
【００３５】下部電極４４の堆積後、圧電層５４が堆積
される。圧電層の好適な材料は、スパタリングにより堆
積したＡｌＮである。圧電層を形成するためのＡｌＮの
堆積は、当該技術で周知である為、堆積プロセスの説明
は省略する。好適な実施形態において、圧電層は０．１
μｍ〜１０μｍの厚さを持つ。
される。圧電層の好適な材料は、スパタリングにより堆
積したＡｌＮである。圧電層を形成するためのＡｌＮの
堆積は、当該技術で周知である為、堆積プロセスの説明
は省略する。好適な実施形態において、圧電層は０．１
μｍ〜１０μｍの厚さを持つ。
【００３６】下部電極４４は上述したように、図５にて
形成された窪み４８全体にわたって広がっており、その
窪み４８は現時点では中に犠牲層５２を含む。図８に示
されるように圧電層５４は下部電極４４の端部を越えて
伸びており、そのためカラム状の圧電材料は、基板４６
表面上に存在する不良に形成された段状のエッジ５６を
含む。これが図３及び図４に示した従来手法の支持され
ていない段状のエッジ４０とは異なる点である。
形成された窪み４８全体にわたって広がっており、その
窪み４８は現時点では中に犠牲層５２を含む。図８に示
されるように圧電層５４は下部電極４４の端部を越えて
伸びており、そのためカラム状の圧電材料は、基板４６
表面上に存在する不良に形成された段状のエッジ５６を
含む。これが図３及び図４に示した従来手法の支持され
ていない段状のエッジ４０とは異なる点である。
【００３７】次のステップにおいて、上部電極５８が堆
積される。上部電極もモリブデンから構成されることが
望ましい。ＦＢＡＲ４２の積層構造が形成された後、犠
牲層５２が前に形成された窪みから除去される。ＰＳＧ
材料の除去は、実用上の観点から、積層構造中に穴をあ
け、上述したＨ2Ｏ：ＨＦの希釈溶液が犠牲材料へと近
づく手段を提供することにより実施される。しかしなが
ら、この放出用穴を窪み４８の外周までに限定すること
で、より高いＱ値を得られることがわかっている。図１
０の上面図を参照すると、犠牲材料を窪み４８から除去
する手段として外周ＨＦ放出用穴６０が形成されてい
る。この時点においても、積層構造は支持されていない
内部領域及び基板４６の表面に取り付けられた４つの一
体化周辺領域を含んだ状態にある。
積される。上部電極もモリブデンから構成されることが
望ましい。ＦＢＡＲ４２の積層構造が形成された後、犠
牲層５２が前に形成された窪みから除去される。ＰＳＧ
材料の除去は、実用上の観点から、積層構造中に穴をあ
け、上述したＨ2Ｏ：ＨＦの希釈溶液が犠牲材料へと近
づく手段を提供することにより実施される。しかしなが
ら、この放出用穴を窪み４８の外周までに限定すること
で、より高いＱ値を得られることがわかっている。図１
０の上面図を参照すると、犠牲材料を窪み４８から除去
する手段として外周ＨＦ放出用穴６０が形成されてい
る。この時点においても、積層構造は支持されていない
内部領域及び基板４６の表面に取り付けられた４つの一
体化周辺領域を含んだ状態にある。
【００３８】図１０の上面図に示したように、上部電極
５８は窪み４８のエッジのうちの１つにしか重なってい
ない。ＦＢＡＲの寄生性質は相対的に小さいが、その影
響は電極‐圧電材料‐電極のサンドイッチ状の構造をシ
リコン基板４６の１部分上にのみ形成することにより、
制御され得る。
５８は窪み４８のエッジのうちの１つにしか重なってい
ない。ＦＢＡＲの寄生性質は相対的に小さいが、その影
響は電極‐圧電材料‐電極のサンドイッチ状の構造をシ
リコン基板４６の１部分上にのみ形成することにより、
制御され得る。
【００３９】図１１は本発明に従って形成されたＦＢＡ
Ｒ６２の他の実施形態を示す上面図である。下部電極６
４が１つ以上のリセス６６、６８を含み、上部電極７４
のくびれ部分７０、７２がこれらのリセスを通る為、こ
の実施形態を「さねはぎ構造」と呼ぶことが出来る。基
板７８中の空洞７６は上部電極及び下部電極により覆わ
れている為、点線で示した。この上面図からわかる通
り、上部電極７４は空洞７６の上にあたる領域において
のみ下部電極６４と重なっている。ＦＢＡＲ６２のＱ値
は図９に示したＦＢＡＲ４２のＱ値よりもわずかに小さ
く、破損の可能性も若干高いものの、ＦＢＡＲ６２には
下の基板７８へのいかなる寄生結合も排除出来るという
利点がある。依然として下部電極６４は空洞７６の全て
のエッジを越えて広がっている為、そしてカラム状の圧
電材料（図示せず）が下部電極の段を下る領域が最小限
である為、破損の可能性はわずかにしか増大しない。
Ｒ６２の他の実施形態を示す上面図である。下部電極６
４が１つ以上のリセス６６、６８を含み、上部電極７４
のくびれ部分７０、７２がこれらのリセスを通る為、こ
の実施形態を「さねはぎ構造」と呼ぶことが出来る。基
板７８中の空洞７６は上部電極及び下部電極により覆わ
れている為、点線で示した。この上面図からわかる通
り、上部電極７４は空洞７６の上にあたる領域において
のみ下部電極６４と重なっている。ＦＢＡＲ６２のＱ値
は図９に示したＦＢＡＲ４２のＱ値よりもわずかに小さ
く、破損の可能性も若干高いものの、ＦＢＡＲ６２には
下の基板７８へのいかなる寄生結合も排除出来るという
利点がある。依然として下部電極６４は空洞７６の全て
のエッジを越えて広がっている為、そしてカラム状の圧
電材料（図示せず）が下部電極の段を下る領域が最小限
である為、破損の可能性はわずかにしか増大しない。
【００４０】次に図１２を参照すると、５つの共鳴器８
２、８４、８６、８８及び９０を含む半梯子型トポロジ
ーのフィルタ８０が示されている。共鳴器の各々は上述
した本発明に従って形成されている。共鳴器８２、８４
及び８６は直列に接続されており、共鳴器８８及び９０
は接地に接続される分路共鳴器である。当該技術で周知
のように、直列共鳴器と分路共鳴器との間の根本的な違
いは、中心周波数の選択である。半梯子型トポロジーの
場合、分路共鳴器は直列共鳴器よりも低い周波数に調整
される。
２、８４、８６、８８及び９０を含む半梯子型トポロジ
ーのフィルタ８０が示されている。共鳴器の各々は上述
した本発明に従って形成されている。共鳴器８２、８４
及び８６は直列に接続されており、共鳴器８８及び９０
は接地に接続される分路共鳴器である。当該技術で周知
のように、直列共鳴器と分路共鳴器との間の根本的な違
いは、中心周波数の選択である。半梯子型トポロジーの
場合、分路共鳴器は直列共鳴器よりも低い周波数に調整
される。
【００４１】より高いフィルタＱ値（ステップスカート
（step skirts）、通過帯域の低い挿入損失、及び段あ
たりの高い選択度として現れる）を得るには、各共鳴器
８２、８４、８６、８８及び９０のＱ値を可能な限り高
くしなければならないことがわかっている。これを実現
するには、各共鳴器が独自の空洞を持ち、図１１に示し
たように下部電極がその空洞の４辺全てに及ばなければ
ならない。
（step skirts）、通過帯域の低い挿入損失、及び段あ
たりの高い選択度として現れる）を得るには、各共鳴器
８２、８４、８６、８８及び９０のＱ値を可能な限り高
くしなければならないことがわかっている。これを実現
するには、各共鳴器が独自の空洞を持ち、図１１に示し
たように下部電極がその空洞の４辺全てに及ばなければ
ならない。
【００４２】ここまでＦＢＡＲの形成に関して製造工程
を説明して来たが、この工程は図１３に示したようなＳ
ＢＡＲの形成にも等しく適用することが出来る。ＳＢＡ
Ｒの積層構造９２は下部電極４４、圧電層５４及び電極
５８を含む。これらの層は、電極５８の上にもう１つの
圧電層９８が形成されることから電極５８の厚さが重要
であるという点を除いて、機能的にも構造的にも図９に
関して説明したものと同一である。従って、電極５８は
１００ｎｍ（１０００Å）未満の厚さであるべきであ
る。圧電層９４上にはもう１つの電極９６が形成され
る。上述した第一の圧電層５４及び電極５８の形成プロ
セスは、第二の圧電層９４及び新たな電極９６の形成に
も適用される。必用に応じて、追加の圧電層及び電極を
付加しても良い。
を説明して来たが、この工程は図１３に示したようなＳ
ＢＡＲの形成にも等しく適用することが出来る。ＳＢＡ
Ｒの積層構造９２は下部電極４４、圧電層５４及び電極
５８を含む。これらの層は、電極５８の上にもう１つの
圧電層９８が形成されることから電極５８の厚さが重要
であるという点を除いて、機能的にも構造的にも図９に
関して説明したものと同一である。従って、電極５８は
１００ｎｍ（１０００Å）未満の厚さであるべきであ
る。圧電層９４上にはもう１つの電極９６が形成され
る。上述した第一の圧電層５４及び電極５８の形成プロ
セスは、第二の圧電層９４及び新たな電極９６の形成に
も適用される。必用に応じて、追加の圧電層及び電極を
付加しても良い。
【００４３】ＳＢＡＲ積層構造９２は基板４６内の窪み
４８の上にある支持されていない内部領域を含む。下部
電極４４は、基板４６の表面、又は基板の表面に形成さ
れた中間層と接触する４つの周辺領域を含む。
４８の上にある支持されていない内部領域を含む。下部
電極４４は、基板４６の表面、又は基板の表面に形成さ
れた中間層と接触する４つの周辺領域を含む。
【００４４】本明細書において、犠牲層はＰＳＧで形成
したものとして説明してきたが、他の材料を使用するこ
とも出来る。例えば、スピンオンガラスのような他の形
態のガラスを利用しても良い。更に、材料上でスピニン
グによって、又は基板が特別なチャンバ内にある間に材
料を堆積することによってのいずれかによって、堆積さ
せることが出来るポリビニール、ポリプロピレン及びポ
リスチレン等のようなプラスチック材料としても良い。
犠牲層は有機剥離剤又はＯ2プラズマエッチングを用い
て除去することが出来る。ＰＳＧ犠牲層を有する場合、
一般的にこれらの材料の表面は原子的には平滑でないた
め、これらの材料とともに研磨が重要である。
したものとして説明してきたが、他の材料を使用するこ
とも出来る。例えば、スピンオンガラスのような他の形
態のガラスを利用しても良い。更に、材料上でスピニン
グによって、又は基板が特別なチャンバ内にある間に材
料を堆積することによってのいずれかによって、堆積さ
せることが出来るポリビニール、ポリプロピレン及びポ
リスチレン等のようなプラスチック材料としても良い。
犠牲層は有機剥離剤又はＯ2プラズマエッチングを用い
て除去することが出来る。ＰＳＧ犠牲層を有する場合、
一般的にこれらの材料の表面は原子的には平滑でないた
め、これらの材料とともに研磨が重要である。
【００４５】本発明の好適な実施形態においては、下部
電極により完全に覆われる基板の開放領域は、上述した
ように窪み４８を作ることによって形成されている。し
かしながら、空洞全体を覆う下部電極構造は、基板を貫
通する空洞を作ることにより開放領域を構成したデバイ
スにも適用することが出来る。
電極により完全に覆われる基板の開放領域は、上述した
ように窪み４８を作ることによって形成されている。し
かしながら、空洞全体を覆う下部電極構造は、基板を貫
通する空洞を作ることにより開放領域を構成したデバイ
スにも適用することが出来る。
【００４６】
【発明の効果】本発明により、圧縮性及び引張性の両方
を含む広い範囲の応力に対して耐えることができ、高い
性能係数（Ｑ）を示す自立領域を有する音響共鳴器の製
造方法が提供される。
を含む広い範囲の応力に対して耐えることができ、高い
性能係数（Ｑ）を示す自立領域を有する音響共鳴器の製
造方法が提供される。
【図１】従来技術の手法の１つに従って部分的に製造さ
れたＳＢＡＲの側断面図である。
れたＳＢＡＲの側断面図である。
【図２】図１のＳＢＡＲが追加の製造工程を経た後の側
断面図である。
断面図である。
【図３】本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願番号
第０９／０８８，９６４号に記載の工程に従って形成さ
れたＦＢＡＲの側断面図である。
第０９／０８８，９６４号に記載の工程に従って形成さ
れたＦＢＡＲの側断面図である。
【図４】図３に示したＦＢＡＲの上面図である。
【図５】本発明に従ったＦＢＡＲ又はＳＢＡＲの第一の
製造工程における側断面図である。
製造工程における側断面図である。
【図６】図５に示したエッチング後の基板表面上に犠牲
材料を形成した状態を示す側断面図である。
材料を形成した状態を示す側断面図である。
【図７】図６に示した基板の、図５にてエッチングされ
た空洞内にある犠牲材料以外の犠牲材料を除去した状態
を示す側断面図である。
た空洞内にある犠牲材料以外の犠牲材料を除去した状態
を示す側断面図である。
【図８】図７に示した基板に音響共鳴器を提供するよう
に積層構造が形成された後の状態を示す側断面図であ
る。
に積層構造が形成された後の状態を示す側断面図であ
る。
【図９】図８に示した基板の、図５にて形成された空洞
から犠牲材料を除去した後の状態を示す側断面図であ
る。
から犠牲材料を除去した後の状態を示す側断面図であ
る。
【図１０】図９に示したＦＢＡＲの上面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態に従って形成されたＦ
ＢＡＲの上面図である。
ＢＡＲの上面図である。
【図１２】本発明に従って形成されたＦＢＡＲを有する
フィルタの概略図である。
フィルタの概略図である。
【図１３】図８〜図１０に示した原理に従って形成され
たＳＢＡＲの側断面図である。
たＳＢＡＲの側断面図である。
42、62、92 音響共鳴器 44、64 下部電極 46、78 基板 48、76 空洞 52 犠牲層 54、94 圧電材料 58、96、74 上部電極 60 放出用穴 66、68 リセス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 399117121 395 Ｐａｇｅ Ｍｉｌｌ Ｒｏａｄ Ｐ ａｌｏ Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｕ．Ｓ．Ａ. Ｆターム(参考） 5J108 AA07 BB04 CC04 EE03 HH03 KK01 MM08 MM11 NA02
Claims (10)
- 【請求項１】基板（46；78）上に音響共鳴器（42；62；
92）を製作する方法であって、 前記基板の浮遊領域（48；76）上に、その浮遊領域の各
境界を越えて伸びるエッジを有するように下部電極（4
4；64）を形成するステップと、 圧電材料（54、94）を前記下部電極上に形成するステッ
プと、及び前記圧電材料上に上部電極（58、96；74）を
形成するステップとからなり、 前記下部電極の前記エッジを前記浮遊領域の全ての側辺
に接触させたまま残し、その下部電極の内側の領域を前
記基板と接触させない状態とすることを含む、方法。 - 【請求項２】前記上部電極（58、94；74）を形成する前
記ステップは、前記上部電極の対向するエッジが前記浮
遊領域（48；76）と位置合わせされた領域内にあるよう
に導電性材料を堆積させるステップを含む、請求項１に
記載の方法。 - 【請求項３】前記導電性材料（58、96）を堆積させる前
記ステップは、周辺部の大部分が前記浮遊領域（48；7
6）と位置合わせされた前記領域内にあるように前記上
部電極を画定するステップを含む、請求項２に記載の方
法。 - 【請求項４】前記基板（46；78）の前記浮遊領域に空洞
（48；76）を形成して、前記下部電極（44；64）の前記
内部領域を自由にするステップを更に含む、請求項１、
２又は３に記載の方法。 - 【請求項５】前記空洞を形成する前記ステップが、 前記基板（46；78）中に窪み（48）を形成するステップ
と、 前記窪みを犠牲材料（52）で埋めるステップと、 前記犠牲材料上及び前記基板上に、前記浮遊領域の前記
境界の各々を越えて広がる前記下部電極（44）を堆積す
るステップと、及び前記下部電極、上部電極及び前記圧
電材料（54）を形成する前記ステップの後に前記犠牲材
料を除去するステップとを含む、請求項４に記載の方
法。 - 【請求項６】前記下部電極（64）を形成する前記ステッ
プは、前記下部電極が前記浮遊領域の前記全ての側辺に
接触した状態を維持しながら、前記浮遊領域（76）の周
辺部分のうちの少なくとも１つの部分（66、68）を前記
下部電極が重ならないように残すことを含み、及び前記
上部電極（74）を形成する前記ステップが、前記上部電
極の前記浮遊領域の前記周辺部への重なりを、前記少な
くとも１つの部分に限ることを含む、請求項１、２、
３、４又は５に記載の方法。 - 【請求項７】 上面に開放領域（48；78）を有する基板
（46；78）と、 前記上面及び前記開放領域上に位置する活性積層構造で
あって、前記活性積層構造が、圧電層（54）の両側に下
部電極（44；64）と上部電極（48；74）を含み、前記下
部電極が前記開放領域にまたがって伸びて前記基板に接
続していることにより、支持されていない状態の内部領
域と、前記開放領域の各主要な辺上の支持された状態の
周辺領域とが設けられており、前記支持されていない内
部領域が前記支持されている周辺領域により実質的に囲
まれている、活性積層構造とからなる音響共鳴器（42；
62；92）。 - 【請求項８】前記開放領域が前記基板中の空洞（48；7
6）であり、前記空洞が前記基板の前記上面から部分的
に異方性エッチングにより形成されたことを示す構成を
有する、請求項７に記載の音響共鳴器。 - 【請求項９】前記空洞（48；76）が、前記空洞（48）の
形成を可能とするように使用可能な放出用穴（60）だけ
で、前記活性積層構造により実質的に囲まれている、請
求項７又は８に記載の音響共鳴器。 - 【請求項１０】前記放出用穴（60）が前記空洞（48）の
周辺部までに限定されている、請求項９に記載の音響共
鳴器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/566868 | 2000-05-08 | ||
| US09/566,868 US6384697B1 (en) | 2000-05-08 | 2000-05-08 | Cavity spanning bottom electrode of a substrate-mounted bulk wave acoustic resonator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002140075A true JP2002140075A (ja) | 2002-05-17 |
| JP3965026B2 JP3965026B2 (ja) | 2007-08-22 |
Family
ID=24264727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001137000A Expired - Lifetime JP3965026B2 (ja) | 2000-05-08 | 2001-05-08 | 基板実装型バルク波音響共鳴器の空洞全体にまたがる下部電極 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6384697B1 (ja) |
| JP (1) | JP3965026B2 (ja) |
| DE (1) | DE10119442B4 (ja) |
| GB (1) | GB2367436B (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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