JP2023531748A - バルク音響共振器のキャビティ構造及び製造工程 - Google Patents
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Abstract
本出願はバルク音響共振器のキャビティ（２０１）構造及び製造工程を開示する。基板（１０１）、基板（１０１）に形成されたキャビティ（２０１）を含み、基板（１０１）には、キャビティ（２０１）を取り囲むように形成するための支持層（３０１）が設けられ、基板（１０１）の上方で、キャビティ（２０１）に連通する放出通路（４０１）はキャビティ（２０１）と同一層に形成され、放出通路（４０１）は基板（１０１）に平行して、キャビティ（２０１）の周囲に延在し、交差した放出通路（４０１）は共振器の配置位置に応じて設計される。放出孔を配置する必要がないため、共振器の製造工程を簡略化して、放出孔を製造する時、電極層周囲の圧電層（７０１）構造を破壊することによって共振器性能が低下することを回避する。電極層周囲の放出通路（４０１）の形状を設計して、電極層周囲の圧電層（７０１）の応力を調節し、共振器性能改善の効果を達成できる。従って、圧電層（７０１）構造を破壊しないことを前提として、キャビティ（２０１）の放出を完成できる上に、キャビティ（２０１）構造設計によって、圧電層（７０１）の応力を調節できる。
Description
本出願は、通信機器の分野に関して、主にバルク音響共振器のキャビティ構造及び製造工程に関する。
電磁スペクトルがますます混雑し、無線通信機器の周波数帯及び機能が多くなり、無線通信で使用される電磁スペクトルが５００ＭＨｚから５ＧＨｚ以上へ急速に拡大しており、性能が高く、コストが低く、電力消費が低く、体積が小さい無線周波数フロントエンドモジュールに対するニーズもますます増えている。フィルタは無線周波数フロントエンドモジュールのうちの１つであり、信号の送信及び受信を改善でき、主に、複数の共振器がトポロジネットワーク構造によって接続されて形成される。Ｆｂａｒ（Thin film bulk acoustic resonator：薄膜バルク音響共振器）は１種のバルク音響共振器である。これによって構成されたフィルタは、体積が小さく、集積能力が強く、高周波で動作する時、高品質係数Ｑを保証し、耐電力能力が強いなどの利点を有するため、無線周波数フロントエンドの主な機器として機能する。
Ｆｂａｒは、上部電極、下部電極、及び電極の間に挟まれた圧電層からなる基本的な構造である。圧電層は、電気エネルギーと力学的エネルギーとの変換を実現できる。上部電極、下部電極に電界が印可されると、圧電層は電気エネルギーを力学的エネルギーに変換し、力学的エネルギーはマクロ的に音響の形態で存在し、上部電極と下部電極との間で音響が往復して反射して、発振を形成し、発振した音響は、無線周波数信号を励起する。この時、力学的エネルギーから電気エネルギーに変換される。従って、圧電層はバルク音響の主な生成場所であり、その性質は共振器の性能に影響する。図１に示すように、圧電層材料の応力変化は、圧電層の電気機械結合係数の変化につながり、共振器からなるフィルタの帯域幅を変化させ、機器性能に差が生じるため、応力の制御は非常に重要である。キャビティの放出過程で、圧電層の応力は影響を受ける可能性がある。
従来技術において、放出孔が圧電層の応力の一致性（一貫性）を破壊して、共振器性能を弱めるため、ある共振器のキャビティは、基板に溝を開けて、犠牲層を放出させて製造され、基板に対して「凹」字状構造を呈し、この場合、犠牲層の放出は、放出孔を電極層及び圧電層に製造する必要があるので、圧電層の応力変化に影響する。また、放出孔をキャビティの内側の周辺に製造することで、キャビティ放出の目的を達成してもよいが、放出孔はキャビティ上部の周辺の圧電層構造を破壊し、当該共振器構造のキャビティの支持層材料はＳｉＮであるため、選択率が高いＳｉを犠牲層として選択する必要がある。キャビティをさらに放出させる時、ウェットプロセスのアルカリ性Ｓｉ放出液は圧電層を損傷し易い。
これに鑑みると、放出孔の製造によって圧電層の応力の一致性を破壊するなどの問題を解決するために、新規のキャビティ構造を設計することは、とても重要である。
上記に言及された、従来のバルク音響共振器構造において、放出孔の製造によって圧電層の応力の一致性を破壊して、共振器の性能が低下するなどの問題に対して、本出願はバルク音響共振器のキャビティ構造及び製造工程を提案することで、上記の問題を解决する。
第１態様によれば、本出願の実施例はバルク音響共振器のキャビティ構造を提案し、基板及び基板に形成されたキャビティを含み、基板には、キャビティを取り囲むように形成するための支持層が設けられ、基板の上方で、キャビティに連通する放出通路はキャビティと同一層に形成され、放出通路は基板に平行して、キャビティの周囲に延在している。
いくつかの実施例において、放出通路はキャビティから外部に延在する第１放出通路、及び複数の共振器のキャビティの間に延在して第１放出通路に連通する第２放出通路を含む。複数の共振器のキャビティの周囲で、第１放出通路と第２放出通路とは縦横に交差することで、放出液は第１放出通路、第２放出通路からキャビティに流通して、犠牲材料を迅速に犠牲にするとともに、圧電層の応力の一致性に影響していないことを保証できる。交差した放出通路は共振器の配置位置に応じて設計され、この場合、放出孔を製造する必要がないため、共振器の製造工程を簡略化する。
いくつかの実施例において、第１放出通路及び／又は第２放出通路の、基板での投影形状は、台形、弧状又は直方形を含む。電極層周囲の第１放出通路及び／又は第２放出通路の形状を変更することで、第１放出通路及び／又は第２放出通路の上方を被覆する圧電層の応力状況を調節して、共振器の性能を効果的に改善する。
いくつかの実施例において、放出通路に連通する凹溝を、複数の共振器から接続されて形成されたフィルタの外部周囲の基板に形成する。凹溝は全ての放出通路に連通でき、放出孔を製造する（ＡｌＮ膜層に孔を開ける）時、電極層周囲の圧電層構造を破壊して、共振器性能が低下することを回避する。
いくつかの実施例において、凹溝は、天井部が薄膜に被覆されていないトレンチである。放出液は直接的に凹溝から注入されて、放出通路内部から流通してキャビティに入る。
第２態様によれば、本出願の実施例はバルク音響共振器をさらに提案し、共振器は、キャビティの上方を被覆するように、順に積層されて形成された底部電極層、圧電層及び天井部電極を含み、底部電極層は支持層に架け渡され、第１態様に言及されたキャビティ構造をさらに含む。
いくつかの実施例において、放出通路は基板と圧電層との間に延在する通路である。放出通路は基板と圧電層との間に延在し、キャビティも基板に形成されるため、放出液の流動性によって、各放出通路及びキャビティ内に流通できる。
いくつかの実施例において、共振器の底部電極層及び天井部電極から離れた領域には放出孔が設けられ、放出孔は少なくとも１つの放出通路に連通する。放出孔はキャビティの放出効率を高めて、キャビティをより迅速且つ十分に放出させ、共振器から離れた底部電極層及び天井部電極では、電極層周囲の圧電層の応力に影響を受けない。
第３態様によれば、本出願の実施例はバルク音響共振器のキャビティ構造の製造工程をさらに提案し、
Ｓ１：パターン化された支持層を基板に製造して、支持層により取り囲まれたキャビティを形成し、基板の上方で、キャビティに連通する放出通路をキャビティと同一層に形成するステップであって、放出通路は基板に平行して、キャビティの周囲に延在しているステップと、
Ｓ２：キャビティ及び放出通路を犠牲材料によって充填するステップと、
Ｓ３：底部電極層を支持層及び犠牲材料に製造するステップであって、底部電極層は支持層に架け渡され、キャビティを被覆するステップと、
Ｓ４：圧電層及び天井部電極を底部電極層に製造するステップと、
Ｓ５：全ての犠牲材料を除去するステップと、を含む。
Ｓ１：パターン化された支持層を基板に製造して、支持層により取り囲まれたキャビティを形成し、基板の上方で、キャビティに連通する放出通路をキャビティと同一層に形成するステップであって、放出通路は基板に平行して、キャビティの周囲に延在しているステップと、
Ｓ２：キャビティ及び放出通路を犠牲材料によって充填するステップと、
Ｓ３：底部電極層を支持層及び犠牲材料に製造するステップであって、底部電極層は支持層に架け渡され、キャビティを被覆するステップと、
Ｓ４：圧電層及び天井部電極を底部電極層に製造するステップと、
Ｓ５：全ての犠牲材料を除去するステップと、を含む。
いくつかの実施例において、放出通路はキャビティから外部に延在する第１放出通路、及び複数の共振器のキャビティの間に延在して第１放出通路に連通する第２放出通路を含む。
いくつかの実施例において、第１放出通路及び／又は第２放出通路の、基板での投影形状は、台形、弧状又は直方形を含む。電極層周囲の第１放出通路及び／又は第２放出通路の形状を変更することで、第１放出通路及び／又は第２放出通路の上方を被覆する圧電層の応力状況を調節して、共振器の性能を効果的に改善する。
いくつかの実施例において、ステップＳ１は、複数の共振器から接続されて形成されたフィルタの外部周囲の支持層をパターン化して、放出通路に連通する凹溝を形成するステップをさらに含む。凹溝は全ての放出通路に連通でき、放出孔を製造する（ＡｌＮ膜層に孔を開ける）時、電極層周囲の圧電層構造を破壊して、共振器性能が低下することを回避する。
いくつかの実施例において、ステップＳ２は犠牲材料によって凹溝を充填するステップをさらに含む。凹溝は、放出通路及びキャビティと同一のステップで形成され、同時に犠牲材料が充填されるため、製造工程を簡略化して、犠牲材料を１回充填すれば、凹溝、放出通路及びキャビティを満たすことを実現できる。
いくつかの実施例において、ステップＳ１は具体的に、ＰＶＤ工程によって支持層を基板に堆積して、リソグラフィ及びエッチング工程によって支持層をパターン化するステップを含む。支持層の材料について、Ｓｉを選択してもよく、当該工程によって、支持層を基板の上方に堆積することで、凹溝、放出通路及びキャビティをパターン化するように形成する。
いくつかの実施例において、ステップＳ１は具体的に、エッチング工程によって、パターン化された支持層を基板に形成するステップを含む。当該工程によって、直接的に基板にエッチングを行って、凹溝、放出通路及びキャビティをパターン化するように形成し、堆積工程を必要とせず、工程をより簡略化する。
いくつかの実施例において、Ｓ２において、研磨ステップによって犠牲材料の表面と支持層の表面とを整合（面一に）させる。研磨ステップは化学機械研磨を含み、研磨後、犠牲材料及び支持層の表面を平坦化し、後続の膜層の応力変化を効果的に低減させ、機械の安定性を高める。
いくつかの実施例において、Ｓ５は、放出孔を共振器の底部電極層及び天井部電極から離れた領域位置での支持層及び圧電層に製造するステップであって、放出孔は下向きに、基板まで延在して、少なくとも１つの放出通路に連通するステップをさらに含む。放出孔は、キャビティの放出効率を高めて、キャビティをより迅速に十分に放出させ、そして、共振器の底部電極層及び天井部電極から離れるため、電極層周囲の圧電層の応力に影響を与えない。
いくつかの実施例において、凹溝は、天井部が何の薄膜も被覆されていないトレンチであり、放出通路は基板と圧電層との間に延在する通路である。放出液は直接的に、凹溝から放出通路内部に注入され、流通してキャビティに入る。
発明はバルク音響共振器のキャビティ構造及び製造工程を開示し、キャビティに連通する放出通路を支持層に製造して、放出通路に接続される凹溝を複数の共振器を接続して形成されたフィルタの外部周囲に配置し、交差した放出通路は共振器の配置位置に応じて設計される。また、放出孔を配置する必要がないため、共振器の製造工程を簡略化して、放出孔を製造する（ＡｌＮ膜層に孔を開ける）時、電極層周囲の圧電層構造を破壊することによって、共振器性能が低下することを回避する。電極層周囲の放出通路の形状を設計して、電極層周囲の圧電層の応力を調節し、共振器性能改善の効果を達成できる。従って、圧電層構造を破壊しないことを前提として、キャビティの放出を完成できる上に、キャビティ構造設計によって圧電層の応力を調節できる。共振器の間の電気接続された電極は、支持層、圧電層及び放出通路に設けられる。当該放出通路の配置によって、電極層の応力をある程度で放出させ、電気信号を正常に伝送する。
図面を結合して実施例に対するさらなる理解を提供し、図面は本明細書に結合され、本明細書の一部を構成する。図面は実施例を示し、明細書とともに、本発明の原理を解釈する。他の実施例及び実施例の多くの予期の利点は容易に想到し得て、以下の詳しい記載を援用することで、これらはより分かりやすくなる。図面の要素は必ずしも互いに比率に従うわけではない。同じ図面符号は、対応する類似部材を示す。
従来技術において、圧電薄膜の異なる領域の異なる応力による、性能差異を示す図である。
本発明の実施例によるバルク音響共振器のキャビティ構造及びバルク音響共振器の平面図である。
本発明の実施例による図２のＡ１－Ａ２方向のバルク音響共振器の並列接続又は直列接続の断面図である。
本発明の実施例による図２のＡ１－Ａ２方向のバルク音響共振器の並列接続又は直列接続の断面図である。
本発明の実施例による図２のＢ１－Ｂ２方向のバルク音響共振器の並列接続又は直列接続の断面図である。
本発明の実施例による図２のＢ１－Ｂ２方向のバルク音響共振器の並列接続又は直列接続の断面図である。
本発明の実施例によるバルク音響共振器のキャビティ構造の製造工程のフロー図である。
本発明の実施例によるバルク音響共振器のキャビティ構造の製造工程の概略図である。
本発明の実施例によるバルク音響共振器のキャビティ構造の製造工程の概略図である。
本発明の実施例によるバルク音響共振器のキャビティ構造の製造工程の概略図である。
本発明の実施例によるバルク音響共振器のキャビティ構造の製造工程の概略図である。
本発明の実施例によるバルク音響共振器のキャビティ構造の製造工程の概略図である。
本発明の実施例によるバルク音響共振器のキャビティ構造の製造工程の概略図である。
本発明の実施例によるバルク音響共振器のキャビティ構造の製造工程の概略図である。
本発明の実施例によるバルク音響共振器のキャビティ構造の製造工程の概略図である。
以下、図面及び実施例を結合して本出願をさらに詳しく説明する。ここで、記載の具体的な実施例は当該発明を限定するものではなく、関連する発明を説明するためのものである。また、記載を容易にするために、図面は関連発明に関する部分のみを示す。ここで、図面における部材のサイズ及び大きさは比率に従うわけではなく、明瞭に示すために、ある部材の大きさを強調して示す場合がある。
ここで、矛盾しない場合、本出願中の実施例及び実施例における特徴を互いに組み合わせてもよい。以下、図面および実施例を参照し、本出願を詳しく説明する。
本出願の実施例は、バルク音響共振器のキャビティ構造を提案し、図２はバルク音響共振器の平面図であり、当該キャビティ構造は基板、及び基板に形成されたキャビティ２０１を含み、基板には、キャビティ２０１を取り囲むように形成するための支持層が設けられ、基板の上方で、キャビティ２０１に連通する放出通路４０１がキャビティ２０１と同一層に形成され、放出通路４０１は基板に平行して、キャビティ２０１の周囲に延在している。対応するように、本出願の実施例はバルク音響共振器をさらに提案し、図３ａに示すように、当該共振器は、キャビティ２０１の上方を被覆するように、順に積層されて形成された底部電極層６０１、圧電層７０１及び天井部電極８０１を含み、底部電極層６０１は支持層３０１に架け渡され、上記キャビティ構造をさらに含む。好適の実施例において、基板１０１の材料はＳｉ、ＳｉＣ、サファイア、スピネルなどを含み、支持層３０１の材料はＳｉを含む。キャビティ２０１の周囲で、縦横に交差して、キャビティ２０１に連通する放出通路４０１は、共振器の電極層周囲の圧電層７０１の応力に影響せず、キャビティ２０１における犠牲材料を放出させる。これによって、共振器の性能を改善し、通常工程において放出孔を製造する（ＡｌＮ膜層に孔を開ける）時、電極層周囲の圧電層７０１構造を破壊して、共振器性能が低下することを回避する。犠牲材料用の放出液は放出通路４０１からキャビティ２０１に流入して、キャビティ２０１を放出（解放）させる。
具体的な実施例において、放出通路４０１はキャビティ２０１から外部に延在する第１放出通路４０２、及び複数の共振器のキャビティ２０１の間に延在して、第１放出通路４０２に連通する第２放出通路４０３を含む。複数の共振器のキャビティ２０１の周囲で、第１放出通路４０２と第２放出通路４０３とは縦横に交差することで、放出液は第１放出通路４０２および第２放出通路４０３からキャビティ２０１に流通して、犠牲材料を迅速に犠牲するとともに、圧電層７０１の応力の一致性に影響しないことを保証できる。好適の実施例において、交差した放出通路４０１は共振器の配置位置に応じて設計され、この場合、放出孔を製造する必要がないため、共振器の製造工程を簡略化できる。
具体的な実施例において、第１放出通路４０２及び／又は第２放出通路４０３の、基板１０１での投影形状は、台形、弧状又は直方形を含む。平面視で、当該投影形状は台形、弧状又は直方形を含むが、これらに限定されない。電極層周囲の第１放出通路４０２及び／又は第２放出通路４０３の形状を変更することで、第１放出通路４０２及び／又は第２放出通路４０３の上方を被覆する圧電層７０１の応力状況を調節して、共振器の性能を効果的に改善する。電極層周囲の圧電層７０１の応力はキャビティ２０１上部の共振領域に影響を与えるため、電極層周囲の圧電層７０１の応力を調節することで、共振器性能改善の効果を達成できる。
具体的な実施例において、フィルタは複数の共振器から接続されて形成され、フィルタの外部周囲の基板１０１には、放出通路４０１に連通する凹溝５０１が形成される。全ての放出通路４０１の一端のエンドは凹溝５０１に連通し、他端のエンドはキャビティ２０１に連通し、これによって、放出孔を製造する（ＡｌＮ膜層に孔を開ける）時、電極層周囲の圧電層７０１構造を破壊して、共振器性能が低下することを回避する。好適の実施例において、凹溝５０１は、天井部が薄膜に被覆されていないトレンチである。放出液は直接的に凹溝５０１から注入されて、放出通路４０１内部から流通してキャビティ２０１に入るため、本発明において、電極層周囲に放出孔を配置することなく、内部の交差した放出通路４０１によって凹溝５０１に連通し、キャビティ２０１を放出させることができる。他の実施例において、凹溝５０１を除いた他の形態を選択して、放出液を放出通路４０１に注入し、キャビティ２０１の放出を完成してもよい。
具体的な実施例において、放出通路４０１は基板１０１と圧電層７０１との間に延在する通路である。従来技術において、電極層及び圧電層を縦方向で貫通して基板まで延在する放出孔と違って、放出通路４０１は基板１０１と圧電層７０１との間に横方向で延在するため、放出液を放出通路４０１に流通させる。また、キャビティ２０１も基板１０１に形成され、この場合、放出通路４０１の底面がキャビティ２０１の底面と整合するため、放出液の流動性によって、より迅速且つ容易に各放出通路４０１及びキャビティ２０１内に流通する。
具体的な実施例において、図２に示すように、共振器の底部電極層及び天井部電極から離れた領域には放出孔９０１が設けられ、放出孔９０１は少なくとも１つの放出通路４０１に連通する。多くの縦横交差した放出通路４０１を有する場合、放出孔９０１を増やし、放出孔９０１に放出液を注入することで、キャビティ２０１の放出効率を向上させ、キャビティ２０１をより迅速且つ十分に放出させる。この場合、放出孔９０１は共振器の底部電極層及び天井部電極から離れた領域に位置するため、電極層周囲の圧電層の応力に影響して、共振器の性能を低下させることがない。好適の実施例において、放出孔９０１と共振器の底部電極層及び天井部電極との距離は５μｍ以上である。当該距離で製造された放出孔９０１は、電極層周囲の圧電層の応力状況に影響を与えない。
具体的な実施例において、図２に示すように、共振器の周囲の支持層及び圧電層には第１電極接続部１００１が設けられている。第１電極接続部１００１によって共振器と外部と電気的に接続できる。この場合、第１電極接続部１００１の天井部は共振器の天井部と整合する。また、共振器の周囲の基板には第２電極接続部１００２が設けられ、第２電極接続部１００２は圧電層７０１から基板に段階状に延在して形成される。段階状の第２電極接続部１００２によって、外部との電気接続がより便利になって、外部接続の際に、段階状の位置で位置決めを正確に行って、位置決めの精度を高めることができる。第２電極接続部１００２の下方の基板は凹溝５０１の底部の基板に連通し、凹溝５０１と同時に形成されるように、第２電極接続部１００２の下方の支持層及び圧電層を同時にエッチングすることができる。第１接続部１００１及び第２接続部１００２において、何れも後続の機器のパッケージングのためのボール実装工程を行うことができる。共振器の間の電気接続された電極は、支持層、圧電層及び放出通路に設けられる。当該放出通路４０１を配置することで、電極層の応力をある程度放出させ、電気信号を正常に伝送する。
共振器を相互接続構造に製造する場合、２つの共振器が接続された中間部分は放出通路を具備しない場合、図２のＡ１－Ａ２箇所の断面図は図３ａ及び図３ｂであり、図３ａは共振器の並列接続の状況であり、図３ｂは共振器の直列接続の状況であり、図３ａ及び図３ｂに示すように、凹溝５０１及びキャビティ２０１は同一層に形成される。２つの共振器が接続された中間部分に放出通路が存在する場合、図２のＢ１－Ｂ２箇所の断面図は図４ａ及び図４ｂであり、図４ａは共振器の並列接続の状況であり、図４ｂは共振器の直列接続の状況であり、図４ａ及び図４ｂに示すように、凹溝５０１、キャビティ２０１及び第２放出通路４０３も同一層に形成される。
上記実施例が提案したバルク音響共振器のキャビティ構造に対応して、本出願の実施例は、図５に示すように、以下のステップを含む、バルク音響共振器のキャビティ構造の製造工程をさらに提案する。
Ｓ１：パターン化された支持層を基板に製造して、支持層により取り囲まれたキャビティを形成し、基板の上方で、キャビティに連通する放出通路をキャビティと同一層に形成し、放出通路は基板に平行して、キャビティの周囲に延在している。
Ｓ２：キャビティ及び放出通路を犠牲材料によって充填する；
Ｓ３：底部電極層を支持層及び犠牲材料に製造し、底部電極層は支持層に架け渡され、キャビティを被覆する；
Ｓ４：圧電層及び天井部電極を底部電極層に製造する；
Ｓ５：全ての犠牲材料を除去する。
Ｓ２：キャビティ及び放出通路を犠牲材料によって充填する；
Ｓ３：底部電極層を支持層及び犠牲材料に製造し、底部電極層は支持層に架け渡され、キャビティを被覆する；
Ｓ４：圧電層及び天井部電極を底部電極層に製造する；
Ｓ５：全ての犠牲材料を除去する。
具体的な実施例において、図６ａ～６ｈ及び図３ａはバルク音響共振器のキャビティ構造の製造工程の概略図である。ステップＳ１は、複数の共振器を接続して形成されたフィルタの外部周囲の支持層３０１をパターン化して、放出通路４０１に連通する凹溝５０１を形成することをさらに含む。凹溝５０１は全ての放出通路４０１に連通でき、放出孔を製造する（ＡｌＮ膜層に孔を開ける）時、電極層周囲の圧電層７０１構造を破壊して、共振器性能が低下することを回避する。他の実施例において、凹溝５０１を除いた他の形態を選択して、放出液を放出通路４０１に注入して、キャビティ２０１の放出を完成してもよい。
１つの実施例において、図６ａ及び６ｂに示すように、ステップＳ１は具体的に、ＰＶＤ工程によって支持層３０１を基板１０１に堆積して、リソグラフィ及びエッチング工程によって支持層３０１をパターン化するステップを含む。支持層３０１の材料について、Ｓｉを選択してもよく、基板１０１の材料はＳｉ／ＳｉＣ／サファイア／スピネルなどを含み、ＰＶＤによる支持層３０１の成長の厚さは１.５～３μｍである。当該工程によって、支持層３０１を基板１０１の上方に堆積して、凹溝５０１、放出通路４０１及びキャビティ２０１をパターン化するように形成する。本発明の実施例において、Ｓｉを支持層３０１、ＰＳＧを犠牲材料として選択し、ＨＦ又はＢＯＥを犠牲材料のエッチング剤（放出液）として選択し、材料の選択は電極層及び圧電層７０１に影響を与えず、工程が簡単であり、材料が普遍化し、且つ相対的に安いため、工程面で、より高いコストパフォーマンス及びプロセス互換性を有する。他の実施例において、図６ｃに示すように、ステップＳ１は具体的に、エッチング工程によって、パターン化された支持層３０１を基板１０１に形成するステップを含む。当該工程によって、直接的に基板１０１にエッチングを行って、凹溝５０１、放出通路４０１及びキャビティ２０１をパターン化するように形成し、堆積工程を必要とせず、工程をより簡略化する。本発明の実施例において、基板１０１の材料についてＳｉを選択してもよいため、Ｓｉをエッチングすることで、材料が同じようにＳｉである支持層３０１を形成でき、この場合、ＰＳＧを犠牲材料として選択し、ＨＦ又はＢＯＥを犠牲材料のエッチング剤（放出液）として選択し、材料選択は電極層及び圧電層７０１に影響を与えず、工程が簡単であり、材料が普遍化し、且つ相対的に安いため、工程面で、より高いコストパフォーマンス及びプロセス互換性を有する。
ステップＳ２において、図６ｄに示すように、犠牲材料２０２を凹溝５０１、放出通路４０１及びキャビティ２０１において成長させてから、ＣＭＰ（化学機械研磨）平坦化を行う。犠牲材料２０２はＰＳＧ（Ｐが添加されたＳｉＯ２）であり、キャビティ２０１の周囲で縦横に交差してキャビティ２０１に連通する放出通路４０１は、共振器の電極層周囲の圧電層７０１の応力に影響せず、キャビティ２０１における犠牲材料２０２を放出させ、これによって、共振器の性能を改善し、通常工程において放出孔を製造する（ＡｌＮ膜層に孔を開ける）時、電極層周囲の圧電層７０１構造を破壊して、共振器性能が低下することを回避する。犠牲材料２０２用の放出液は、放出通路４０１からキャビティ２０１に流入して、キャビティ２０１を放出させる。
具体的な実施例において、放出通路４０１はキャビティ２０１から外部に延在する第１放出通路４０２、及び複数の共振器のキャビティ２０１の間に延在して、第１放出通路４０２に連通する第２放出通路４０３を含む。複数の共振器のキャビティ２０１の周囲で、第１放出通路４０２と第２放出通路４０３とは縦横に交差することで、放出液は第１放出通路４０２、第２放出通路４０３からキャビティ２０１に流通して、犠牲材料を迅速に犠牲するとともに、圧電層７０１の応力の一致性に影響しないことを保証できる。好適の実施例において、交差した放出通路４０１は共振器の配置位置に応じて設計され、この場合、放出孔を製造する必要がないため、共振器の製造工程を簡略化する。
具体的な実施例において、第１放出通路４０２及び／又は第２放出通路４０３の、基板１０１での投影形状は、台形、弧状又は直方形を含む。平面視で、当該投影形状は台形、弧状又は直方形を含むが、これらに限定されない。電極層周囲の第１放出通路４０２及び／又は第２放出通路４０３の形状を変更することで、第１放出通路４０２及び／又は第２放出通路４０３の上方を被覆する圧電層７０１の応力状況を調節して、共振器の性能を効果的に改善する。電極層周囲の圧電層７０１の応力はキャビティ２０１上部の共振領域に影響するため、電極層周囲の圧電層７０１の応力を調節することで、共振器性能改善の効果を達成できる。
具体的な実施例において、フィルタは複数の共振器から接続されて形成され、フィルタの外部周囲の支持層３０１には、放出通路４０１に連通する凹溝５０１が形成される。全ての放出通路４０１の一端のエンドは凹溝５０１に連通し、他端のエンドはキャビティ２０１に連通し、これによって、放出孔を製造する（ＡｌＮ膜層に孔を開ける）時、電極層周囲の圧電層７０１構造を破壊して、共振器性能が低下することを回避する。好適の実施例において、凹溝５０１は、天井部が薄膜に被覆されていないトレンチである。放出液は直接的に凹溝５０１から注入されて、放出通路４０１内部から流通してキャビティ２０１に入るため、本発明において、電極層周囲に放出孔を配置することなく、内部の交差した放出通路４０１によって凹溝５０１に連通し、キャビティ２０１を放出させることができる。
具体的な実施例において、放出通路４０１は、基板１０１と圧電層７０１との間に延在する通路である。従来技術において、電極層及び圧電層を縦方向で貫通して基板まで延在する放出孔と違って、放出通路４０１は基板１０１と圧電層７０１との間に横方向で延在するため、放出液を放出通路４０１に流通させる。また、キャビティ２０１も基板１０１に形成され、この場合、放出通路４０１の底面がキャビティ２０１の底面と整合するため、放出液の流動性によって、より迅速且つ容易に各放出通路４０１及びキャビティ２０１内に流通する。
具体的な実施例において、図６ｅに示すように、ＰＶＤ、リソグラフィ及びエッチング工程を順に使用して底部電極層６０１を製造する。底部電極層６０１の材料はＭｏを含む。図６ｆに示すように、ＰＶＤ、リソグラフィ及びエッチング工程を順に使用して圧電層７０１を製造する。圧電層７０１の材料はＡｌＮを含み、図６ｇに示すように、圧電層のエッチング領域は、凹溝５０１の上方が所在する領域である。図６ｈに示すように、ＰＶＤ、リソグラフィ及びエッチング工程を順に使用して天井部電極８０１を製造する。天井部電極８０１の材料はＭｏを含む。
具体的な実施例において、Ｓ５は、放出孔９０１を共振器の底部電極層６０１及び天井部電極８０１から離れた領域位置での支持層３０１及び圧電層７０１に製造し、放出孔９０１は下向きに、基板１０１まで延在して、少なくとも１つの放出通路４０１に連通することをさらに含む。多くの縦横交差した放出通路４０１を有する場合、放出孔９０１を増やし、放出孔９０１に放出液を注入することで、キャビティ２０１の放出効率を向上させ、キャビティ２０１をより迅速且つ十分に放出させる。この場合、放出孔９０１は共振器の底部電極層６０１及び天井部電極８０１から離れた領域に位置するため、電極層周囲の圧電層７０１の応力に影響して共振器の性能が低下することがない。好適の実施例において、放出孔９０１と共振器の底部電極層６０１及び天井部電極８０１との距離が５μｍ以上である。当該距離で製造された放出孔９０１は、電極層周囲の圧電層７０１の応力状況に影響を与えない。
最後に、図３ａに示すように、凹溝５０１又は放出孔９０１に放出液を入れて、放出液が放出通路４０１に流入し、最後、キャビティ２０１に流入して、キャビティ２０１の放出を完成する。
本発明は、バルク音響共振器のキャビティ構造及び製造工程を開示し、キャビティに連通する放出通路を支持層に製造して、放出通路に接続される凹溝を複数の共振器を接続して形成されたフィルタの外部周囲に配置し、交差した放出通路は共振器の配置位置に応じて設計される。また、放出孔を配置する必要がないため、共振器の製造工程を簡略化して、放出孔を製造する（ＡｌＮ膜層に孔を開ける）時、電極層周囲の圧電層構造を破壊することによって共振器性能が低下することを回避する。電極層周囲の放出通路の形状を設計して、電極層周囲の圧電層の応力を調節し、共振器性能改善の効果を達成できる。従って、圧電層構造を破壊しないことを前提として、キャビティの放出を完成できる上に、キャビティ構造設計によって圧電層の応力を調節できる。
以上、本出願の具体的な実施形態を記載したが、本出願の保護範囲はこれに限定されず、当業者であれば、本出願が開示した技術範囲内、容易に想到し得る変更及び置換は、何れも本出願の保護範囲内に該当する。従って、本出願の保護範囲は請求項の保護範囲を準とする。
本出願の記載において、「上」、「下」、「内」、「外」などの用語が指示する方位又は位置関係は何れも図面による方位又は位置関係であり、その装置又は要素が必ずしも特定の方位を有し、特定の方位で構成され操作されなければならないと指示又は暗示するのではなく、ただ本出願を容易に記載して、記載を簡略化するためのものであるため、本出願を限定するものではない。用語である「含む」は、請求項に挙げられない要素又はステップの存在を排除するものではない。要素の前の用語である「１」又は「１つ」は、複数のこのような素子の存在を排除するものではない。互いに異なる従属請求項にいくつかの方法を記載するという簡単な事実は、これらの方法の組み合わせが改良に適用できないことを示すものではない。請求項における何れかの参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
本発明の実施例において、キャビティに連通する放出通路を支持層に製造して、放出通路に接続される凹溝を複数の共振器が接続され形成されたフィルタの外部周囲に配置し、交差した放出通路は共振器の配置位置に応じて設計される。また、放出孔を配置する必要がないため、共振器の製造工程を簡略化して、放出孔を製造する（ＡｌＮ膜層に孔を開ける）時、電極層周囲の圧電層構造を破壊することによって共振器性能が低下することを回避する。製造工程が簡単であり、製造コストが低くて、大規模な工業製造には便利である。
Claims (18)
- 基板及び前記基板に形成されたキャビティを含むバルク音響共振器のキャビティ構造であって、
前記基板には、前記キャビティを取り囲むように形成する支持層が設けられ、前記基板の上方で、前記キャビティに連通する放出通路は前記キャビティと同一層に形成され、前記放出通路は前記基板に平行して、前記キャビティの周囲に延在していることを特徴とするバルク音響共振器のキャビティ構造。 - 前記放出通路は、前記キャビティから外部に延在する第１放出通路、及び複数の前記バルク音響共振器のキャビティの間に延在して前記第１放出通路に連通する第２放出通路を含むことを特徴とする請求項１に記載のバルク音響共振器のキャビティ構造。
- 前記第１放出通路及び／又は前記第２放出通路の、前記基板での投影形状は、台形、弧状又は直方形を含むことを特徴とする請求項２に記載のバルク音響共振器のキャビティ構造。
- 前記放出通路に連通する凹溝をフィルタの外部周囲の前記基板に形成し、前記フィルタは、複数の前記バルク音響共振器が接続されて形成されることを特徴とする請求項１に記載のバルク音響共振器のキャビティ構造。
- 前記凹溝は、天井部が薄膜に被覆されていないトレンチであることを特徴とする請求項４に記載のバルク音響共振器のキャビティ構造。
- バルク音響共振器であって、前記バルク音響共振器は、前記キャビティの上方を被覆するように、順に積層されて形成された底部電極層、圧電層及び天井部電極を含み、前記底部電極層は前記支持層に架け渡され、前記バルク音響共振器は、請求項１～５の何れか一項に記載のバルク音響共振器のキャビティ構造をさらに含むことを特徴とするバルク音響共振器。
- 前記放出通路は、前記基板と前記圧電層との間に延在する通路であることを特徴とする請求項６に記載のバルク音響共振器。
- 前記バルク音響共振器の前記底部電極層及び前記天井部電極から離れた領域には放出孔が設けられ、前記放出孔は、少なくとも１つの前記放出通路に連通することを特徴とする請求項６に記載のバルク音響共振器。
- バルク音響共振器のキャビティ構造の製造工程であって、
Ｓ１：パターン化された支持層を基板に製造して、前記支持層により取り囲まれたキャビティを形成し、前記基板の上方で、前記キャビティに連通する放出通路を前記キャビティと同一層に形成するステップであって、前記放出通路は前記基板に平行して、前記キャビティの周囲に延在しているステップと、
Ｓ２：前記キャビティ及び前記放出通路を犠牲材料によって充填するステップと、
Ｓ３：底部電極層を前記支持層及び前記犠牲材料に製造するステップであって、前記底部電極層は前記支持層に架け渡され、前記キャビティを被覆するステップと、
Ｓ４：前記底部電極層に圧電層及び天井部電極を製造するステップと、
Ｓ５：全ての前記犠牲材料を除去するステップと、を含むことを特徴とするバルク音響共振器のキャビティ構造の製造工程。 - 前記放出通路は、前記キャビティから外部に延在する第１放出通路、及び複数の前記バルク音響共振器のキャビティの間に延在して前記第１放出通路に連通する第２放出通路を含むことを特徴とする請求項９に記載のバルク音響共振器のキャビティ構造の製造工程。
- 前記第１放出通路及び／又は前記第２放出通路の、前記基板での投影形状は、台形、弧状又は直方形を含むことを特徴とする請求項１０に記載のバルク音響共振器のキャビティ構造の製造工程。
- 前記ステップＳ１は、前記複数の前記バルク音響共振器が接続されて形成されたフィルタの外部周囲の前記基板をパターン化して、前記放出通路に連通する凹溝を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載のバルク音響共振器のキャビティ構造の製造工程。
- 前記ステップＳ２は、犠牲材料によって前記凹溝を充填するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のバルク音響共振器のキャビティ構造の製造工程。
- 前記ステップＳ１は、具体的に、ＰＶＤ工程によって前記支持層を前記基板に堆積し、リソグラフィ及びエッチング工程によって前記支持層をパターン化するステップをさらに含むことを特徴とする請求項９～１３の何れか一項に記載のバルク音響共振器のキャビティ構造の製造工程。
- 前記ステップＳ１は、具体的に、エッチング工程によって、パターン化された前記支持層を前記基板に形成するステップを含むことを特徴とする請求項９～１３の何れか一項に記載のバルク音響共振器のキャビティ構造の製造工程。
- 前記Ｓ２において、研磨ステップによって前記犠牲材料の表面と前記支持層の表面とを整合させることを特徴とする請求項９～１３の何れか１項に記載のバルク音響共振器のキャビティ構造の製造工程。
- 前記Ｓ５は、放出孔を前記バルク音響共振器の前記底部電極層及び前記天井部電極から離れた領域位置での前記支持層及び前記圧電層に製造するステップであって、前記放出孔は下向きに、前記基板まで延在して、少なくとも１つの前記放出通路に連通するステップをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載のバルク音響共振器のキャビティ構造の製造工程。
- 前記凹溝は、天井部が薄膜に被覆されていないトレンチであり、前記放出通路は前記基板と前記圧電層との間に延在する通路であることを特徴とする請求項１２に記載のバルク音響共振器のキャビティ構造の製造工程。
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