JP2002314368A - 薄膜バルク音響共振器装置、及びこれを製造するための改良された方法 - Google Patents
薄膜バルク音響共振器装置、及びこれを製造するための改良された方法Info
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Abstract
共振器の構成及びその製造のための改良された方法を提
供すること。 【解決手段】表面(204)を備えた基板(202)上
に配置された音響共振器を製造する方法は、表面(20
4)に凹部(206)をエッチングする工程と、凹部
(206)を犠牲材料で充填する工程と、エッチング孔
(220)を備えた音響共振器を基板上に形成する工程
と、その後犠牲材料を除去する工程とを含む。
Description
に関する。さらに詳しくは、本発明は、電子回路におけ
るフィルタとして使うことができる電子・機械的な共振
器に関する。
というニーズは、より小型な信号フィルタリング部品に
対する継続的なニーズにつながっている。薄膜バルク音
響共振器(FBAR)と積層された薄膜バルク波音響共
振器及びフィルタ(SBAR)は、これらのニーズを満
足させる可能性を持ったフィルタ部品の一つの種類であ
る。簡略のために、これらのフィルタを以後、FBAR
と称する。
ルク縦音波を用いる音響共振器から構成される。図1に
示される1つの簡単な形状の例において、FBAR10
0は、2つの金属電極104と106に挟まれたPZ材
料102の層を含んでいる。挟持構造体100は、周辺
の回りを囲むように空気中に懸架されていることが好ま
しい。電界が印加される電圧を介してこれらの2つの電
極104と106間に発生するとき、PZ材料102
は、電気エネルギのいくらかを波の形の物理的エネルギ
に変換する。この波は、電界と同じ方向に伝播し、共振
周波数を含むある周波数において電極/空気インターフ
ェースで反射される。共振周波数において、装置100
は、電子的な共振器として使われるので、装置は、フィ
ルタとして機能できることになる。この技術を用いて、
GHz範囲におけるアプリケーションのために共振器
は、直径100ミクロン以下、厚さ数ミクロン以下の物
理的な大きさを備える。
作り上げ又は形成するために共通して使われる付着又は
成膜技術を用いて製造される。しかしながら、FBAR
の製造処理は、FBARが空気中に懸架配置する好まし
い構成を実現することは、まれな挑戦となる。懸架され
たFBARを製造するための技術の1つによれば、まず
基板上にFBARを付着させ、次いでFBAR下方の基
板を完全に除去する。これは、図1に示されており、F
BAR下方の基板110は、FBARを懸架するために
除去されている。しかしながら、FBAR下方の基板の
除去は、FBARを露出させることになって機械的な一
体性に問題が生じる。また、基板の下側をエッチングす
ることは難しい。
は、まず基板の表面上に一時的な支持層膜の付着とパタ
ーン化を行うものである。次に、一時的な支持膜の上に
FBARを作り上げる。次いで、アンダーカットエッチ
ングを行って一時的な支持膜を除去する。この技術は、
最初の技術(基板除去技術)と同様に、得られたFBA
Rに機械的な一体性の問題を発生させる。その上、一時
的な支持膜の完全な除去は、この一時的な支持膜に均一
でないあるいは不完全なエッチングが生じるために困難
である。しかも、アンダーカットエッチングは、完全に
は除去できない廃棄物を残すので、さらに問題を生じ
る。
果的に除去して懸架されたFBARを製造するために改
良された技術、及び、犠牲材料を効果的に除去できる装
置に対するニーズは、依然として存在するのである。
に対応するものである。本発明の1つの特徴によれば、
装置は、表面に凹部を備えた基板を有する。基板上に
は、音響共振器が凹部にまたがって構成され、この音響
共振器は、凹部へのアクセスを可能にするためのエッチ
ング孔を備えている。
を備えた基板上に音響共振器を作り上げる方法が、開示
される。まず、凹部が、表面の上にエッチングされ、犠
牲材料を充填される。次に、エッチング孔を備えた音響
共振器が、基板上に構成される。最後に、犠牲材料が、
除去される。
面上に凹部を備えた基板を有し、この凹部は、エッチン
グチャンネルが設けられる。音響共振器が、基板上に作
り上げられて凹部をまたぐようにされる。
た基板上に音響共振器を作り上げる方法が、開示され
る。まず、凹部が、基板の表面にエッチングして形成さ
れ、この凹部は、少なくとも1つのエッチングチャンネ
ルを備えるようにされ、犠牲材料によって充填される。
次に、基板上に音響共振器が構成される。最終的に、犠
牲材料が、除去される。
理を実施形態によって説明している添付の図面と組み合
わせられた以下の詳細な記述から明らかになるであろ
う。
の好適実施形態となる薄膜バルク音響共振器装置、及び
その製造方法について詳細に説明する。説明のための図
面に示されるように、本発明は、基板上に音響共振器
(例えば、FBAR)を作り上げる技術に適用される。
1つの実施形態において、凹部が、基板の表面でエッチ
ングして形成され、この凹部には、犠牲材料が充填され
る。次いで、FBARが、犠牲材料の上に形成され、こ
のFBARは、少なくとも1つのエッチング孔を備えよ
うにされる。次いで、犠牲材料が、エッチング孔から除
去される。他の実施形態において、凹部は、犠牲材料が
除去される少なくとも1つのエッチングチャンネルを備
える。このエッチングチャンネルは、エッチング孔に整
合させられる。
従来周知のFBARに対して利点を備えている。まず、
基板はFBAR下方から完全には除去されないので、F
BARは、保護されるとともに処理中に良好な機械的な
支持を受ける。さらに、犠牲材料が、迅速かつ完璧に除
去される。このようにして、エッチング液に長時間浸さ
れていることから生じる問題は、最小にされ、犠牲材料
の不均一なあるいは不十分なエッチングに関係する問題
も最小にされる。
おける装置200の正面図を説明している。図2(b)
は、図2(a)におけるA−A線に沿った装置200の
側方から見た断面図である。図2(a)と図2(b)を
参照すると、装置200は、表面204を備えた基板2
02を有している。基板202は、表面204にエッチ
ングされた凹部206を備えている。図2(a)におい
て、凹部206は、破線を付された多角形によって定め
られる領域206で示される。多角形の形状の領域20
6は、凹部206によって画定される領域である。「水
泳プール」の如き凹部206の形状は、矩形あるいは直
交する形状に限定されない。実際のところ、凹部206
によってカバーされる領域206は、どのような多角形
であっても良く、例えば、四角形或いは五角形であるこ
とができる。1つの好ましい実施形態において、凹部2
06によって定められる領域206は、エッジと頂点を
備えた多角形であって、それにおいてこれらのエッジの
2つは、互いに平行とはならない、或いは頂点の2つ
は、互いに同じ角度を備えていない、もしくはその両方
である。
うに基板202上に形成される。FBAR210は、第
1の電極214と第2の電極216間に挟まれた圧電
(PZ)材料212の層を有している。FBAR210
は、凹部206へのアクセスを可能にするエッチング孔
220を備えている。エッチング孔220は、PZ材料
212を介して及び電極214と216を介して孔を備
えており、これらの孔は、凹部206からFBAR21
0の表面に延びて配列されエッチング孔220を画定し
ている。1つの実施形態において、エッチング孔220
は、凹部206によって定められる領域206のほぼ中
心にあり、従って、エッチング孔220は、直径におい
て10ミクロンの次数にあるが、1ミクロン以下から4
0ミクロン以上にわたることもできる。
4、226及び228のような追加のエッチング孔を備
えることができる。説明された実施形態において、エッ
チング孔は、凹部206によって定められる領域206
の選択された頂点あるいは角またはその付近に配置され
る。
まずエッチングすることによって作り上げられて凹部2
06を設ける。1つの実施形態において、凹部206
は、深さ約3ミクロン、面積約10,000〜30,0
00平方ミクロンであることができる。これらの値は、
異なる材料を用いて、あるいは、これらのあるいは他の
因子の組み合わせにおいて異なる大きさの共振器、異な
る周波数の共振器を製造するために幅広く変化すること
ができる。基板202は、ケイ素あるいはその他の適切
な材料であることができる。次いで、凹部206は、リ
ンシリカガラス(PSG)のような犠牲材料を充填さ
れ、基板202の表面204に対して同一平面の滑らか
な面を形成するように研磨される。次いで、FBAR2
10が、現在犠牲材料を充填されている凹の領域206
にまたがって基板202の表面204に作り上げられ
る。装置200の部分を製造する技術に関する追加の情
報は、Rubyなどに対して2000年5月9日に与え
られた米国特許第6,060,818号に見出すことが
できる。この米国特許第6,060,818号は、以後
参照文献とされる。本発明では、FBAR210の層2
14、212及び216は、少なくとも1つのエッチン
グ孔220を備えるように構成される。その上、FBA
Rは、追加のエッチング孔222、224、226及び
228を備えるように作り上げられる。
置200を、例えば、希釈されたフッ化水素酸(H
2O:HF)のようなエッチング液内に導き入れること
によって除去される。エッチング孔220(及び22
2、224、226及び228のような他のエッチング
孔)は、犠牲材料をエッチングする目的のためにエッチ
ング液によって凹部206に対する迅速で完璧なアクセ
スを可能にする。エッチング液が犠牲材料を溶解する
と、廃棄物が、発生する。本発明において、廃棄物は、
エッチング孔220及び222、224、226及び2
28のような他の追加のエッチング孔を介して凹部20
6から効果的に除去される。
の装置300の平面図を示している。図3(b)は、図
3(a)における線B−Bに沿った装置300の側方の
断面図である。図3(a)と図3(b)において、装置
300は、表面304を備えた基板302を有してい
る。基板302は表面304上にエッチングされた凹部
306を有している。図3(a)において、凹部306
が、破線を用いて多角形領域306によって示されてい
る。図3(a)に示されている実施形態において、凹部
306は、エッチングチャンネル307a、307b、
307c、307d、307e、307f、307g及
び307hを備えている。単純化のために、エッチング
チャンネルは、以後、図3(b)においてまとめて30
7と称される。図3(a)は、説明のために8つのエッ
チングチャンネル307を示しているが、チャンネルの
数は、8つである必要もないし、8つに限定されること
もない。
307を含む凹部306にまたがって基板302上に作
り上げられる。FBAR310は、第1の電極314と
第2の電極316の間に挟まれた圧電(PZ)材料31
2の層を備えている。FBARは、凹部306へのアク
セスを可能にするためのエッチング孔320を備えてい
る。1つの実施形態において、エッチング孔310は、
凹部306によって定められた領域306のほぼ中心に
あって、エッチング孔320は、直径10ミクロンの次
数の大きさであることができる。
ているが図3(a)には示されていないエッチング孔3
22と324のような追加のエッチング孔を備えること
ができる。エッチング孔322と324は、エッチング
チャンネル307との混同を避けるために図3(a)に
は示されていない。これは、1つの実施形態において、
エッチング孔(322、324あるいは図3(a)ある
いは図3(b)には示されていない他のエッチング孔)
がエッチングチャンネル307のそれぞれと整合するよ
うに作られるためである。
2(b)に示されていてかつ上述したような装置200
の製造処理と同じである。しかしながら、凹部306が
エッチングされるとき、エッチングチャンネル307
は、凹部306の一部分としてエッチングされなければ
ならない。従って、犠牲材料はまた、処理において後に
除去されるまでエッチングチャンネル307内に付着さ
れている。エッチング孔322、324その他は、エッ
チングチャンネル307の1つと整合されるように製造
されることが好ましい。
牲材料は、装置300をエッチング液に導き入れること
によって除去される。
(及び322、324その他のような他のエッチング
孔)は、犠牲材料をエッチングする目的でエッチング液
によって凹部306に迅速かつ完璧にアクセスする可能
性を与える。廃棄物は、チャンネル、エッチング孔32
0及び他の追加のエッチング孔を介して凹部306から
効果的に除去される。
あり、現在の技術に利点を与えるものであることは明ら
かである。本発明は、さらに機械的な音響FBARを作
り出し、不均一及び/あるいは不完全な犠牲材料のエッ
チング、或いはエッチング液への延長された露出又はそ
の両方によリ生じる問題を最小にする。本発明は特定の
実施形態について記述されるとともに図示されたが、本
発明は、記述されるとともに図示された特定の形式や部
品の配列に限定されるものではない。例えば、本発明
は、装置とその基板との間の材料を除去する必要のある
SBARあるいは他の装置に適用することができる。当
業者によれば、本発明の範囲内で更に様々な変形・変更
が可能である。
施形態について説明すると、本発明は、装置(200)
において、表面(204)上に凹部(206)を備えた
基板(202)と、及び、前記基板(202)上に作り
上げられ又は形成されるとともに前記凹部(206)に
またがり、前記凹部(206)へのアクセスを可能にす
るエッチング孔(220)を備えた音響共振器とを有す
る装置(200)を提供する。
基板(202)の前記表面(204)上に所定の領域を
画定するとともに前記エッチング孔(220)が、前記
領域のほぼ中心に位置する。
形としての形状を備え、前記装置(200)が、さらに
追加のエッチング孔(222、224)を備え、前記エ
ッチング孔の1つが、多角形の前記領域(206)の選
択された頂点に位置する。
06)が、エッジを備え、前記エッジの2つが、他方に
対して平行ではない。
06)が、頂点を形成する角度を備え、前記頂点の2つ
が、同一の角度を備えていない。
ク音響共振器(FBAR)であって、2つの電極(21
4、216)間に挟まれた圧電材料(212)を含む。
板(202)上に配置された音響共振器を製造する方法
において、前記表面(204)に凹部(206)をエッ
チングし、前記凹部(206)を犠牲材料で充填し、エ
ッチング孔(220)を備えた前記音響共振器を前記基
板(202)上に作り上げ又は形成し、及び、前記犠牲
材料を除去することを含む方法を提供する。
板(202)上の前記表面(204)に領域(206)
を画定し、前記エッチング孔(220)が、前記領域
(206)のほぼ中心に配置される。
形の形状を備え、前記装置(200)がさらに、追加の
エッチング孔(222、224)を備え、前記エッチン
グ孔が、多角形の前記領域(206)の選択された頂点
のそれぞれに位置する。
て、表面(304)上にエッチングチャンネル(30
7)を形成された凹部(306)を備えた基板(30
2)と、及び、前記基板(302)上に作り上げられ又
は形成されるとともに前記凹部(306)にまたがって
いる音響共振器とを有する装置(300)を提供する。
(306)へのアクセスを可能にするエッチング孔(3
20)を備える。
表面(304)上に領域(306)を備え、及び、前記
エッチング孔(320)が、前記領域(306)のほぼ
中央に配置される。
(306)へのアクセスのための前記エッチングチャン
ネル(307)の1つに整合するエッチング孔(32
4)を備える。
グ孔(322、324)を備え、前記エッチング孔のそ
れぞれが、選択されたエッチングチャンネル(307)
と整合される。
基板(302)上に配置された音響共振器を製造する方
法において、少なくとも1つのエッチングチャンネル
(307)を備える凹部(306)を前記表面(30
4)にエッチングし、前記凹部(306)を犠牲材料で
充填し、前記基板(302)上に前記音響共振器を作り
上げ又は形成し、及び、前記犠牲材料を除去することを
含む方法を提供する。
グ孔(320)を備える。
基板(302)の前記表面(304)に領域(306)
を形成し、及び、前記エッチング孔(320)が、ほぼ
前記領域の中心に配置される。
(322、324)を作り上げ又は形成し、前記エッチ
ング孔のそれぞれが、エッチングチャンネル(307)
に整合されている。
ジを備えた多角形の形状の領域(306)を形成し、前
記エッジの2つが、他方に対して平行ではない。
を形成する頂点を備えた多角形の形状の領域(306)
を形成し、前記頂点の2つが、同一の角度を備えていな
い。
ARの正面図であり、及び(b)は(a)に示されるF
BARの断面図である。
Rの正面図であり、及び(b)は、(a)に示されるF
BARの断面図である。
ッチング孔 307 エッチングチャンネル
Claims (20)
- 【請求項1】表面上に凹部を備えた基板と、及び、 前記基板上に形成されるとともに前記凹部にまたがり、
前記凹部へのアクセスを可能にするエッチング孔を備え
た音響共振器とを有することを特徴とする装置。 - 【請求項2】前記凹部が、前記基板の前記表面上に所定
の領域を画定するとともに前記エッチング孔が、前記領
域のほぼ中心に位置することを特徴とする請求項1に記
載の装置。 - 【請求項3】前記領域が、多角形としての形状を備え、
前記装置が、さらに追加のエッチング孔を備え、前記エ
ッチング孔の1つが、多角形の前記領域の選択された頂
点に位置することを特徴とする請求項2に記載の装置。 - 【請求項4】多角形の形状の前記領域が、エッジを備
え、前記エッジの2つが、他方に対して平行ではないこ
とを特徴とする請求項3に記載の装置。 - 【請求項5】多角形の形状の前記領域が、頂点を形成す
る角度を備え、前記頂点の2つが、同一の角度を備えて
いないことを特徴とする請求項3に記載の装置。 - 【請求項6】前記音響共振器が、薄膜バルク音響共振器
であって、2つの電極間に挟まれた圧電材料を含むこと
を特徴とする請求項1に記載の装置。 - 【請求項7】表面を備えた基板上に配置された音響共振
器を製造する方法において、 前記表面に凹部をエッチングし、 前記凹部を犠牲材料で充填し、 エッチング孔を備えた前記音響共振器を前記基板上に形
成し、及び、 前記犠牲材料を除去することを含むことを特徴とする方
法。 - 【請求項8】前記凹部が前記基板上の前記表面に領域を
画定し、前記エッチング孔が、前記領域のほぼ中心に配
置されることを特徴とする請求項7に記載の方法。 - 【請求項9】前記領域中に多角形の形状を備え、前記装
置がさらに、追加のエッチング孔を備え、前記エッチン
グ孔が、多角形の前記領域の選択された頂点のそれぞれ
に位置することを特徴とする請求項8に記載の方法。 - 【請求項10】表面上にエッチングチャンネルを形成さ
れた凹部を備えた基板と、及び、 前記基板上に形成されるとともに前記凹部にまたがって
いる音響共振器とを有することを特徴とする装置。 - 【請求項11】前記音響共振器が、前記凹部へのアクセ
スを可能にするエッチング孔を備えることを特徴とする
請求項10に記載の装置。 - 【請求項12】前記凹部が、前記表面上に領域を備え、
及び、前記エッチング孔が、前記領域のほぼ中央に配置
されることを特徴とする請求項11に記載の装置。 - 【請求項13】前記音響共振器が、前記凹部へのアクセ
スのための前記エッチングチャンネルの1つに整合する
エッチング孔を備えることを特徴とする請求項10に記
載の装置。 - 【請求項14】前記音響共振器が、エッチング孔を備
え、前記エッチング孔のそれぞれが、選択されたエッチ
ングチャンネルと整合されていることを特徴とする請求
項10に記載の装置。 - 【請求項15】表面を備えた基板上に配置された音響共
振器を製造する方法において、 少なくとも1つのエッチングチャンネルを備える凹部を
前記表面にエッチングして形成し、 前記凹部を犠牲材料で充填し、 前記基板上に前記音響共振器を形成し、及び、 前記犠牲材料を除去することを含むことを特徴とする方
法。 - 【請求項16】前記音響共振器が、エッチング孔を備え
ることを特徴とする請求項15に記載の方法。 - 【請求項17】前記凹部が、前記基板の前記表面に領域
を画定し、及び、前記エッチング孔が、ほぼ前記領域の
中心に配置されることを特徴とする請求項16に記載の
方法。 - 【請求項18】さらに、複数のエッチング孔を形成し、
前記エッチング孔のそれぞれが、エッチングチャンネル
に整合されていることを特徴とする請求項15に記載の
方法。 - 【請求項19】前記凹部が、エッジを備えた多角形の形
状の領域を画定し、前記エッジの2つが、他方に対して
平行ではないことを特徴とする請求項15に記載の方
法。 - 【請求項20】前記凹部が、角度を形成する頂点を備え
た多角形の形状の領域を画定し、前記頂点の2つが、同
一の角度を備えていないことを特徴とする請求項3に記
載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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