JP3965026B2

JP3965026B2 - 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

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Publication number: JP3965026B2
Application number: JP2001137000A
Authority: JP
Inventors: リチャード・シー・ルビー
Original assignee: アバゴ・テクノロジーズ・ワイヤレス・アイピー（シンガポール）プライベート・リミテッド
Priority date: 2000-05-08
Filing date: 2001-05-08
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2021-05-08
Also published as: DE10119442B4; GB2367436A; GB2367436B; DE10119442A1; GB0108755D0; JP2002140075A; US6384697B1

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。
【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 Acoustic Resonator：ＦＢＡＲ）又はスタック化薄膜バルク音響共鳴器（Stacked Thin Film Bulk Acoustic Resonator：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。
【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。
【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。
【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。
【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１０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１４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。ＦＢＡＲ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。
【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１２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×４５０μｍ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（１０００〜３０００Å／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×１５０μｍ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 Mounted 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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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（columnar 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。
【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。
【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。
【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。
【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／ｃｍ²）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。
【００２５】
ここで図９及び図１０に示したＦＢＡＲ４２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、ＦＢＡＲ４２は、両電極４４、５８及び圧電層５４が基板４６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。
【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。
【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４５０℃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／ＳＢＡＲ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ＰＳＧ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。
【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。
【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。
【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。
【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０．１μｍ〜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。
【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１０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。
【００３９】
図１１は本発明に従って形成されたＦＢＡＲ６２の他の実施形態を示す上面図である。下部電極６４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８２、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。
【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ＳＢＡＲの形成にも等しく適用することが出来る。ＳＢＡＲ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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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ＦＢＡＲ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。
【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。
【符号の説明】
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

Claims

基板（78）の表面上に音響共鳴器（62）を製作する方法であって、
前記基板の上面に浮遊領域（ 76 ）を形成するステップと、
前記基板の浮遊領域（76）上に下部電極（ 64 ）を形成するステップであって、前記下部電極（ 64 ）を前記浮遊領域の側辺の各々を越えて伸びるエッジを有するように形成することにより、前記下部電極の周辺領域を前記浮遊領域の全ての側辺に接触させたまま残すとともに、前記下部電極の内側領域を前記基板と接触させない状態とすることを含み、前記下部電極の周辺領域を前記浮遊領域の全ての側辺に接触させた状態を維持しながら、前記下部電極の周辺領域のうちの少なくとも１つの部分（ 66 、 68 ）を前記浮遊領域（76）の側辺と重ならないように残すことを含む、ステップと、
前記下部電極上に圧電材料（54）を形成するステップであって、前記圧電材料（54）の少なくとも１つの圧電エッジが前記下部電極（64）の対応するエッジを越えて伸びるようにすることにより、前記少なくとも１つの圧電エッジが前記基板の表面上に存在するようにする、ステップと、及び
前記圧電材料上に上部電極（74）を形成するステップであって、前記上部電極の前記浮遊領域の側辺への重なりを、前記少なくとも１つの部分（ 66 、 68 ）に限ることを含む、ステップとからなる、方法。
前記上部電極（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（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。
前記導電性材料を堆積させる前記ステップは、前記上部電極の周辺部の大部分が前記浮遊領域（76）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。
前記浮遊領域に空洞（76）を形成して、前記下部電極（64）の内側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。
前記空洞を形成する前記ステップが、
前記基板（78）中に窪み（76）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、前記浮遊領域の側辺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、前記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。
上面に開放領域（76）を有する基板（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とからなる音響共鳴器（ 62 ）であって、
前記活性積層構造が、圧電層（ 54 ）と前記圧電層（54）の両側の下部電極（64）及び上部電極（74）とを含み、
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、前記基板上に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側辺上に支持されている状態の周辺領域とが設けられ、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おり、前記支持されている周辺領域の１つは、前記基板と接続されない少なくとも１つの部分（66、68）を含み、
前記上部電極と前記支持されている周辺領域の１つとの重なりが、前記少なくとも１つの部分に限られており、
前記圧電層（54）が、前記下部電極（64）を越えて伸びるエッジを有することにより、前記圧電層のエッジが前記基板上に存在している、音響共鳴器（62）。
前記開放領域が前記基板中の空洞（76）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６に記載の音響共鳴器。
前記空洞（76）が、前記空洞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６又は７に記載の音響共鳴器。
前記放出用穴（60）が前記空洞の周辺部までに限定されている、請求項８に記載の音響共鳴器。