JP2002359539A - 共振器の製造方法及び共振器 - Google Patents

共振器の製造方法及び共振器

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】同一基板上に構成される薄膜共振器の製造おい
て、共振周波数が異なる複数の共振器を精密に作成す
る。 【解決手段】振動子電極の質量負荷効果を利用して共振
周波数を微調整する。質量負荷効果は電極を酸化する手
段を用いる。共振器（５０）は、圧電（ＰＺ）層（５
４）を挟持する底部および表面電極（５６、５２）を備
え、前記表面電極（５６）が、導電体部分（５７）と酸
化された導電体部分（５８）とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、音響共振器に関
し、さらに詳しくは、電子回路におけるフィルタとして
使うことができる共振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子機器のコストとサイズを低減する要
求は、より小型な信号フィルタへの限りないニーズにつ
ながる。セルラー電話や小型ラジオのような民生電子製
品は、その製品に内蔵されている部品の大きさとコスト
にきびしい制限を与えられている。このような製品の多
くは、精密な周波数に同調されなければならないフィル
タを使っている。従って、安価で簡素なフィルタユニッ
トを提供するために絶え間のない努力が続けられてい
る。
【０００３】これらのニーズを満足させる可能性を持っ
たフィルタの一種類が、薄膜バルク音響共振器（ＦＢＡ
Ｒ）から構成されている。これらの装置は、薄膜圧電
（ＰＺ）材料中のバルク縦音波を用いている。その一つ
の簡単な構成において、ＰＺ材料の層が、二つの金属電
極間に挟持されている。この挟持構造は、支持構造によ
って空気中に懸架されることが好ましい。電界が金属電
極間に加えられるとき、ＰＺ材料が、電気エネルギのい
くらかをメカニカルウェーブの形に変換する。このメカ
ニカルウェーブは、電界と同じ方向に伝播し、電極／空
気インターフェースで反射する。
【０００４】共振周波数において、装置は、電子的な共
振器と考えられる。二つ以上の共振器（異なる共振周波
数を有する）が電気的に接続されると、この集合体は、
フィルタとして働く。共振周波数は、材料中におけるメ
カニカルウェーブの所定の位相速度に対して、装置内を
伝播するメカニカルウェーブの１／２波長が装置の全体
的な厚さに等しくなるような周波数である。メカニカル
ウェーブの速度は光速度よりも４桁小さいので、構成さ
れる共振器は、非常に簡素になる。ＧＨｚ範囲の共振器
のアプリケーションは、横方向において１００μm以下
のオーダーのおよび厚さ方向において数μmのオーダー
の物理的な寸法を備えた共振器の構成を可能にする。
【０００５】マイクロ波分野での小型のフィルタを設計
して製造するとき、共振器（例えば、ＦＢＡＲ）間で、
通常数％だけのほんの少し異なる共振周波数を備えるよ
うにする必要をしばしば生じる。一般的に、二つ異なる
周波数で十分であるが、より一般的なフィルタ設計で
は、それぞれ異なる共振周波数を備えた三つ以上の共振
器を必要とすることがある。これらのフィルタにおいて
いつも存在する問題は、共振器の共振周波数を精密にず
らすことと、同時に、単一のウェーハー上あるいは基板
上にそれら共振器を作り上げることである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】共振器の周波数が共振
器の厚さに反比例することは、周知である。単一の基板
上にずれた周波数を備えた多数の共振器を作るために、
表面の金属電極を質量負荷する技術が、１９９９年４月
２０日にＬａｋｉｎなどに与えられた米国特許第５，８
９４，６４７号に開示されている。しかしながら、それ
ぞれの共振器が同一の基板上で異なる共振周波数を有す
るようにするために、さらに別の技術が求められる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記ニーズは、この発明
によって満足される。この発明の第１の特徴によれば、
表面電極を備えた薄膜音響共振器（ＦＢＡＲ）における
共振周波数を低下させる方法は、表面電極を酸化する工
程を有している。
【０００８】この発明の第２の特徴によれば、基板上に
共振器を製造する方法が、開示される。まず、基板上に
第１の底部電極、第１の圧電（ＰＺ）層および第１の表
面電極を備えた第１の共振器が、作られる。次いで、第
２の底部電極、第２の圧電（ＰＺ）層および第２の表面
電極を備えた第２の共振器が作られる。最終的に、第１
の表面電極は、酸化されて第１の共振器の共振周波数を
低下させる。
【０００９】この発明の第３の特徴によれば、圧電（Ｐ
Ｚ）層を挟持している底部電極と表面電極を備えた共振
器が開示される。表面電極は、導電体部分と酸化された
導電体部分とを備えている。
【００１０】この発明の第４の特徴によれば、第１の共
振器と第２の共振器を備えた装置が開示される。第１の
共振器は、第１の底部電極、第１の圧電（ＰＺ）層およ
び第１の表面電極を備え、この第１の表面電極は、導電
体層と酸化された導電体層とを備えている。第２の共振
器は、第２の底部電極、第２の圧電（ＰＺ）層および第
２の表面電極を備えている。
【００１１】この発明の他の特徴および利点は、この発
明の原理を実施例によって示すための添付の図面との組
み合わせにおいて行われる以下の詳細な説明から明らか
になるであろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】説明のための図面から明らかなよ
うに、本発明は、複数の共振器を単一の基板上に組立て
かつかつ異なる共振周波数を備える技術として実施され
る。
【００１３】１. 圧電層に質量負荷する薄膜共振器の
製造について 本発明の第１の実施例では、基板上に第１の共振器と第
２の共振器を備えた装置が、開示されている。第１の共
振器は、二つの電極と、これらの二つの電極に挟持され
た第１の圧電（ＰＺ）層を備えている。第２の共振器
は、二つの電極と、これらの二つの電極に挟持された第
２のＰＺ層を備えている。この第１のＰＺ層は、コアＰ
Ｚ層と追加のＰＺ層を備え、第２のＰＺ層は、コアＰＺ
層のみを備えている。従って、第１のＰＺ層は、第２の
ＰＺ層よりも厚く、第１の共振器は、第２の共振器の共
振周波数よりも低い共振周波数を有している。
【００１４】図１において、本発明の第１の実施例によ
る装置１０が示されている。装置１０は、基板１２上に
形成された第１の共振器２０と第２の共振器３０とを備
えている。一つの例として、基板１２は、シリコン基板
である。共振器２０と３０は、メカニカルウェーブを用
いる音響共振器である。そのために、図示されている共
振器２０と３０のそれぞれは、それぞれ空洞２１と３１
の上に作られている。例えば、２００２年５月９日にＲ
ｕｂｙ等に与えられた米国特許第６，０６０，８１８号
は、この方法を示しており、本発明にも適用できるその
他の詳細も開示されている。
【００１５】本明細書の発明の実施の形態におよび他に
おいて、用語「第１の」および「第２の」は、類似した
装置あるいは装置の部品における異なる存在を便宜的に
区別するために使われ、これらの用語が使われる特定の
文脈において適用されるものである。しかしながら、材
料、処理、および、いずれかの部分において述べられて
いる装置の様々な部品の一般的なおよび相対的な寸法お
よび位置は、一区分において述べられたものであっても
この明細書を通じて使えるものとする。
【００１６】第１の共振器２０は、空洞２１（「第１の
空洞」）上をまたぐように作られ、底部電極２２（「第
１の底部電極」）、表面電極２６（「第１の表面電
極」）、および、第１の底部電極２２と第１の表面電極
２６の間に挟持されたＰＺ材料を含んでいる。ＰＺ材料
は、ＰＺ層１４（「コアＰＺ層」）の部分２４（「第１
の部分」）および第１の部分２４の上の追加のＰＺ層２
５を含んでいる。第１の部分２４は、ほぼ第１の底部電
極２２の上に位置するＰＺ層１４の一部分である。参照
番号２４は、ＰＺ層１４の第１の部分２４の全般的な領
域を指示す。
【００１７】ＰＺ層１４、追加のＰＺ層、あるいは、そ
の両方は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）あるいは他の適
当な圧電材料を用いて構成できる。電極、例えば第１の
底部電極２２は、モリブデンを使える。しかしながら、
電極には他の適当な導電体も使うことができる。
【００１８】第２の共振器３０は、空洞３１（「第２の
空洞」）上に作られ、底部電極３２（「第２の底部電
極」）、表面電極３６（「第２の表面電極」）、およ
び、第２の底部電極３２と第２の表面電極３６の間に挟
持されたＰＺ材料を含んでいる。ＰＺ材料は、コアＰＺ
層１４の部分３４（「第２の部分」）を含んでいる。第
２の部分３４は、ほぼ第２の底部電極３２の上に位置す
るコアＰＺ層１４の一部分である。参照番号３４は、コ
アＰＺ層１４の第２の部分３４の全般的な領域を指示し
ている。
【００１９】第１と第２の共振器２０と３０の大きさ
は、必要な共振周波数に対応している。例えば、１９０
０ＭＨｚの共振周波数を備える共振器に対しては、共振
器２０と３０のそれぞれの大きさは、約３０，０００平
方μmをカバーする約１５０×２００μmとなる。このよ
うな周波数と大きさでは、電極２２と２６は、通常それ
ぞれ約１５０nmの厚さとなり、コアＰＺ層１４は、約２
１００nmの厚さとなる。１９００ＭＨｚよりも３％程度
低い共振周波数を得るためには、ＰＺ材料の厚さは、約
１１０nm増加する。すなわち、追加のＰＺ層の厚さは、
コアＰＺ層１４の厚さの約１〜８％となる。これは、第
１の共振器２０についての説明である。もちろん、これ
らの測定値は、材料や共振周波数に応じて異なるもので
ある。本発明の説明を明瞭なものとするために、図１の
装置１０の種々の部材は、装置の１０における他の部材
と完全に縮尺が合っているわけではない。追加のＰＺ層
２５の厚さは、コアＰＺ層１４の厚さに対して広い幅を
有し得る、例えば、これに限定されないが、コアＰＺ層
１４の２〜６％の範囲にできる。実際には、追加のＰＺ
層２５の厚さは、コアＰＺ層１４の厚さの一桁以下とな
る傾向にある。
【００２０】示されている実施例において、追加のＰＺ
層２５は、第１の共振器２０に対してのみ追加されてい
る。
【００２１】装置１０を製造するために、空洞２１と３
１は、エッチングされ、ガラスを充填されて後に溶解さ
れるか他のやり方で除去されることによって空洞を形成
する。次に、底部電極２２と３２が、写真製版技術のよ
うな従来周知の技術を用いて作られる。次いで、コアＰ
Ｚ層１４が、電極２２と３２の上に堆積される。ＰＺ材
料の厚さの異なる共振器２０と３０を製造するために
は、ＰＺ層の形成に多数の工程を必要とする。例えば、
コアＰＺ層１４は、第１と第２の底部電極２２と３２の
両方の上に堆積される。次いで、二酸化ケイ素ＳｉＯ２
のような犠牲材料の薄層（マスク）が、コアＰＺ層１４
の上に堆積される。この犠牲層は、図１には示されてい
ないが、約２０nmの厚さである。犠牲層は、コアＰＺ層
１４の第１の部分２４を露出するようなパターンを備え
ており、第１の部分２４は、共振周波数が低くなるよう
な共振器のためのＰＺ材料である。これは、この実施例
においては第１の共振器２０である。
【００２２】次に、追加のＰＺ材料（ＡｌＮのような）
が、この実施例において約１１０nmの追加のＰＺ層２５
を形成する基板全体に堆積される。次に、装置１０は、
追加のＰＺ層２５が残されるべき領域を保護するように
フォトレジストを用いてパターン化されるために、装置
１０は、犠牲層を除去するようにエッチング剤によって
処理される。エッチング剤は、希釈されたフッ化水素酸
（ＨＦ）であって、このＨＦの濃度に対応して約１分間
程度の処理を受ける。そのようにすることで、追加のＰ
Ｚ材料が、共振周波数が変化されない第２の共振器３０
上から除去される。しかしながら、第１の共振器２０を
保護しているフォトレジストに対して、追加のＰＺ層２
５は残留する。実施例の構成において、約１１０nmの厚
さを備えた追加のＰＺ層２５は、第２の共振器３０の共
振周波数に比較して約３％共振周波数を低くする。一つ
の例としてこの技術を使うことにより、共振周波数は、
１〜８％低下させられる。
【００２３】最後に、表面電極２８と３８が作られ、空
洞２１と３１が、溶解あるいは他のやり方で除去され、
共振器２０と３０がそれぞれ空洞２１と３１の上に懸架
されるようにする。
【００２４】２. 酸化により表面電極を質量負荷する
薄膜共振器の製造 図２において、本発明の第２の実施例による装置４０が
示されている。装置４０は、基板４２上に製造された第
１の共振器５０と第２の共振器６０を有している。一つ
の例として、基板４２は、シリコン基板でよい。
【００２５】共振器５０と６０は、メカニカルウェーブ
を用いる音響共振器である。そのため、示されている共
振器５０と６０は、それぞれ空洞５１と６１の上に作ら
れている。装置４０における第１の共振器５０は、第１
の空洞５１の上に作られ、底部電極５２（「第１の底部
電極」）、ＰＺ層５４（「第１のＰＺ層」）、および、
表面電極５６（「第１の表面電極」）を含んでいる。第
１のＰＺ層５４は、大きなコアＰＺ層４４の一部分
（「第１の部分」）でよい。電極５２と５６は、モリブ
デンから作られ、ＰＺ層５４は、窒化アルミニウム
（「ＡｌＮ」）から作られる。しかしながら、電極とＰ
Ｚ層とは他の適当な材料で作ってもよい。
【００２６】装置４０における第２の共振器６０は、第
２の空洞６１の上に作られ、底部電極６２（「第２の底
部電極」）、ＰＺ層６４（「第２のＰＺ層」）、およ
び、表面電極６６（「第２の表面電極」）を含んでい
る。第２のＰＺ層６４は、コアＰＺ層４４の一部分
（「第２の部分」）でよい。
【００２７】一つの例として、第１の表面電極５６は、
二つの部分、導電体部分５７と酸化された導電体部分５
８を備える。導電体部分５７は、モリブデンを含み、酸
化された導電体部分５８は、酸化モリブデンを含む。第
１の表面電極５６は、空気と熱に曝されたとき徐々に酸
化される導電体を使って作ることができる。この第１の
表面電極５６は、無制限に酸化される性質を備えている
ことが望ましい。すなわち、薄膜が受ける酸化の量を制
限するような対酸化被膜を形成しないのがよい。酸化特
性の検討のためには、例えば、Ｃ．Ａ．Ｈａｍｐｅｌに
よって編集されたＥｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ ｔ
ｈｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ、Ｒｅｉｎｈ
ｏｌｄ Ｂｏｏｋ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｎｅｗ
Ｙｏｒｋ、 １９６８、ｐ．４１９が参考になる。第
１の表面電極５６に使える多数の導電体の酸化特性は、
Ｇ．Ｖ．Ｓａｍｓｏｎｏｖ編集によるＴｈｅ Ｏｘｉｄ
ｅＨａｎｄｂｏｏｋ、ＩＦＩ／Ｐｌｅｎｕｍ Ｐｕｂｌ
ｉｓｈｅｒｓ、ＮｅｗＹｏｒｋ、１９７３が参考にな
る。
【００２８】第１の表面電極５６は、第２の共振器６０
における第２の表面電極６６のような導電体層のみから
なる普通の表面電極から製造を始められる。そのような
第１の表面電極５６が形成された後、装置４０は、熱と
空気に曝されて第１の表面電極５６の表面を酸化して導
電体酸化層５８（酸化された導電体部分５８）を形成す
る。第２の表面電極６６と装置４０の他の部分は、マス
クを用いて酸化処理中は保護されている。マスクは、二
酸化ケイ素他の硬質のマスキング材料である。第１の表
面層５８が十分に酸化されると、マスクは除去される。
【００２９】例えば、第１の共振器５０が上述したよう
な寸法を備えているとき、第１の共振器５０は、約３０
０℃の空気中で約１時間加熱されて約５ＭＨｚあるいは
それ以上の共振周波数低下が得られる。熱を連続的に加
えることで、第１の共振器５０の共振周波数を、第１の
表面電極５６の酸化前の第１の共振器５０の共振周波数
に比較してあるいは第２の共振器６０の共振周波数に比
較して１〜３％低下させることができる。
【００３０】第１の共振器５０を製造するために、第１
の底部電極５２、第１のＰＺ層５４を含むコアＰＺ層４
４、および、第１の表面電極５６が、従来周知の方法で
作られる。次いで、表面電極５６が酸化される。酸化
は、空気中で第１の共振器５０を加熱することによって
実行できる。熱を連続的に加えながら、共振器を常時監
視することによって、第１の共振器５０における共振周
波数低下の程度が、制御可能となる。例えば、第１の共
振器５０の共振周波数は、約１〜６％の範囲で低下でき
る。
【００３１】３. 表面電極の質量削減による薄膜共振
器の製造 図３Ａと図３Ｂに、本発明の第３の実施例による装置７
０と７０ａが示されている。図３Ｂの装置７０ａは、処
理後の図３Ａの装置７０に相当する。従って、図３Ｂの
装置７０ａにおける部材は、図３Ａの装置７０として示
されているものに類似している。便宜上、装置７０にお
ける対応する部材に類似する装置７０ａにおける部材
は、同じ参照番号を付与され、類似しているが異なる部
材は、文字「ａ」を伴う同じ番号を付与され、および、
異なる部材は、異なる参照番号を付与される。
【００３２】本発明の図示されている実施例に従って基
板上に共振器を製造するために、底部電極層７２が、基
板７１上に作り上げられる。図１における装置１０ある
いは図２における装置４０と同様に、装置７０は、空洞
８１（「第１の空洞」）を備え、この空洞の上に共振器
８０（「第１の共振器」）が、製造される。もちろん、
第１の空洞８１は、底部電極層７２の製造前にエッチン
グされて充填されることができる。第１の空洞８１上の
底部電極層７２のセクション（「第１のセクション」、
通常、参照番号８２によって示される）は、共振器
（「第１の共振器」）８０のための底部電極８２（「第
１の底部電極」）として機能できる。第２の空洞９１上
の底部電極層７２の他のセクション（「第２のセクショ
ン」、通常、参照番号９２によって示される）は、他の
共振器（「第２の共振器」）９０のための底部電極９２
（「第２の底部電極」）として機能できる。ここで、第
１の底部電極８２と第２の底部電極９２は、図示のよう
に接続できる。あるいは、底部電極８２と９２は、図１
における底部電極２２と３２と同様に分離しても良い。
当該発明の技術を説明するためには、この設計的な選択
は、重要ではない。
【００３３】底部電極層７２の上に、ＰＺ層７４が作ら
れる。再び、一つの例として、ＰＺ層７４は、窒化アル
ミニウム（ＡｌＮ）でよいが、他の適当な圧電材料であ
っても良い。次ぎに、表面電極層７６が、ＰＺ層７４上
に形成され、この表面電極層７６は、所定の厚さ（「第
１の厚さ」）を備える。例えば、上述された１９００Ｍ
Ｈｚ共振器に対して、表面電極層７６は、１００nmの厚
さを持つことができる。次いで、表面電極層７６の選択
された領域（一般的にカッコ７９で示されている）が、
部分的にエッチングされる。すなわち、表面電極７６の
材料（例えば、モリブデン）が、除去されて表面電極７
６の薄い層を備えた選択領域７９を生じる。簡単のため
に、選択領域７９の厚さは、ここでは「第２の厚さ」と
呼ぶことにする。図３Ａは、本発明による部分的なエッ
チング処理後の装置７０を示している。
【００３４】最後に、選択領域７９を備えた表面電極層
７６は、パターン化されて第１の表面電極７９ａと第２
の表面電極７７ａを形成する。第１の表面電極７９ａと
第１の底部電極８２は、第１の共振器８０を形成するＰ
Ｚ層７４の部分８４（「第１の部分」）を挟持する。第
２の表面電極７７ａと第２の底部電極９２は、第２の共
振器９０を形成するＰＺ層７４の他の部分９４（「第２
の部分」）を挟持する。これらの処理は、第２の共振器
９０の共振周波数よりも高い共振周波数の第１の共振器
８０を備えた装置７０ａを生じる。
【００３５】表面電極層７６を部分的にエッチングする
ために、表面電極層７６の選択領域７９外は、マスクさ
れる。次いで、選択領域７９とマスクされた領域を含む
装置７０は、エッチング剤で処理される。エッチング剤
は、希釈されたフッ化水素酸（ＨＦ）であることがで
き、ＨＦの濃度に従って、処理は約１分間である。ある
いは、表面電極層７６は、イオンミリング、フォトレジ
スト、スパッタエッチング他の技術を用いてエッチング
される。この発明の目的のために、表面電極層７６をエ
ッチングするために使われる実際の技術は、ここで挙げ
た方法に限定されない。最終的に、マスクは除去され
る。マスクの典型的な材料は、二酸化ケイ素（Ｓｉ
Ｏ２）である。マスキングおよびエッチング処理は、従
来周知である。
【００３６】共振器に関して、例えば、１５０μm×２
００μmの大きさと、約１，９００ＭＨｚの共振周波数
を備えている第１の共振器８０に関して、表面電極層７
６は、当初に約１５０nmの厚さを有することができる。
部分的なエッチング処理が、数十nm、例えば、約２０nm
を削除して約３％だけ第１の共振器８０の共振周波数を
増加させる。一つの例として、選択領域７９における表
面電極層７６の厚さの１〜３０％が削除され、厚さの減
少の程度に対応して約１〜６％だけ第１の共振器８０に
おける共振周波数が増加する。
【００３７】４. 底部電極に質量負荷する薄膜共振器
の製造 図４は、本発明の第４の実施例による装置１００を示す
ものである。装置１００は、基板１０２の上に作られた
第１の共振器１１０と第２の共振器１２０を備えてい
る。一つの例として、基板１０２は、シリコン基板であ
る。
【００３８】共振器１１０と１２０は、メカニカルウェ
ーブを用いる音響共振器である。そのために、図示され
ている共振器１１０と１２０のそれぞれは、それぞれ空
洞１１１と１２１上に作り上げられる。装置１００にお
ける第１の共振器１１０は、第１の空洞１１１の上に作
られ、底部負荷電極１１３と第１の底部コア電極１１２
の組み合わせである底部電極（「第１の底部電極」）、
ＰＺ材料１１４（「第１のＰＺ材料」）、および、表面
電極１１６（「第１の表面電極」）を含んでいる。第１
のＰＺ材料１１４は、ＰＺ層１０４の一部分（「第１の
部分」）である。図示の実施例において、電極１１２、
１１３および１１６は、モリブデンから作られており、
ＰＺ層１０４は、窒化アルミニウム（「ＡｌＮ」）を用
いて作られている。しかしながら、他の適当な導電体材
料が、電極のために使われても良い。同様に、他の適当
な圧電材料も、ＰＺ層１０４に使える。一つの例とし
て、第１の底部コア電極１１２と底部負荷電極１１３
が、同一の材料から作られる。
【００３９】装置１００における第２の共振器１２０
が、第２の空洞１２１の上に作られ、底部電極１２２
（「第２の底部電極」あるいは「第２の底部コア電
極」）、ＰＺ材料１２４（「第２のＰＺ材料」）および
表面電極１２６(「第２の表面電極」）を含んでいる。第
２のＰＺ材料１２４は、ＰＺ層１０４の一部分（「第２
の部分」）でよい。
【００４０】ここで、第２の底部電極１２２と第１の底
部コア電極１１２は、厚さと大きさが等しい。従って、
第１の底部電極（以後、第１の底部コア電極１１２と底
部負荷電極１１３の組み合わせを「１１２＋１１３」と
呼ぶ）は、第２の底部電極１２２よりも厚い。例えば、
一つの例として、第１の底部コア電極１１２と第２の底
部電極１２２は、約１５０nmの厚さでよく、底部負荷電
極１１３は、第１の底部コア電極１１２に１０〜１００
nmの範囲でを任意の厚みを加えることができる。これに
より、第１の共振器１１０は、第２の共振器１２０より
も低い共振周波数を備えることになる。一つの例とし
て、第１の共振器１１０の共振周波数は、１〜６％の範
囲だけ第２の共振器１２０の共振周波数よりも低くな
る。
【００４１】第１の共振器１１０を製造するために、底
部負荷電極１１３が、まず作り上げられる。次いで、第
１の底部コア電極１１２が、底部負荷電極１１３の上に
作られる。次ぎに、ＰＺ層１０４が、作られる。最終的
に、第１の表面電極１１６が、ＰＺ層１０４の上に作ら
れる。図示のように、底部負荷電極１１３は、第１の空
洞１１１をまたいでいる。
【００４２】装置１００を製造するために、底部負荷電
極１１３が、まず作られる。次いで、第１の底部コア電
極１１２と第２の底部コア電極１２２が作られ、第１の
底部コア電極１１２は、底部負荷電極１１３の上に作ら
れる。次ぎに、ＰＺ層１０４が作られ、ＰＺ層１０４
は、第１の底部コア電極１１２の上に第１の部分１１４
と、第２の底部コア電極１２２の上に第２の部分１２４
を有する。最終的に、第１の表面電極１１６と第２の表
面電極１２６が、それぞれ第１の部分１１４と第２の部
分１２４の上に作られる。
【００４３】５． 表面電極の質量負荷とオーバーエッ
チングを行なう薄膜共振器の製造 図５Ａと図５Ｂにおいて、装置１３０と１３０ａが、本
発明の第５の実施例を説明するために使われる。図５Ｂ
の装置１３０ａは、処理後の図５Ａの装置１３０を示し
ている。従って、図５Ｂにおける装置１３０ａの部材
は、図５Ａの装置１３０として示されているものと同じ
ものである。便宜上、装置１３０における対応する部材
に類似している装置１３０ａの部材は、同じ参照番号が
付与され、類似しているが異なる部材は、文字「ａ」を
伴う同じ番号を付与され、および、異なる部材は、異な
る参照番号を付与される。
【００４４】本発明の図示されている実施例に従って基
板１３２の上に共振器１４０と１５０を製造するため
に、第１の底部電極１４２と第２の底部電極１５２が、
作られ、これらの電極は、それぞれ第１の空洞１４１と
第２の空洞１５１にまたがっている。
【００４５】次いで、圧電（ＰＺ）層１３４が、両方の
第１と第２の底部電極１４２と１５２に作られ、ＰＺ層
１３４は、第１の底部電極１４２の上に第１の部分１４
４と第２の底部電極１５２の上に第２の部分１５４を有
している。次ぎに、表面電極層１３６が、作られ、表面
電極層１３６は、第１の部分１４４の上に第１のセクシ
ョン１４６と第２の部分１５４の上に第２のセクション
１５６を有している。次ぎに、表面負荷層１３８が、第
１のセクション１４６の上に作られ、好ましくは第１の
セクション１４６全体を覆うようにする。表面負荷層１
３８は、導電性材料、絶縁材料、あるいは、その両方を
含み、材料の限定はされないが、モリブデン、窒化アル
ミニウムあるいは二酸化ケイ素を含んでいる。次いで、
表面負荷層１３８は、オーバーエッチングされて第１の
表面電極（エッチングされた表面負荷層１４８と第１の
セクションの組み合わせあるいは１４８＋１４６）を形
成する。すなわち、表面負荷層１３８と表面電極層１３
６は、同時にエッチングされて第１の表面電極１４８＋
１４６を形成する。もちろん、ＳｉＯ２層のようなマス
ク層が、エッチング剤から電極１４８＋１４６および１
５６をパターン化するために使われる。
【００４６】第２の表面電極１５６は、第１の表面電極
１４８＋１４６を作る工程と同じ工程で作ることができ
る。表面電極層１３６の第２の表面セクション１５６上
には負荷電極が存在しないので、第２のセクション１５
６を残して第２の表面電極１５６とし、および、第１の
表面電極１４８＋１４６を残しつつ、表面電極層１３６
は、表面電極層１３６の他のすべての部分を削除するよ
うにエッチングされる
【００４７】単一の共振器、例えば、第１の共振器１４
０を作るために、底部電極１４２が、まず作られる。次
いで、ＰＺ層１３４、表面電極層１３６、および、表面
負荷層１３８が、順次作られる。表面負荷層１３８は、
表面電極層１３６の第１のセクション１４６を覆うこと
が好ましく、第１のセクション１４６は、表面電極１４
８＋１４６の一部分となる。最終的に、表面負荷電極層
１３８と表面電極層１３６は、エッチングされ、第１の
共振器１４０の表面電極１４８＋１４６を形成する。こ
れらの層１３８と１３６は、二つの工程でエッチングさ
れる。しかしながら、一つの例として、これらは、一つ
の工程でエッチングされ、あるいは、オーバーエッチン
グされる。オーバーエッチングのために、表面負荷層１
３８が、まずマスクされる。次いで、表面負荷層１３８
と表面電極層１３６がエッチングされると同時にこれら
の層のマスクされていない部分が除去される。マスキン
グには、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が使える。
【００４８】共振器に対して、例えば、約１５０μm×
２００μmの大きさを備えるとともに約１，９００ＭＨ
ｚの共振周波数を備える第１の共振器１４０に対して、
底部電極１４２と表面電極層１３６は、それぞれ約１５
０nmの厚さを有することができ、ＰＺ層１３４は、約２
１００nmの厚さを有することができ、および、表面負荷
層１３８は、１０〜１００nmの範囲の厚さ、あるいは、
表面電極層１３４の厚さの約１〜６％の厚さを有するこ
とができる。１つの実施例で、この技術を使って、第１
共振器の共振周波数を１〜６％低くなる。
【００４９】６． 圧電層を質量削減する薄膜共振器の
製造 図６Ａと図６Ｂにおいて、装置１６０と１６０ａは、本
発明の第６の実施例を説明するために示されている。図
６Ｂの装置１６０ａは、処理後の図６Ａの装置１６０を
示している。従って、図６Ｂにおける装置１６０ａの部
材は、図６Ａにおける装置１６０の部材と同じである。
便宜上、装置１６０における対応する部材と同一の装置
１６０ａの部材は、同じ参照番号が付与され、類似して
いるが異なる部材は、文字「ａ」を伴う同じ番号を付与
され、および、異なる部材は、異なる参照番号を付与さ
れる。
【００５０】本発明の図示されている実施例に従って基
板上に共振器を作るために、底部電極層１６２が、基板
１６１の上に作られる。図１の装置１０あるいは図２の
装置４０と同様に、装置１６０が、空洞１７１(「第１の
空洞」）を備え、その上に共振器１７０（「第１の共振
器」）が作られる。もちろん、第１の空洞１７１は、底
部電極層１６２の形成前にエッチングされて充填されて
いる。
【００５１】第１の空洞１７１上の底部電極層１６２の
セクション（一般的に参照番号１７２で示されている
「第１のセクション」）は、共振器（「第１の共振
器」）１７０に対する底部電極１７２(「第１の底部電
極」）として機能することができる。第２の空洞１８１
上の底部電極層１６２の他のセクション（一般的に参照
番号１８１で示されている「第２のセクション」）は、
他の共振器 (「第２の共振器」）１８０に対する底部電
極１８２(「第２の底部電極」）として機能することがで
きる。ここで、第１の底部電極１７２と第２の底部電極
１８２は、図示のように接続されることができる。ある
いは、底部電極１７２と１８２は、図１の底部電極２２
と３２のように分離されることもできる。本発明のこの
技術を説明するためには、この設計事項は、重要ではな
い。
【００５２】底部電極層１６２の上には、ＰＺ層１６４
が、作られる。再び、ＰＺ層１６４は、一つの例として
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）であるが、他の適当な圧電
材料から構成しても良い。次ぎに、コアＰＺ層１６４の
選択された部分（一般的にカッコ１６９で示されてい
る）が、部分的にエッチングされる。エッチング工程
は、ＰＺ層の任意の場所を１〜３０％削除することがで
きてＰＺ層の厚さの減少によって１〜６％だけ形成され
る共振器１７０の共振周波数を増加させる。図６Ａは、
本発明による部分的なエッチング工程後の装置１６０を
示している。
【００５３】最終的に、表面電極層１７６が、第１共振
器１７０が形成しているＰＺ層１６４の部分的にエッチ
ングされた部分１７４の上に作られる。
【００５４】ＰＺ層１６４を部分的にエッチングするた
めに、ＰＺ層１６４の選択された部分１６９が、マスク
される。次いで、選択された部分１６９とマスクされた
領域を備えた装置１６０は、エッチング剤で処理され
る。エッチング剤は、希釈されたフッ化水素酸（ＨＦ）
であることができ、ＨＦの濃度に従って、処理は約１分
間である。あるいは、ＰＺ層１６４は、イオンミリン
グ、フォトレジスト、スパッタエッチング他の技術を用
いてエッチングされる。この発明の目的のために、ＰＺ
層１６４をエッチングするために使われる実際の技術
は、ここで挙げた方法に限定されない。最終的に、マス
クは除去される。マスクに使われる典型的な材料は、二
酸化ケイ素（ＳｉＯ２）である。マスキングとエッチン
グ処理は、従来周知の技術である。
【００５５】共振器に対して、例えば、約１５０μm×
２００μmの大きさを備えるとともに約１，９００ＭＨ
ｚの共振周波数を備える第１の共振器１７０に対して、
ＰＺ層１６４は、約２，１００nmの厚さを備えることが
できる。選択された部分的にエッチングされる部分は、
１〜３０％薄くすることができ、第１の共振器１７０の
共振周波数を１〜３０％だけ増加することができる。
【００５６】装置１６０と１６０ａは、第２の空洞１８
１上に作られた底部電極１８２、ＰＺ層１８４(「第２の
部分」）、および、表面電極１８６を備えた第２の共振
器１８０を設けることも可能である。この場合、ＰＺ層
１６４の第２の部分１８４は、部分的にエッチングされ
ていない。
【００５７】以上の説明から、本発明が新規なものであ
り、従来周知の技術よりも優れていることが明らかにな
ったと思われる。本発明は、単一の基板の上に異なる共
振周波数を備えたＦＢＡＲを形成する技術を開示するも
のである。本発明における特定の実施例が、図示されて
説明されたが、この発明は、図示され説明されたような
特定の形態あるいは配置に限定されるものではない。例
えば、異なる構造、大きさ、あるいは、材料が、本発明を
実施するために使える。本発明は、特許請求の範囲によ
って限定される。しかしながら、本発明の実施者への参
考のために、下記に本発明の実施態様の幾つかを例示す
る。
【００５８】（実施態様１）基板（４２）上に共振器
（５０、６０）を製造する方法において、基板（４２）
上に第１の底部電極（５２）、第１の圧電（ＰＺ）層
（５４）および第１の表面電極（５６）を備えた第１の
共振器（５０）を作り、 基板（４２）上に第２の底部
電極（６２）、第２の圧電（ＰＺ）層（６４）および第
２の表面電極（６６）を備えた第２の共振器（６０）を
作り、前記第１の表面電極（５６）を前記第１の共振器
（５０）の共振周波数を低下させるために酸化するよう
にした共振器の製造方法。
【００５９】（実施態様２）さらに、前記第２の表面電
極（６６）の酸化を防ぐために前記第２の表面電極（６
６）をマスクによってマスキングする工程を含むように
した請求項１に記載の共振器の製造方法。 （実施態様３）前記マスクを除去する工程を含むように
した請求項２に記載の共振器の製造方法。
【００６０】（実施態様４）前記第１の表面電極（５
６）が、モリブデンを含むようにした請求項１に記載の
共振器の製造方法。 （実施態様５）前記第１の表面電極（５６）が、空気お
よび熱に暴露されたとき漸進的に酸化する材料を含むよ
うにした請求項１に記載の共振器の製造方法。
【００６１】（実施態様６）前記第１の表面電極（５
６）が、モリブデンを含み、前記基板（４２）が、約１
時間約３００℃に加熱されて約５ＭＨｚだけ前記共振周
波数を低下させるようにした請求項１に記載の共振器の
製造方法。
【００６２】（実施態様７）圧電（ＰＺ）層（５４）を
挟持する底部および表面電極（５６、５２）を備え、前
記表面電極（５６）が、導電体部分（５７）と酸化され
た導電体部分（５８）とを備えているようにした共振器
（５０）。
【００６３】（実施態様８）前記表面電極（５６）が、
モリブデンを含むようにした請求項７に記載の共振器
（５０）。 （実施態様９）前記ＰＺ層（５４）が、窒化アルミニウ
ム（ＡｌＮ）を含むようにした請求項７に記載の共振器
（５０）。
【００６４】（実施態様１０）前記導電体（５７）が、
モリブデンを含み、前記酸化された導電体（５８）が、
酸化モリブデンを含むようにした請求項７に記載の共振
器（５０）。
【００６５】（実施態様１１）前記表面電極（５６）
が、空気および熱に暴露されたとき漸進的に酸化する材
料を含むようにした請求項７に記載の共振器（５０）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による共振器を含む装置
の簡易化側断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例による共振器を含む装置
の簡易化側断面図である。
【図３Ａ】本発明の第３の実施例による共振器を含む装
置の簡易化側断面図である。
【図３Ｂ】本発明の第３の実施例による共振器を含む装
置の簡易化側断面図である。
【図４】本発明の第４の実施例による共振器を含む装置
の簡易化側断面図である。
【図５Ａ】本発明の第５の実施例による共振器を含む装
置の簡易化側断面図である。
【図５Ｂ】本発明の第５の実施例による共振器を含む装
置の簡易化側断面図である。
【図６Ａ】本発明の第６の実施例による共振器を含む装
置の簡易化側断面図である。
【図６Ｂ】本発明の第６の実施例による共振器を含む装
置の簡易化側断面図である。
【符号の説明】
４２ 基板 ４４ コアＰＺ層 ５０ （第１）の共振器 ５２ 第１の底部電極 ５４ 第１の圧電（ＰＺ）層 ５６ 第１の表面電極 ６０ （第２の）共振器 ６２ 第２の底部電極 ６４ 第２の圧電（ＰＺ）層 ６６ 第２の表面電極
フロントページの続き (72)発明者 ジョン・ディー・ラーソン・サード アメリカ合衆国カリフォルニア州パロ・ア ルト テニーソン・アベニュー143 (72)発明者 リチャード・シー・ルビー アメリカ合衆国カリフォルニア州メンロ・ パーク ナインス・アベニュー567 (72)発明者 ポール・ディー・ブラッドリー アメリカ合衆国カリフォルニア州マウンテ ン・ビュー アパートメント120 ファイ エット・ドライブ2680 Ｆターム(参考） 5J108 AA02 BB08 EE07 FF08 HH04 HH06 JJ01 KK05 MM14 NB06

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板上に共振器を製造する方法において、 前記基板上に第１の底部電極、第１の圧電（ＰＺ）層お
    よび第１の表面電極を備えた第１の共振器を作り、 前記基板上に第２の底部電極、第２の圧電（ＰＺ）層お
    よび第２の表面電極を備えた第２の共振器を作り、前記
    第１の表面電極を前記第１の共振器の共振周波数を低下
    させるために酸化するようにした共振器の製造方法。
  2. 【請求項２】さらに、前記第２の表面電極の酸化を防ぐ
    ために前記第２の表面電極をマスクによってマスキング
    する工程を含むようにした請求項１に記載の共振器の製
    造方法。
  3. 【請求項３】前記マスクを除去する工程を含むようにし
    た請求項２に記載の共振器の製造方法。
  4. 【請求項４】前記第１の表面電極が、モリブデンを含む
    ようにした請求項１に記載の共振器の製造方法。
  5. 【請求項５】前記第１の表面電極が、空気および熱に暴
    露されたとき漸進的に酸化する材料を含むようにした請
    求項１に記載の共振器の製造方法。
  6. 【請求項６】前記第１の表面電極が、モリブデンを含
    み、前記基板が、約１時間約３００℃に加熱されて約５
    ＭＨｚだけ前記共振周波数を低下させるようにした請求
    項１に記載の共振器の製造方法。
  7. 【請求項７】圧電（ＰＺ）層を挟持する底部および表面
    電極を備え、前記表面電極が、導電体部分と酸化された
    導電体部分とを備えているようにした共振器。
  8. 【請求項８】前記表面電極が、モリブデンを含むように
    した請求項７に記載の共振器。
  9. 【請求項９】前記ＰＺ層が、窒化アルミニウム（Ａｌ
    Ｎ）を含むようにした請求項７に記載の共振器。
  10. 【請求項１０】前記導電体が、モリブデンを含み、前記
    酸化された導電体が、酸化モリブデンを含むようにした
    請求項７に記載の共振器。
  11. 【請求項１１】前記表面電極が、空気および熱に暴露さ
    れたとき漸進的に酸化する材料を含むようにした請求項
    ７に記載の共振器。
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