JP2007074727A - 音響共振器を含む集積回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】集積回路の支持部に接続され、そのアーキテクチャは最小限度の粗さをもち、共振周波数を調整する薄膜化ステップを可能ならしめるような音響共振器を提供する。
【解決手段】少なくとも１つの相互接続平面部と、高音響インピーダンス材レイヤおよび低音響インピーダンス材レイヤを備える少なくとも１つの２層アセンブリを有する支持部および能動素子を備えた音響共振器と、を備える集積回路を本発明は提供する。該支持部は相互接続平面部の金属被覆平面部の上方に配置された突起素子を更に備え、これにより、相互接続平面部と音響共振器の能動素子との間に電気的接触が形成される。
【選択図】図８
【解決手段】少なくとも１つの相互接続平面部と、高音響インピーダンス材レイヤおよび低音響インピーダンス材レイヤを備える少なくとも１つの２層アセンブリを有する支持部および能動素子を備えた音響共振器と、を備える集積回路を本発明は提供する。該支持部は相互接続平面部の金属被覆平面部の上方に配置された突起素子を更に備え、これにより、相互接続平面部と音響共振器の能動素子との間に電気的接触が形成される。
【選択図】図８
Description
本発明は、集積回路に関するもので、特に、例えばフィルタリング機能のような信号処理用途で使用されることができる１つまたは複数の共振器、好ましくは、圧電性音響共振器を含む集積回路に関する。
相互接続面の上にまたは相互接続形態で配置された音響または圧電共振器の製造は当業界において周知のものである。従来技術によれば、音響共振器は、一般に、能動素子と音響ミラーを形成する支持部とから構成される。そのような共振器は、集積回路に組み込まれる時、音響的にあるいは機械的に当該集積回路から絶縁されなければならない。この目的から、音響共振器の支持部がそのような絶縁の形成を可能にさせる。そのような絶縁を形成するため、音響共振器の支持部に関していくつかの構造が考案されている。
具体的に述べれば、これら構造の１つは、国際特許出願第ＷＯ ２００４／０５１８４８号に記載されているような、低電気誘電率を持つ材料を用いて製造される高音響インピーダンス材のレイヤと低音響インピーダンスのレイヤからなる少なくとも１つの２層アセンブリを含む支持部を構成するものである。このような形態では、支持部の複数レイヤの材料の間の音響インピーダンスの差が大きくなるほど、集積回路に伝播すべき音波は一層大きく反響される。従って、このような波の伝播は集積回路において最小限にとどめられる。
別の可能な構造は、米国特許第６,５４２,０５４号に記載のような、それぞれ基板上に相互に積み上げられた低音響インピーダンスを持つ少なくとも２つの断熱レイヤおよび高音響インピーダンスを持つ少なくとも２つの金属レイヤの交互連鎖からなる支持部を構築するものである。金属レイヤは、断熱レイヤのすべての表面を覆わないように、補助レイヤに格納され、その結果、平坦な表面を持つ支持材が得られる。集積回路の範囲内においてそのような音響共振器の接続を形成することに関する記述はない。
更に別の構造は、米国特許出願第２００４／０１２４９５２号に記載のような、電極を介しかつ集積回路のフィルタリング機能向上のために伝導レイヤを介して相互接続された一定数の音響共振器を構成するものである。この伝導レイヤはアーキテクチャ全体を電気的に接続する機能を持つ。集積回路の範囲内においてそのような音響共振器の接続を形成することに関する記述はない。
更に別の可能な構造は、化学的エッチングあるいはプラズマ・エッチングによって得られる空気の満たされた空洞およびそのような空洞上に配置される窒化珪素膜を積み上げた構成からなる音響共振器支持部を構築するものである。窒化珪素レイヤは、空気の満たされた空洞全体を囲み、音響共振器の能動素子に直接接触する。空気の満たされた空洞は酸化珪素レイヤによって支持されることができる。換言すれば、この空洞は、酸化珪素レイヤと窒化珪素膜の間にはさみ込まれる。また、音響共振器の上部に誘電体材料からなる保護レイヤがある。これは、音響共振器の共振周波数を調整するために使用される。
特に、集積回路の望ましいフィルタリング機能を得るため、音響共振器の共振周波数は、この保護レイヤを薄くするステップによって、同じ周波数に調整される。この薄膜化ステップは保護レイヤの表面を摩耗することからなる。しかしながら、このステップの間に空気が満たされた空洞に窒化珪素膜を接着させるという問題が発生し、このため共振器が機能しなくなることがある。一般的に、このようなアーキテクチャは、膜の接着という問題があるため、あらゆる種類の流動体（liquid）を伴う方法の実行を困難にする。従って、このアーキテクチャは、音響共振器の共振周波数を調整することを困難にし、同様に固形膜を作成することを困難にする。そのようなアーキテクチャを構築するためには、空気の満たされた空洞の壁を平面化して、圧電性レイヤの内部にスロットが形成するのを回避することが更に望ましい。そのようなアーキテクチャは、科学記事"Integration of Bulk Acoustic Wave Filters: Concept and Trends, L. Elbrecht, R. Aigner et al. and Integration of High-Q BAW Resonators and Filters Above IC, Marc-Alexandre Dubois et al"に具体的に記述されている。
上述の観点から、集積回路の支持部に接続され、そのアーキテクチャが最小限度の（minimal:極小の、微細な）粗さをもち、共振周波数を調整する薄膜化ステップを可能ならしめるような音響共振器を作成することが本発明の特定の目的である。
本発明の１つの側面に従って、少なくとも１つの相互接続平面部と、高音響インピーダンス材レイヤおよび低音響インピーダンス材レイヤを備える少なくとも１つの２層アセンブリを含む支持部および能動素子を備えた音響共振器と、を備える集積回路が提供される。該支持部が相互接続平面部の金属被覆平面部の上に配置された突起素子を更に含み、これによって、相互接続平面部と音響共振器の能動素子との間に電気的接触が形成される。
このようにして、その支持部が集積回路の相互接続部を含み、そのアーキテクチャが最小限度の粗さを持つ音響共振器が得られる。その上、集積回路のフィルタリング機能を調整するため、薄膜化ステップを実行することができる。この薄膜化ステップは、共振器の能動素子の上部電極の表面の一部または音響共振器を覆っている誘電体材料からなる保護レイヤを摩耗することを含む。
突起素子は、相互接続平面部の金属被覆平面部と音響共振器の能動素子の下部電極との間に電気的接触を形成することができる。
また、突起素子は、相互接続平面部の金属被覆平面部と音響共振器の能動素子の上部電極との間に電気的接触を形成することができる。
この発明の１つのバリエーションによれば、突起素子は金属ブロックを備える。
本発明の別の側面に従って、集積回路を製作する方法が提供される。該方法は、相互接続平面部の金属被覆平面部の上に配置された突起素子を作成するステップ、および、高音響インピーダンス材レイヤおよび低音響インピーダンス材レイヤを備えた少なくとも１つの２層アセンブリを作成するステップを含む。
本発明の方法において突起素子および２層アセンブリが作成される順序は任意である。
本発明の方法によれば、音響共振器の支持部が集積回路の相互接続部を含むことができるので、共振器を集積回路の残り部分に電気的に接続させる付加的ステップの数を最小限にとどめることができる。
この発明の１つのバリエーションによれば、突起素子の作成の後に少なくとも突起素子を覆うように高音響インピーダンス材レイヤが形成され、突起素子を覆う高音響インピーダンス材レイヤ部分の除去の間に突起素子を覆ってない当該レイヤ部分を保護するための材料が堆積され、低音響インピーダンス材レイヤが形成される。
この方法によれば、高音響インピーダンス・レイヤおよび低音響インピーダンス・レイヤの厚さを該方法の種々のステップの間にうまく制御しながら、音響共振器支持部を取得することができる。特に、突起素子を覆っていない高音響インピーダンス・レイヤ部分への有機材料の堆積によってその部分を保護しながら波長の４分の１というオーダーの厚さで該レイヤーを形成することができる。
更に別のバリエーションによれば、突起素子は、有機材料で作成され、２層アセンブリの作成の後に、取り除かれ、金属を備える突起素子によって置き換えられる。
更なるバリエーションによれば、２層アセンブリの形成の後に突起素子が作成される。
本発明の他の特徴および利点は、全く限定しない実施形態および添付図面の詳細な記述を論考により明らかになるであろう。
図１を参照すると、集積回路の相互接続平面部１は、例えば酸化珪素すなわちＳｉＯＣの誘電体レイヤ２、および、例えば電界堆積によって製造された好ましくは銅の伝導線４ａおよび誘電体材料からなる断熱領域４ｂを含む金属被覆平面部４を備える。金属被覆平面部４は、誘電体層２の上に配置され、数マイクロミリというオーダーの厚みを持つ。特にベンゾサイクロブテン(benzobutene)のような、好ましくは３より小さい低電気誘電率を持つ材料からなる厚い感光性レイヤ３が金属被覆平面部４の上に堆積され、化学的にエッチングされ、伝導線４ａの上部表面の一部が露出するように窓が形成される。従って、伝導線４ａは、露出した部分および感光性レイヤ３によって覆われた部分を備える。
引き続いて、図２に示されているように、伝導レイヤ５が相互接続平面部１全体の上に堆積され、感光性レイヤ３および金属被覆平面部４の伝導線４ａの上部表面の両方が覆われる。伝導レイヤ５は上部表面５ａを備える。伝導レイヤ５は、具体的には、陰極線スパッタリング法またはＭＯＣＶＤ法(有機金属気相成長法)によって銅堆積して形成することができる。レイヤ５は２００ナノミリ未満の厚さを持つ。
引き続いて、従来技術の方法で、相互接続平面部１全体の上に感光性樹脂レイヤ６が堆積され、伝導レイヤ５が覆われる。樹脂６は好ましくは約１１０°Ｃの温度で硬化される。次に、図３に示されているように、フォトリソグラフィ法によって樹脂６に深い堀が作成され、伝導レイヤ５の上部表面５ａに達するまで堀が形成される。
好ましくは銅が用いられる、金属ブロック７が電着法によって作成される。伝導レイヤ５はこのような電着を実行するために樹脂６内部に電流を供給することができるという利点を持つ。樹脂６がストリッピング法によって除去され、レイヤ３を覆う伝導レイヤ５を除去するため化学的エッチングが実施される。このようにして、図４に示されているように、金属ブロック７が金属被覆平面部４の伝導線４ａの上部表面の上に配置される。特に、ブロック７は伝導レイヤ５の上部表面５ａの上方に配置される。
図５に示されているように、高音響インピーダンス・レイヤ８が、その一部分８ｂが金属ブロック７を覆い、別の部分８ａが感光性レイヤ３を覆うように、堆積される。高音響インピーダンス・レイヤ８は、非晶質のアルミニウム窒化膜あるいは窒化珪素のような誘電体材料から作成することができる。
例えば重合体、好ましくはポリイミドのような有機材料のレイヤ９が、高音響インピーダンス・レイヤ８の上に堆積される。次に、レイヤ９は、図６に示されているように、部分８ａだけを覆うように、フォトリソグラフィ法によって除去される。レイヤ９は、重合を促進するため、好ましくは３５０°Ｃの温度で順次硬化される。注意すべき点であるが、レイヤ８の部分８ｂに対応するレイヤ９の部分は、レイヤ９の硬化処理の後に化学的機械的研磨によって除去することもできる。
引き続いて、図７に示されているように、高音響インピーダンス・レイヤ８の部分８ｂが化学的機械的研磨によって除去される。この研磨は、レイヤ９あるいは金属ブロック７の上部表面に損傷を与えないように実行される。化学的機械的研磨処理の間、レイヤ９によって高音響インピーダンス・レイヤ８の部分８ａが保護される。
次いで、レイヤ９は、ブロック７あるいはレイヤ８を劣化させないように、選択的酸化エッチングによって除去される。更に、化学的機械的研磨を実行して、金属ブロック７のエッジの角を落とし、高音響インピーダンス・レイヤ８に存在し得る粗さを低減する（滑らかにする）。この化学的機械的研磨はレイヤ８の表面を損傷しないように実施される。
音響共振器の支持部１１の残り部分を作成するため、低音響インピーダンス・レイヤ１０が高音響インピーダンス・レイヤ８の上に堆積される。図８に示されているように、低音響インピーダンス・レイヤ１０の一部を除去し、金属ブロック７の上方部分を露出させるように、フォトリソグラフィおよびエッチング処理が実行される。低音響インピーダンス・レイヤ１０は、低電気誘電率と低音響インピーダンスの間に対応するため低電気誘電率の材料で作成することができる。レイヤ１０の材料の誘電率は４未満とすることができる。レイヤ１０の電気誘電率は、好ましくは３未満であり、例えば、基板の能動領域における誘電体レイヤまたは相互接続平面部のためにしばしば使用されるような２.９というオーダーの誘電率の誘電体材料を使用することもできる。例えば、ＳｉＯＣあるいはＳｉＯＣをベースとした材料を選択することもできる。２.５未満、例えば２というオーダーの超低誘電率の材料でレイヤ１０を作成するのも利点がある。従って、レイヤ１０は、多孔性ＳｉＯＣからあるいはそのような材料をベースに作成してもよい。
次に、図９に示されているように、音響共振器の能動素子１２が、従来技術によって、形成される。能動素子１２は、下部電極１３、圧電性レイヤ１４および上部電極１５という３つの主レイヤからなる。このように、下部電極１３が金属ブロック７の上部表面に接触するように配置されるので、相互接続平面部１と能動素子１２との間の電気的接触が形成される。電極１３および１５は、例えばアルミニウム、銅、プラチナ、モリブデン、ニッケル、チタン、ニオブ、銀、金、タンタル、ランタンなどの伝導材で作成される。電極１３と１５との間に配置される圧電性レイヤ１４は、特に、結晶質アルミニウム窒化膜、亜鉛酸化膜、硫化亜鉛、ＬｉＴａＯ、ＰｂＴｉＯ、ＰｂＺｒＴｉ、ＫｂＯ３のようなセラミックあるいは代替的にランタンなどを含むセラミックなどで形成される。圧電性レイヤ１４は、数マイクロミリ、例えば２.４マイクロミリの厚さを持ち、電極１３、１５は圧電性レイヤ１４より小さい厚み、例えば、０.１マイクロミリの厚みを持つ。
支持部１１は、付加的な２層アセンブリを含むこともできる。図１０に示されているように、支持部１１は、高音響インピーダンス・レイヤ１６または１８および低音響インピーダンス・レイヤ１７または１９を各々が含む２層アセンブリを備えることができる。
また、第１の低音響インピーダンス・レイヤが１つまたは複数の２層の下に形成される場合には、支持部１１は奇数のレイヤを含むこともできる。
別の実施形態においては、図１１に示されているように、金属ブロック７は相互接続平面部１の金属被覆平面部４と上部電極１５との間の電気的接触を形成する。この実施形態では、下部電極１３および誘電体レイヤ２０は部分的に低音響インピーダンス・レイヤ１０の上に配置される。このように、誘電体レイヤ２０は下部電極１３と上部電極１５の間に包含され、金属ブロック７と接触する。レイヤ２０は、酸化珪素あるいはポリイミドのような有機レイヤから形成される。
別の好ましい実施形態においては、音響共振器の支持部１１は、図１２に示されているように、有機材料２１からなるブロックの突起素子を含む。
音響共振器の能動素子１２を作成する前に、ブロック２１は、図１３に示されているように、堀２２を残すように好ましくは酸化エッチングによって取り除かれる。ブロック２１の選択的エッチングによって、低音響インピーダンス・レイヤ１０の損傷が回避される。引き続いて、堀２２は、金属、好ましくは銅で埋められ、金属ブロックが形成される。続いて、前述の実施形態の場合と同じように、能動素子１２が作成される。
別の実施形態によれば、図１４に示されているように、高音響インピーダンス・レイヤ８が相互接続平面部１の金属被覆平面部４の上に配置され、低音響インピーダンス・レイヤ１０が高音響インピーダンス・レイヤ８の上に配置される。換言すれば、高音響インピーダンス・レイヤ８は金属被覆平面部４と低音響インピーダンス・レイヤ１０との間にはさみ込まれる。図１４からわかるように、高音響インピーダンス・レイヤが金属被覆平面部４のすべての表面を覆っている。
引き続いて、高音響インピーダンス・レイヤ８および低音響インピーダンス・レイヤ１０は伝導線４ａの表面に達するまで化学的にエッチングされ、図１５に示されているように、堀または穴が形成される。従って、伝導線の上部表面は、露出した部分および高音響インピーダンス・レイヤ８によって覆われた部分から構成される。
引き続いて、図１５に見られるように、低音響インピーダンス・レイヤ１０および金属被覆平面部４の伝導線４ａを覆うように、伝導レイヤ５が堆積される。従って、伝導レイヤ５が側壁および穴の底を覆う。伝導レイヤ５は特に銅である。
引き続いて、図１６に示されているように、好ましくは銅の、金属レイヤ７が、穴を埋めるように、また、低音響インピーダンス・レイヤ１０の上部表面を覆うように、電着法によって作成される。
続いて、低音響インピーダンス・レイヤ１０を覆うレイヤ７の部分が、図１７に示されているように、化学的物理的研磨によって取り除かれる。低音響インピーダンス・レイヤの上部表面を覆っている伝導レイヤ５の部分が化学エッチングによって取り除かれる。
このようにして、好ましくは銅である金属ブロック７が得られ、相互接続平面部１の金属被覆平面部４と音響共振器の能動素子１２の電極のうちの少なくとも１つとの間の電気的接触を形成することが可能とされる。
このようにして、金属ブロック７と相互接続部の金属被覆平面部における低電気インピーダンス線または誘導子のような受動コンポーネントのような集積回路のその他のコンポーネントとを同時に作成することが可能となる。
更に、金属ブロック７を作成するために使用される銅の厚さは３または４マイクロミリにほぼ等しく、この厚さは、誘電子を作成するために使用される銅の厚みの大きさのオーダーに対応している。
銅誘電子は、一般にＳｉＯ２ボックスで製造される。
上記実施形態に基づいて、誘電子および誘電子が作成される誘電体ボックスと同時に、音響共振器の誘電体レイヤおよび金属ブロック７を作成することができる。
上述のように、突起素子７は金属ブロックの形態を想定しているが、他のタイプの閉鎖型を想定することもできる。
１ 相互接続平面部
４ 金属被覆平面部
７ 突起素子
８ 高音響インピーダンス材レイヤ
１０ 低音響インピーダンス材レイヤ
１１ 支持部
１２ 能動素子
４ 金属被覆平面部
７ 突起素子
８ 高音響インピーダンス材レイヤ
１０ 低音響インピーダンス材レイヤ
１１ 支持部
１２ 能動素子
Claims (8)
- 少なくとも１つの相互接続平面部と、高音響インピーダンス材レイヤおよび低音響インピーダンス材レイヤを備える少なくとも１つの２層アセンブリを有する支持部および能動素子を備えた音響共振器と、を備える集積回路であって、
該支持部が相互接続平面部の金属被覆平面部の上方に配置された突起素子を更に備え、相互接続平面部と音響共振器の能動素子との間に電気的接触が形成されることができるようにした、集積回路。 - 突起素子が、相互接続平面部の金属被覆平面部と音響共振器の能動素子の下部電極との間に電気的接触を形成する、請求項１に記載の集積回路。
- 突起素子が、相互接続平面部の金属被覆平面部と音響共振器の上部電極との間に電気的接触を形成する、請求項１または請求項２に記載の集積回路。
- 突起素子が金属ブロックを有する、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の集積回路。
- 集積回路を製作する方法であって、
相互接続平面部の金属被覆平面部の上に配置された突起素子を作成するステップと、高音響インピーダンス材レイヤおよび低音響インピーダンス材レイヤからなる少なくとも１つの２層アセンブリを作成するステップと、を含む方法。 - 突起素子の作成の後に少なくとも突起素子を覆うように高音響インピーダンス材レイヤが形成され、突起素子を覆う前記高音響インピーダンス材レイヤ部分の除去の間に突起素子を覆ってない当該高音響インピーダンス材レイヤ部分を保護するための材料が堆積され、低音響インピーダンス材レイヤが形成される、請求項５に記載の方法。
- 該突起素子が、有機材料料から作成され、該有機材料料は、前記２層アセンブリの作成の後取り除かれ、金属を含む突起素子によって置き換えられる、請求項５に記載の方法。
- 前記突起素子は、２層アセンブリの形成の後に作成される、請求項５に記載の方法。
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