JP2005536958A - 気密のカプセル化部材を備えた共振器および素子 - Google Patents

Abstract

本発明は、バルク音波によって動作する共振器に関する。この共振器はそれ自体公知の層構造をベースとしており、この層構造は基板の上に配置されている。本発明によれば、層構造がその中に含まれている共振器とともに面全体にわたり誘電層と金属層によって覆われ、これらの誘電層と金属層が合わさって音響ミラーを形成している。この場合、誘電層のためにＬｏｗ−ｋ誘電体が用いられる。面全体にわたる音響ミラーによって、適切な周波数レンジに及ぶ広帯域特性が得られるようになる。さらにこの音響ミラーに含まれている誘電体は、１つまたは複数の共振器を封止する保護層としての役割を果たす。

Description

本発明は、バルク音波によって動作する共振器たとえばバルク音波共振器Bulk Acoustiv Wave Resonator (BAWResonator）または薄膜音波共振器Thin Film Acoustiv Wave Resonator ( FBAR-Resonator)ならびに１つまたは複数のこの種の共振器を含む気密にカプセル化された素子に関する。

この種の共振器はたとえば最近のフィルタ技術におけるバンドパスフィルタに適しており、たとえば移動通信機器に組み込むことができる。

バルク音波により動作する共振器は圧電層を有しており、この層は２つの金属層（電極）の間に配置されている。これらの層は１つの基板の上に重なり合うようデポジットされ、複数の共振器が生じるよう構造形成されていて、それらの共振器は相応にパターニングされたそれらの電極を介して互いに電気的に接続されており、それらがいっしょになってたとえば１つのフィルタ回路を実現することができる。

バルク音波の音響エネルギーを共振器に蓄えることができるようにする目的で、ないしは共振器が配置されている基板に音響エネルギーが漏出するのを防ぐ目的で、共振器の下に音響ミラーが配置されているか、ないしは空隙が設けられている。音響ミラーは少なくとも２つの層から成り、有利にはもっと多くの層から成り、それらの層は音響インピーダンスの高い層と音響インピーダンスの低い層によって交互に構成されている。その際、これらの層の材料と厚さは、共振器における選択された共振周波数に対しすべての層厚が、その周波数において個々の層材料中を伝播可能な音波の４分の１波長（あるいは４分の１波長の奇数倍）の領域にあるよう選定される。この条件のもとでは、最大の強め合う干渉の理論的な理想ケースが境界層のところで反射する音波に最適に近づき、したがって音響エネルギーが共振器から漏れ出すのが回避される。

同じ目標は空隙によっても果たされる。なぜならば、共振器の最上層（もしくは最下層）と空気との間に生じるインピーダンスの大きい跳躍的変化は、音波をほぼ完全に反射するのに十分だからである。

バルク音波によって動作する共振器もしくはこの種の共振器に設けられている素子は、表面波素子（Surface Acoustic Wave またはSAW素子）と同様、質量応力または共振器表面上の汚染物質による損傷に対し敏感である。したがって一般にこのようなＦＢＡＲ共振器および素子のために、半導体技術によって知られている素子ケーシングが利用され、このケーシングの中に素子が組み込まれ、たとえば接着される。たとえばセラミックまたは金属から成るこの種のケーシングは殊に２つの部分から成っており、これはたとえば受け皿とカバーとによって、あるいは支持体とキャップとによって構成されており、この場合、両方のケーシング部分を素子組み込み後に互いに接着、溶接またははんだ付けすることができる。

しかしながらこのようなケーシング技術のためには煩雑なプロセスおよび高いコストが必要とされ、たとえば壁厚などに関して所要最小寸法ゆえに、技術的および経済的な理由から要求される素子の微小化と歩調を合わせることができない。したがってUS 6087198によれば、パッキングを、プラスチック材料を用いた封止と置き換えることが提案されている。プラスチック封止によって共振器の音響特性に対し悪影響が及ぼされるのを回避する目的で、共振器と封止材料との間に音響ミラーが設けられる。US 5872493にも素子の上に封止材料が被着されることが記載されており、この封止材料は少なくとも１つの不活性層を有しており、この層はＳｉＯ_２、エポキシ樹脂または任意のグロブトップ（Glob Top）組成から成る。この場合も、共振器の音響的損失がその間に押し込まれた少なくとも３つのミラー層から成る音響ミラーによって回避される。

本発明の課題は、ＦＢＡＲ共振器もしくはその共振器から構成された素子のためのカプセル封止において、十分に気密の封止をそれと同時に機械的に十分な保護を行いながら保証し、かつ従来の解決手段よりも簡単に構成できるようにすることにある。

本発明によればこの課題は、請求項１の特徴を備えた共振器によって解決される。従属請求項には本発明の有利な実施形態が示されている。

本発明によれば、慣用のように構成された共振器の上に、誘電層と金属層を含む音響ミラーが設けられる。その際に誘電層は、この層が同時に共振器のための気密の封止部材を成すように構成される。本発明による素子の場合、有利には音響ミラーの第２の層を成す金属層を電磁シールドとして用いることができる。公知の解決手段と比較して本発明による共振器の場合には、音響ミラーの上にさらに別のカプセル化層を配置する必要なく、特別に構成された音響ミラーによってすでに気密封止が実現される。

誘電層は、共振器ないしはその共振器から形成された素子の十分に気密の封止がこの層だけで保証されるよう選定される。 したがって本発明による共振器は著しく単純に構成されており、それゆえ低コストで簡単に製造可能であり、さらに公知の素子よりも僅かな素子体積しか有していない。

誘電層と金属層の層厚を、その厚さが相応の材料中を伝播可能なバルク音波の波長のほぼ４分の１（または４分の１波長の奇数倍）に一致するよう、使用されている材料に依存して選定すれば、有利な音響ミラー効果が達成される。

さらに、両方のミラー層における音響インピーダンスの差をできるかぎり大きくすることにより、音響ミラーの反射が制御される。したがって本発明の１つの有利な実施形態によれば、誘電層のために有機層ならびにたとえばいわゆるＬｏｗ−ｋ誘電体が使用される。この種の材料は電子素子における誘電体として知られており、本発明において初めて音波により動作する素子のための機能的構成部分として提案される。このようなＬｏｗ−ｋ誘電体の優れている点は音響インピーダンスが著しく低いことであり、しかもたいていはきわめて良好な絶縁特性ならびに封止特性を有しており、このような特性ゆえにＬｏｗ−ｋ誘電体は本発明のように封止を行うミラー層にとってきわめて適切なものとなる。

本発明の課題は、低い音響インピーダンスと高い音響インピーダンスをもつ２つの適切なミラー層（誘電層と金属層）から成る１つの音響ミラーによってすでに達成される。とはいえカプセル化に対し付加的にさらに高い機械的堅牢性をもたせようとする場合、本発明による１つの実施形態によれば、音響ミラーを介して少なくとも１つのさらに別の層またはさらに別の層のペアが、相対的に低い音響インピーダンスをもつ層と相対的に高い音響インピーダンスをもつ層が交互に続くよう配置される。すでに最初の両方の層によって、つまり誘電層と金属層とによって、適切なインピーダンスの差があれば十分に高い音響反射を得ることができるので、その上に配置されることになる音響層に関しては材料の選択も厳密な層厚も最初の両方の層に比べてクリティカルなものではない。したがって、上に設けられるさらに別の個別層または層のペアに関しては、誘電層と金属層から成る音響ミラー自体としてはあまり適していないか適していないかもしれない殊に安価な他の材料も考慮の対象となる。

本発明をただ１つの共振器によって実現することができる。ただし、バルク音波により動作する共振器における一般的な用途はフィルタ回路であるので、本発明によれば互いに結線された複数の共振器から成る回路もカプセル化できる。この種の回路は一般に１つの共通の層構造から構造形成され、これには少なくとも１つの第１の電極、圧電層ならびに第２の電極が含まれている。電極層および場合によっては圧電層の適切な構造形成ステップによって個々の共振器の適切な配線が達成され、これによってたとえばラダー型回路またはラティス回路を形成することができる。この種の回路に任意の個数の共振器を含めることができる。簡単なフィルタ作用のためには、ラダー型構造において少なくとも２つの共振器が必要とされる。フィルタの選択性を高める目的で、このような構造をさらに別の共振器によって補うことができる。共通の層構造から構造形成され互いに結線された共振器は、誘電層および金属層によっていっしょに覆われる。金属層および場合によってはその上に設けられたさらに別の導電層を介して複数の共振器が容量結合してしまうのを回避する目的で、それらを各共振器の間で電気的に分離しておくことができる。

層構造体は薄膜プロセスを用いて、ウェハ上に個々の層を上下および左右にデポジットすることにより生成され、場合によっては音響ミラーまたは整合および成長を媒介する層がそれらの間に配置される。この種のウェハを慣用の基板材料から形成することができ、たとえばシリコン、砒化ガリウム、ガラス、セラミックまたは担体材料として適した他の任意の材料から形成することができる。本発明による共振器のサイズまたは複数の共振器から形成された素子のサイズが小さいことから、１つのウェハ上で多数の素子を同時にかつ１つの共通の層構造から並行して製造することができる。この場合、誘電層と金属層を、１つのウェハ上に形成されるすべての素子の上に面全体にわたりデポジットさせることができる。さらに可能でありかつ有利であるのは、ウェハ上に付加的な能動回路素子または受動回路素子を配置し、共振器といっしょに集積して結線することである。

この種の能動回路素子および受動回路素子を、誘電層と金属層から成る本発明による封止部材によって共通に覆うことができる。

最後の層を設けて場合によっては構造形成した後、各素子がダイシングされ、これはたとえば基板も含めてすべての層構造体にわたるソープロセスによって行われる。その際、個々の素子の層周縁部において誘電層が露出することが欠点とはならない。なぜならば、封止作用はもっぱら誘電層によって提供されるからである。金属層はもっぱら、音響ミラーのための高い音響インピーダンスの層として用いられ、適切な電気的な接続によってこれを電磁シールド層として用いることができる。

既述のようにウェハ上において、共振器のほかにたとえばマイクロストリップライン、インダクタンス、キャパシタンス、トランジスタ、ダイオード、抵抗など能動回路素子または受動回路素子回路を実現することができる。上述の共振器ならびにこれらの付加的な回路素子を用いることによって、たとえば高周波スイッチ、整合回路、アンテナスイッチ、ダイオードスイッチ、トランジスタスイッチ、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、周波数調整可能なフィルタ、帯域消去フィルタ、出力増幅器、プリアンプ、ＬＮＡ、ディプレクサ、デュプレクサ、結合器、方向性結合器、記憶素子、ＢＡＬＵＮ、ミキサ、発振器などの回路を形成することができる。他の回路素子および整合素子のためにはたしかに音響ミラーは必要とされないけれども、面全体にわたり設けられる誘電層が封止層として用いられ、金属層が回路素子のための電磁シールドとして用いられる。

誘電層に関して望ましくかつ実現可能な特性は、薄膜プロセスにおいてデポジットを良好に再現可能であり層厚をコントロールできることである。さらに望ましくかつ有利であるのは、誘電率が低いこと、水をほとんど通さないこと、水をほとんど吸収しないこと、ならびに殊に音響インピーダンスが小さいことである。

殊に有利には、これらすべての特性がベンゾシクロブテンにおいて実現される。ベンゾシクロブテンは半導体産業においてたとえばCycloten（登録商標）という名称で知られており、殊にマイクロエレクトロニクス回路における中間層、誘電体および封止層として使用される。有利であるのはたとえば低い誘電率と良好な層特性殊に高い層均質性であり、これはベンゾシクロブテンによって達成される。

所望の材料特性を重視したりあるいは強めたりする目的で、ベンゾシクロブテンは多種多様な置換基を有することができる。

加熱作用によりベンゾシクロブテンを重合して、化学的に不活性な部分的に芳香族の多環系を形成する。ベンゾシクロブテンは薄膜プロセスにおいて高い層厚精度で生成することができるので、本発明による素子のためのλ／４の厚さの誘電層をきわめて簡単に製造することができる。誘電体の弾性特性を、その下に位置させるべき層またはその上にデポジットすべき層の界面のところで各層の熱的膨張係数がそれぞれ異なることから生じる可能性のある層の応力を、部分的にまたは完全に補償することができる。連鎖している安定したポリマをベースとした誘電体は、たとえば半導体産業において集積光学素子の製造にあたりいわゆる応力補償層 Stress-Compensation-Layerとして用いられる。ベンゾシクロブテンのほかにも、低い音響インピーダンスをもち本発明に従って誘電層および相対的に低い音響インピーダンスの層のために使用することのできるさらに別のＬｏｗ−ｋ誘電体が知られている。Ｌｏｗ−ｋ誘電体はたとえばエーロゲル、多孔性珪酸塩、オルガノ珪酸塩、縮合されたシルセスキオキサンから誘導されたシロキサン、ポリマの芳香族化合物または架橋されたポリフェニレンである。

これらの材料を誘電層に用いる場合、本発明のさらに別の実施形態によれば、誘電層を共振器および場合によっては設けられている付加的な回路素子の上で最初に平坦化することもできる。これにより平坦化された誘電層表面が得られるが、その結果として、個々の共振器の上、ウェハの上または他の回路素子の上において誘電層において様々な層厚が得られることになる。本発明によれば素子は、共振器の上に残されている誘電層の層厚はほぼλ／４層（またはλ／４層の奇数倍）に対応する。誘電層の表面が平坦化されることのさらに別の利点は、付加的な層をさらに設けるのが非常に簡単になることであり、殊にいっそう高い層厚均質性、いっそう良好な吸着作用ならびに材料の節約が達成されることである。しかも複数の共振器の上および場合によってはさらに別の回路素子の上に平坦な層が設けられることによって、機械的に耐性のある表面が得られるようになり、この表面にさらに別の構造体を設けることができ、たとえばさらに別の金属化平面、電気的な接続面たとえばはんだ付け可能な接続面を設けることができ、このような接続面によって、素子をフリップチップ技術でプリント配線板やモジュール基板または外部周辺回路と接続可能なバンプの取り付けが可能となる。

次に、図面を参照しながら実施例に基づき本発明について詳しく説明する。

図１は、基板上に形成され音響ミラーを備えた共振器を示す図、図２は、空隙を介して取り付けられた共振器を示す図、図３は、共振器のためのカプセル封止について示す図、図４は、グロブトップ封止による共振器を示す図、図５は、本発明による共振器を示す図、図6は、本発明による２つの共振器を示す図、図７は、平坦化された誘電層を備えた本発明による２つの共振器を示す図、図８は、全体に延在する下方の音響ミラーを備えた配置構成について示す図、図９は、金属層を介して別の層ペアの設けられた本発明による素子を示す図、図１０は、別の回路素子が集積されている本発明による素子について示す図、図１１は、本発明による共振器から構成され１つの共通のカプセル封止部を備えたデュプレクサに関してシミュレートされた通過特性について示す図である。

図１にはそれ自体公知のＦＢＡＲ共振器の断面図が示されており、これは薄膜構造部ＳＡとして任意の基板ＳＵ上で実現されている。基板の上にじかに、場合によっては整合層を介して、音響ミラーＡＳが設けられている。音響ミラーには、高い音響インピーダンスと低いインピーダンスを交互にもつ少なくとも２つ有利には３つ以上のλ／４層が含まれている。音響ミラーＡＳの上に本来の共振器が形成されており、これは第１の電極層ＥＳ１と圧電層ＰＳと第２の電極層ＥＳ２から成る。

図２には、音響ミラーを設けずにＦＢＡＲ共振器を製造するための択一的な構成が示されている。この事例では層構造は、電極層ＥＳ１と圧電層ＰＳと第２の電極層ＥＳ２によって構成されている。層構造ＳＡの製造後、基板が共振器の領域で薄くされ、その際、薄い膜Ｍが残されるかまたは、基板が完全に除去されて共振器の領域において下方の電極層ＥＳ１が露出するよう処理される。

図３には、ＦＢＡＲ共振器を気密にカプセル封止するための公知の方法について示す断面図が描かれている。慣用のたとえば図１または図２のように構成された層構造ＳＡはここでは、音響振動の減衰が生じないようにする目的で層構造ＳＡの上に空隙ＬＳが残されるよう、キャップ状のカバーＡＤによって覆われている。このカバーＡＤを基板ＳＵと接着したりはんだ付けしたり、あるいは他のやり方で取り付けることができる。

図４にはＦＢＡＲ共振器を封止するための、すでに挙げたUS 6087198 B により知られているさらに別の可能な構成が描かれている。この場合、慣用の層構造４１の上に、少なくとも３つの層を含む音響ミラー４８が配置されている。ついで単一の共振器がグロブトップ（Glob Top）材料たとえば流体状で取り付けることのできるエポキシ樹脂によって覆われ、その後、それが硬化される。この単一の共振器のグロブトップカバーによって、これが外界の影響から保護されるというものである。

図５には、本発明による素子の部分断面図が示されている。この素子は共振器および場合によっては音響ミラーを含む層構造ＳＡを有しており、基板ＳＵ上に取り付けられている。本発明によればここでは、層構造ＳＡにおいて実現されている共振器全体が誘電層ＤＳによって覆われており、この誘電層の厚さは、そこにおいて伝播可能な音波の波長の約４分の１（またはその奇数倍）に相応する。この場合、誘電層ＤＳは素子を封止する役割も同時に果たし、有利には有機的Low-k誘電体によって構成されている。

さらに金属層ＭＳが配置されており、その厚さもやはり共振器の動作周波数の４分の１波長（またはその奇数倍）に相応する。その際に金属は、たとえば最大音響インピーダンスの視点で選択される。それゆえ金属層について殊に好適であるのは、タングステン、モリブデンまたは金といった金属である。

図６には、複数の共振器を有する素子の断面図が描かれている。この図の場合、２つの共振器Ｒ１，Ｒ２が１つの層構造から構造形成されていて、基板ＳＵ上に配置されている。さらに面全体にわたり誘電層が厚さＤ１で取り付けられており、この厚さＤ１は４分の１波長に相応する。誘電層は有利にはコンフォーマルに設けられており、つまり共振器Ｒ１およびＲ２のトポロジーに従う。この場合、誘電層ＤＳがあらゆるところで同じ層厚Ｄ１をもつ必要はなく、同じ層厚は共振器の上においてのみ守られればよい。

面全体にわたって誘電層ＤＳの上に金属層ＭＳが配置されており、これもやはり少なくとも共振器の上で、共振器動作周波数の４分の１波長に相応する層厚Ｄ２を有している。図面から明らかなとおり、共振器Ｒ１，Ｒ２は完全に誘電層によって覆われており、この誘電層は共振器の外側において基板ＳＵのところで終わらせることができる。誘電層が封止されていることから、殊に水分吸収および水分透過性が僅かであることから、さらには大きい分子体積をもつ気体や液体に対する密閉性ゆえに、共振器は周囲の影響に対し最適に保護されており、そのような大きい分子体積をもつ気体や液体は架橋されたまたは連鎖されたポリマネットを通過することができない。さらに金属層によってこの共振器は機械的にも保護されており、機械的な作用によりその音響特性も損なわれない。このことによって、金属層の上にさらに別の層、構造体、金属化平面またははんだ付け接続部を設けることができるようになる。これと同時に金属層ＭＳによって、共振器の電磁シールドも行われることになる。このことはたとえば、移動体通信におけるフロントエンドモジュールのためのフィルタ回路内および殊にその受信部に共振器を適用する場合に有利である。

本発明にとって重要である層厚Ｄ１およびＤ２に関して、共振器の望ましい動作周波数は重要である。共振器がたとえば２ＧＨｚ領域のための高周波フィルタに組み込まれるならば、誘電層ＤＳとして用いられるベンゾシクロブテンに対し４分の１波長に相応する約２００ｎｍという層厚Ｄ１が得られる。この値は、層厚精度に関してたとえばＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）を用いて扱うことのできる層厚の範囲内にうまく収まっている。金属層ＭＳの層厚Ｄ２に関してたとえばタングステンであれば６５０〜７００ｎｍの層厚となり、この層厚もやはり技術的に取り扱うことができ、かつ精確に調整可能である。技術的な理由から誘電層ＤＳおよび／または金属層ＭＳについて（たとえば部品のエッジ被覆を良好にするためまたは密封性を高めるため）いっそう大きい層厚が望まれるならば、個々の層厚に関して４部の１波長の奇数倍に変えることができる。２００ｎｍのＢＣＢ（これは２ＧＨｚの周波数におけるλ／４の層にほぼ相応する）の代わりに、６００ｎｍのＢＣＢ（これは２ＧＨｚの周波数におけるほぼ３λ／４の層）をデポジットすることもできる。この措置により達成される技術的な利点（たとえばコンフォーマル性が高まることによるエッジ被覆の改善）を、音響的性能に関して生じるかもしれない欠点（場合によっては層が厚くなったときに粘性の損失により挿入損が高まる）に対しちょうど釣り合うようにすべきである。

本発明によって初めて提案されたＬｏｗ−ｋ誘電体とハイインピーダンス金属層という層の組み合わせによって得られる利点とは、それら両方の層の界面における音響エネルギーの（９５％を超える）高い割合を共振器に反射して戻すのに２つの層で十分なことである。２つのミラー層だけという僅かな個数によって、ミラーは広い帯域幅を得ることになる。つまり、ミラー帯域幅内にある周波数成分を均等に良好に反射させることができる。さらに厳密に言えば、たとえばＢＣＢ／Ｗという層の組み合わせは２ＧＨｚを中心とする周波数における音響ミラーとして、相応の音波長λについてミラー層の厚さが理論的な理想値λ／４と精確に一致していなくても、所定の周波数から約＋／−７％より隔たっていない周波数をもつすべての共振器に等しく良好に適している。択一的に、同じ周波数においてこのようにすれば層のペアの反射特性を許容されないところまで低減させてしまうことなく、＋／−７％の層厚許容範囲を甘受することができる。

高い反射性および広い帯域幅をもつ音響ミラーを生成するのに２つの層だけという僅かな個数であるというのは、Ｌｏｗ−ｋ誘電体の音響インピーダンスが低いことに起因し、この音響インピーダンスは低インピーダンスである従来のミラー層よりもほぼ１つのオーダ小さく、たとえば従来用いられていたＳｉＯ_２よりもほぼ１つのオーダ小さい。また、広いミラー帯域幅によって＋／−７％の層厚変動が許容される。これはＢＣＢに関して２００ｎｍの層厚であれば、＋／−１４ｎｍの精度を維持すべきであることに相応する。これは簡単に遵守することができる。それというのも従来技術によれば＋／−０．５％の層厚精度のＢＣＢを実現できるからである。金属層ＭＳのデポジットに関してはさらに高い層厚精度を達成することができる。しかも、λ／４の層厚のほかにλ／４の奇数倍に高めることができる。このことはたとえば、機械的に安定したたとえばはんだ付け可能な表面を達成する目的で金属層にとって有用となる可能性がある。しかも金属層の厚みを増しても問題が生じることはない。なぜならば、音波の大半は共振器Ｒもしくは層構造体ＳＡから誘電層ＤＳへの界面ですでに発生するからである。このようにすれば、そもそも音響エネルギーのごく僅かな成分だけしか金属層ＭＳに侵入できないので、λ／４に厳密には合わせられていない層厚Ｄ２に起因する反射の低減はほとんど問題にはならず、したがって金属層ＭＳに対したとえば５０％の層厚精度で十分である。このことが重要である理由は、層厚許容偏差はたいていは層厚に対するパーセンテージだけを遵守すればよいけれども、音響ミラーに関しては絶対的な許容範囲もしくは偏差が重要となるからである。

図７には、本発明のさらに別の実施形態に関する断面図が示されている。ここにも、１つの基板ＳＵ上に層構造体として作られた複数の共振器Ｒ１，Ｒ２から成る素子が描かれている。図６に示した実施形態とは異なりここでは、誘電層ＤＳはやはり面全体にわたって設けられるが、その後、平坦化される。したがって誘電層は種々の層厚をもつことになる。それというのも共振器Ｒ１と共振器Ｒ２の間の空いたスペースにも誘電層ＤＳの材料が充填されているからである。適切な材料選定、適切なまたはコントロールされた方法によれば、共振器Ｒ１，Ｒ２の上で誘電層を平坦化する際も層厚Ｄ１を望ましいλ／４の値に合わせて調整することが可能である。このように平坦化された誘電層ＤＳの上であれば、さらに別の層および殊に金属層ＭＳの取り付けが簡単になる。たとえばＢＣＢのような誘電層を平坦化する標準的な方法は、表面の化学的機械研磨（ＣＭＰ）である。この場合も、誘電体の凹凸を著しく増やすことなく、必要とされるミラーの層厚を調整することもでき、ここでは１ｎｍ以下のオーダの凹凸しか生じない。

図８には本発明のさらに別の実施形態が示されており、これによれば一連の共振器Ｒ１，Ｒ２のためにただ１つの音響ミラーＡＳを用いることができる。慣用のフィルタ回路たとえばラダー型のフィルタ回路の場合、たとえば直列に配置された共振器と並列分岐に配置された共振器とが区別され、ここで相違点は回路の配置のほか、共振周波数がそれぞれ異なるように調整されることである。誘電層ＤＳと金属層ＭＳの形態で本発明に従って共振器の上に取り付けられている広帯域の音響ミラーＡＳのほか、基板と共振器との間にも同様の広帯域のミラーを設けることができる。Ｌｏｗ−ｋ誘電体とハイインピーダンス金属層による層の組み合わせにおいて広帯域性を達成する目的で、９５％よりも高い反射を確保するにはここでも２つのミラー層で十分である。並列共振器および直列共振器のそれぞれ異なる周波数に対し等しい反射率を利用できるようにする目的で、ここでは音響ミラーの広帯域特性が利用される。

図９には本発明のさらに別の実施形態の断面図が略示されており、これによれば金属層の上にさらに別の層がデポジットされている。たとえばこの層において、さらに別のローインピーダンス層ＮＩとハイインピーダンス層ＨＩを交互に設けることができる。しかしながら誘電層と金属層の組み合わせだけですでに、共振周波数の領域における音波に対し十分な反射特性を有しているので、これら別の層ＬＩ，ＨＩの音響インピーダンスはたいして重要ではない。とはいえ、金属層のすぐ上にローインピーダンスの層を形成するのが有利である。

図１０には、付加的な回路素子ＳＥによって拡張された素子の断面図が描かれており、これも同様に誘電層と金属層によって完全にカプセル化されている。さらに別の素子ＳＥとして能動回路素子たとえば集積回路（ＩＣ）を挙げることができる。

また、回路素子ＳＥを受動素子とすることもでき、たとえば金属化部から構造形成された誘導素子、容量素子または抵抗素子とすることもできる。この回路素子ＳＥを共振器Ｒ１，Ｒ２と結線し、たとえば整合回路を形成することができる。本発明によるカプセル化によれば、任意の回路素子を設け共通にカプセル化できることであり、それゆえに共振器Ｒ１，Ｒ２を備えた任意の回路の形成も可能なことである。

本発明によれば１つの有利な実施形態において、移動無線標準ＵＭＴＳに適したデュプレクサ回路が形成される。ＦＢＡＲ共振器からＲＸフィルタもＴＸフィルタも形成され、これらは同じ層構造体ＳＡから構造形成によって製造可能である。種々の所要共振周波数は、付加的な層の被着、付加的な層の分離または構造形成による層の切除により、必要とされる層厚に合わせて調整される。誘電層は、２２０ｎｍの厚さでλ／４のミラー層としてすべての直列および並列の共振器の上に取り付けられる。この場合、ＢＣＢの音響インピーダンスは１．７×１０^６ｋｇ／ｓｍ^２の値付近にある。ハイインピーダンス層もしくは金属層として、タングステン層が約６８０ｎｍの厚さで取り付けられる。このインピーダンスは９４ｘ１０^６ｋｇ／ｓｍ^２となる。金属層の層厚に対する反射の感度はごく僅かであるため、１μｍまでの層厚であっても同じ結果が得られる。

すべての共振器の下に１つの共通の共振器を設けることができる。個々の共振器の間の容量結合を回避する目的で本発明のさらに別の実施形態によれば、導電性のミラー層つまりたとえば金属層および音響ミラーにおいて共振器下方の金属から成る層を、容量的に分離すべき共振器の間で適切な構造形成ステップを設けることによって、層を設けるときにすでに分離することができる。

図１１には、本発明に従い上述のようにしてＦＢＡＲ共振器から形成された共通のカプセル化の行われたデュプレクサの通過特性（複合的な３ゲートデュプレクサ分散マトリクスにおける複合的な伝達関数Ｓ（Ａｎｔ，Ｒｘ）およびＳ（Ａｎｔ，Ｔｘ）の寄与量）をシミュレートした様子が示されている。ここに示されているように本発明による構造によれば、ＲＸフィルタについてもＴＸフィルタについてもＵＭＴＳデュプレクサの通過特性に対する典型的な要求が良好に満たされる。

図面には共振器の電気的な結線は示されていないけれども、これは電極層Ｅ１，Ｅ２（図１および図２を参照）の適切な構造形成によって所望の結線に従いたとえばラダー型回路に従い実現することができる。さらにその際に電極層ＥＳを、共振器のために必要とされる領域外で基板ＳＵの表面に電気的な接続面を形成できるよう、構造形成することができる。あとでそれらの接続面を、上方または下方から扱うことができるようになる。この目的で上方から誘電層および金属層および場合によってはその上に設けられたさらに別の層を取り除く必要がある。上述の層を貫通するスルーホールを設け、このスルーホールをたとえば完全に導電性材料によって充填することも可能である。下方からの接触接続のために、基板中にスルーホールを設けることができる。また、上方から露出させられた接触面をボンディングワイヤのはんだ付けにより接触接続させることも可能である。また、集積型の結線を行うことも可能であって、これによれば接触面が金属化構造体と接続され、この金属構造体は金属層ＭＳの上で金属層とは電気的に絶縁された状態で配置されている。この金属化平面において、上述の電気的な接続たとえばボンディングワイヤを介した接続またはフリップチップボンディングによるダイレクトな接続を行うことができる。フリップチップボンディングは、基板表面にじかに設けられそれらの誘電層ＤＳおよび金属層ＭＳを介して隔てられている複数の接触面によっても可能である。

わかりやすくするため、これまでもっぱらいくつかの実施例に基づいて本発明について詳しく説明してきた。しかしながら本発明はここに示した実施例に限定されるものではなく、これ以外にも変形させることができる。その種の変形実施例はたとえば、付加的な層や構造、ＳＣＦフィルタまたはＣＲＦフィルタに対し並置してまたは上下に設けられる様々な個数および配置の共振器、および／または場合によっては金属層ＭＳの上方にも設けることのできる付加的な回路素子ＳＥに関するものである。また、本発明によって実現されるカプセル化すべき回路は、上述の実施例に限定されるものではない。

基板上に形成され音響ミラーを備えた共振器を示す図 空隙を介して取り付けられた共振器を示す図 共振器のためのカプセル封止について示す図 グロブトップ封止による共振器を示す図 本発明による共振器を示す図 本発明による２つの共振器を示す図 平坦化された誘電層を備えた本発明による２つの共振器を示す図 全体に延在する下方の音響ミラーを備えた配置構成について示す図 金属層を介して別の層ペアの設けられた本発明による素子を示す図 別の回路素子が集積されている本発明による素子について示す図 本発明による共振器から構成され１つの共通のカプセル封止部を備えたデュプレクサに関してシミュレートされた通過特性について示す図

Claims (16)

1. 層構造体（ＳＡ）とし実現されているバルク音波によって動作する共振器において、
   共振器のための電極として用いられる少なくとも第１および第２の電極層（ＥＳ１，ＥＳ２）と、
   該２つの電極層（ＥＳ１，ＥＳ２）の間に配置されている少なくとも１つの圧電層（ＰＳ）が設けられており、
   前記層構造体（ＳＡ）はウェハ（ＳＵ）の上に配置されており、
   該層構造体（ＳＡ）は面全体にわたり誘電層（ＤＳ）で覆われており、該誘電層（ＤＳ）は金属層（ＭＳ）で覆われており、
   該誘電層（ＤＳ）は共振器のための気密封止部材として形成されており、
   前記の誘電層（ＤＳ）と金属層（ＭＳ）の材料および厚さの選定により、それぞれ一方の層が相対的に低い音響インピーダンスをもち、一方の層が相対的に高い音響インピーダンスをもち、共振器内に発生可能なバルク音波に対する音響ミラーが形成されることを特徴とする、
   バルク音波によって動作する共振器。
2. 請求項１記載の共振器において 前記の誘電層（ＤＳ）および金属層（ＭＳ）の層厚は、４分の１波長の領域または４分の１波長の奇数倍の領域にあることを特徴とする共振器。
3. 請求項１または２記載の共振器において、
   前記音響ミラー（ＡＳ）は、前記金属層（ＭＳ）の上に配置された少なくとも別の層のペアを有しており、該層のペアは相対的に低い音響インピーダンス（ＬＩ）をもつ層と相対的に高いインピーダンス（ＨＩ）をもつ層から成ることを特徴とする共振器。
4. 請求項１から３のいずれか１項記載の複数の共振器を備えた素子において、
   複数の共振器（Ｒ１，Ｒ２）が層構造体（ＳＡ）として実現されており、該複数の共振器（Ｒ１，Ｒ２）は電極層（ＥＳ）を介して互いに電気的に結線されていて、回路の少なくとも一部分を形成しており、
   誘電層（ＤＳ）と金属層（ＭＳ）、ならびに設けられているのであれば少なくとも１つの別の層のペア（ＬＩ，ＬＨ）は、共振器全体を覆っており、該共振器のために音響ミラー（ＡＳ）を形成していることを特徴とする素子。
5. 請求項４記載の素子において、
   前記誘電層（ＤＳ）は有機層であることを特徴とする素子。
6. 請求項５記載の素子において、
   前記誘電層（ＤＳ）はベンゾシクロブテンを有することを特徴とする素子。
7. 請求項４〜６のいずれか１項記載の素子において、
   前記誘電層（ＤＳ）は、面全体にわたりウェハ（ＳＵ）においてすべての共振器（Ｒ１，Ｒ２）の上に形成されており、ほぼ平坦化されていて、前記音響ミラー（ＡＳ）のために必要とされる層厚は共振器の上でのみ維持されていることを特徴とする素子。
8. 請求項４から７のいずれか１項記載の素子において、
   ウェハ（ＳＵ）の上または中に、異なる構造形式をもつ別の能動的または受動的な回路素子（ＳＥ）が配置されていて、前記共振器（Ｒ１，Ｒ２）とともに回路に集積されており、
   前記音響ミラー（ＳＡ）を成す層は、該能動的または受動的な回路素子（ＳＥ）と共振器（Ｒ１，Ｒ２）のためのカプセル化部材を成していることを特徴とする素子。
9. 請求項４から８のいずれか１項記載の素子において、
   すべての共振器（Ｒ１，Ｒ２）ならびに能動的および受動的な回路素子（ＳＥ）は、ウェハ（ＳＵ）上で１つの回路に集積されており、該回路は高周波スイッチ、整合回路、アンテナ回路、ダイオードスイッチ、トランジスタスイッチ、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、帯域消去フィルタ、周波数調整可能なフィルタ、出力増幅器、前置増幅器、ＬＮＡ、ディプレクサ、デュプレクサ、フィルタバンク、結合器、方向性結合器、記憶素子、バラン、ミキサまたは発振器の中から選択されることを特徴とする素子。
10. 請求項４から９のいずれか１項記載の素子において、
    前記ウェハ（ＳＵ）の上に、同じ構造形式をもつ別の素子が配置されていることを特徴とする素子。
11. 請求項１から１０のいずれか１項記載の素子において、
    相対的に低い音響インピーダンスをもつ誘電体材料はｌｏｗ−ｋ誘電体であることを特徴とする素子。
12. 請求項１から１１のいずれか１項記載の素子において、
    相対的に高い音響インピーダンスをもつ材料はタングステンＷ、モリブデンＭｏ、金Ａｕまたは窒化アルミニウムＡｌＮであることを特徴とする素子。
13. 請求項１２記載の素子において、
    Ｌｏｗ−ｋ誘電体としてエーロゲル、多孔性珪酸塩、オルガノ珪酸塩、縮合されたシルセスキオキサンから誘導されたシロキサン、ポリマの芳香族化合物または架橋されたポリフェニレンが選択されることを特徴とする素子。
14. 請求項１から１３のいずれか１項記載の素子において、
    前記ウェハ（ＳＵ）は表面にはんだ付け可能な接触接続部材を有しており、該接触接続部材は前記共振器（Ｒ１，Ｒ２）と、または該共振器とともに回路に集積されている１つまたは複数の能動素子（ＳＥ）および／または受動素子（ＳＥ）と導電接続されていることを特徴とする素子。
15. 請求項１から１３のいずれか１項記載の素子において、
    前記ウェハ（ＳＵ）は下面にはんだ付け可能な接続部材を有しており、該接続部材はウェハを通るスルーホールを介して前記共振器（Ｒ１，Ｒ２）と、または該共振器とともに回路に集積されている１つまたは複数の能動素子（ＳＥ）および／または受動素子（ＳＥ）と導電接続されていることを特徴とする素子。
16. 請求項１から１４のいずれか１項記載の素子において、
    バルク音波共振器、スタック構造型水晶フィルタまたは結合型共振器フィルタとして構成されていることを特徴とする素子。

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