JP2002509644A - ガラス基板上に薄膜バルク音波共振器（ｆｂａｒ）を作る方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡＲ）を製造する方法。この方法は：（Ａ）基板の選択された部分上に金属及びポリマーのうちの一方を含む犠牲層を形成し；（Ｂ）前記犠牲層と前記基板の選択された部分との上に保護層を形成し；（Ｃ）前記保護層の選択された部分上に底部電極層を形成し；（Ｄ）前記底部電極層の選択された部分と前記保護層の選択された部分との上に圧電層を形成し；（Ｅ）前記圧電層の選択された部分上に頂部電極を形成し；（Ｆ）前記犠牲層を除去してエアギャップを形成する、各ステップを有する。犠牲層を形成するために金属材料又はポリマー材料を使うことは、その層を形成するために酸化亜鉛（ZnO）を使うことに比べて幾つかの利点がある。本発明の別の観点に従って、ガラス基板を包含するＦＢＡＲが与えられる。基板を形成するためにガラスを使うことは、他の材料を使って基板を形成することに比べて幾つかの利点がある。例えば、殆どの種類のガラスが半導体材料より安価であり、また低誘電率特性、及び低寄生容量を示す。更に、殆どのガラス材料はマイクロ波周波数アプリケーションに用いられたときに実質的にロスを生じない。

Description

【発明の詳細な説明】 ガラス基板上に薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡＲ）を作る方法 発明の分野 本発明は共振器に関し、特に、薄膜バルク音波共振器（Thin Film Bulk Acous tic Wave Resonators(FBAR)）を製造する方法に関する。 発明の背景 珪素（Si）又はガリウム砒素（GaAs）から成るものを含む半導体ウエファ上に 薄膜バルク音波共振器（FBAR）を作ることが知られている。例えば、“音響バル ク波合成共振器”と題された論文（"Acoustic Bulk Wave Composite Resonators "，Applied Physics Lett．，Vol．38，No．3，pp．125-127，Feb．1，1981，by K.M．Lakin and J.S．Wang）において、音響バルク波共振器が開示されており 、これは、珪素（Si）の薄い膜の上にスパッタリングされた酸化亜鉛（ZnO）の 薄膜圧電性層を有する。 あいにく、半導体材料は高い電気伝導度と高い誘電率特性とを有する。これら の特性は、“高抵抗基板上の温度補償された高カップリング、高ＱファクターZn O/SiO₂バルク波共振器”と題された論文（"Temperature Compensated High Coup ling and High Quality Factor ZnO/SiO₂ Bulk Wave Resonators on High Resis tance Substrates"，IEEE Ultrasonic Symp.，1984，pp．405-410，by T．Shios aki，T．Fukuichi，M．Tokuda，and A．Kawabata）に記載されているように、圧 電カップリング効率と共振器のＱファクターとに有害な影響を及ぼすことがある 。 “珪素基板上の共面導波管とマイクロ波インダクタ”と題された論文（"Copla nar Waveguides and Microwave Inductors on Silicon Substrates"，IEEE Tran s．Microwave Theory Tech.，vol．43，no．9，pp．2016-2021，1995，by Adolf o C．Reyes，Samir M．El-Ghazaly，Steve J．Dorn，Michael Dydyk，Dieter K ．Schroder，and Howard Patterson）が明示しているように、半絶縁性の半導体 ウエファを使うことによって半導体ウエファが示す抵抗損を減少させうる事が知 られている。しかし、これらの種類のウエファを使うには高価な特別品等の材料 を使う必要がある上に、それを使っても漂遊容量の存在は無くならない。 更に、半導体ウエファ及び結晶ウエファは、その表面を滑らかにするために、 結晶から切断された後に慎重に研磨されなければならない。研磨プロセスは高価 となることがある。 低コストの材料で形成されていて、低誘電率特性及び低寄生容量を示す基板を 供給することは、効果的である。表面を滑らかにするために研磨する必要のない 材料で形成された基板を供給するのも効果的である。 “エアギャップ型圧電合成薄膜共振器”と題された論文（"An Air-Gap Type P iezoelectric Composite Thin Film Resonator"，IEEE Proc．39th Annual Symp ．Freq．Control，pp．361-366，1985，by Hiroaki Satoh，Yasuo Ebata，Hitos hi Suzuki，and Choji Narahara）が明示しているように、酸化亜鉛（ZnO）から 成る犠牲層を使ってＦＢＡＲ基板面上にいわゆる“ブリッジ”構造を作ることが 知られている。同様に、“エアギャップ構造を採用する多層超音波トランスデュ ーサ”と題された論文（"Multi-layered Ultrasonic Transducers Employing Ai r-Gap Structure"，IEEE Trans．Ultrason．Ferroelec．Freq．Control，vol．4 2，no．3，May 1995，by Susumu Yoshimoto，Masamichi Sakamoto，Ken-ya Hashimoto，and Masatsune Ya maguchi）では、“犠牲”ZnO層の除去により形成されるエアギャップを含む多層 超音波トランスデューサが開示されている。 この様なタイプのＦＢＡＲの製造に当たって、ZnOの犠牲層が基板上に被着さ れる（例えば、スパッタリングにより）。犠牲層は、後に、ＦＢＡＲの全ての層 が完全に形成された後に実行されるエッチング・ステップを介して除去される。 このプロセスの１つの欠点は、犠牲層をスパッタリングして形成するステップが 非常に退屈で時間を無駄に消費する恐れがあることである。その理由は、ZnOが セラミック材料であって、従って、砕けやすく、また熱伝導率が小さいからであ る。例えば、ZnOのスパッタリング中に非常に大きなパワーを使用すると、“タ ーゲット”基板が壊れるかも知れない。また、正しい結晶方位及び結晶サイズ分 布を作るためにZnOの成長速度を制御しなければならない。従って、成長速度を 僅か２μｍ／ｈに制限しなければならない場合もある。 ZnOから成る犠牲層を使うことの別の欠点は、結晶性ZnO膜の表面に組織ができ 、従ってＦＢＡＲの中で音響エネルギー散乱損が生じることである。また、組織 が形成されたZnO表面は、犠牲ZnO層の上に形成される層（例えば、ブリッジ層） の表面を変形させる恐れもある。ZnOの犠牲層を採用することの別の欠点は、エ アギャップを形成する層のエッチング中に、該犠牲層上に形成された圧電性ZnO 層が壊れる可能性があることである。 これらの問題を考慮すると、犠牲層を形成するために通常使われているZnO及 びその他の材料の特性より、更に有用な特性を有する材料で形成される犠牲層を 使ってＦＢＡＲを製造する方法を提供することは効果的であることが理解される 。 発明の目的 本発明の第１の目的は、犠牲層を形成するために使われている在来の材料より 効果的な特性を有する材料を含む犠牲層を有する薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡ Ｒ）を提供することである。 本発明の第２の目的は、薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡＲ）を製造するための 改良された方法を提供することである。 本発明の第３の目的は、基板を形成するのに使われる在来の材料より効果的な 特性を持った材料を含む基板を有する薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡＲ）を提供 することである。 本発明の他の目的及び利点は、図面と、以降の説明とを考察すれば明らかとな る。 発明の概要 薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡＲ）を製造する方法によって上記の及びその他 の問題が解決され、本発明の目的が実現される。本発明の方法は、例えば酸化亜 鉛（ZnO）等の一般に使用されている材料の代わりに金属又はポリマー材料を含 む犠牲層を使う。これらの材料を使って犠牲層を作ることには、ZnOを使ってこ れらの層を形成することに比べて多くの利点がある。 本発明の方法では、第１ステップは例えば銅（Cu）等の金属を基板上にスパッ タリングすることを含む。スパッタリングされたCuは、犠牲層を形成するために パターン化される。 次のステップは、この犠牲層と基板の選択された部分との上に二酸化珪素（Si O₂）を被着して第１SiO₂層（“第１保護層”とも称する）を形成することを含む 。この層は、圧電層が犠牲層のエッチングによる有害な影響を受けない材料から 成っている場合には（このことについては、後述する）、不要である。その後、 例えば金（Au ）等の金属材料が第１SiO₂層の選択された部分の上に被着される。被着された金 は、パターン化され、下部電極層を形成する。 次のステップは、この下部電極層の選択された部分と、第１SiO₂層の選択され た部分との上に酸化亜鉛（ZnO）を被着することを含む。このZnOはパターン化さ れてZnO層（“圧電層とも称する）を形成する。 このプロセスにおける次のステップは、このZnO層の選択された部分の上に例 えば金等の金属材料を被着することを含む。その後、被着された金はパターン化 されて上部電極層を形成する。適当な場合には、ビアホールの形成及び／又は犠 牲層のエッチングの際に圧電層を保護する第２保護層を該構造上に形成しても良 い（このことについては後述する）。 その後、犠牲層を除去できるように該構造にビアホールが形成される。その後 、エアギャップを形成するために該ビアホールを通して犠牲層を除去する。 本発明の製造プロセスを、金属の代わりにポリマーを含む犠牲層を使って実行 することもできる。このプロセスのステップは、犠牲層（例えば、ポリマー）を 被着し、パターン化し、除去するステップが異なる方法で実行されることを除い て、上記のステップと同様である。例えば、ポリマーを被着するステップはポリ マーを基板上にスピンニングすることによって実行される。このポリマーは次に パターン化されて犠牲層を形成する。ＦＢＡＲの他の各層及びビアホールが上記 と同様にして形成された後、犠牲層はエアギャップを形成するために除去される 。 犠牲層を形成するために使われるポリマーの種類は、ZnO層のスパッタリング 時に達する可能性のある高温に耐えることのできるものであることが好ましい。 本発明の他の観点によれば、ZnO層を形成する材料の被着の前に犠牲層を除去 することによってＦＢＡＲを作る方法を実行しても良い。この方法では、第１Si O₂層と下部電極層とが形成された後に、上記と同様にエアギャップを形成するた めに犠牲層が除去されることを除いて、上記と同じステップが実行される。その 後、ZnO層と上部電極層とを形成するステップが上記と同様に実行される。 犠牲層を形成するための金属及びポリマーの使用には、例えばZnOを含む、普 通に使われている殆どの材料の使用と比べて多くの利点がある。例えば、金属又 はポリマーを含む犠牲層を有するＦＢＡＲは、ZnOを含む犠牲層を有するＦＢＡ Ｒより迅速に製造され得る。また、金属及びポリマーは、一般に、ZnOより滑ら かな表面を有する。更に、例えばZnOを含む圧電層に対して害の無い薬品を使っ て金属及びポリマーをエッチングすることができる。 本発明の別の観点によれば、ガラス基板を包含するＦＢＡＲが提供される。こ のＦＢＡＲは、前述したＦＢＡＲと似た層から成っていて、本発明の方法に従っ て製造することができる。基板を形成するためにガラスを使うことは、基板を形 成するために他の材料を使うことと比べると、幾つかの利点を与える。ガラスは 、安価であり、従って、大きな表面積を有する基板を安価に形成するために使う ことができる。また、殆どのガラス材料は低誘電率特性及び低寄生容量を示す。 更に、殆どのガラス材料は、マイクロ波周波数アプリケーションに使われたとき には実質的にロスが無くなる。 基板を形成するためにガラスを使うことの別の利点は、半導体材料とは異なっ てガラスは元々滑らかな表面を持つことができるので、研磨が殆ど或いは全く必 要ないことである。 図面の簡単な説明 本発明の、上記の、及びその他の特徴は、添付図面を参照して、以下の本発明 についての詳細な説明を読むことによって更に明らかとなる。 図面において、図１ａは、ガラス基板を有する典型的ＦＢＡＲの横断面を示す 。 図１ｂは、種々の材料についての誘電率を示す表である。 図２ａは、ビアホールを有する典型的ＦＢＡＲの一部分の上面図である。 図２ｂは、典型的ＦＢＡＲの一部分の横断面を示す。 図３ａは薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡＲ）の一部分の横断面を示しており、 これは、ＦＢＡＲのその部分が銅（Cu）を含む犠牲層を有する場合について、本 発明の製造プロセスのステップで形成されている。 図３ｂは、製造プロセスのステップが本発明に従って更に実行された後の図３ ａのＦＢＡＲの横断面を示す。 図４は、製造プロセスのステップが本発明に従って更に実行された後の図３ｂ のＦＢＡＲの横断面を示す。 図５は、製造プロセスのステップが本発明に従って更に実行された後の図４の ＦＢＡＲ共振器の横断面を示す。 図６ａは薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡＲ）の一部分の横断面を示しており、 これは、ＦＢＡＲのその部分がポリマー材料を含む犠牲層を有する場合について 、本発明の製造プロセスのステップで形成されている。 図６ｂは、製造プロセスのステップが本発明に従って更に実行された後の図６ ａのＦＢＡＲの横断面を示す。 図７は、製造プロセスのステップが本発明に従って更に実行された後の図６ｂ のＦＢＡＲの横断面を示す。 図８は、製造プロセスのステップが本発明に従って更に実行された後の図７ａ のＦＢＡＲの横断面を示す。 図９ａは、本発明の他の実施形態の製造プロセスのステップに従って形成され る薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡＲ）の一部分の横断面を示す。 図９ｂは、本発明の前記他の実施形態の製造プロセスのステップが更に実行さ れた後の図９ａのＦＢＡＲの横断面を示す。 図１０は、本発明の前記他の実施形態の製造プロセスのステップが更に実行さ れた後の図９ｂのＦＢＡＲの横断面を示す。 図１１は、本発明の前記他の実施形態の製造プロセスのステップが更に実行さ れた後の図１０のＦＢＡＲ共振器の横断面を示す。 発明の詳細な説明 本発明者は、エアギャップを有する薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡＲ）を製造 するための改良された方法を発明した。例えは酸化亜鉛（ZnO）を含む犠牲層を 採用しているＦＢＡＲを製造する在来の殆どの方法とは異なって、本発明の方法 は、金属又はポリマー材料を含む犠牲層を採用する。これらの材料を使って犠牲 層を形成することには、後述するように、ZnOを使ってこれらの層を形成するこ とと比べて、多くの利点がある。 図３ａ−５を考慮して、本発明のＦＢＡＲを製造する方法を理解することがで きる。この製造プロセスの第１ステップとして、例えば銅（Cu）等の金属がスパ ッタリングなどにより基板４２上に被着される。本発明の特徴に従って基板はガ ラスから成っていると仮定されているが、他の任意の適当な固体材料を使っても 良い。スパッタリングされたCuは、次に、例えば約２０００ｎｍの厚みを有する ようにパターン化されてブリッジを形成する。 その後、Cuは先細のエッジ４４ａ及び４４ｂを形成するためにウェットエッチ ングされる。この様にして、犠牲層（“ベース層”とも称する）４４が形成され る。 銅の替わりに他の金属を使って犠牲層４４を形成することもできることに留意 するべきである。例えば、アルミニウム、亜鉛、アンチモン、並びに、周期表に おいてチタンから銅まで、イットリウムから銀まで、及びランタンから金までに わたって存在するいずれかの元素で犠牲層４４を形成しても良い。理想的には、 層４４を形成するために使われる金属は、低コストで、容易にエッチングできる ものである。 図３ｂを参照する。次のステップは、犠牲層４４と、基板４２の選択された部 分との上に二酸化珪素（SiO₂）を被着して、例えば約３００ｎｍの厚みを有する 第１SiO₂層（“第１保護層”とも称する）４８を形成することを含む。その後、 例えば金（Au）などの金属材料が第１SiO₂層４８の選択された部分の上に被着さ れる。被着された金は、その後、例えば約３００ｎｍの厚みを有する下部電極層 ５０を形成するためにパターン化される。他の適当な電気伝導性の金属材料及び 非金属材料を使うこともできる。 圧電層（後述する）を形成するために使われる材料が犠牲層のエッチング（犠 牲層のエッチングについては後述する）から悪影響を受けない場合には、第１保 護層４８を使う必要はなく、犠牲層４４と基板４２の選択された部分との上に下 部電極層を直接形成しても良いことに留意するべきである。 図４を参照する。次のステップは、下部電極層５０の選択された部分と、第１ SiO₂層４８の選択された部分との上に酸化亜鉛（ZnO）を被着することを含む。 そのZnOを、例えば、アルゴン（Ar）及び酸素O₂の混合体中でのターゲットから のスパッタリングによって 被着することができる。ZnOが被着された後、これをパターン化して、ＦＢＡＲ の所望の共振周波数の関数である選択された厚み（例えば、約２０００ｎｍ）を 有するZnO層（“圧電層”とも称する）５２を形成する。 本プロセスの次のステップは、ZnO層５２の選択された部分の上に例えば金な どの金属材料を更に被着することを含む。その後、図５に示す様に、被着された 金はパターン化されて上部電極層５４を形成する。第１電極層５０の場合と同じ く、他の適当な電気伝導性の金属材料及び非金属材料を使うこともできる。 その後、犠牲層４４を除去できるように該構造にビアホールが形成される。任 意の適当な方法でビアホールを形成することができる。例えば、図２ａを参照す ると、第１SiO₂層４８の選択された部分を除去することにより、犠牲層４４（先 細のエッジ４４ａ及び４４ｂが示されている）にアクセスするための穴４７及び ４９を設けることができる。ビアホールを作るとき及び／又は犠牲層を除去する ときに圧電層５２を保護するのが適切である場合には、SiO₂の第２の層（これを “第２保護層”とも称する）（図２ａには示されていない）を使うことができる 。例えば、圧電層５２が形成された後、上部電極層５４が形成される前に、圧電 層５２の選択された部分の上にSiO₂を被着しパターン化することができる。この SiO₂はZnO層５２の上部に接点領域を形成するためにパターン化される。その後 、その接点領域内に上部電極層５４が形成される。それが適切である他の場合に は、圧電層５２上に上部電極層５４が形成された後に第２保護層を形成すること ができる。 図２ｂに示されている構造例においてビアホールを形成することもできる。こ の例では、酸エッチング液を使ってZnO層５２に穴を形成することができる。そ の後、例えば、プラズマ強化化学蒸着( a plasma-enhanced chemical vapor deposition(CVD))を介してSiO₂の第２保護 層５１を被着することによって、ＦＢＡＲの選択された部分と周囲のウエファと を覆うことができる。その後、このSiO₂は、フッ素プラズマ（Ｆプラズマ）中で パターン化されて、ZnO層５２の上部上で接点領域を形成する。その後、この接 点領域と、SiO₂の第２層５１の部分との上に上部電極層５４が形成される。その 後、ビアホール（ビアホール４９’が図２ｂに示されている）を形成するために 、第２SiO₂層５１の選択された部分と第１SiO₂層４８の選択された部分とがパタ ーン化される。この例については、図２ａに関して前述したように、上部電極層 ５４を形成する前に第２保護層５１を被着してパターン化する代わりに、上部電 極層５４を形成した後に第２保護層５１を被着してパターン化することができる 。 この製造プロセスの次のステップは、ウェットエッチングによりビアホールを 通して犠牲層を除去してエアギャップ６２を形成することを含む。例えば、酸、 アルカリ、又は酸化還元反応（例えば塩化第２鉄）を使ってエッチングを実行す ることができる。選択的又は非選択的エッチングを利用することができる。 その後、装置が正しく調整されているか否か確かめるために、装置の電気的性 能特性を適宜測定し、装置のモデルと比較することができる。“マイクロ波回路 網法による積み重ねクリスタルフィルターの組織的設計”と題された論文（"Sys tematic Design of Stacked-Crystal Filters by Microwave Network Methods" ，IEEE Trans．Microwave Theory Tech.，vol．MTT-22，pp．14-25，Jan．1974 ，by Arthur Ballato，Henry L．Bertoni，and Theodor Tamir）で開示されてい るものを含む、装置をモデリングするための任意の適当な技術を用いることがで きる。 図６ａ−８は、金属の代わりにポリマーから成る犠牲層を使う本発明の製造プ ロセスのステップを示している。このプロセスのステップは、犠牲層（例えば、 ポリマー）を被着し、パターン化し、除去するステップが異なる方法で実行され ることを除いて、前述したのと同様である。例えば、図６ａを参照すると、ポリ マーを被着するステップは、ポリマーを基板４２上にスピンニングし、その後の 処理のために本質的に滑らかな表面を設けることによって、実行されるのが好ま しい。その後、このポリマーは、例えば約１０００ｎｍの厚みを持つこととなる ようにパターン化されてブリッジを形成する。上記と同様に、先細のエッジ４４ ａ及び４４ｂを形成するためにポリマーもエッチングされる。この様にして、犠 牲層６０が形成される。上記と同様にＦＢＡＲの他の層とビアホールとが形成さ れた後（図６ｂ及び７）、例えばエッチング又はプラズマ・アッシングによって 犠牲層６０が除去される。この様にして、エアギャップ６２が形成され、これが 図８に示されている。 犠牲層６０を形成するために有機ポリマーが使われる場合には、犠牲層６０を 例えば酸素を含むプラズマ中でエッチングすることができる。シリコーン・ポリ マーが使われる場合には、例えば、フッ素を加えることが必要になることがある 。 また、或る種のポリマーは有機溶剤（例えば、アセトン）で溶かすことができ る。例えば珪素の異方性エッチングのために使われる腐食性化学物質とは異なっ て、有機溶剤はZnOを浸食しない。従って、有機溶剤によって分解され得るポリ マーが好ましい。また、この種のブリッジ構造は、珪素の深異方性エッチングの 実行に伴う欠点を防止するものであり、珪素の深異方性エッチングは、結晶のエ ッチング停止面がウエファ表面に関して例えば角度５４．７４をなすに過ぎない ので、エッチングの表面積が大きくなる。 犠牲層６０を形成するために使われるポリマーの種類は、ZnO層５２のスパッ タリング時に達する可能性のある高温に耐え得るものであるのが好ましい。その ポリマーは、例えば、ポリテトラフルオロエチレン又はその誘導体、ポリフェニ レンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン（polyetheretherketone）、ポリ （パラフェニレンベンゾビスミダゾール）、ポリ（パラフェニレンベンゾビスオ キサゾール）、ポリ（パラフェニレンベンゾビスミダゾール）、ポリ（パラフェ ニレンベンゾビスチアゾール）、ポリイミド、ポリイミドシロキサン、ビニルエ ーテル、ポリフェニル、パリレン−ｎ、パリレン−ｆ、ベンゾシクロブテンであ る。 本発明の他の観点に従って、ZnO層５２を形成する材料を被着する前に犠牲層 を除去するように、ＦＢＡＲを製造する方法を実行することができる。図９ａ− １１を考察すればこのことを理解することができ、そこでは、本発明のこの方法 に従って形成される代表的ＦＢＡＲのいろいろな部分が示されている。このＦＢ ＡＲは、例えば銅（Cu）から成る犠牲層４４を含んでいる。この方法では、第１ SiO₂層４８、下部電極層５０、及びビアホールが形成された後に上記と同様にエ アギャップ６２を形成するために犠牲層４４が除去されることを除いて、上記の 場合と同じステップが実行される。その後、ZnO層５２と頂部電極層５４とを形 成するステップが上記と同様に実行される。 犠牲層を形成するために金属材料或いはポリマー材料を使用すれば、例えばZn Oから成る犠牲層を使用する製造プロセスよりも迅速に製造プロセスを実行する ことが可能となる。その理由は、ZnOは砕けやすいセラミック材料であり、従っ て、ZnOを被着するためには、ZnOのように砕けやすくはない金属或いはポリマー の場合よりも更に長い時間がかかるということにある。 ポリマー又は金属を使って犠牲層を形成すれば、最も普通に使われている材料 （例えば酸化亜鉛）を使ってその様な層を形成することに付随する問題を回避す ることもできる。例えは、或る種の材料とは異なって、金属は小さな粒径を有す るので、当然に表面が滑らかである。また、ポリマーは、ＦＢＡＲ構造の製造中 にスピンニングすることができるものであり、ベーキング時において、該ポリマ ーが液状でリフローしている間に滑らかな表面が形成される。その結果として、 ポリマー犠牲層の上に形成された層は、最も普通に使われる材料（例えば、ZnO ）上に被着された層において生じる様な重大な表面変形を経験することはない。 例えばZnOの代わりに金属又はポリマーを使って犠牲層を形成することのもう 一つの利点は、ZnO層５２に対して損傷を与えない化学物質を使って、金属及び ポリマーをエッチングすることができるということである。 本発明の別の特徴に従って、図１ａに示されているように、ガラス基板４２を 包含するＦＢＡＲが与えられる。このＦＢＡＲは、上記のＦＢＡＲと同様の層か ら成っていて、本発明の方法に従って製造され得るものである。 ガラスを使って基板を形成することは、半導体材料を使って基板を形成するこ とと比べて幾つかの利点を与える。１つの利点は、ガラスが安価だということで ある。従って、ガラスを使って、大きな表面積を有するチップを低コストで形成 することができ、従ってボンディングのためにより大きな表面積を設けることが できる。例えばトランジスタや集積回路（ＩＣ）等の能動素子を例えばフリップ チップ技術によってチップに付加することができる。 例えば珪酸塩ガラスなどを含む殆どのガラス材料は低誘電率特性を持っている ので、寄生容量が少ない。普通は導電率が高く且つ誘 電率特性が高い半導体材料とは異なって、ガラス基板は、例えば圧電結合効率が 低かったり共振器のＱファクターが低いなどの有害な特性を示さない。図１ｂは 、種々の材料の誘電率を示している。 更に、例えばソーダ石灰ガラスなどを除いて、殆どのガラス材料は、マイクロ 波周波数アプリケーションに用いられたときに実質的にロスを生じさせない。 ガラスを使って基板を形成することの別の利点は、半導体材料とは異なって、 殆どのガラスが本来滑らかな表面を有するということである。従って、半導体材 料から成る基板の表面を滑らかにするために必要な研磨は、ガラス基板の表面を 滑らかにするためには殆ど或いは全く必要でない。 更に、殆どの種類のガラス材料の熱膨張特性は、例えば珪素などの熱膨張特性 よりはＦＢＡＲ層を形成する他の材料のそれに似ている。この様な事情があるの で、ボンディングアプリケーションでは、部品をガラス中に封入することができ る。 ガラス基板をミクロ機械加工するために利用できる技術の種類は、結晶半導体 材料から成る基板をミクロ機械加工するのに利用できるものほど多様ではないこ とに注意するべきである。 本発明を、その好ましい実施態様に関して具体的に図示し説明したけれども、 本発明の範囲から逸脱することなく、その形状及び細部を変更し得ることを当業 者は理解するであろう。

【手続補正書】 【提出日】平成１１年４月２２日（１９９９．４．２２） 【補正内容】 請求の範囲 １．薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡＲ）を製造するための方法であって、 ステップＡ：有機溶剤に溶けるポリマーを含む犠牲層を基板の第１の選択され た部分上に形成し； ステップＢ：前記犠牲層と前記基板の第２の選択された部分との上に下側電極 層を形成し； ステップＣ：前記下側電極層の選択された部分上に圧電層を形成し； ステップＤ：前記圧電層の選択された部分上に上側電極層を形成し； ステップＥ：有機溶剤を用いることによって前記犠牲層を除去して前記下側電 極層の一部分と前記基板の第２の選択された部分との間にエアギャップを形成す る、 各ステップを備えることを特徴とする方法。 ２．前記ステップＡは： ステップ１：前記ポリマーを前記基板上に被着し；さらに ステップ２：前記被着されたポリマーをパターン化して前記犠牲層を形成する 、 各ステップによって実行されることを特徴とする、項１に記載の方法。 ３．前記ステップＥは、前記圧電層に対して有害でない化学物質を使って前記 犠牲層をエッチングすることにより実行されることを特徴とする、項２に記載の 方法。 ４．前記ポリマーは有機ポリマーを含むことを特徴とする、項１に記載の方法 。 ５．前記上側電極層及び前記下側電極層のうちの少なくとも一方は金を含むこ とを特徴とする、項１に記載の方法。 ６．前記ポリマーはシリコーン・ポリマーを含むことを特徴とする、項１に記 載の方法。 ７．前記ステップＡは： ステップ１：前記ポリマーを前記基板にスピンニングし；さらに ステップ２：前記ポリマーをパターン化して前記犠牲層を形成する、 各ステップによって実行されることを特徴とする、項１に記載の方法。 ８．前記犠牲層は約１０００ｎｍの厚みを有することを特徴とする、項１に記 載の方法。 ９．前記ステップＤの実行とステップＥの実行との間に： 前記ステップＢ−Ｄにおいて形成された層のうちの少なくとも１個を貫通する 少なくとも１個のビアホールを形成することにより、この少なくとも１個のビア ホールを通して前記犠牲層を除去できるようにするステップが実行されることを 特徴とする、項１に記載の方法。 １０．前記基板は低誘電率特性を有することを特徴とする、項１に記載の方法 。 １１．前記下側電極層は、約３００ｎｍの厚みを有する電気伝導性の金属を含 むことを特徴とする、項１に記載の方法。 １２．前記圧電層は、約２０００ｎｍの厚みを有する酸化亜鉛（ZnO）を含む ことを特徴とする、項１に記載の方法。 １３．前記上側電極層は、約３００ｎｍの厚みを有する電気伝導性の金属を含 むことを特徴とする、項１に記載の方法。 １４．前記ポリマーは、有機溶剤を使って分解することができることを特徴と する、項１に記載の方法。 １５．前記ステップＥは、前記犠牲層をエッチングするステップと、前記犠牲 層をプラズマ・アッシングするステップとのうちの一方によって実行されること を特徴とする、項１に記載の方法。 １６．前記ポリマーは、高温で実行される前記ステップＣに悪影響を受けずに 耐え得ることを特徴とする、項１に記載の方法。 １７．前記ポリマーは、ポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエ チレンの誘導体、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン（po lyetheretherketone）、ポリ（パラフェニレン・ベンゾビスミダゾール）、ポリ （パラフェニレンベンゾビスオキサゾール）、ポリ（パラフェニレンベンゾビス チアゾール）、ポリイミド、ポリイミドシロキサン、ビニルエーテル、ポリフェ ニル、パリレン−ｎ、パリレン−ｆ、ベンゾシクロブテンのうちの少なくとも１ 個を含むことを特徴とする、項１に記載の方法。 １８．前記ステップＥは、前記ステップＢの実行と前記ステップＣの実行との 間に実行されることを特徴とする、項１に記載の方法。 １９．前記圧電層は、ＦＢＡＲに所望の共振周波数を生じさせるために選択さ れた厚みを有する酸化亜鉛（ZnO）を含むことを特徴とする、項１に記載の方法 。 ２０．前記基板はガラスを含むことを特徴とする、項１に記載の方法。 ２１．薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡＲ）の前駆体を製造する方法であって、 ステップＡ：有機溶剤に溶けるポリマーを含む犠牲層を基板の表面の第１部分 上に形成し； ステップＢ：前記表面の第２部分と前記犠牲層との上に下側電極層を形成し； ステップＣ：有機溶剤を用いることによって前記犠牲層を除去して前記基板表 面の前記第１部分と前記下側電極層の一部分との間にエアギャップを形成する、 各ステップを有することを特徴とする方法。 ２２．更に、 ステップＤ：前記下側電極層の選択された部分上に圧電層を形成し； ステップＥ：前記圧電層の選択された部分上に上側電極層を形成する、 各ステップを備えることを特徴とする、項２１に記載の方法。 ２３．前記ステップＣの実行前に、前記犠牲層を露出させるために前記下側電 極層の前記部分を貫通する少なくとも１個の穴を形成するステップが実行され、 前記ステップＣは、前記の少なくとも１個の穴を通して前記犠牲層を除去するこ とによって実行されることを特徴とする、項２１に記載の方法。 ２４．基板と； 圧電層と； 前記基板及び前記圧電層の間に配置された第１の、下側電極層と； 前記圧電層上に配置された第２の、上側電極層と； 前記基板及び前記の第１の下側電極層の間に形成されたエアギャップとを有し 、前記エアギャップは、第１に、前記基板上に被着された、有機溶剤に溶けるポ リマー材料を含む犠牲層を包含しており、前記犠牲層は、後に、有機溶剤を用い ることにより分解されてエアギャップを形成することを特徴とする、薄膜バルク 音波共振器（ＦＢＡＲ）。 ２５．更に、前記の第１の下側電極層と前記犠牲層との間に配置された保護層 を備えることを特徴とする、項２４に記載の薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡＲ） 。 ２６．前記ポリマーは、ポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエ チレンの誘導体、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン（po lyetheretherketone）、ポリ（パラフェニレンベンゾビスミダゾール）、ポリ（ パラフェニレンベンゾビスオキサゾール）、ポリ（パラフェニレンベンゾビスチ アゾール）、ポリイミド、ポリイミドシロキサン、ビニルエーテル、ポリフェニ ル、パリレン−ｎ、パリレン−ｆ、及びベンゾシクロブテンのうちの少なくとも １個を含むことを特徴とする、項２４に記載の薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡＲ ）。 ２７．表面を有する基板と； 前記表面の第１の部分上に形成される、有機溶剤に溶けるポリマーの層と； 前記表面の第２の部分の上に形成される第１の部分を有する第１電極層とを有 し、前記第１電極層は前記ポリマー層の上に形成される第２の部分を更に有し、 前記ポリマー層を露出させるために前記第１電極層の前記第２部分を貫通する穴 が少なくとも１個あり、前記の少なくとも１個の穴は、有機溶剤を用いて前記ポ リマー層を分解することにより前記第１電極層の前記第２部分と前記基板表面の 前記第１部分との間にエアギャップを形成することを可能にすることを特徴とす る、薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡＲ）の前駆体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ 【要約の続き】 実質的にロスを生じない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡＲ）を製造するための方法であって、 ステップＡ：基板の選択された部分上に、金属又はポリマーの一方を含む犠牲 層を形成し； ステップＢ：前記犠牲層と、前記基板の選択された部分との上に底部電極層を 形成し； ステップＣ：前記底部電極層の選択された部分と前記基板の選択された部分と の上に圧電層を形成し； ステップＤ：前記圧電層の選択された部分上に頂部電極層を形成し； ステップＥ：前記底部電極層の少なくとも一部分の下にエアギャップを形成す るために前記犠牲層を除去する、 各ステップを有する方法。 ２．前記ステップＡは： ステップ１：前記金属及び前記ポリマーの一方を前記基板の上に被着し；さら に ステップ２：前記金属及び前記ポリマーのうちの被着された方をパターン化し て前記犠牲層を形成する、 各ステップによって実行されることを特徴とする、項１に記載の方法。 ３．前記ステップＥは、前記圧電層に対して有害でない化学物質を使って前記 犠牲層をエッチングすることによって実行されることを特徴とする、項２に記載 の方法。 ４．前記ステップＡは： ステップ１：前記金属を前記基板上に被着し； ステップ２：前記被着された金属をパターン化して前記犠牲層を形成する、 各ステップによって実行されることを特徴とする、項１に記載の方法。 ５．前記犠牲層は約２０００ｎｍの厚みを有することを特徴とする、項４に記 載の方法。 ６．前記金属は銅（Cu）であることを特徴とする、項４に記載の方法。 ７．前記ステップＡは： ステップ１：前記ポリマーを前記基板上にスピンニングし；さらに ステップ２：前記ポリマーをパターン化して前記犠牲層を形成する、 各ステップによって実行されることを特徴とする、項１に記載の方法。 ８．前記犠牲層は約１０００ｎｍの厚みを有することを特徴とする、項７に記 載の方法。 ９．前記ステップＤの実行とステップＥの実行との間で： 前記ステップＢ−Ｄにおいて形成された層のうちの少なくとも１個を貫通する 少なくとも１個のビアホールを形成することにより、この少なくとも１個のビア ホールを通して前記犠牲層を除去できるようにするステップが実行されることを 特徴とする、項１に記載の方法。 １０．前記保護層は、約３００ｎｍの厚みを有するSiO ２から成ることを特徴 とする、項１に記載の方法。 １１．前記底部電極層は、約３００ｎｍの厚みを有する電気伝導性の金属を含 むことを特徴とする、項１に記載の方法。 １２．前記圧電層は、約２０００ｎｍの厚みを有する酸化亜鉛（ZnO）を含む ことを特徴とする、項１に記載の方法。 １３．前記頂部電極層は約３００ｎｍの厚みを有する電気伝導性の金属を含む ことを特徴とする、項１に記載の方法。 １４．前記犠牲層は前記金属で形成され、前記ステップＥは前記犠牲層をウェ ットエッチングすることにより実行されることを特徴とする、項１に記載の方法 。 １５．前記犠牲層は前記ポリマーで形成され、前記ステップＥは、前記犠牲層 をエッチングするステップ及び前記犠牲層をプラズマ・アッシングするステップ のいずれか一方によって実行されることを特徴とする、項１に記載の方法。 １６．前記ポリマー材料は、高温で前記ステップＣが実行されても残存できる ことを特徴とする、項１に記載の方法。 １７．前記基板は固体材料を含むことを特徴とする、項１に記載の方法。 １８．前記ステップＥは、前記ステップＢの実行とステップＣの実行との間に 実行されることを特徴とする、項１に記載の方法。 １９．前記圧電層は、前記ＦＢＡＲの所望の共振周波数の関数である厚みを有 する酸化亜鉛（ZnO）を含むことを特徴とする、項１に記載の方法。 ２０．前記基板はガラスを含むことを特徴とする、項１に記載の方法。 ２１．薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡＲ）を製造する方法であって： ステップＡ：基板の選択された部分上に、金属又はポリマーの一方を含む犠牲 層を形成し； ステップＢ：前記犠牲層と、前記基板の選択された部分との上に 第１保護層を形成し； ステップＣ：前記第１保護層の選択された部分上に底部電極層を形成し； ステップＤ：前記底部電極層の選択された部分と、前記第１保護層の選択され た部分との上に圧電層を形成し； ステップＥ：前記圧電層の選択された部分上に頂部電極層を形成し； ステップＦ：前記底部電極層の少なくとも一部分の下にエアギャップを形成す るために前記犠牲層を除去する、 各ステップを有することを特徴とする方法。 ２２．前記ステップＤの実行とステップＥの実行との間に、前記圧電層の選択 された部分の上に第２保護層を形成することにより前記第２保護層の一部分と前 記圧電層の上部とでコンタクト領域を形成させる別のステップが実行され、前記 ステップＥは、前記コンタクト領域中に前記頂部電極層を形成することによって 実行されることを特徴とする、項２１に記載の方法。 ２３．前記ステップＥの実行とステップＦの実行との間に、前記圧電層の選択 された部分上に第２保護層を形成する別のステップが実行されることを特徴とす る、項２１に記載の方法。 ２４．ガラスを含む基板と； 圧電層と； 少なくともその一部分が前記基板の選択された部分と前記圧電層の選択された 部分との間に位置する底部電極層と； 前記圧電層の上部に形成された頂部電極層、 を備えることを特徴とする、薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡＲ）。 ２５．前記基板の部分上に形成された保護層を更に備え； 前記圧電層は前記保護層の第２の選択された部分上と前記底部電 極層の前記部分上とに形成されており；さらに 前記基板の第１の選択された部分と前記保護層の第１の選択された部分とは、 その間にエアギャップを画定していることを特徴とする、項２４に記載の薄膜バ ルク音波共振器（ＦＢＡＲ）。 ２６．前記エアギャップは、ポリマー及び金属のうちの一方を含む犠牲層を除 去することにより形成されることを特徴とする、項２５に記載の薄膜バルク音波 共振器（ＦＢＡＲ）。