JP2007082218A - 周波数温度係数調節式共振器 - Google Patents

周波数温度係数調節式共振器 Download PDF

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Abstract

【課題】温度補償機能を備えた発振器を提供すること。
【解決手段】温度補償された一対の共振器(300,390)。温度補償された一対の共振器(300,390)は、第１の周波数(f01)で共振するように構成され、第１の周波数温度係数(TC1)を有する第１の共振器(111)と、第２の周波数(f02)で共振するように構成され、第２の周波数温度係数(TC2)を有する第２の共振器(121)とを含む。第２の周波数(f02)は第１の周波数(f01)よりも大きく、第２の周波数温度係数(TC2)は第１の周波数温度係数(TC1)よりも小さく、第１の共振器(111)と第２の共振器(121)は同じ基板(306)上に形成される。
【選択図】図３Ａ

Description

関連米国特許の参照
本願は次の米国特許に関連する。（１）１９９６年１２月２４日に発行され、アジレント・テクノロジーズ・インクに譲渡された「Tunable Thin Film Acoustic Resonators and Method for Making the Same」と題するRuby他による米国特許第５，５８７，６２０号。（２）１９９９年２月２３日に発行され、アジレント・テクノロジーズ・インクに譲渡された「Method of Making Tunable Thin Film Acoustic Resonators」と題するRuby他による米国特許第５，８７３，１５３号。（３）２０００年５月９日に発行され、アジレント・テクノロジーズ・インクに譲渡された「SBAR Structures and Method of Fabrication of SBAR. FBAR Film Processing Techniques for Manufacturing of SBAR/BAR Filters」と題するRuby他による米国特許第６，０６０，８１８号。これらの特許は、調節式の音響薄膜共振器を製造する基礎技術について記載しており、以下で説明する代表的な実施形態の構成要素を含む。したがって、上記の米国特許は、参照によりその全部が本明細書に援用される。
本発明は、周波数温度係数調節式共振器に関する。
単純な腕時計からもっと複雑なサーバコンピュータまで、種々の現代の電子機器は、１以上のクロック、すなわち発振器信号を利用している。種々の用途における要件を満たすために、生成されるそれらの信号は正確で、且つ、安定したものでなければならない。また、生成される信号の動作周波数は、温度変化によって設計周波数から大きく外れてはならない。
ほぼ全ての携帯電話、コンピュータ、電子レンジ、及び、種々の電気製品は、所定周波数の基準信号を生成するために、水晶発振器を使用している。この所定周波数は通常２０ＭＨｚである。こうした発振器は水晶制御発振器と呼ばれる。それらの製品のゲートは、基準信号を使用して所定周波数で「クロッキング」すなわちスイッチングされる。「時間基準」はすべて、この水晶共振器発振器から生成される。携帯電話、ラップトップコンピュータ、及び、他の携帯機器において、水晶共振器発振器は、望ましい大きさよりも大きい。通常、発振器は、製品の動作範囲全体において約±２ｐｐｍの周波数変動を有する。このレベルの周波数制御を達成するために、水晶共振器は通常、密閉パッケージの中にパッケージングされ、その周囲はアーク溶接されていることが多い。そのため、パッケージは比較的高価である。一例は京セラＴＣＸＯパーツ番号ＫＴ２１である。この製品は、３．２×２．５×１ｍｍ３のサイズのセラミックパッケージを有し、−３０℃〜８５℃の間において±２ｐｐｍの精度を有し、２ｍＡの電流が流れる。この水晶の共振周波数は２０ＭＨｚであり、この製品を使用した発振器から得られる信号は、他の電力消費の多い電子機器によって何倍かに倍化しなければならない。また、その結果発生する高調波は一般に、基本周波数に対して約５ｄＢだけしか抑制することができない。
また、発振器は他のタイプの共振器を使用して構成することもでき、例えば、標準的なＬ−Ｃ共振器（インダクタ容量性）、音響薄膜共振器（ＦＢＡＲ）等を使用して構成することができる。こうした共振器は水晶共振器に比べて安価であるが、その周波数変動特性は一般に、上記の用途にとって許容されない。
代表的実施形態として、温度補償された一対の共振器を開示する。温度補償された一対の共振器は、第１の共振器及び第２の共振器からなる。第１の共振器は、第１の周波数で共振し、第１の周波数温度係数を有するように構成される。第２の共振器は、第２の周波数で共振し、第２の周波数温度係数を有するように構成される。第２の周波数は第１の周波数よりも高く、第２の周波数温度係数は第１の周波数温度係数よりも小さく、第１の共振器と第２の共振器は同じ基板上に作成される。
他の代表的実施形態として、基板上に第１の共振器及び第２の共振器を作成する方法を開示する。この方法は、第１の下側電極及び第２の下側電極を形成し、第１の下側圧電層及び第２の下側圧電層を形成し、間質層を形成し、第１の上側圧電層及び第２の上側圧電層を形成することからなる。第１の下側電極と第２の下側電極は部分的に基板の上に重なる。第１の下側圧電層の少なくとも一部は第１の下側電極の上に重なり、第２の下側圧電層の少なくとも一部は第２の下側電極の上に重なり、間質層の少なくとも一部は第１の下側圧電層の上に重なり、第１の上側圧電層の少なくとも一部は間質層の上に重なり、第２の上側圧電層の少なくとも一部は第２の下側圧電層の上に重なり、第１の上側電極は第１の上側圧電層の少なくとも一部の上に配置され、第２の上側電極の少なくとも一部は第２の上側圧電層の上に配置される。
更に他の代表的実施形態として、基板上に第１の共振器及び第２の共振器を作成する方法を開示する。この方法は、基板の少なくとも一部の上に重なる第１の下側電極を形成し、基板の少なくとも一部の上に重なる第２の下側電極を形成し、第１の圧電層及び第２の圧電層を形成し、第１の上側圧電層及び第２の上側圧電層を形成し、質量負荷層を形成することからなる。第１の圧電層の少なくとも一部は第１の下側電極の上に重なり、第２の圧電層の少なくとも一部は第１の下側電極の上に重なり、第２の圧電層の少なくとも一部は第２の下側電極の上に重なり、第２の上側電極の少なくとも一部は第２の圧電層の上に重なり、質量負荷層の剛性の温度係数は第２の上側電極の剛性の温度係数とは異なる。第１の上側電極の少なくとも一部は第１の圧電層の上に重なり、質量負荷層の少なくとも一部は第１の上側電極の上に重なるように構成され、又は、質量負荷層の少なくとも一部は第１の圧電層の上に重なり、第１の上側電極の少なくとも一部は質量負荷層の上に重なるように構成される。
更に他の代表的実施形態として、基板上に第１の共振器及び第２の共振器を作成する方法を開示する。この方法は、下側質量負荷層を形成し、第１の下側電極及び第２の下側電極を形成し、第１の圧電層及び第２の圧電層を形成し、第１の上側電極及び第２上側電極を形成することからなる。第２の下側電極の一部は基板の上に重なり、下側質量負荷層の剛性の温度係数は第２の下側電極の剛性の温度係数とは異なり、第２の圧電層の少なくとも一部は第２の下側電極の上に重なる。下側質量負荷層の少なくとも一部は基板の上に重なり、第１の下側電極の少なくとも一部は質量負荷層の上に重なり、第１の圧電層の少なくとも一部は第１の下側電極の上に重なるように構成され、又は、第１の下側電極の一部は基板の上に重なり、下側質量負荷層の少なくとも一部は第１の下側電極の上に重なり、第１の圧電層の少なくとも一部は下側質量負荷層の上に重なるように構成される。第１の上側電極は第１の圧電層の上に配置され、第２の上側電極の少なくとも一部は第２の圧電層の上に重なる。
本明細書に記載する代表的な実施形態の他の態様及び利点については、添付の図面と合わせて下記の説明から明らかになるであろう。
添付の図面は、種々の代表的実施形態のより完全な説明のために使用されるものであり、当業者はこれらの図面を使用して、それらの実施形態並びにその固有の利点を理解することができる。これらの図面において、同じ参照符号は対応する要素を示している。
例示目的の図面に示すように、新規の発振器は、共振周波数及び周波数変動特性を適切に調節することにより、発振回路の周波数変動及び温度特性を非常に小さくすることができる。適当な一対の共振器は集積回路技術を使用して作成され、同程度の周波数変動特性を得るために従来使用されている水晶発振器に比べて、コスト及びサイズの面で利点を有する。従来は、水晶発振器を注意深く切断し、温度に対する周波数の変動が小さくなるように調整していた。
代表的な実施形態では、温度に対する変動率が異なる２つの共振器を発振器回路に使用して、携帯電話、携帯コンピュータ、及び他の同等の装置の規格温度範囲全体にわたって、最終的に温度変化がゼロではないとしても、非常に温度変化が小さい「うなり」周波数を生成する。これらの共振器を音響薄膜共振器（ＦＢＡＲ）として形成し、他の集積回路と組み合わせることにより、約０．２ミリメートル（ｍｍ）厚の面積１×１ｍｍ２未満のシリコンチップを得ることができる。また、出力信号は、水晶共振器に比べて非常に高い周波数にすることができるため、比較的自由なスプリアスモードにすることができる。その結果、高周波トーンを「クリーン」にするために消費される電力を低減することができる。
下記の詳細な説明及び図面のうちの幾つかにおいて、同じ要素は同じ参照符号を使用して識別される。
図１は、種々の代表的実施形態において説明されるような発振回路１００を示すブロック図である。図１において、発振回路１００は、第１の発振器１１０、第２の発振器１２０、ミキサ回路１３０、及び、フィルタ回路１４０を含む。第１の発振回路は、第１の共振器１１１及び第１の増幅器１１２を含む。第２の発振回路１２０は、第２の共振器１２１及び第２の増幅器１２２を含む。
第１の増幅器１１２の出力は第１の共振器１１１を介して第１の増幅器１１２の入力にフィードバックされ、その結果、第１の発振器１１０において第１の周波数ｆ０１を有する第１の発振信号１１５が発生する。第１の周波数ｆ０１は第１の共振器１１１の共振周波数である。
第２の増幅器１２２の出力は第２の共振器１２０を介して第２の増幅器１２２の入力にフィードバックされ、その結果、第２の発振器１２０において第２の周波数ｆ０２を有する第２の発振信号１２５が発生する。第２の周波数ｆ０２は第２の共振器１２１の共振周波数である。
図１の代表的実施形態において、第２の周波数ｆ０２は第１の周波数ｆ０１よりも大きい。図１に示す第１及び第２の発振器１１０、１２０の詳細は、単に例示を目的としたものである。第１及び第２の共振器１１１、１２１を使用して、種々の発振回路を構成することが可能である。
ミキサ回路１３０は、第１の発振器１１０から第１の周波数ｆ０１を有する第１の発振信号１１５を受信すると共に、第２の発振器１２０から第２の周波数ｆ０２を有する第２の発振信号１２５を受信する。第１の発振信号１１５と第２の発振信号１２５はミキサ回路１３０によって混合され、ミキサ信号１３５が生成される。ミキサ信号１３５は、第２の周波数ｆ０２から第１の周波数ｆ０１を減算したものに等しいうなり周波数ｆＢを有する信号成分１３６（図２Ａを参照）、並びに、第１の周波数ｆ０１と第２の周波数ｆ０２の和に等しい合計周波数ｆＳを有する他の信号成分１３７（図２Ａを参照）を含む。
フィルタ１４０は、ミキサ回路１３０からミキサ信号１３５を受信し、ミキサ信号１３５のうちのうなり周波数ｆＢを有する信号成分１３６を通過させるとともに、ミキサ信号１３５のうちの合計周波数ｆＳを有する他の信号成分１３７を阻止し、その出力としてフィルタ信号１４５を生成する。本明細書において、フィルタ信号１４５は出力信号１４５とも呼ばれる。したがって、フィルタ信号１４５は、フィルタ１４０の伝達関数によって変形されたうなり周波数ｆＢを有する信号を主に含む。通常、合計周波数ｆＳを有するフィルタ信号１４５の成分はいずれも、フィルタ１４０の伝達関数によって大幅に減少される。
図２Ａは、ミキサ出力２３５と図１におけるミキサ信号１３５との関係をプロットしたグラフである。上記のように、ミキサ出力２３５は、うなり周波数ｆＢを有する信号成分１３６、及び、合計周波数ｆＳを有する他方の信号成分１３７を含む。信号成分１３６と他方の信号成分１３７はいずれも、図２Ａに描かれている。信号成分１３６は、うなり周波数ｆＢ＝（ｆ０２−ｆ０１）の位置にプロットされ、他方の信号成分１３７は合計周波数ｆＳ＝（ｆ０２＋ｆ０１）の位置にプロットされている。さらに、図２Ａには、第１の周波数ｆ０１及び第２の周波数ｆ０２が、相対位置で描かれている。
図２Ｂは、図１のフィルタ１４０に関する伝達関数２５０と周波数の関係をプロットしたグラフである。図２Ｂに示す代表的実施形態では、フィルタ１４０はローパスフィルタ１４０である。ただし、フィルタ１４０の伝達関数２５０が、ミキサ信号１３５のうちのうなり周波数ｆＢを有する信号成分１３６を通過させ、ミキサ信号１３５のうちの合計信号ｆＳを有する信号成分１３６のような他方の重要な成分を阻止するものでさえあれば、種々のフィルタ１４０構成を使用することが可能である。したがって、上述のように、フィルタ１４０の出力におけるフィルタ信号１４５は、フィルタ１４０の伝達関数２５０によって変形されたうなり周波数ｆＢを有する信号を主に含む。通常、合計周波数ｆＳを有するフィルタ信号１４５の成分はいずれも、フィルタ１４０の伝達関数２５０によって大幅に減少される。
図２Ｃは、図１における第１及び第２の共振器１１１、１２１に関する周波数温度係数ＴＣをプロットしたグラフである。基準周波数ｆＲにおける共振回路の周波数温度係数ＴＣの値は、ＴＣ＝（１／ｆＲ）（ΔｆＲ／Δｔ）によって与えられる。ただし、ΔｆＲは温度変化ΔｔによってｆＲに発生する周波数シフトである。周波数温度係数ＴＣの値は通常、１℃当たり百万分の一単位（ｐｐｍ／℃）で表現される。所与の発振器において周波数依存成分が他に存在しない場合、その発振器の温度係数の値は、その発振器が有する共振回路の温度係数の値に等しくなる。第１の共振回路１１１は第１の周波数温度係数ＴＣ１を有し、第２の共振回路１２１は第２の周波数温度係数ＴＣ２を有する。なお、第２の周波数温度係数ＴＣ２の値は、第１の周波数温度係数ＴＣ１の値よりも小さい。
発振回路１００のうなり周波数ｆＢは、第１の周波数ｆ０１と第１の周波数温度係数ＴＣ１を乗算したものから第２の周波数ｆ０２と第２の周波数温度係数ＴＣ２を乗算したものを減算したものに等しい回路周波数温度係数ＴＣＣを有する（すなわち、ＴＣＣ＝［ｆ０２×ＴＣ２］−［ｆ０１×ＴＣ１］）。したがって、第１の周波数ｆ０１、第１の周波数温度係数ＴＣ１、第２の周波数ｆ０２、及び、第２の周波数温度係数ＴＣ２は、特定用途における必要性に合わせて選択することができる。これらのパラメータを注意深く選択すれば、水晶振動子によって得られるものに匹敵する、又はそれよりも良好な回路周波数温度係数ＴＣＣを得ることができる。実際、これらのパラメータを注意深く選択し、調節することで、回路周波数温度係数ＴＣＣをゼロにすることも可能である。
図２Ｄは、音響薄膜共振器（ＦＢＡＲ）の等価回路２６０を示す図である。音響薄膜共振器は、その製造方法が、集積回路のものと互換性があり、他の方法に比べてコスト、信頼性、及び、サイズの点で比較的有利であることから、本明細書において、種々の代表的実施形態において使用される。図２Ｄは、音響薄膜共振器の変形Butterworth-Van Dykeモデルを示している。等価回路２６０から分かるように、音響薄膜共振器は２つの共振周波数を有している。第１の共振周波数は直列共振周波数ｆＳＥＲと呼ばれ、この共振周波数はインダクタＬＭとキャパシタＣＭの直列接続によって発生する。第２の共振周波数は並列共振周波数ＦＰＡＲと呼ばれ、この共振周波数は分路キャパシタＣＰと、上記のインダクタＬＭとキャパシタＣＭの直列接続との並列結合によって発生する。並列共振周波数ＦＰＡＲは***振周波数とも呼ばれる。抵抗器ＲＳＥＲＩＥＳ及び分路抵抗器ＲＳＨＵＮＴは、構造上理想的でない抵抗成分に相当する。フィルタ１４０を適切に選択すれば、最終的な出力信号１４５の周波数を決めるときに、並列共振周波数ＦＰＡＲ又は直列共振周波数ｆＳＥＲのいずれかを選択することができる。上記の点に関し、及び、所与の実施形態において、第１の周波数ｆ０１は、第１の共振器１１１の並列共振周波数ｆＰＡＲと直列共振周波数ｆＳＥＲのいずれかであり、第２の周波数ｆ０２は、第２の共振器１２１の並列共振周波数ｆＰＡＲと直列共振周波数ｆＳＥＲのいずれかである場合がある。当業者には分かるように、２つの音響薄膜共振器に対するミキサ回路１３０の出力は、図２Ａに描かれている２つの周波数ではなく、８個の独立した周波数を有する信号を結合させたものである。それらの８つのい周波数は次のように表わされる。（１）ｆＰＡＲ−１±ｆＰＡＲ−２（２）ｆＰＡＲ−１±ｆＳＥＲ−２（３）ｆＳＥＲ−１±ｆＰＡＲ−２（４）ｆＳＥＲ−１±ｆＳＥＲ−２ したがって、任意の所与の用途において、フィルタ１４０は、不要な７つの周波数を必要なレベルまでフィルタリングすることになる。共振器はいずれも、並列共振周波数ｆＰＡＲが直列共振周波数ｆＳＥＲよりも小さいので、適切に設計されたローパスフィルタ１４０によって、周波数（ｆＰＡＲ−１−ｆＰＡＲ−２）だけを通過させることができる。
図３Ａは、種々の代表的実施形態において説明されるような共振器構造３００を示す図である。図３Ａにおいて、一対の共振器３００は第１の共振器及び第２の共振器１１１、１２１を含み、それらが側面図として描かれている。これらは集積回路と同様のプロセスを使用して作成される。この例において、共振器１１１、１２１は音響薄膜共振器（ＦＢＡＲ）である。共振器１１１、１２１は基板３０５上に作成される。基板３０５は例えばシリコン３０５又は他の適当な材料から形成される。共振器１１１、１２１は、力学的な波を利用する音響共振器であるため、第１のキャビティ３１１及び第２のキャビティ３１２の上にそれぞれ形成される。キャビティは、共振器１１１、１２１の振動部を基板３０５から隔離し、通常ならば基板３０５に拡散されるであろう振動エネルギーを低減する。第１のキャビティ及び第２のキャビティ３１１、３１２は、基板３０５の上面に形成される。
第１の共振器１１１は、第１のキャビティ３１１の上に橋渡しされるように形成される。第１の共振器１１１は、第１の下側電極３２１、第１の上側電極３３１、並びに、第１の下側電極３２１と第１の上側電極３３１の間に挟まれた第１の圧電構造３４１を含む。第１の圧電構造３４１は、第１の下側電極３２１の上に第１の下側圧電層３５１を含み、間質層３６１の上に第１の上側圧電層３７１を含む。第１の上側圧電層３７１の上には、第１の上側電極３３１がある。また、図３Ａに示すように、第１の上側電極３３１の上には質量負荷層３８１がある。
第２の共振器１２１は、第２のキャビティ３１２の上に橋渡しされるように形成される。第２の共振器１２１は、第２の下側電極３２２、第２の上側電極３３２、並びに、第２の下側電極３２２と第２の上側電極３３２の間に挟まれた第２の圧電構造３４２を含む。第２の圧電構造３４２は、第２の下側電極３２２の上に第２の下側圧電層３５２を含み、第２の下側圧電層３５２の上に第２の上側圧電層３７２を含む。第２の上側圧電層３７２の上には、第２の上側電極３３２がある。
圧電層３５１、３５２、３７１、３７２は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、または、任意の適当な圧電材料を使用して形成される。窒化アルミニウムの場合、圧電層３５１、３５２、３７１、３７２は、適当な処理工程において蒸着によって形成することができる。これらの電極３２１、３２２、３３１、３３２は、例えば、モリブデン、又は、任意の他の適当な導体であってもよい。間質層３６１の剛性係数対温度は、理想的には、圧電層３５１、３５２、３７１、３７２よりも大きいことが望ましい。その場合、間質層３６１の剛性係数と温度の比を大きくするほど、第１の周波数温度係数ＴＣ１は第２の周波数温度係数ＴＣ２よりも大きくなる。モリブデンの剛性係数と温度の比は、窒化アルミニウムの剛性係数と温度の比よりも大きいので、モリブデンは間質層３６１に使用することができる。
質量負荷層３８１により、並びに、間質層３６１の厚さ、及び、種々の圧電層３５１、３５２、３７１、３７２の相対的厚さを含む他の設計考慮事項から、第１の共振器１１１は、第２の共振器１２１の第２の共振周波数ｆ０２（すなわち、第２の周波数）よりも低い第１の共振周波数ｆ０１（すなわち、第１の周波数）を有するように作成される場合がある。一般に、質量負荷層３８１の重量が増すほど、共振器の共振周波数は低くなる。また、圧電層（複数の場合もあり）を厚くするほど、共振器の共振周波数は低くなる。
一般に、質量負荷層３８１の重量を増やしても、周波数温度係数に目立った変化は生じない。なぜなら、質量負荷層３８１はほとんどの場合「おもり」として働き、温度変化があっても、質量負荷層はあまり変化しないからである。ただし、質量負荷をさらに増やせば、第１の共振周波数ｆ０１は低下する。この低下は、所与の用途において望ましい場合もあれば、望ましくない場合もある。質量負荷が大きくなるほど、うなり周波数ｆＢは高くなる。
図３Ｂは、種々の代表的実施形態において説明されるような他の共振器構造３９０を示す図である。図３Ｂにおいて、一対の共振器３９０は、第１の共振器及び第２の共振器１１１、１２１を含み、それらが側面図として描かれている。これらの共振器は、図３Ａと同様に、集積回路製造プロセスを使用して形成される。この例において、共振器１１１、１２１は音響薄膜共振器（ＦＢＡＲ）である。基板３０５の上には共振器１１１、１２１が形成される。基板３０５は、例えばシリコン３０５、又は、他の適当な材料から形成される。図３Ｂでは、図３Ａとは反対に、共振器１１１、１２１が単一のキャビティ３１３の上に形成される。共振器１１１、１２１は、本明細書ではキャビティ３１３と呼ばれる場合がある。単一のキャビティ３１３は、基板３０５の上面３０６上に形成される。単一のキャビティ３１３は、基板３０５から共振器１１１、１２１の振動部を隔離し、図３Ａに示されるように共振器１１１、１２１の振動部を基板３０５から隔離し、振動エネルギーが基板に拡散されることを防止する働きをする。しかしながら、図３Ｂの構造によれば、図３Ａの構造において見られるものに比べて、２つの共振器１１１、１２２間の振動結合を増加させることができる。
第１の共振器１１１は、単一のキャビティ３１３の上に形成される。第１の共振器１１１は、第１の下側電極３２１、第１の上側電極３３１、及び、第１の下側電極３２１と第１の上側電極３３１の間に挟まれた第１の圧電構造３４１を含む。第１の圧電構造３４１は、第１の下側電極３２１の上に第１の下側圧電層３５１を有し、第１の下側圧電層３５１の上に間質層３６１を有し、間質層３６１の上に第１の上側圧電層３７１を有する。第１の上側圧電層３７１の上には、第１の上側電極３３１がある。また、図３Ｂに示すように、第１の上側電極３３１の上には、質量負荷層３８１がある。
また、単一のキャビティ３１３の上には、第２の共振器１２１も作成される。第２の共振器１２１は、第１の共振器１１１と共通の第１の下側電極３２１、第２の上側電極３３２、並びに、第１の下側電極３２１と第２の上側電極３３２の間に挟まれた第２の圧電構造３４２を含む。第２の圧電構造３４２は、第１の下側電極３２１の上に第２の下側圧電層３５２を有し、第２の下側圧電層３５２の上に第２の上側圧電層３７２を有する。構造的な目的から、図３Ｂは、下側を接続する圧電層３５２、及び、上側を接続する圧電層３７３を更に示している。
図３Ａに示すように、圧電層３５１、３５２、３７１、３７２は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、又は、任意の適当な圧電材料を使用して形成される。窒化アルミニウムの場合、圧電層３５１、３５２、３７１、３７２は、適当な処理工程において蒸着によって形成することができる。電極３２１、３２２、３３１、３３２は、例えば、モリブデン、又は、任意の他の適当な導体であってもよい。間質層３６１は、理想的には、圧電層３５１、３５２、３７１、３７２よりも大きな剛性係数と温度の比を有することが好ましい。その場合、間質層３６１の剛性係数と温度の比を大きくするほど、第２の周波数温度係数ＴＣ２に比べて第１の周波数温度係数ＴＣ１は大きくなる。モリブデンの剛性係数と温度の比は、窒化アルミニウムの剛性係数と温度の比よりも大きいので、モリブデンは間質層３６１に使用することができる。
質量負荷層３８１により、並びに、間質層３６１の厚さ、及び、種々の圧電層３５１、３５２、３７１、３７２の相対的厚さを含む他の設計考慮事項から、第１の共振器１１１は、第２の共振器１２１の第２の共振周波数ｆ０２（すなわち、第２の周波数）よりも低い第１の共振周波数ｆ０１（すなわち、第１の周波数）を有するように作成することができる。
図３Ｃは、種々の代表的実施形態において説明されるような更に他の共振器構造３００を示す図である。図３Ｃの代替実施形態では、図３Ａや図３Ｂの共振器構造３００、３９０とは異なり、第１の共振器１１１の間質層３６１は省略されている。図３Ｃにおいて、一対の共振器３００は、第１の共振器及び第２の共振器１１１、１２１を含み、それらが側面図で描かれている。それらの共振器は、集積回路と同様のプロセスを使用して製造される。この例において、共振器１１１、１２１は、音響薄膜共振器（ＦＢＡＲ）である。共振器１１１、１２１は基板３０５に形成される。基板３０５は、例えば、シリコン又は他の適当な材料からなる。共振器１１１、１２１は、力学的な波を利用する音響共振器であるため、第１のキャビティ３１１及び第２のキャビティ３１２の上にそれぞれ形成される。これらのキャビティは、共振器１１１、１２１の振動部を基板３０５から隔離し、通常ならば基板３０５に拡散されるであろう振動エネルギーを低減する。第１のキャビティ及び第２のキャビティ３１１、３２２は、基板３０５の上面３０６に形成される。
第１の共振器１１１は、第１のキャビティ３１１の上に橋渡しされるように形成される。第１の共振器１１１は、第１の下側電極３２１、第１の圧電層３５１（第１の下側圧電層３５１）、第１の上側電極３３１、及び、質量負荷層３８１を含む。第１の圧電層３５１は第１の下側電極３２１の上にあり、第１の上側電極３３１は第１の圧電層３５１の上にあり、質量負荷層３８１は第１の上側電極３３１の上にある。
第２の共振器１２１は、第２のキャビティ３１２の上に橋渡されるように形成される。第２の共振器１２１は、第２の下側電極３２２、第２の圧電層３５２（第２の下側圧電層３５２）、及び、第２の上側電極３３２を含む。第２の圧電層３５２は第２の下側電極３２２の上にあり、第２の上側電極３３２は第２の圧電層３５２の上にある。
圧電層３５１、３５２は、窒化アルミニウム、又は、任意の適当な圧電材料から形成することができる。窒化アルミニウムの場合、圧電層３５１、３５２は、適当な処理工程において蒸着によって形成することができる。電極３２１、３２２、３３１、３３２は、例えば、モリブデン、又は、任意の他の適当な導体から形成することができる。
図３Ｃの実施形態では、質量負荷層３８１は、温度による剛性の変化が、特に、第２の上側電極３３２よりも大きい材料であることが望ましい。質量負荷層３８１は、酸化物であってもよい。また、質量負荷層３８１は、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＰＹ（ポリイミド族の有機材料の１つ）、ＢＣＢ（ベンゾクロロブタン）、又は他の適当な材料のような有機材料であってもよい。また、質量負荷層３８１は樹脂であってもよい。この樹脂は、低誘電率材料であってもよい。低誘電率材料は一般に、３．５以下の誘電定数を有する材料である。適当な低誘電率材料の一例は、ダウ・ケミカルのＳｉＬＫ材料である。ＳｉＬＫは、温度によって軟化する有機材料である。このように、質量負荷層３８１の剛性係数と温度の比を大きくすると、第１の周波数温度係数ＴＣ１は、第２の周波数温度係数ＴＣ２よりも大きくなる。質量負荷層３８１の上に、さらに保護層を設けてもよい。
質量負荷層３８１によって、第１の共振器１１１は、第２の共振器１２１の第２の共振周波数ｆ０２（すなわち、第２の周波数）よりも低い第１の共振周波数ｆ０１（すなわち、第１の周波数）を有するように作成することができる。一般に、質量負荷層３８１の重量が増すほど、共振器の共振周波数は低くなる。また、圧電層（複数の場合もあり）が厚くなるほど、共振器の共振周波数は低くなる。
質量負荷層３８１の材料が第１の上側電極及び第２の上側電極３３１、３３２とは異なるこの代表的実施形態の場合、温度変化によって質量負荷層３８１の剛性が変化するため、質量負荷層３８１の厚さ及び材料を変えると、周波数温度係数は大きく変わる可能性がある。質量負荷を大きくするほど、うなり周波数ｆＢは高くなる。
また、代表的実施形態において、第１の共振器及び第２の共振器１１１、１２１は、図３Ｂのものと同様の単一のキャビティ３１３の上に形成してもよい。
図３Ｄは、種々の代表的実施形態において説明されるような、更に他の共振器構造３００を示す図である。図３Ｃの代替実施形態である図３Ｄでは、図３Ａや図３Ｂの共振器構造３００、３９０とは異なり、第１の共振器１１１の間質層３６１は省略され、一対の共振器３００は、第１の共振器及び第２の共振器１１１、１２１からなり、それらが側面図として描かれている。これらの共振器は、集積回路と同様のプロセスを使用して製造される。この例において、共振器１１１、１２１は、音響薄膜共振器（ＦＢＡＲ）である。共振器１１１、１２１は基板３０５上に形成され、基板３０５は例えば、シリコン３０５又は他の適当な材料からなる。共振器１１１、１２１は、第１のキャビティ３１１及び第２のキャビティ３１２の上にそれぞれ形成される。なぜなら、それらは、力学的な波を利用する音響共振器であるからである。キャビティは、共振器１１１、１２１の振動部を基板３０５から隔離し、通常ならば基板３０５に放散されるであろう振動エネルギーを低減する。第１のキャビティ及び第２のキャビティ３１１、３１２は、基板３０５の上面３０６上に形成される。
第１の共振器１１１は、第１のキャビティ３１１の上に橋渡しされるように形成される。第１の共振器１１１は、下側質量負荷層３８２、第１の下側電極３２１、第２１の圧電層３５１（第１の下側圧電層３５１）、第１の上側電極３３１、及び、オプションの質量負荷層３８１を含む。第１の下側電極３２１は下側質量負荷層３８２の上にあり、第１の圧電層３５１は第１の下側電極３２１の上にあり、第１の上側電極３３１は第１の圧電層３５１の上にあり、オプションの質量負荷層３８１は第１の上側電極３３１の上にある。
図３Ｄの実施形態における下側負荷層３８２は、特に第２の下側電極３２２に比べて、温度により大きな剛性変化を受ける材料であることが望ましい。また、下側質量負荷層３８２は、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＰＹ（ポリイミド族の有機材料の１つ）、ＢＣＢ（ベンゾクロロブタン）、又は他の適当な材料のような有機材料であってもよい。また、質量負荷層３８２は樹脂であってもよい。この樹脂は、低誘電率材料であってもよい。低誘電率材料は一般に、３．５以下の誘電定数を有する材料である。適当な低誘電率材料の一例は、ダウ・ケミカルのＳｉＬＫ材料である。ＳｉＬＫは、温度によって軟化する有機材料である。このように、質量負荷層３８２の剛性係数と温度の比を大きくすると、第１の周波数温度係数ＴＣ１は第２の周波数温度係数ＴＣ２よりも大きくなる。
第２の共振器１２１は、第２のキャビティ３１２の上に橋渡しされるように形成される。第２の共振器１２１は、第２の下側電極３２２、第２の圧電層３５２（第２の下側圧電層３５２）、及び、第２の上側電極３３２を含む。第２の圧電層３５２は第２の下側電極３２２の上にあり、第２の上側電極３３２は第２の圧電層３５２の上にある。
圧電層３５１、３５２は、窒化アルミニウム、又は、任意の適当な圧電材料から形成することができる。窒化アルミニウムの場合、圧電層３５１、３５２は、適当な処理工程において蒸着によって形成することができる。電極３２１、３２２、３３１、３３２は、例えば、モリブデン、又は、任意の他の適当な導体であってもよい。質量負荷層３８１は、例えば、モリブデン、又は、任意の他の適当な材料であってもよい。
下側質量負荷層３８２によって、第１の共振器１１１は、第２の共振器１２１の第２の共振周波数ｆ０２（すなわち、第２の周波数）よりも大きな第１の共振周波数ｆ０１（すなわち、第１の周波数）を有するように形成することができる。一般に、下側質量負荷層３８２及び質量負荷層３８１の重量が増すほど、共振器の共振周波数は低くなる。また、圧電層（複数の場合もあり）を厚くするほど、共振器の共振周波数は低くなる。
下側質量負荷層３８２の材料が第２の下側電極３２２の材料とは異なるこの実施形態の場合、温度変化によって下側質量負荷層３８２の剛性が変化するため、下側質量負荷層３８２の厚さ及び材料を変えることで、周波数温度係数を大きく変えることができる。質量負荷を大きくするほど、うなり周波数ｆＢは高くなる。
また、代表的実施形態において、第１の共振器及び第２の共振器１１１、１２１は、図３Ｂのものと同様の単一のキャビティ３１３の上に形成してもよい。
図４は、図３Ａ及び図３Ｂの共振器構造３００、３９０を形成する方法４００を示すフロー図である。図３Ａの共振器構造３００の場合、ブロック４１０において、基板３０５にキャビティ３１１、３１２をエッチングする。ただし、図３Ｂの他方の共振器構造３９０の場合、基板３０５にはキャビティ３１３を一個しかエッチングしない。次に、ブロック４１０はブロック４２０に制御を移す。
図３Ａの共振器構造３００の場合、ブロック４２０では、キャビティ３１１、３１２に犠牲材料を充填する。図３Ｂの他方の共振器構造３９０の場合、単一のキャビティ３１３に犠牲材料を充填する。犠牲材料にはリン石英ガラス材料を使用することができ、犠牲材料は後で除去される。次に、ブロック４２０はブロック４３０に制御を移す。
図３Ａの共振器構造３００の場合、ブロック４３０では、第１の下側電極及び第２の下側電極３２１、３２２を形成する。図３Ｂの他方の共振器構造３９０の場合、第１の下側電極３２１を形成する。図３Ａの場合の第１の下側電極及び第２の下側電極３２１、３２２、又は、図３Ｂの場合の第１の下側電極３２１は、金属蒸着またはフォトリソグラフィのような既知の技術を使用して形成することができる。例えば、モリブデンの層をウェーハ上に蒸着した後、フォトレジストをウェーハ上にスピンコーティングし、フォトレジストを適当なパターンで露出させ、次いでフォトレジストを現像し、モリブデンをエッチングする場合がある。次に、ブロック４３０はブロック４４０に制御を移す。
図３Ａの共振器構造３００の場合、ブロック４４０において、下側電極３２１、３２２の上に下側圧電層３５１、３５２（これらは、下側ウェーハ圧電層３５０と同時に蒸着され、本明細書では、パターニングされるまで、まとめて下側ウェーハ圧電層３５０と呼ばれる）を蒸着する。図３Ｂの他方の共振器構造３９０の場合、下側圧電層３５１、３５２は、第１の下側電極３２１の上に蒸着される。この場合も、フォトリソグラフィ工程を使用して、第１の下側圧電層及び第２の下側圧電層３５１、３５２を画定及び形成する。例えば、窒化アルミニウムの層をウェーハ上に蒸着した後、フォトレジストをウェーハ上にスピンコーティングし、適当なパターンでフォトレジストを露出させるようにフォトレジストをパターニングし、次いでフォトレジストを現像し、窒化アルミニウムをエッチングする場合がある。次に、ブロック４４０はブロック４５０に制御を移す。
ブロック４５０では、第１の共振器１１１の第１の下側圧電層３５１の上に間質層３６１を追加する。間質層３６１は、金属蒸着やフォトリソグラフィのような既知の技術を使用して形成することができる。例えば、モリブデンの層をウェーハ上に蒸着した後、フォトレジストを基板３０５上にスピンコーティングする場合がある。フォトレジストは適当なパターンで露出されるようにパターニングされ、次いでフォトレジストは現像され、モリブデンがエッチングされる。次に、ブロック４５０はブロック４６０に制御を移す。
ブロック４６０では、第１の共振器１１１の間質層３６１、及び、第２の共振器１２１の第２の下側圧電層３５２上に、上側圧電層３７１、３７２（これらは、上側ウェーハ圧電層３７０と同時に蒸着され、パターニングされるまでは上側ウェーハ圧電層３７０と呼ばれる）を蒸着する。この場合も、第１の上側圧電層及び第２の上側圧電層３７１、３７２は、既知のフォトリソグラフィ工程を使用して画定及び形成される。例えば、窒化アルミニウムの層をウェーハ上に蒸着した後、フォトレジストをウェーハ上にスピンコーティングし、フォトレジストを適当なパターンで露出されるようにパターニングし、次いでフォトレジストを現像し、窒化アルミニウムをエッチングする場合がある。次に、ブロック４６０はブロック４７０に制御を移す。
ブロック４７０では、第１の上側電極及び第２の上側電極３３１、３３２を形成する。第１の上側電極及び第２の上側電極３３１、３３２は、金属蒸着やフォトリソグラフィのような既知の技術を使用して形成することができる。例えば、上側圧電層３７１、３７２の上にモリブデンの層を蒸着した後、蒸着されたモリブデンの上に、フォトレジストをスピンコーティングする。フォトレジストは、適当なパターンで露出されるようにパターニングされる。次に、フォトレジストを現像し、モリブデンをエッチングして、第１の上側電極及び第２の上側電極３３１、３３２を形成する。次に、ブロック４７０はブロック４８０に制御を移す。
ブロック４８０では、第１の共振器１１１の第１の上側電極３３１の上に、質量負荷層３８１を追加する。質量負荷層３８１は、金属蒸着やフォトリソグラフィのような既知の技術を使用して形成することができる。例えば、モリブデン又は他の材料の層をウェーハ上に蒸着した後、フォトレジストをウェーハ上にスピンコーティングする。フォトレジストは適当なパターンで露出されるようにパターニングされ、次いでフォトレジストは現像され、モリブデンがエッチングされ、第１の上側電極３３１の上に質量負荷層３８１が残される。次に、ブロック４８０はブロック４８５に制御を移す。
ブロック４８５では、第１の上側電極３３１の厚さの一部、及び、第２の上側電極３３２の厚さの一部を除去するか、又は、第２の上側電極３３２の厚さの一部、及び、質量負荷層３８１の厚さの一部を除去する。ブロック４８５の適当な動作は、ブロック４８０よりも前に行われる。次に、ブロック４８５はブロック４９０に制御を移す。
ブロック４９０では、第２の圧電層３５２の厚さをそのまま維持しつつ、第１の圧電層３５１の厚さの一部を除去し、第１の圧電層３５１の厚さをそのまま維持しつつ、第２の圧電層３５２の厚さの一部を除去し、第２の上側電極の厚さをそのまま維持しつつ、第１の上側電極３３１の厚さの一部を除去し、第１の上側電極３３１の厚さをそのまま維持しつつ、第２の上側電極３３２の厚さの一部を除去し、第２の上側電極３３２の厚さをそのまま維持しつつ、質量負荷層３８１の厚さの一部を除去し、又は、質量負荷層３８１の厚さをそのまま維持しつつ、第２の上側電極３３２の厚さの一部を除去する。ブロック４９０の適当な動作は、ブロック４７０よりも前に行われるか、又は、ブロック４８０よりも前に行われる。次に、ブロック４９０はブロック４９５に制御を移す。
図３Ａの共振器構造３００の場合、ブロック４９５では、キャビティ３１１、３１２に先に設けられた犠牲材料を除去する。図３Ｂの他方の共振器構造３９０の場合は、キャビティ３１３に先に設けられた犠牲材料を除去する。犠牲材料がガラスである場合、適宜、フッ化水素酸を使用して、キャビティ３１１、３１２又はキャビティ３１３から犠牲材料をエッチングすることができる。次に、ブロック４９５でこのプロセスは終了する。
例えば、第１の発振器１１０は、第１の共振器１１１を使用して、２．３ＧＨｚの第１の周波数ｆ０１を有する第１の発振信号１１５を生成し、第２の発振器１２０は、第２の共振器１２１を使用して、２．０ＧＨｚの第２の周波数ｆ０２を有する第２の発振信号１２５を生成する。うなり周波数ｆＢは、３００ＭＨｚになるであろう。
当業者には分かるように、他の代表的実施形態では、上に記載したプロセスに対して種々の変更を施し、今説明したものと同様の構造を得ることも可能である。具体的には、上記のプロセスは、図３Ａの第１の共振器１１１だけを基板３０５上に形成するように、変更を加えることができる。その場合、第１の周波数ｆ０１と温度係数ＴＣは、上に記載した教示に従って変更することができる。間質層３６１の剛性係数と温度の比が、第１の下側圧電層３５１及び第１の上側圧電層３７１のものよりも小さい場合、第１の周波数温度係数ＴＣ１は、間質層３６１が存在しない場合よりも小さくなるであろう。間質層３６１のパラメータを調節するか否かに関わらず、第１の周波数温度係数ＴＣ１は調節することができる。また、イオン・ミリング工程に関係するフォトリソグラフィを更に含めることにより、第１の周波数及び第２の周波数ｆ０１、ｆ０２の両方又は片方を変更することもできる。また、幾つかの特定の工程を省略することにより、例えば、（１）ブロック４５０（間質層の追加）及び（２）ブロック４６０（上側圧電層の追加）における幾つかの工程を省略することにより、図３Ｃの代表的実施形態を構成することも可能である。
図５Ａは、図３Ａ〜図３Ｂの共振器構造３００、３９０に関する回路周波数温度係数ＴＣＣと上側共振器層３９５から除去される厚さの間の関係をプロットしたグラフである。本明細書では、質量負荷層３８１と第２の上側電極３２２は、まとめて上側共振器層３９５と呼ばれる。ただし、上側共振器層３９５は、図面には具体的に示されていない。図５Ｂは、図３Ａの共振器構造３００、及び、図３Ｂの他方の共振器構造３９０に関するうなり周波数ｆＢと上側共振器層３９５から除去された厚さの間の関係をプロットしたグラフである。図５Ａ〜図５Ｂにおいて、上側共振器層３９５の材料は、全面除去プロセスを使用して除去される。この全面除去プロセスは、ウェーハ全体にわたって質量負荷層３８１及び第２の上側電極３３２から等量を除去するアイアン・ミルであってもよい。全面アイアン・ミルは、第１の共振器及び第２の共振器１１１、１２１の第１の共振周波数及び第２の共振周波数ｆ０１、ｆ０２を調節するだけでなく、第１の共振器及び第２の共振器１１１、１２１の第１の周波数温度係数及び第２の周波数温度係数ＴＣ１、ＴＣ２も調節する。したがって、全面アイアン・ミルによれば、発振回路１００の最終的なうなり周波数ｆＢと、うなり周波数ｆＢの最終的な温度変動（回路周波数温度係数ＴＣＣ）との両方が調節される。したがって、全面アイアン・ミルは、発振器回路１００のうなり周波数ｆＢに対しても、うなり周波数ｆＢの最終的な温度変動（回路周波数温度係数ＴＣＣ）のいずれに対しても使用することができる。ただし、両方に対して使用することはできない。また、全面アイアン・ミルは、質量負荷層３８１を追加する前に、第１の上側電極及び第２の上側電極３３１、３３２に対して実施することもできる。
図６Ａは、図３Ａ〜図３Ｂの共振器構造３００、３９０に関する回路周波数温度係数ＴＣＣと質量負荷層３８１から除去される厚さとの間の関係をプロットしたグラフである。図６Ｂは、図３Ａ〜図３Ｂの共振器構造３００、３９０に関するうなり周波数ｆＢと質量負荷層３８１から除去される厚さとの間の関係をプロットしたグラフである。図６Ａ〜図６Ｂにおいて、厚さ除去プロセスは、質量負荷層３８１から材料を除去する差分アイアン・ミルプロセスと呼ばれるが、このプロセスは、第２の上側電極３３２から材料を除去するのにも使用される場合がある。したがって、差分アイアン・ミルによれば、第１の共振器１１１又は第２の共振器１２１の第１の共振周波数ｆ０１又は第２の共振周波数ｆ０２を調節できるだけでなく、第１の共振器１１１又は第２の共振器１２１の第１の周波数温度係数ＴＣ１又は第２の周波数温度係数ＴＣ２も調節することができる。したがって、差分アイアン・ミルによれば、発振回路１００の最終的なうなり周波数ｆＢと、うなり周波数ｆＢの最終的な温度変動（回路周波数温度係数ＴＣＣ）が両方とも調節される。したがって、差分アイアン・ミルは、発振回路１００のうなり周波数ｆＢに対しても、うなり周波数ｆＢの最終的な温度変動（回路周波数温度係数ＴＣＣ）に対しても使用することができるが、両方に対して使用することはできない。また、差分アイアン・ミルプロセスを使用すれば、第２の圧電層３５２の厚さをそのまま維持しつつ、第１の圧電層３５１の厚さの一部を除去し、第１の圧電層３５１の厚さをそのまま維持しつつ、第２の圧電層３５２の厚さの一部を除去し、第２の上側電極３３２の厚さをそのまま維持しつつ、第１の上側電極３３１の厚さの一部を除去し、第１の上側電極３３１の厚さをそのまま維持しつつ、第２の上側電極３３２の厚さの一部を除去し、又は、質量負荷層３８１の厚さをそのまま維持しつつ、第２の上側電極３３２の厚さの一部を除去することができる。
図６Ａ〜図６Ｂから、全面アイアン・ミルプロセスの対象とする前又は後に、最終的なうなり周波数ｆＢ、又は、最終的な回路周波数温度係数ＴＣＣのどちらかを対象として差分アイアン・ミルを実施することが可能であることが分かる。したがって、これら２つのプロセス（全面アイアン・ミルと差分アイアン・ミル）を組み合わせることにより、所望のうなり周波数ｆＢ、及び、回路周波数温度係数ＴＣＣ（すなわち、うなり周波数ｆＢの周波数温度係数）を対象とすることが可能である。
代表的な例として、第１の圧電構造３４１の中心部に５００オングストロームのモリブデンを使用した場合、うなり周波数ｆＢを１６５ＭＨｚにすることができ、回路周波数温度係数ＴＣＣを約０ｐｐｍ／℃にすることができる。共振器構造３００の代表的値は次のとおりである。（１）第１の下側電極３２１、第２の下側電極３２２、第１の上側電極３３２、及び、第２の上側電極３３２はそれぞれ、１５００オングストロームのモリブデン、（２）第１の下側圧電層３５１、第２の下側圧電層３５２、第１の上側圧電層３７１、及び、第２の上側圧電層３７２はそれぞれ、１．１ミクロンの窒化アルミニウム。（３）間質層３６１及び質量負荷層３８１はそれぞれ、１０００オングストロームのモリブデンである。
図７は、図３Ｃの共振器構造３００を形成するための方法７００を示すフロー図である。適当な変更を施すと、このプロセスは、図３Ｂに示すような単一のキャビティ３１３しか備えていないものであれば、図３Ｃのような構造の作成にも使用することが可能である。ブロック７１０では、キャビティ３１１、３１２、又は、キャビティ３１３を基板３０５にエッチングする。次に、ブロック７１０はブロック７２０に制御を移す。
ブロック７２０では、キャビティ３１１、３１２、又は、キャビティ３１３に犠牲材料を充填する。この犠牲材料には、リン石英ガラス材料を使用することができ、犠牲材料は後で除去される。次に、ブロック７２０はブロック７３０に制御を移す。
ブロック７３０では、第１の下側電極及び第２の下側電極３２１、３２２を形成する。あるいは、結合された第１の下側電極３２１を形成する。第１の下側電極及び第２の下側電極３２１、３２２、又は、第１の下側電極３２１は、金属蒸着やフォトリソグラフィのような既知の技術を使用して形成することができる。例えば、モリブデンの層をウェーハ上に蒸着した後、フォトレジストをウェーハ上にスピンコーティングし、フォトレジストを適当なパターンで露出されるようにフォトレジストをパターニングし、次いでフォトレジストを現像し、モリブデンをエッチングする場合がある。次に、ブロック７３０はブロック７４０に制御を移す。
ブロック７４０では、第１の電極及び第２の電極３２１、３２２の上、又は、結合された電極３２１の上に、第１の圧電層及び第２の圧電層３５１、３５２（これらは、下側ウェーハ圧電層３５０と同時に蒸着され、本明細書ではまとめて下側ウェーハ圧電層３５０と呼ばれる）を蒸着する。この場合も、第１の圧電層及び第２の圧電層３５１、３５２は、既知のフォトリソグラフィ工程を使用して画定及び形成される。例えば、窒化アルミニウムの層をウェーハ上に蒸着した後、フォトレジストをウェーハ上にスピンコーティングし、フォトレジストを適当なパターンで露出されるようにパターニングし、次いでフォトレジストを現像し、窒化アルミニウムをエッチングする場合がある。次に、ブロック７４０はブロック７７０に制御を移す。
ブロック７７０では、第１の上側電極及び第２の上側電極３３１、３３２を形成する。第１の上側電極及び第２の上側電極３３１、３３２は、金属蒸着やフォトリソグラフィのような既知の技術を使用して形成することができる。例えば、第１の圧電層及び第２の圧電層３５１、３５２の上にモリブデンの層を蒸着した後、蒸着されたモリブデンの上にフォトレジストをスピンコーティングする場合がある。フォトレジストは適当なパターンで露出されるようにパターニングされ、次いでフォトレジストが現像され、モリブデンがエッチングされ、第１の上側電極及び第２の上側電極３３１、３３２が形成される。次に、ブロック７７０はブロック７８０に制御を移す。
ブロック７８０では、第１の上側電極及び第１の共振器１１１の上に、質量負荷層３８１を追加する。質量負荷層３８１は、蒸着やフォトリソグラフィのような既知の技術を使用して形成することができる。この実施形態における質量負荷層３８１の剛性の温度係数は、第２の上側電極３３２のものとは異なる。先に述べたように、質量負荷層３８１には種々の選択肢がある。質量負荷層３８１が有機材料又は樹脂である場合、有機材料又は樹脂をウェーハ上に蒸着した後、フォトレジストをウェーハ上にスピンコーティングする場合がある。フォトレジストは、適当なパターンで露出されるようにパターニングされ、次いでフォトレジストは現像され、第１の上側電極３３１の上に質量負荷層３８１を残すようにして材料がエッチングされる。次に、ブロック７８０はブロック７８５に制御を移す。
ブロック７８５では、第１の上側電極３３１の厚さの一部、及び、第２の上側電極３３２の厚さの一部を除去するか、又は、第２の上側電極３３２の厚さの一部、及び、質量負荷層３８１の厚さの一部を除去する。ブロック７８５の適当な動作は、ブロック７８０よりも前に実施される。次に、ブロック７８５はブロック７９０に制御を移す。
ブロック７９０では、第２の圧電層３５２の厚さをそのまま維持しつつ、第１の圧電層３５１の厚さの一部を除去し、第１の圧電層３５１の厚さをそのまま維持しつつ、第２の圧電層３５２の厚さの一部を除去し、第２の上側電極３３２の厚さをそのまま維持しつつ、第１の上側電極３３１の厚さの一部を除去し、第１の上側電極３３１の厚さをそのまま維持しつつ、第２の上側電極の厚さの一部を除去し、第２の上側電極３３２の厚さをそのまま維持しつつ質量負荷層３８１の厚さの一部を除去し、又は、質量負荷層３８１の厚さをそのまま維持しつつ、第２の上側電極３３２の厚さの一部を除去する。ブロック７９０の適当な動作は、ブロック７７０の動作よりも前、ブロック７８０の動作よりも前、又は、ブロック７８５の動作よりも前に行われる。次に、ブロック７９０はブロック７９５に制御を移す。
ブロック７９５では、キャビティ３１１、３１２、又は、単一のキャビティ３１３の中に先に配置した犠牲材料を除去する。犠牲材料がガラスである場合、適宜、フッ化水素酸を使用して、キャビティ３１１、３１２、又は、単一のキャビティ３１３から犠牲材料をエッチングすることができる。次に、ブロック７９５でこのプロセスは終了する。
上記の方法の代替実施形態として、第１の上側電極及び第２の上側電極３３１、３３２を追加するステップの前に、第１の共振器１１１の第１の圧電層３５１の上に、質量負荷層３８１を追加してもよい。換言すれば、ブロック７７０とブロック７８０は逆の順番であってもよい。
図８は、図３Ｄの共振器構造３００を作成する方法８００を示すフロー図である。適当な変更を施すことにより、このプロセスは、図３Ｂに示すような単一のキャビティ３１３を有するものであれば、図３Ｄに示すような構造の作成にも使用することができる。ブロック８１０では、基板３０５にキャビティ３１１、３１２、又は、単一のキャビティ３１３をエッチングする。次に、ブロック８１０はブロック８２０に制御を移す。
ブロック８２０では、キャビティ３１１、３１２、又は、単一のキャビティ３１３に、犠牲材料を充填する。この犠牲材料には、リン石英ガラス材料を使用することができ、犠牲材料は後で除去される。次に、ブロック８２０はブロック８２５に制御を移す。
ブロック８２５では、下側質量負荷層３８２を形成する。下側質量負荷層３８２は、蒸着やフォトリソグラフィのような既知の技術を使用して形成することができる。この実施形態における下側質量負荷層３８２の剛性の温度係数は、第２の下側電極３２２や、単一のキャビティ３１３の場合の結合された下側電極３２１のものとは異なる。上で述べたとおり、下側質量負荷層３８２には種々の選択肢がある。下側負荷層３８２が有機材料又は樹脂である場合、有機材料又は樹脂をウェーハ上に蒸着した後、フォトレジストをウェーハ上にスピンコーティングする場合がある。フォトレジストは適当なパターンで露出されるようにパターニングされ、次いでフォトレジストは現像され、第１の上側電極３３１の上に下側質量負荷層３８２を残すようにして材料がエッチングされる。次に、ブロック８２５はブロック８３０に制御を移す。
ブロック８３０では、第１の下側電極及び第２の下側電極３２１、３２２を形成する。あるいは、結合された第１の下側電極３２１を形成する。第１の下側電極及び第２の下側電極３２１、３２２、又は、結合された第１の下側電極３２１は、金属蒸着やフォトリソグラフィのような既知の技術を使用して形成することができる。例えば、モリブデンの層をウェーハ上に蒸着した後、フォトレジストをウェーハ上にスピンコーティングし、適当なパターンで露出されるようにフォトレジストをパターニングし、次いでフォトレジストを現像し、モリブデンをエッチングする場合がある。次に、ブロック８３０はブロック８４０に制御を移す。
ブロック８４０では、第１の電極及び第２の電極３２１、３２２の上、又は、結合された下側電極３２１の上に、第１の圧電層及び第２の圧電層３５１、３５２（これらは、下側ウェーハ圧電層３５０と同時に蒸着され、本明細書では、まとめて下側圧電層３５０と呼ばれる）を蒸着する。この場合も、第１の圧電層及び第２の圧電層３５１、３５２は、既知のフォトリソグラフィ工程を使用して画定され、形成される。例えば、窒化アルミニウムの層をウェーハ上に蒸着した後、ウエーハ上にフォトレジストをスピンコーティングする場合がある。フォトレジストは適当なパターンで露出されるようにパターニングされ、次いで、フォトレジストが現像され、窒化アルミニウムがエッチングされる場合がある。次に、ブロック８４０はブロック８７０に制御を移す。
ブロック８７０では、第１の上側電極及び第２の上側電極３３１、３３２を形成する。第１の上側電極及び第２の上側電極３３１、３３２は、金属蒸着やフォトリソグラフィのような既知の技術を使用して形成することができる。例えば、第１の圧電層及び第２の圧電層３５１、３５２の上にモリブデンの層を蒸着した後、蒸着されたモリブデンの上にフォトレジストをスピンコーティングする場合がある。フォトレジストは適当なパターンで露出されるようにパターニングされ、次いでフォトレジストが現像され、モリブデンをエッチングして、第１の上側電極及び第２の上側電極３３１、３３２が形成される。次に、ブロック８７０はブロック８８０に制御を移す。
ブロック８８０では、第１の共振器１１１の第１の上側電極３３１の上に質量負荷層３８１を追加する。質量負荷層３８１は、蒸着やフォトリソグラフィのような既知の技術を使用して形成することができる。例えば、ウェーハ上にモリブデンを蒸着した後、ウェーハ上にフォトレジストをスピンコーティングする場合がある。フォトレジストは適当なパターンで露出されるようにパターニングされ、次いでフォトレジストが現像され、第１の上側電極３３１の上に質量負荷層３８１を残すようにして材料をエッチングする場合がある。次に、ブロック８８０はブロック８８５に制御を移す。
ブロック８８５では、第１の上側電極３３１の厚さの一部、及び、第２の上側電極３３２の厚さの一部を除去するか、又は、第２の上側電極３３２の厚さの一部、及び、質量負荷層３８１の厚さの一部を除去する。ブロック８８５の適当な動作は、ブロック８８０の動作よりも前に行われる。次に、ブロック８８５はブロック８９０に制御を移す。
ブロック８９０では、第２の圧電層３５２の厚さをそのまま維持しつつ、第１の圧電層３５１の厚さの一部を除去し、第１の圧電層３５１の厚さをそのまま維持しつつ、第２の圧電層３５２の厚さの一部を除去し、第２の上側電極３３２の厚さをそのまま維持しつつ、第１の上側電極３３１の厚さの一部を除去し、第１の上側電極３３１の厚さをそのまま維持しつつ、第２の上側電極３３２の厚さの一部を除去し、第２の上側電極３３２の厚さをそのまま維持しつつ、質量負荷層３８１の厚さの一部を除去し、又は、質量負荷層３８１の厚さをそのまま維持しつつ、第２の上側電極３３２の厚さの一部を除去する。ブロック８９０の適当な動作は、ブロック８７０の動作よりも前、ブロック８８０の動作よりも前、又は、ブロック８８５の動作よりも前に行われる。次に、ブロック８９０はブロック８９５に制御を移す。
ブロック８９５では、キャビティ３１１、３１２、又は、単一のキャビティ３１３の中に先に配置された犠牲材料を除去する。犠牲材料がガラスである場合、適宜、フッ化水素酸を使用して、キャビティ３１１、３１２又は単一のキャビティ３１３から犠牲材料をエッチングすることができる。次に、ブロック８９５でこのプロセスは終了する。
上記の方法の代替実施形態として、第１の上側電極及び第２の上側電極３３１、３３２を追加するステップの後に、第１の共振器１１１の第１の圧電層３５１の下に、下側質量負荷層３８２を追加してもよい。換言すれば、ブロック８２５とブロック８３０は順番が逆であってもよい。
図９は、図１の発振回路１００の部分を作成する方法９００を示すフロー図である。ブロック９１０では、第１の周波数ｆ０１を有する第１の発振信号１１５を生成するように構成され、第１の周波数温度係数ＴＣ１を有するように構成された第１の発振器１１０を形成する。次に、ブロック９１０はブロック９２０に制御を移す。
ブロック９２０では、第２の周波数ｆ０２を有する第２の発振信号１２５を生成するように構成され、第２の周波数温度係数ＴＣ２を有するように構成された第２の発振器１２０を形成する。ただし、第２の周波数ｆ０２は第１の周波数ｆ０２よりも大きく、第２の周波数温度係数ＴＣ２は第１の周波数温度係数ＴＣ１よりも小さく、第２周波数ｆ０２に第２の温度係数ＴＣ２を乗算したものと、第１の周波数ｆ０１に第１の周波数温度係数ＴＣ１を乗算したものとの差は、ゼロに等しい。次に、ブロック９２０はブロック９３０に制御を移す。
ブロック９３０では、第１の発振器１１０の出力と第２の発振器１２０の出力を互いに結合する。そして、ブロック９３０でこのプロセスは終了する。
第１の下側圧電層３５１及び第２の下側圧電層３５２の圧電材料としては、窒化アルミニウム以外にも、種々の材料を使用することが可能である。また、下側電極３２１、３２２、間質層３６１、及び、上側電極３３１、３３２に、モリブデン以外の材料を使用することも可能である。更に、種々の他の構造を使用することも可能である。
代表的な実施形態において、共振周波数ｆ０１、ｆ０２を有し、周波数変動特性ＴＣ１、ＴＣ２を有する一対の共振器１１１、１２１を利用した発振器回路１１０、１２０は、発振回路１００の周波数変動対温度特性（ＴＣ）が非常に小さくなるように、適宜調節することができる。適当な一対の共振器１１１、１２１は集積回路技術を使用して製造することができ、その結果、同等の周波数変動特性を得るために従来使用されている水晶振動子に比べて、コスト及びサイズの面で利点が得られる。また、各共振器は、目標の共振周波数及び周波数温度係数を有するように構成することができる。
代表的実施形態において、温度によって異なる変動率を有する２つの共振器１１１、１２１を発振器回路１１０、１２０に使用することによって、携帯電話、ラップトップコンピュータ、及び、他の携帯機器の標準的な温度範囲全体にわたって、温度変動ＴＣＣがゼロではないにしても非常に小さいうなり周波数ｆＢを生成することができる。共振器を音響薄膜共振器（ＦＢＡＲ）として形成し、他の集積回路に結合することにより、厚さ約０．２ミリメートル（ｍｍ）、面積１×１ｍｍ２未満のシリコンチップを形成することができる。さらに、スプリアスモードのほとんどなく、水晶振動子に比べて遥かに高い周波数の出力信号を得ることができる。その結果、必要とされる「きれいな」高周波トーンを作成する際の消費電力が少なくて済む。
本明細書において詳細に説明されている代表的実施形態は、例示のためのものであり、制限のためのものではない。当業者には分かるとおり、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の範囲内で等価な実施形態を得るために、記載した実施形態の形態及び細部に種々の変更を施すことが可能である。
本発明の種々の例示的実施形態を以下に列挙する。
１．温度補償された一対の共振器であって、
第１の周波数で共振し、第１の周波数温度係数を有するように構成された第１の共振器と、
第２の周波数で共振し、第２の周波数温度係数を有するように構成された第２の共振器とからなり、前記第２の周波数は前記第１の周波数よりも高く、前記第２の周波数温度係数は前記第１の周波数温度係数よりも小さく、前記第１の共振器と前記第２の共振器とが同じ基板上に形成される、温度補償された一対の共振器。
２．前記第１の共振器は、
前記基板の一部の上に重なる第１の下側電極と、
前記第１の下側電極の少なくとも一部の上に重なる第１の圧電構造と、
第１の上側電極と
を含み、前記第１の上側電極は前記圧電構造の少なくとも一部の上に配置され、
前記第２の共振器は、
前記基板の一部の上に重なる第２の下側電極と、
前記第２の下側電極の少なくとも一部の上に重なる第２の圧電構造と、
前記第２の圧電構造の少なくとも一部の上に重なる第２の上側電極と
を含む、１に記載の温度補償された一対の共振器。
３．前記第１の上側電極の少なくとも一部の上に重なる質量負荷層を更に含み、前記第１の上側電極は、前記第１の圧電構造の少なくとも一部の上に重なるように構成される、２に記載の温度補償された一対の共振器。
４．前記第１の圧電構造の少なくとも一部の上に重なる質量負荷層を更に含み、前記第１の上側電極は、前記質量負荷層の少なくとも一部の上に重なるように構成される、２に記載の温度補償された一対の共振器。
５．前記第１の圧電構造は、
前記第１の下側電極の少なくとも一部の上に重なる第１の下側圧電層と、
前記第１の下側圧電層の少なくとも一部の上に重なる間質層と、
前記間質層の少なくとも一部の上に重なる第１の上側圧電層と
を含み、
前記第２の圧電構造は、
前記第２の下側電極の少なくとも一部の上に重なる第２の下側圧電層と、
前記第２の下側圧電層の少なくとも一部の上に重なる第２の上側圧電層と
を含む、２に記載の温度補償された一対の共振器。
６．前記第１の上側電極の少なくとも一部の上に重なる質量負荷層を更に含み、前記第１の上側電極は、前記第１の圧電構造の少なくとも一部の上に重なるように構成される、５に記載の温度補償された一対の共振器。
７．前記第１の圧電構造の少なくとも一部の上に重なる質量負荷層を更に含み、前記第１の上側電極は、前記質量負荷層の少なくとも一部の上に重なるように構成される、５に記載の温度補償された一対の共振器。
８．前記第１の共振器は、
前記基板の一部の上に重なる第１の下側電極と、
前記第１の下側電極の少なくとも一部の上に重なる第１の圧電層と、
第１の上側電極と、
質量負荷層と
を含み、前記第１の上側電極は、前記第１の圧電層の少なくとも一部の上に重なり、前記質量負荷層は、前記質量負荷層は、前記第１の上側電極の少なくとも一部の上に重なり、又は、前記質量負荷層は、前記第１の圧電層の少なくとも一部の上に重なり、前記第１の上側電極は、前記質量負荷層の少なくとも一部の上に重なるように構成され、
前記第２の共振器は、
前記基板の一部の上に重なる第２の下側電極と、
前記第２の下側電極の少なくとも一部の上に重なる第２の圧電層と、
前記第２の圧電層の少なくとも一部の上に重なる第２の上側電極と
を含み、前記質量負荷層の剛性の温度係数は、前記第２の上側電極の剛性の温度係数とは異なるように構成される、１に記載の温度補償された一対の共振器。
９．前記質量負荷層は有機材料からなる、８に記載の温度補償された一対の共振器。
１０．前記有機材料は、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＰＹ（ポリイミド）、及び、ＢＣＢ（ベンゾクロロブタン）からなる群の中から選択される、９に記載の温度補償された一対の共振器。
１１．前記質量負荷層は樹脂からなる、８に記載の温度補償された一対の共振器。
１２．前記樹脂は低誘電率材料である、１１に記載の温度補償された一対の共振器。
１３．前記質量負荷層は酸化物からなる、８に記載の温度補償された一対の共振器。
１４．前記第１の共振器は、
下側質量負荷層と、
第１の下側電極と、
第１の圧電層と
を含み、前記下側質量負荷層は、前記基板の一部の上に重なり、前記第１の下側電極は、前記第１の下側質量負荷層の少なくとも一部の上に重なり、前記第１の圧電層は、前記第１の下側電極の少なくとも一部の上に重なるように構成され、又は、前記第１の下側電極は、前記基板の一部の上に重なり、前記下側質量負荷層は、前記第１の下側電極の少なくとも一部の上に重なり、前記第１の圧電層は、前記下側質量負荷層の少なくとも一部の上に重なるように構成され、
前記第２の共振器は、
前記基板の一部の上に重なる第２の下側電極と、
前記第２の下側電極の少なくとも一部の上に重なる第２の圧電層と、
前記第２の圧電層の少なくとも一部の上に重なる第２の上側電極と
を含み、前記下側質量負荷層の剛性の温度係数は、前記第２の下側電極の剛性の温度係数とは異なるように構成される、１に記載の温度補償された一対の共振器。
１５．前記第１の上側電極の少なくとも一部の上に重なる質量負荷層を更に含み、前記第１の上側電極は、前記第１の圧電構造の少なくとも一部の上に重なるように構成される、１４に記載の温度補償された一対の共振器。
１６．前記第１の圧電構造の少なくとも一部の上に重なる質量負荷層を更に含み、前記第１の上側電極は、前記質量負荷層の少なくとも一部の上に重なるように構成される１４に記載の温度補償された一対の共振器。
１７．前記質量負荷層は有機材料からなる、１４に記載の温度補償された一対の共振器。
１８．前記有機材料は、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＰＹ（ポリイミド）、及び、ＢＣＢ（ベンゾクロロブタン）からなる群の中から選択される、１７に記載の温度補償された一対の共振器。
１８．前記受信は低誘電率材料からなる、１９に記載の温度補償された一対の共振器。
１９．前記質量負荷層は酸化物からなる、１４に記載の温度補償された一対の共振器。
２０．基板上に第１の共振器及び第２の共振器を作成する方法であって、
前記基板の一部の上に重なる第１の下側電極及び第２の下側電極を作成するステップと、
前記第１の下側電極の少なくとも一部の上に重なる第１の圧電層、及び、前記第２の下側電極の少なくとも一部の上に重なる第２の下側圧電層を作成するステップと、
前記第１の下側圧電層の少なくとも一部の上に重なる間質層を作成するステップと、
前記間質層の少なくとも一部の上に重なる第１の上側圧電層、及び、前記第２の下側圧電層の少なくとも一部の上に重なる第２の上側圧電層を作成するステップと、
前記第１の上側圧電層の少なくとも一部の上に位置する第１の上側電極、及び、前記第２の上側圧電層の少なくとも一部の上に重なる第２の上側電極を作成するステップと
からなる方法。
２３．前記第１の上側電極の少なくとも一部の上に重なる質量負荷層を作成するステップを更に含み、前記第１の上側電極は、前記第１の圧電構造の少なくとも一部の上に重なるように構成される、２２に記載の方法。
２４．前記第１の上側電極及び前記第２の上側電極を作成するステップより前に、前記第１の圧電構造の少なくとも一部の上に重なる質量負荷層を作成するステップを更に含み、前記第１の上側電極は、前記質量負荷層の少なくとも一部の上に重なるように構成される２２に記載の方法。
２５．前記第１の上側電極の厚さの一部、及び、前記第２の上側電極の厚さの一部を除去するステップ、又は、前記第２の上側電極の厚さの一部、及び、前記質量負荷層の厚さの一部を除去するステップを更に含む、２２に記載の方法。
２６．前記第２の上側圧電層の厚さをそのまま維持しつつ、前記第１の上側圧電層の厚さの一部を除去するステップ、若しくは、前記第１の上側圧電層の厚さをそのまま維持しつつ、前記第２の上側圧電層の厚さの一部を除去するステップ、若しくは、前記第２の上側電極の厚さをそのまま維持しつつ、前記第１の上側電極の厚さの一部を除去するステップ、若しくは、前記第１の上側電極の厚さをそのまま維持しつつ、前記第２の上側電極の厚さの一部を除去するステップ、若しくは、前記第２の上側電極の厚さをそのまま維持しつつ、前記質量負荷層の厚さの一部を除去するステップ、若しくは、前記質量負荷層の厚さをそのまま維持しつつ、前記第２の上側電極の厚さの一部を除去するステップを更に含む２２に記載の方法。
２７．前記第１の下側電極及び前記第２の下側電極を作成する前に、前記基板の上面に第１のキャビティ及び第２のキャビティを作成するステップと、
前記第１のキャビティ及び前記第２のキャビティに犠牲材料を充填するステップであって、前記第１の下側電極は、前記第１のキャビティの一部、及び、前記第１のキャビティの周りにある前記基板の一部の上に重なり、前記第２の下側電極は、前記第２のキャビティの一部、及び、前記第２のキャビティの周りにある前記基板の上に重なるように、犠牲材料を充填するステップと、
前記犠牲材料を除去するステップと
を更に含む、２２に記載の方法。
２８．前記第１の下側電極及び前記第２の下側電極を作成する前に、前記基板の上面にキャビティを作成するステップと、
前記キャビティに犠牲材料を充填するステップであって、前記第１の下側電極及び前記第２の下側電極が、前記キャビティの一部、及び、前記キャビティの周りにある前記基板の一部の上に重なる一体型の下側電極を形成するように、犠牲材料を充填するステップと、
前記犠牲材料を除去するステップと
を更に含む、２２に記載の方法。
２９．基板上に第１の共振器及び第２の共振器を作成する方法であって、
前記基板の少なくとも一部の上に重なる第１の下側電極、及び、前記基板の少なくとも一部の上に重なる第２の下側電極を作成するステップと、
前記第１の下側電極の少なくとも一部の上に重なる第１の圧電層、及び、前記第２の下側電極の少なくとも一部の上に重なる第２の圧電層を作成するステップと、
第１の上側電極及び第２の上側電極を作成するステップであって、前記第２の上側電極は、前記第２の圧電層の少なくとも一部の上に重なるように構成される、第１の上側電極及び第２の上側電極を作成するステップと、
質量負荷層を作成するステップであって、前記質量負荷層の剛性の温度係数が、前記第２の上側電極の剛性の温度係数とは異なり、前記第１の上側電極が、前記第１の圧電層の少なくとも一部の上に重なり、又は、前記質量負荷層が、前記前記第１の上側電極の少なくとも一部の上に重なり、又は、前記質量負荷層が、前記第１の圧電層の少なくとも一部の上に重なり、前記第１の上側電極が、前記質量負荷層の一部の上に重なるように構成される、質量負荷層を作成するステップと
からなる方法。
３０．前記質量負荷層は有機材料からなる、２９に記載の方法。
３１．前記有機材料は、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＰＹ（ポリイミド）、及び、ＢＣＢ（ベンゾクロロブタン）からなる群の中から選択される、３０に記載の方法。
３２．前記質量負荷層は樹脂からなる、２９に記載の方法。
３３．前記樹脂は低誘電率材料からなる、３２に記載の方法。
３４．前記質量負荷層は酸化物からなる、２９に記載の方法。
３５．前記第１の上側電極の厚さの一部、及び、前記第２の上側電極の厚さの一部を除去するステップ、又は、前記第２の上側電極の厚さの一部、及び、前記質量負荷層の厚さの一部を除去するステップを更に含む、２９に記載の方法。
３６．前記第２の圧電層の厚さをそのまま維持しつつ、前記第１の圧電層の厚さの一部を除去するステップ、若しくは、前記第１の圧電層の厚さをそのまま維持しつつ、前記第２の圧電層の厚さの一部を除去するステップ、若しくは、前記第２の上側電極の厚さをそのまま維持しつつ、前記第１の上側電極の厚さの一部を除去するステップ、若しくは、前記第１の上側電極の厚さのをそのまま維持しつつ、前記第２の上側電極の厚さの一部を除去するステップ、若しくは、前記第２の上側電極の厚さをそのまま維持しつつ、前記質量負荷層の厚さの一部を除去するステップ、若しくは、前記質量負荷層の厚さをそのまま維持しつつ、前記第２の上側電極の厚さの一部を除去するステップを更に含む、２９に記載の方法。
３７．前記第１の下側電極及び前記第２の下側電極を作成する前に、前記基板の上面に第１のキャビティ及び第２のキャビティを作成するステップと、
前記第１のキャビティ及び前記第２のキャビティに犠牲材料を充填するステップであって、前記第１の下側電極が、前記第１のキャビティの一部、及び、前記第１のキャビティの周りにある前記基板の一部の上に重なり、前記第２の下側電極が、前記第２のキャビティの一部、及び、前記第２のキャビティの周りにある前記基板の一部の上に重なるように構成される、犠牲材料を充填するステップと、
前記犠牲材料を除去するステップと
を更に含む、２９に記載の方法。
３８．前記第１の下側電極及び前記第２の下側電極を作成する前に、前記基板の上面にキャビティを作成するステップと、
前記キャビティに犠牲材料を充填するステップであって、前記第１の下側電極及び前記第２の下側電極が、前記キャビティの少なくとも一部、及び、前記キャビティの周りにある前記基板の部分の上に重なる一体型下側電極を形成するように構成される、犠牲材料を充填するステップと、
前記犠牲材料を除去するステップと
を更に含む２９に記載の方法。
３９．基板上に第１の共振器及び第２の共振器を作成する方法であって、
下側質量負荷層を作成するステップと、
第１の下側電極及び第２の下側電極を作成するステップであって、前記第２の下側電極は、前記基板の少なくとも一部の上に重なるように構成され、前記下側質量負荷層の剛性の温度係数は、第２の下側電極の剛性の温度係数とは異なるように構成される、第１の下側電極及び第２の下側電極を作成するステップと、
第１の圧電層及び第２の圧電層を作成するステップであって、前記第２の圧電層は、前記第２の下側電極の少なくとも一部の上に重なり、前記下側質量負荷は、前記基板の少なくとも一部の上に重なり、前記第１の下側電極は、前記下側質量負荷層の少なくとも一部の上に重なり、前記第１の圧電層は、前記第１の下側電極の少なくとも一部の上に重なるように構成され、又は、前記第１の下側電極は、前記基板の少なくとも一部の上に重なり、前記下側質量負荷層は、前記下側電極の少なくとも一部の上に重なり、前記第１の圧電層は、前記下側質量負荷層の少なくとも一部の上に重なるように構成される、第１の圧電層及び第２の圧電層を作成するステップと、
第１の上側電極及び第２の上側電極を作成するステップであって、前記第１の上側電極は、前記第１の圧電層の上に配置され、前記第２の上側電極は、前記第２の圧電層の少なくとも一部の上に重なるように構成される、第１の上側電極及び第２の上側電極を作成するステップと、
からなる方法。
４０．前記第１の上側電極の少なくとも一部の上に重なる質量負荷層を作成するステップであって、前記第１の上側電極は、前記第１の圧電構造の少なくとも一部の上に重なるように構成される、質量負荷層を作成するステップを更に含む、３９に記載の方法。
４１．前記第１の上側電極及び前記第２の上側電極を作成するステップの前に、前記第１の圧電構造の少なくとも一部の上に重なる質量負荷層を作成するステップを更に含み、前記第１の上側電極は、前記質量負荷層の少なくとも一部の上に重なるように構成される、３９に記載の方法。
４２．前記質量負荷層は有機材料からなる、３９に記載の方法。
４３．前記有機材料は、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＰＹ（ポリイミド）、及び、ＢＣＢ（ベンゾクロロブタン）からなる群の中から選択される、４２に記載の方法。
４４．前記質量負荷層は樹脂からなる、３９に記載の方法。
４５．前記樹脂は低誘電率材料からなる、４４に記載の方法。
４６．前記質量負荷層は酸化物からなる、３９に記載の方法。
４７．前記第１の上側電極の厚さの一部、及び、前記第２の上側電極の厚さの一部を除去するステップ、又は、前記第２の上側電極の厚さの一部、及び、前記質量負荷層の厚さの一部を除去するステップを更に含む、３９に記載の方法。
４８．前記第２の圧電層の厚さをそのまま維持しつつ、前記第１の圧電層の厚さの一部を除去するステップ、若しくは、前記第１の圧電層の厚さをそのまま維持しつつ、前記第２の圧電層の厚さの一部を除去するステップ、若しくは、前記第２の上側電極の厚さをそのまま維持しつつ、前記第１の上側電極の厚さの一部を除去するステップ、若しくは、前記第１の上側電極の厚さをそのまま維持しつつ、前記第２の上側電極の厚さの一部を除去するステップ、若しくは、前記第２の上側電極の厚さをそのまま維持しつつ、前記質量負荷層の厚さの一部を除去するステップ、若しくは、前記質量負荷層の厚さをそのまま維持しつつ、前記第２の上側電極の厚さの一部を除去するステップを更に含む、３９に記載の方法。
４９．前記下側質量負荷層及び前記第２の下側電極を作成する前に、前記基板の上面に第１のキャビティ及び第２のキャビティを作成するステップと、
前記第１のキャビティ及び前記第２のキャビティに犠牲材料を充填するステップであって、前記質量負荷層は、前記第１のキャビティの一部、及び、前記第１のキャビティの周りにある前記基板の一部の上に重なり、前記第２の下側電極は、前記第２のキャビティの一部、及び、前記第２のキャビティの周りにある前記基板の一部の上に重なるように構成される、犠牲材料を充填するステップと、
前記犠牲材料を除去するステップと
を更に含む、３９に記載の方法。
５０．前記下側質量負荷層及び前記第２の下側電極を作成する前に、前記基板の上面にキャビティを作成するステップと、
前記キャビティに犠牲材料を充填するステップであって、前記第１の下側電極及び前記第２の下側電極が、前記キャビティの少なくとも一部、前記キャビティの周りにある前記基板の部分、及び、前記下側質量負荷層の一部の上に重なる一体型下側電極を形成するように構成される、犠牲材料を充填するステップと、
前記犠牲材料を除去するステップと
からなる、３９に記載の方法。
種々の代表的実施形態において説明されるような発振回路を示すブロック図である。 図１のミキサ信号の種々の成分について、ミキサ出力と周波数の関係をプロットしたグラフである。 図１のフィルタに関する伝達関数と周波数の関係をプロットしたグラフである。 図１の第１及び第２の共振回路に関する周波数温度係数をプロットしたグラフである。 音響薄膜共振器（ＦＢＡＲ）の等価回路を示す図である。 種々の代表的実施形態において説明されるような共振器構造を示す図である。 種々の代表的実施形態において説明されるような他の共振器構造を示す図である。 種々の代表的実施形態において説明されるような更に他の共振器構造を示す図である。 種々の代表的実施形態において説明されるような更に他の共振器構造を示す図である。 図３Ａ及び図３Ｂの共振器構造を製造する方法を示すフロー図である。 図３Ａの共振器構造について、回路周波数温度係数と、上側ウェーハ圧電層から除去される厚さとの関係をプロットしたグラフである。 図３Ａの共振器構造について、うなり周波数と、上側ウェーハ圧電層から除去される厚さとの関係をプロットしたグラフである。 図３Ａの共振器構造について、回路周波数温度係数と、第１の共振器から除去される質量負荷層との関係をプロットしたグラフである。 図３Ａの共振器構造について、うなり周波数と、第１の共振器から除去される質量負荷層との関係をプロットしたグラフである。 図３Ｃの共振器構造を製造する方法を示すフロー図である。 図３Ｄの共振器構造を製造する方法を示すフロー図である。 図１の発振回路の部分を製造する方法を示すフロー図である。

Claims (15)

  1. 温度補償された一対の共振器（３００、３９０）であって、
    第１の周波数（ｆ０１）で共振し、第１の周波数温度係数（ＴＣ１）を有するように構成された第１の共振器（１１１）と、
    第２の周波数（ｆ０２）で共振し、第２の周波数温度係数（ＴＣ２）を有するように構成された第２の共振器（１２１）と
    からなり、前記第２の周波数（ｆ０２）は前記第１の周波数（ｆ０１）よりも大きく、前記第２の周波数温度係数（ＴＣ２）は前記第１の周波数温度係数（ＴＣ１）よりも小さく、前記第１の共振器（１１１）と前記第２の共振器（１２１）が共通の基板（３０５）上に形成される、温度補償された一対の共振器（３００、３９０）。
  2. 前記第１の共振器（１１１）は、
    前記基板（３０５）の一部の上に重なる第１の下側電極（３２１）と、
    前記第１の下側電極（３２１）の少なくとも一部の上に重なる第１の圧電構造（３４１）と、
    前記第１の圧電構造（３４１）の少なくとも一部の上に配置された第１の上側電極（３３１）と
    を含み、
    前記第２の共振器（１２１）は、
    前記基板（３０５）の一部の上に重なる第２の下側電極（３２２）と、
    前記第２の下側電極（３２２）の少なくとも一部の上に重なる第２の圧電構造（３４２）と、
    前記第２の圧電構造（３４２）の少なくとも一部の上に重なる第２の上側電極（３３２）と
    を含む、請求項１に記載の温度補償された一対の共振器（３００、３９０）。
  3. 前記第１の圧電構造（３４１）は、
    前記第１の下側電極（３２１）の少なくとも一部の上に重なる第１の下側圧電層（３５１）と、
    前記第１の下側圧電層（３５１）の少なくとも一部の上に重なる間質層（３６１）と、
    前記間質層（３６１）の少なくとも一部の上に重なる第１の上側圧電層（３７１）と
    を含み、
    前記第２の圧電構造（３４２）は、
    前記第２の下側電極（３２２）の少なくとも一部の上に重なる第２の圧電層（３５２）と、
    前記第２の下側圧電層（３５２）の少なくとも一部の上に重なる第２の上側圧電層（３７２）と
    を含む、請求項２に記載の温度補償された一対の共振器。
  4. 前記第１の共振器（１１１）は、
    前記基板（３０５）の一部の上に重なる第１の下側電極（３２１）と、
    前記第１の下側電極（３２１）の少なくとも一部の上に重なる第１の圧電層（３５１）と、
    第１の上側電極（３３１）と、
    質量負荷層（３８１）と
    を含み、前記第１の上側電極（３３１）は、前記第１の圧電層（３５１）の少なくとも一部の上に重なり、前記質量負荷層（３８１）は、前記第１の上側電極（３３１）の少なくとも一部の上に重なるように構成され、又は、前記質量負荷層（３８１）は、前記第１の圧電層（３５１）の少なくとも一部の上に重なり、前記第１の上側電極（３３１）は、前記質量負荷層（３８１）の少なくとも一部の上に重なるように構成され、
    前記第２の共振器（１２１）は、
    前記基板（３０５）の一部の上に重なる第２の下側電極（３２２）と、
    前記第２の下側電極（３２２）の少なくとも一部の上に重なる第２の圧電層（３５２）と、
    前記第２の圧電層（３５２）の少なくとも一部の上に重なる第２の上側電極（３３２）とを含み、
    前記質量負荷層（３８１）の剛性の温度係数は、前記第２の上側電極（３３２）の剛性の温度係数とは異なるように構成される、請求項１に記載の温度補償された一対の共振器（３００、３９０）。
  5. 前記質量負荷層（３８１）は有機材料からなる、請求項４に記載の温度補償された一対の共振器（３００、３９０）。
  6. 前記有機材料は、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＰＹ（ポリイミド）、及び、ＢＣＢ（ベンゾクロロブタン）からなる群の中から選択される、請求項５に記載の温度補償された一対の共振器（３００、３９０）。
  7. 前記質量負荷層（３８１）は樹脂からなる、請求項４に記載の温度補償された一対の共振器（３００、３９０）。
  8. 前記樹脂は低誘電率材料からなる、請求項７に記載の温度補償された一対の共振器（３００、３９０）。
  9. 前記質量負荷層（３８１）は酸化物からなる、請求項４に記載の温度補償された一対の共振器（３００、３９０）。
  10. 前記第１の共振器（１１１）は、
    下側質量負荷層（３８２）と、
    第１の下側電極（３２１）と、
    第１の圧電層（３５１）と
    を含み、前記下側質量負荷層（３８２）は、前記基板の一部の上に重なり、前記第１の下側電極（３２１）は、前記下側質量負荷層（３８２）の少なくとも一部の上に重なり、前記第１の圧電層（３５１）は、前記第１の下側電極（３２１）の少なくとも一部の上に重なるように構成され、又は、前記第１の下側電極（３２１）は、前記基板（３０５）の一部の上に重なり、前記下側質量負荷層（３８２）は、前記第１の下側電極（３２１）の少なくとも一部の上に重なり、前記第１の圧電層（３５１）は、前記下側質量負荷層（３８２）の少なくとも一部の上に重なるように構成され、
    前記第１の圧電層（３５１）の少なくとも一部の上に、第１の上側電極（３３１）が配置され、
    前記第２の共振器（１２１）は、
    前記基板（３０５）の少なくとも一部の上に重なる第２の下側電極（３２２）と、
    前記第２の下側電極（３２２）の少なくとも一部の上に重なる第２の圧電層（３５２）と、
    前記第２の圧電層（３５２）の少なくとも一部の上に重なる第２の上側電極（３３２）とを含み、
    前記質量負荷層（３８２）の剛性の温度係数は、前記第２の下側電極（３２２）の剛性の温度係数とは異なるように構成される、請求項１に記載の温度補償された一対の共振器（３００、３９０）。
  11. 前記質量負荷層（３８１）は有機材料からなる、請求項１０に記載の温度補償された一対の共振器（３００、３９０）。
  12. 前記有機材料は、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＰＹ（ポリイミド）、及び、ＢＣＢ（ベンゾクロロブタン）からなる群の中から選択される、請求項１１に記載の温度補償された一対の共振器（３００、３９０）。
  13. 前記質量負荷層（３８１）は樹脂からなる、請求項１０に記載の温度補償された一対の共振器（３００、３９０）。
  14. 前記樹脂は低誘電率材料からなる、請求項１３に記載の温度補償された一対の共振器（３００、３９０）。
  15. 前記質量負荷層（３８１）は酸化物からなる、請求項１０に記載の温度補償された一対の共振器（３００、３９０）。
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