JP2005539463A

JP2005539463A - 結晶方位依存性異方性エッチングによる複数のシリコン＜１１０＞ウェハ上の複数の圧電薄膜共振器の作製

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Publication number: JP2005539463A
Application number: JP2004540123A
Authority: JP
Inventors: リ−パンワン; チンマー; イスラエルヤンコヴィッチ; リチャードバトラー
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2003-09-17
Publication date: 2005-12-22
Also published as: WO2004030208A3; WO2004030208A2; EP1543615A2; US20040056560A1; TWI243495B; US7152289B2; CN1685609A; AU2003272580A1; TW200425550A

Abstract

１つの基板上に形成される圧電薄膜共振器は、１つの第一主要表面と、１つの第一導電層と１つの第二導電層との間に挟まれた１つの第二主要表面とを有する１つの圧電材料層を含む。上に圧電薄膜共振器が形成される基板は、圧電薄膜共振器の第一導電層を剥き出しにする１つの開口を中に有する。開口は、１つの第一対の複数の平行な辺および１つの第二対の複数の平行な辺を有する１つの平行四辺形の形状を実質的にしている。第一対の複数の平行な辺のうちの１つは、第二対の複数の平行な辺のうちの１つとともに９０度以外である１つの角度を成す。

Description

本発明は圧電薄膜共振器（“ＦＢＡＲ”）の１構造の形成に関する。より詳細には、本発明は１つの圧電薄膜共振器の１構造を形成する複数の方法に関する。

幾つかの事例において１つの高周波前置フィルタを提供することが望ましい。従来、複数のセラミックフィルタおよび複数のＳＡＷフィルタは複数の前置高周波フィルタとして使用されてきた。

複数のＳＡＷフィルタには、２．４ギガヘルツ（ＧＨｚ）を超えるとこのような複数のフィルタが過度の挿入損失を有し始めるという点において複数の問題がある。複数のセラミックフィルタは寸法が大きいので、周波数が増すにつれてその作製の困難さが増すばかりである。

基礎となる１つのＦＢＡＲ素子１００を図１に概略的に示す。このＦＢＡＲ素子１００は１つの基板１１０の水平面上に形成される。この基板１１０上には金属からなる１つの第１層１２０が配置され、次にこの金属層１２０上に１つの圧電層１３０が配置される。圧電層はＺｎＯ、ＡＩＮ、ＰＺＴ、その他複数の圧電材料とする事が出来る。圧電層１３０の上には金属からなる１つの第２層１２２が配置される。第１金属層１２０は１つの第１電極１２０として働き、第２金属層１２２は１つの第２電極１２２として働く。第１電極１２０、圧電層１３０、および第２電極１２２は１つの積層１４０を形成する。積層１４０の裏側あるいは下側にある基板１１０の一部が裏面バルクシリコンエッチングにより除去される。最も一般的には、裏面バルクシリコンエッチングは深堀反応性イオンエッチング（“ＤＲＩＥ”）による方法、あるいはＫＯＨ、ＴＭＡＨ、ＥＤＰなどの１つの結晶方位依存性エッチング液（“ＣＯＤＥ”）を使用する方法の２つの方法のうち、いずれか１つにおいて行う事が出来る。

図１に示すＦＢＡＲ素子はＤＲＩＥにより形成される。結果として生じる構造は水平に配置された１つの圧電層１３０であり、この構造は、基板内にある１つの開口１５０の上方に配置された第１電極１２０と第２電極１２２との間に挟まれている。ＦＢＡＲは水平な１つの基板内にある開口１５０にわたって懸架された１つの膜素子である。開口１５０の複数の側壁は圧電層１３０に対して実質的に垂直である。ＤＲＩＥにより複数のＦＢＡＲを形成することに関連しては複数の問題がある。その主な複数の問題の１つとして、ＤＲＩＥによる１つのＦＢＡＲの形成は大量生産を助長しない。ＤＲＩＥ加工は１つの単一ウェハ処理であり、一般的なエッチング速度は４〜１０ｕｍ／分である。処理は一度に１ウェハのみに対して行われ、しかもエッチング速度が遅いため、ＤＲＩＥによる製造処理量は低い。この結果、複数のＦＢＡＲは費用がかかるものとなる。

基礎となる別のＦＢＡＲ素子２００を図２に概略的に示す。ＦＢＡＲ素子２００は、複数のバルク（１００）シリコンウェハから作製される１つの基板１１０の水平面上に形成されている。基板１１０上には金属からなる１つの第１層１２０が配置されており、さらに金属層１２０の上へ１つの圧電層１３０が配置される。圧電層はＺｎＯ、ＡＩＮ、ＰＺＴ、あるいはその他複数の圧電材料とする事が出来る。圧電層１３０上には金属からなる１つの第２層１２２が配置される。第１金属層１２０は１つの第１電極１２０として働き、第２金属層１２２は１つの第２電極１２２として働く。第１電極１２０、圧電層１３０、および第２電極１２２は１つの積層１４０を形成する。積層１４０の裏側あるいは下側にある基板１１０の一部が裏面バルクシリコンエッチングにより、１つのＣＯＤＥ、例えばＫＯＨ、ＴＭＡＨ、ＥＤＰにより除去される。裏面バルクシリコンエッチングにより基板１１０に１つの開口２５０が生成される。１つのＣＯＤＥを使用したエッチングにより、（１つの）複数の傾斜側壁、例えば傾斜側壁２５１および傾斜側壁２５２ができる。１つのＣＯＤＥを使用すれば１つの製造処理量は高まるが、結果として生じる複数の傾斜側壁、例えば２５１、２５２は、１つのＦＢＡＲ素子を製造するのに必要な空間の量を増やす。換言すれば、ウェハごとに製造される複数の素子の数は劇的に低下する。例えば、２００μｍ平方（寸法Ｌ＝２００μｍ）である１つのＦＢＡＲは開口２５０の複数の側壁のために費やす３００μｍを各側（寸法Ｓ＝３００μｍ）に１回余計に有することになる。基板上のＦＢＡＲ素子ごとの面積は６４０，０００平方μｍである。複数の側壁が垂直であればこれに使用される１つのウェハの面積は４０，０００平方μｍとなる。従って、複数回のＣＯＤＥ処理で形成される複数のＦＢＡＲ素子の密度は、約１／１６である複数の傾斜側壁２５１、２５２を有する複数のＦＢＡＲ素子の密度となる。複数回のＣＯＤＥ処理を用いることは１つの処理量が高まる結果となるが、各ウェハ上に形成できる複数の素子の数を大幅に低下させることになる。

従って、高い製造処理量に適し、またウェハごとの複数の素子の数が多い１つのＦＢＡＲ素子と１つのＦＢＡＲ素子を製造するための１つの方法とが必要である。また、１つのＦＢＡＲ素子をより低コストにする１つの必要性がある。さらに、高い信頼度で製造できる１つのＦＢＡＲ素子のさらなる１つの必要性がある。また、良好で信頼性のある性能特性を有する１つのＦＢＡＲ素子を製造するための１つの方法の１つの必要性がある。

付属する複数の請求項において本発明を詳細に指摘する。しかし複数の図を通じて複数の同様の符号が同様の複数の品目を参照している複数の図と一緒に考察すれば、詳細な説明を参照することにより本発明のより完全な１つの理解を導く事が出来る。

本明細書で詳述する説明は本発明の様々な複数の実施形態を示すが、このような説明はいかなる方法によっても限定するものとしての解釈を意図するものではない。

図３はシリコン３００の１つの単位格子の１つの斜視図を示す。１つの結晶では複数の原子が、単位格子として公知の１構造において複数の特定点に配列している。単位格子は１つの結晶における組織の第１段階である。単位格子構造は結晶内の至る所で繰り返されている。図３はシリコンの単位格子を示す。図３に示すように、シリコンの単位格子は１つのダイヤモンド構造に配列された１６の原子を含む。１つの圧電薄膜共振器を形成する場合、１つのシリコンウェハを基材として使用する。複数のシリコンウェハは１つの特定の結晶方位を有する。出発シリコンウェハの具体的な結晶方位を指定する。換言すれば、複数のウェハは１つの結晶から複数の異なる角度でカットする事が出来、各角度は１つの異なる面を表す。結晶を通るこれらの複数の薄片の各々は複数の単位格子の各々を突き進むことになり、従って、各格子内部の特定の１つの面が剥き出しになることになる。各面は、複数の原子の数およびそれらの複数の原子間の結合エネルギーにおいて異なるという点でユニークである。これらの複数の差異があることにより、各面に関連する化学的、電気的、物理的な複数の特性が異なる。複数の面は、複数のミラー指数として公知の一連の複数の数により特定される。複数のミラー指数は結晶における具体的な１つの面の位置を特定する。複数の原子の複数の層あるいは複数の面は、特定の１つの結晶において複数の原子がその層あるいは面に沿って配列されているものであるが、複数の原子面あるいは複数の結晶面として公知である。１組の複数の面の、１つの単位格子の軸に対する関係は、複数のミラー指数により表示される。

図４は１つの単位格子４００を示し、この単位格子は、その上に図示される幾つかの複数の面を有する。単位格子の１つの隅が複数の空間座標の原点であると見做される。複数のミラー指数は任意の面を、その面のこれらの複数の座標との複数の交点の逆数によって特定する。１つの面が１つの軸に対して平行であれば、その面はその軸と無限遠で交差する。単位格子４００は複数の隅Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈを含む。特定の面および複数のミラー指数を、単位格子４００に表示する複数の文字により議論する。単位格子４００の点Ａは原点である。点Ａにある原点は、この原点から出発する３つの軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有する。軸Ｘは単位格子上の複数の点Ａ、Ｄにより規定される線に対応する。軸Ｙは単位格子４００上の複数の点Ａ、Ｂにより規定される。Ｚ軸は単位格子４００上の複数の点Ａ、Ｆにより規定される。複数の点Ｂ、Ｄ、およびＦにより規定される面は（１１１）という１つのミラー指数を有する。Ｂ、Ｄ、Ｆにより規定される面は原点から１単位離れたところでＸ軸と交差し、原点から１単位離れたところでＹ軸と交差し、原点から１単位離れたところでＺ軸と交差する。１の逆数は１である。従ってこのミラー指数は（１１１）に等しい。複数の文字Ｂ、Ｃ、Ｈ、Ｇにより規定される面は１単位においてＹ軸のみと交差する。この面はＸ軸とＺ軸との両方に対して平行であるため、この面はＸ軸およびＺ軸には交差しない。従って複数の交点は、Ｘが無限大であり、Ｙが１であり、Ｚが無限大である。これらの複数の値の逆数は面Ｂ、Ｃ、Ｈ、Ｇに関連する複数のミラー指数である。従ってミラー指数は、複数の文字Ｂ、Ｃ、Ｈ、Ｇにより規定される面については（０１０）である。１つの第３の面が示され、複数の文字Ｂ、Ｄ、Ｊにより規定される。面Ｂ、Ｄ、ＪはＸ軸に原点から１単位離れて交差し、Ｙ軸にも原点から１単位離れて交差する。Ｚ軸には原点から半単位離れて交差する。これらの異なる複数の交点の逆数は（１１２）というミラー指数になる。

図５は、複数の文字Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈにより規定された同じ単位格子４００を示す。図５は複数の文字Ｂ、Ｄ、Ｅ、Ｇにより規定された面を示す。この特定の面はＸ軸と１単位のところで交差し、Ｙ軸と１単位のところで交差し、Ｚ軸とは交差しない、あるいは換言すれば、Ｚ軸とは無限遠で交差する。従って複数の交点の逆数は（１１０）という１つのミラー指数となる。複数の面を、対象の面に対して垂直な複数のベクトルにより表示することもできる。従って（１１０）という複数のミラー指数を有する面Ｂ、Ｄ、Ｅ、ＦをＡおよびＣを通るベクトルにより表示することもでき、このベクトルは１つの表示＜１１０＞を持つ。このように、１つの面は丸括弧を用いて表示する一方、この面に対して垂直なベクトルは複数の角括弧内のミラー指数により表示する。

図６は、１つのシリコン＜１１０＞ウェハの（１１０）面または表面に対して垂直な４つの（１１１）面の間の関係を示す。４つの（１１１）面を複数の参照番号６１０、６１２、６１４、６１６により表示する。４つの（１１１）面の面の一部を複数の点線で示す。４つの（１１１）面６１０、６１２、６１４、６１６は（１１０）面に対しては垂直であるが、これら同士は垂直ではない。４つの（１１１）面６１０、６１２、６１４、６１６は、複数の角度７０．５度および１０９．５度を有する１つの菱形を形成する。形成されている菱形６２０の複数の辺の長さは図６に示す複数の辺の長さに限定されないということに留意すべきである。非常に短い２つの辺を有する１つの菱形、あるいは非常に短い４つの辺を有する１つの菱形を形成してもよい（結果として非常に小さい１つの菱形となる）。複数の（１１１）面のうちの２つは、１つのシリコンウェハの主要平坦面に対して１つの角度３５．２５度を有する。シリコンウェハの主要平坦面を参照番号６３０により表示する。図６に示すように、菱形６２０の複数の辺６１４および６１２は、ウェハの主要平坦面６３０に対して１つの角度３５．２５度を形成する。

複数の図７Ａ〜図７Ｉは本発明の１つのＦＢＡＲ素子を形成するためのウェハ処理における様々な複数のステップを示す。図７Ａは１つの第１主要表面７１２および１つの第２主要表面７１４を有する１つの（１１０）シリコンウェハ７１０の１つの断面図を示す。ウェハ７１０の第１主要表面７１２上に引張応力の低い１つの材料７２２が堆積される。ウェハ７１０の第２主要表面７１４上に引張応力の低い材料７２４が堆積される。図７Ａに示すように、第１主要表面７１２はシリコンウェハ７１０の頂部に対応する一方、第２主要表面７１４はシリコンウェハ７１０の底部の主要表面に対応する。“頂部”および“底部”という表示は複数の図におけるウェハの位置関係を示すにすぎず、特許請求の範囲の解釈の複数の目的に対する１つの限定的用語と見做すものではないことに留意すべきである。

図７Ｂは、ウェハ７１０の第１主要表面７１２の上に１つの金属層７３２が堆積された後の（１１０）シリコンウェハの１つの断面図を示す。実際には金属表面７３２は、ＳｉＮあるいはＳｉＯ_２などの引張応力の低い材料の層７２２上に実質的に堆積される。堆積された金属層７３２は最終的に、形成されつつある１つのＦＢＡＲの下部電極となる。金属層７３２は、多くの複数の方法で引張応力の低い金属層７２２の上へ配置する事が出来る。一実施形態において、金属層７３２は（１１０）基板７１０の第１主要表面７１２に関連する金属層７２２上にスパッタされる。

図７Ｃは金属層７３２がパターニングされた後の（１１０）シリコンウェハの１つの断面図を示す。金属層７３２はパターニングされている。一実施形態において、フォトレジストの１つの層を金属層７３２上に配置し、選択された、あるいは所望する金属層７３２のパターンが金属層７３２上に形成されるようにフォトレジストを露光し、次に任意の数の複数のエッチング機構を用いて金属層７３２の不必要な部分をエッチングで除去することによりパターンを形成する。一旦金属層７３２の不必要な部分を除去し、次に残存しているパターニング部分７３２を保護するフォトレジストを除去する。その結果、１つのＦＢＡＲ素子の下部電極に対応する１つの金属パターン７３２がＳｉ（１１０）ウェハ７１０の第１主要表面７１２の金属層７２２上に残存する。任意のパターンを形成する事が出来るということに留意すべきである。複数の平方パターンや複数の方形パターンを形成する事が出来る。本発明の一実施形態において、金属層７３２に関連するパターンは１つの菱形である。パターニングされた金属層７３２に関連するパターンとして異なる複数の幾何学的形状の複数の辺を有する異なる型の複数の菱形を使用してもよい。

図７Ｄは、１つの圧電材料が（１１０）シリコンウェハ７１０の主要表面７１２の上方に堆積された後の（１１０）シリコンウェハの１つの断面図を示す。圧電材料７３４は、任意の数の複数の方法で金属層７２２およびパターニングされた金属層７３４上に堆積する事が出来る。一実施形態において、圧電材料７３４は（１１０）シリコンウェハ７１０の第１主要表面７１２上にスパッタされる。

図７Ｅは圧電材料７３４がパターニングされた後の（１１０）シリコンウェハ７１０の１つの断面図を示す。圧電層７３４に関連するパターンは通常、金属層７３２に形成されるパターンに大部分が界接しており、この金属層は最終的にＦＢＡＲ素子の下部電極となる。パターニングされた圧電材料７３４の１つの端部または縁部７３５は、パターニングされた金属層７３２の１つの縁部７３３の上を通る。

図７Ｆは別の金属層７３６が金属層７２２および圧電材料層７３４の上に堆積され、かつパターニングされた後の（１１０）シリコンウェハ７１０の１つの断面図を示す。金属層７３６はＦＢＡＲ素子の上部電極に相当する。上部電極７３６はこの上部電極に電気接続するための１つの部分を含み、この部分は参照番号７３７を持つ。金属層７３６は、任意の数の複数の方法で（１１０）ウェハ７１０の主要表面７１２上に配置あるいは堆積する事が出来る。一実施形態において、金属層７３６および電気接触部７３７は第１主要表面７１２および圧電層７３４の上にスパッタされる。金属層７３６および電気接触部７３７のパターニングは、複数のフォトレジストマスクを介して（１１０）シリコンウェハ７１０の主要表面７１２上に事前に堆積されていた付加的、不要あるいは望ましくない金属をエッチングで除去することにより実施される。圧電材料７３４の端部７３５はＦＢＡＲ素子の金属層７３６から金属層７３２を絶縁するのに必要であるということに留意すべきである。

図７Ｇは、Ｓｉ（１１０）ウェハ７１０の第２主要表面７１４上の引張応力の低い材料層７２４に１つの開口７４０が形成された後の（１１０）シリコンウェハ７１０の１つの断面図を示す。

図７Ｈは１つの結晶方位依存性エッチング液（“ＣＯＤＥ”）を施した後の（１１０）シリコンウェハ７１０の１つの断面図を示す。一実施形態において、ＣＯＤＥ処理はＫＯＨを使用して実施される。別の実施形態において、ＣＯＤＥ処理にＥＤＰが使用される。これらの複数のエッチング液のいずれを使用しても、ベクトル＜１１０＞およびベクトル＜１１１＞に沿ったエッチング速度の１つの差異は１つの比率６００：１という結果となる。換言すれば、１つの（１１０）シリコンを使用することにより、ＫＯＨまたはＥＤＰのいずれかのエッチング液を使用してシリコン（１１０）ウェハ７１０の裏面に１つの開口７５０を形成することが可能となる。換言すれば、１つのシリコン（１１０）ウェハを使用することにより、上にＦＢＡＲが形成されるシリコン（１１０）の表面に対して垂直な＜１１０＞方向へのさらにずっと高速な１つのエッチング速度を有する１つのエッチング液、例えばＫＯＨまたはＥＤＰを使用することが可能となる。＜１１０＞のエッチング速度は非常に遅く、あるいは＜１１０＞方向へのエッチング速度の１／６００である。結果として、ＦＢＡＲ作製中に複数のシリコン（１１０）ウェハを使用すれば垂直な複数の側壁を得る事が出来る。複数の図７Ａ〜図７Ｉに形成されていく形で示される素子はわずか１つであるが、これらの複数の素子は１つのウェハ表面上に大量に形成されるということに留意すべきである。一旦１つのウェハ上に多様な複数のＦＢＡＲが形成されると、複数のウェハは薄くされダイシングされて、複数の個々のＦＢＡＲ素子を形成する。

図７Ｉもまた、１回のＣＯＤＥ処理あるいは１つの結晶方位依存性エッチング液、例えばＫＯＨやＥＤＰにより形成された１つの素子である。この特定の図において、開口の長さは１つの寸法が約２００ｍｍである。複数の側壁７５１および７５２が垂直、あるいは実質的に垂直であることが示される。複数の成果が図２に示される従来技術処理と比較すると、こちらは１つの歩留まりを大いに高める。図２に示すように、複数の側壁２５１および２５２は傾斜している。約２００ｍｍ四方となる１つの素子に対して、傾斜があると特定の１つのウェハ上に形成することのできる複数のＦＢＡＲの数の歩留まりが実質的に減少することになる。発明の背景の項で議論したように、また具体的には図２に関して議論したように、複数の図７Ｈおよび図７Ｉで示すように形成されるＦＢＡＲが必要とするウェハ表面積は約１／１６である。従って、ここで議論する処理によってはるかに多くの、すなわち１６倍の複数のＦＢＡＲを形成する事が出来、この処理では、使用するウェハは１つのＳｉ（１１０）ウェハであり、また１回のＣＯＤＥ処理を用いて１つのＦＢＡＲとなる素子の裏側にあるウェハの裏面をエッチングする。図７Ｉは、具体的にベクトル＜１１０＞およびベクトル＜１１１＞方向が配置されていることも示す。次に複数の図８Ａおよび図８Ｂを参照すると、形成されるＦＢＡＲ８０１の具体的な一実施形態を議論する。１つの結晶方位依存性エッチング液を使用する１つの特性として、このエッチング液は１方向に、すなわち＜１１０＞方向に、複数の（１１１）面に比較して非常に迅速にエッチングする。（複数の＜１１１＞面はやはりエッチングされるが、まさにずっと遅い）。１つの（１１０）シリコンウェハと組み合わせた１つの結晶方位依存性エッチング液による裏面エッチングの最終結果として、菱形の形状をした１つの開口が非常に容易に形成される。菱形の形状をした開口を複数の図８Ａおよび図８Ｂに参照番号８５０として示す。

図８Ａは１つのＦＢＡＲ素子８０１の１つの平面図を示し、図８Ｂは形成されるＦＢＡＲ素子の１つの正面図を示す。ＦＢＡＲ素子は１つの下部電極８３２と、１つの電気接触端部８３７を有する１つの上部電極８３６とを含む。上部電極８３６と下部電極８３２との間に１つの圧電層８３４が挟まれている。圧電層８３４は、上部電極８３６から下部電極８３２を絶縁する１つの端部８３５を含む。ＦＢＡＲ素子は、１つの第１主要表面７１２および１つの第２主要表面７１４を有する１つの（１１０）シリコン基板７１０上に位置している。主要表面７１２上には引張応力の低い１つの金属層７２２があり、主要表面７２４上には同様の引張応力の低い１つの材料７２４が堆積される。ＫＯＨあるいはＥＤＰなどの１つの結晶方位依存性エッチング液が使用されて１つの裏面開口８５０が形成される。複数の（１１１）面がシリコン（１１０）ウェハあるいは基板７１０の（１１０）表面に適合するので、裏面開口８５０は菱形の形状をした１つの開口に実質的に一致するようにパターニングされ、この開口は、これらの（１１１）面によって形成される形状を剥き出しにするか、あるいはこの形状に一致する。そしてこの形状をした１つの開口に選択的エッチング液を入れ、開口８５０を形成する事が出来る。

複数の図９Ａおよび図９Ｂは、結晶方位依存性エッチングにより（１１０）上に作製された１つのＦＢＡＲ素子の別の実施形態を示す。図９Ａは、１つのＦＢＡＲ素子９０１の別の実施形態に関連する１つの電極の１つの平面図を示す。１つの結晶方位依存性エッチング液を使用する１つの特性として、このエッチング液が１方向に、すなわち＜１１０＞方向に非常に迅速にエッチングし、複数の（１１１）面へは入らないということである。換言すれば、エッチング液は＜１１１＞方向へは進まない。１つの（１１０）シリコンウェハと組み合わせた１つの結晶方位依存性エッチング液による裏面エッチングの最終結果として、菱形の形状をした１つの開口が非常に容易に形成される。菱形の形状をした開口を複数の図９Ａおよび図９Ｂに参照番号９５０として示す。

図９Ａは１つのＦＢＡＲ素子９０１の１つの平面図を示し、図９Ｂは形成されるＦＢＡＲ素子の１つの正面図を示す。ＦＢＡＲ素子は、１つの下部電極９３２と、１つの電気接触端部９３７を有する１つの上部電極９３６とを含む。上部電極９３６と下部電極９３２との間に１つの圧電層９３４が挟まれている。圧電層９３４は、上部電極９３６から下部電極９３２を絶縁する１つの端部９３５を含む。ＦＢＡＲ素子は、１つの第１主要表面７１２および１つの第２主要表面７１４を有する１つの（１１０）シリコン基板７１０上に位置している。主要表面７１２上には引張応力の低い１つの金属層７２２があり、主要表面７２４上には同様の引張応力の低い１つの材料７２４が堆積される。ＫＯＨあるいはＥＤＰなどの１つの結晶方位依存性エッチング液が使用されて１つの裏面開口９５０が形成される。複数の（１１１）面がシリコン（１１０）ウェハあるいは基板７１０の（１１０）表面に適合するので、裏面開口９５０は菱形の形状をした１つの開口に実質的に一致するようにパターニングされ、この開口は、これらの（１１１）面によって形成される形状を剥き出しにするか、あるいはこの形状に一致する。そしてこの形状をした１つの開口に選択的エッチング液を入れ、開口９５０を形成する事が出来る。複数の図９Ａおよび図９Ｂで形成される菱形を１つの帯状菱形とも称する事が出来る。図８Ａおよび図９Ａのように形作られた１つの菱形は、エッチング速度の遅い（１１１）面の高次面が生じうるという１つの不利な可能性を有する。１つの結果として、裏面開口８５０の複数の隅領域にある複数のエッチング側壁は垂直にならないことがある。複数の図９Ａおよび図９Ｂに示す帯状菱形の裏面開口９５０を使用することで、隅領域は複数の図８Ａおよび図８Ｂに示す複数の隅領域よりも比較的小さくなる。１つの菱形である任意の幾何学的形状を使用して本発明のＦＢＡＲ素子を形成する事が出来るということにもまた留意すべきである。

図１０は、１つの圧電薄膜共振器１００を含む１つの電気回路２０００の概略を示す。電気回路２０００は１つの高周波“ＲＦ”電源２１０を含む。“ＲＦ”電源２１０は１つの第１導電体２２０を介して第１電極１２０に取り付けられており、１つの第２導電体２２２により第２電極１２２に取り付けられている。共振周波数でＲＦ電圧が加えられると積層１４０全体はＺ方向の“ｄ３３”モードで共振自在となる事が出来る。共振周波数は、図１０に文字“ｄ”あるいは寸法“ｄ”で示される膜厚あるいは圧電層１３０の厚さにより確定する。共振周波数は以下の式により確定する。ｆ_０〜Ｖ／２ｄ、ここで、ｆ_０＝共振周波数、Ｖ＝圧電層の音速、ｄ＝圧電層の厚さである。複数の図７Ａ〜図１０に記載した構造は、１つのフィルタの１つの主要成分である１つの共振器として使用する事が出来るということに留意すべきである。１つのＦＢＡＲを形成するために、複数の圧電フィルム、例えばＺｎＯやＡｌＮを複数の活性剤として使用する。縦方向圧電係数や音響損失係数など、これら複数のフィルムの複数の材料特性は共振器の性能に対する複数の主要パラメ−タとなる。複数の主要な性能係数としては複数のＱ係数、挿入損失、および電気的／機械的結合を含む。

結論

１つの基板上に形成される１つの圧電薄膜共振器は、１つの第１主要表面を有する１つの圧電材料層と１つの第２主要表面とを含む。圧電薄膜共振器はまた、圧電材料層の第１主要表面と接触する１つの部分を含む１つの第１導電層と、圧電材料層の第２表面と接触する１つの第２導電層とを有する。圧電材料の少なくとも一部は第１導電層と第２導電層との間に挟まれている。上に圧電薄膜共振器が形成される基板はその中に１つの開口を有し、この開口により第１導電層が剥き出しにされる。開口は実質的に、１つの平行四辺形の形状である。この平行四辺形は１つの第１対の複数の平行な辺と１つの第２対の複数の平行な辺とを含む。第１対の複数の平行な辺は第２対の複数の平行な辺とともに９０度以外である１つの角度を成す。圧電薄膜共振器はまた、第１導電層と、１つの実質平行四辺形の形状に形成された第２導電層とを有する。圧電材料層もまた、１つの実質平行四辺形の形状とする事が出来る。幾つかの複数の実施形態において、平行四辺形は実質的に、１つの菱形の形状である。

基板にある実質平行四辺形の形状である開口は１つの第１側壁および１つの第２側壁を有する。実質平行四辺形の形状である開口の第１側壁と実質平行四辺形の形状である開口の第２側壁との間の角度は、約６７度〜７４度の範囲である。幾つかの複数の実施形態において、第１側壁と第２側壁との間の角度は約７０．５度である。基板は＜１１０＞シリコンである。幾つかの複数の実施形態において、平行四辺形の形状をした開口と素子とを含む基板も、１つの平行四辺形の形状である。実質平行四辺形の形状である開口の第１側壁および実質平行四辺形の形状である開口の第２側壁は、基板の１つの主要表面に対して実質的に垂直である。実質平行四辺形の形状である開口の第１側壁および第２側壁は圧電層の１つの主要表面に対しても実質的に垂直である。１つの＜１１０＞シリコン基板上に１つの素子を形成するための１つの方法もまた議論する。この方法は、１つの第１導電層を基板上に形成するステップと、１つの第１導電層の第１部分の上に１つの圧電層を形成するステップと、圧電層上に１つの第２電極を形成するステップとを含む。この方法はまた、圧電層および第１導電層の下にある基板の１つの裏面部分を１回の結晶方位依存性エッチングにより除去するステップを含む。基板上に第１導電層を形成するステップは、第１導電層を１つの実質平行四辺形として形成するステップを含む。平行四辺形は、相互に対して約６７度〜７４度の範囲内で１つの角度を成す２辺を含む。圧電層も１つの実質平行四辺形として形成されている。実質平行四辺形の形状である圧電層は、相互に対して約６７度〜７４度の範囲内で１つの角度を成す２辺を含む。幾つかの複数の実施形態において、圧電層は実質１つの菱形として形成される。基板上への第２導電層も、１つの実質平行四辺形として形成する事が出来る。１つの実質平行四辺形として形成される第２導電層は、相互に対して約６７度〜７４度の範囲内で１つの角度を成す２辺を含む。また、基板の１つの裏面部分を除去するステップは、素子の第１導電層に対して実質的に垂直である複数の側壁を有する１つの開口を形成するステップ、あるいは基板の第１または第２主要表面に対して実質的に垂直である複数の側壁を有する１つの開口を形成するステップを含む。基板の１つの裏面部分を除去するステップはまた、１つの平行四辺形の形状の基板の主要裏側表面をマスキングするステップと、第１導電層に到達するまで結晶方位依存性エッチング液を施すステップとを含む。一実施形態において、１つの第１組の複数の側壁が第２組の複数の側壁よりも長い平行四辺形が形成される。幾つかの複数の実施形態において、形成される平行四辺形は、１つの第１組の複数の側壁が第２組の複数の側壁の少なくとも２倍の長さである。結晶方位依存性エッチング液は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）あるいはエチレン・ジアミン・ピロカテコール（ＥＤＰ）とする事が出来る。

１つの＜１１０＞シリコン基板上に複数の素子を形成するための１つの方法もまた議論する。この方法は、１つの第１導電層を基板上に施すステップと、１つの圧電層を１つの第１導電層の第１部分の上に施すステップと、１つの第２電極を圧電層上に施すステップとを含む。第１導電層と圧電層と第２電極とが平行四辺形の形状の複数の素子になるよう形成される。複数の素子の下にある基板の裏面部分が１回の結晶方位依存性エッチングにより実質的に同時に基板上に形成される。基板の裏面部分の除去は平行四辺形の形状の複数の開口を有する１つのマスクをそこに形成するステップを含み、それらの開口は複数の素子の第１導電層の下に配置される。以上の具体的な複数の実施形態の説明は、現在の知識を適用することにより、上位概念から逸脱することなくこれを様々な複数の応用例に容易に修正、および／または改作する事が出来、従ってこのような複数の改作および複数の修正が、開示された複数の実施形態の複数の等価物の意味および範囲内に包含されるよう意図されるという本発明の要領を十分に表している。

本明細書で使用した表現あるいは専門用語は説明のためであり、限定するものではないということが理解されるべきである。従って本発明は、付属する複数の請求項の精神および広い範囲内に属するような複数の代替物、複数の修正、複数の等価物、および複数の変容を全て包含することが意図される。

第１従来技術の１つの圧電薄膜共振器の１つの断面図である。第２従来技術の１つの圧電薄膜共振器の１つの断面図である。シリコンの１つの単位格子の１つの斜視図である。シリコンの単位格子の（１０１）面、（１１１）面、および（１１２）面を示す。（１１０）図面と、（１１０）面に関連する＜１１０＞ベクトルとを示す。Ｓｉ＜１１０＞ウェハの（１１０）表面に対して垂直な４つの（１１１）面の間の関係を示す。引張応力の低い１つの材料（ＳｉＮまたはＳｉＯ_２）をウェハの頂部および底部に堆積させた後の１つの（１１０）シリコンウェハの１つの断面図である。下部電極用の金属を複数の主要表面の１つにスパッタした後の（１１０）シリコンウェハの１つの断面図である。下部電極用の金属をパターニングした後の（１１０）シリコンウェハの１つの断面図である。パターニングした下部電極用金属に圧電材料をスパッタした後の（１１０）シリコンウェハの１つの断面図である。圧電材料をパターニングした後の（１１０）シリコンウェハの１つの断面図である。上部電極用の金属をスパッタおよびパターニングした後の（１１０）シリコンウェハの１つの断面図である。引張応力の低い材料（ＳｉＮまたはＳｉＯ_２）の材料に１つの開口を形成した後の（１１０）シリコンウェハの１つの断面図である。１つの結晶方位依存性エッチングを施した後の（１１０）シリコンウェハの１つの断面図である。シリコンの単位格子の（１１０）面に関連した＜１１０＞ベクトル、および（１１１）面に関連した＜１１１＞ベクトルを示す。１つの圧電薄膜共振器の１つの第１実施形態の圧電部をシリコン基板電極上に被覆する１つの電極の１つの平面図である。結晶方位依存性エッチングにより＜１１０＞シリコンに作製される１つの圧電薄膜共振器の１つの正面図である。１つの圧電薄膜共振器の１つの第２実施形態の圧電部をシリコン基板上に被覆する１つの電極の１つの平面図である。結晶方位依存性エッチングにより＜１１０＞シリコンに作製される１つの圧電薄膜共振器の１つの正面図である。１つの圧電薄膜共振器の１つの電気回路の１つの略図である。

Claims

１つの基板上に形成される１つの圧電薄膜共振器であって、
１つの第１主要表面および１つの第２主要表面を備える１つの圧電材料層と、
前記圧電材料層の前記第１主要表面と接触する１つの部分を備える１つの第１導電層と、前記圧電材料層の前記第２表面と接触する１つの第２導電層であって、前記圧電材料の少なくとも一部が前記第１導電層と前記第２導電層との間に挟まれており、前記基板が、前記第１導電層を剥き出しにする１つの開口を中に有し、前記開口が１つの平行四辺形の形状を実質的にしており、前記平行四辺形が１つの第１対の複数の平行な辺および１つの第２対の複数の平行な辺を備え、前記第１対の複数の平行な辺が前記第２対の複数の平行な辺とともに９０度以外である１つの角度を成す第２導電層と
を備える、圧電薄膜共振器。
前記第１導電層が１つの略平行四辺形の形状を有する、請求項１に記載の圧電薄膜共振器。
前記第２導電層が１つの略平行四辺形の形状を有する、請求項２に記載の圧電薄膜共振器。
前記圧電材料層が１つの略平行四辺形の形状を有する、請求項１に記載の圧電薄膜共振器。
前記平行四辺形が１つの略菱形の形状を有する、請求項１に記載の圧電薄膜共振器。
前記略平行四辺形の形状を有する開口が１つの第１側壁および１つの第２側壁を有し、前記略平行四辺形の形状を有する開口の前記第１側壁と前記略平行四辺形の形状を有する開口の前記第２側壁との間の前記角度が約６７度〜７４度の範囲内である、請求項１に記載の圧電薄膜共振器。
前記略平行四辺形の形状を有する開口が１つの第１側壁および１つの第２側壁を有し、前記略平行四辺形の形状を有する開口の前記第１側壁と前記略平行四辺形の形状を有する開口の前記第２側壁との間の前記角度が約７０．５度である、請求項１に記載の圧電薄膜共振器。
前記基板が＜１１０＞シリコンである、請求項７に記載の圧電薄膜共振器。
前記基板が＜１１０＞シリコンである、請求項１に記載の圧電薄膜共振器。
前記平行四辺形の形状を有する開口を備える前記基板も１つの平行四辺形の形状を有する、請求項１に記載の圧電薄膜共振器。
前記略平行四辺形の形状を有する開口が１つの第１側壁および１つの第２側壁を有し、前記略平行四辺形の形状を有する開口の前記第１側壁および前記略平行四辺形の形状を有する開口の前記第２側壁のうちの少なくとも１つが前記基板の１つの主要表面に対して垂直である、請求項１に記載の圧電薄膜共振器。
前記略平行四辺形の形状を有する開口が１つの第１側壁および１つの第２側壁を有し、前記略平行四辺形の形状を有する開口の前記第１側壁および前記略平行四辺形の形状を有する開口の前記第２側壁のうちの少なくとも１つが前記圧電層の１つの主要表面に対して垂直である、請求項１に記載の圧電薄膜共振器。
１つの＜１１０＞シリコン基板上に１つの素子を形成するための１つの方法であって、
前記基板上へ１つの第１導電層を形成する段階と、
１つの第１導電層の前記第１部分の上へ１つの圧電層を形成する段階と、
前記圧電層の上へ１つの第２電極を形成する段階と、
前記圧電層および前記第１導電層の下にある前記基板の１つの裏面部分を１回の結晶方位依存性エッチングにより除去する段階と
を備える、方法。
前記基板上に前記第１導電層を形成する段階が、前記第１導電層を１つの略平行四辺形として形成する段階を備える、請求項１３に記載の１つの＜１１０＞シリコン基板上に１つの素子を形成する方法。
前記基板上に前記第１導電層を形成する段階が前記第１導電層を１つの略平行四辺形として形成する段階を備え、この平行四辺形が、相互に対して約６７度〜７４度の範囲内である１つの角度を成す２つの辺を備える、請求項１３に記載の１つの＜１１０＞シリコン基板上に１つの素子を形成する方法。
前記基板上に前記圧電層を形成する段階が、前記圧電層を１つの略平行四辺形として形成する段階を備える、請求項１３に記載の１つの＜１１０＞シリコン基板上に１つの素子を形成する方法。
前記基板上に前記圧電層を形成する段階が前記圧電層を１つの略平行四辺形として形成する段階を備え、前記平行四辺形が、相互に対して約６７度〜７４度の範囲内である１つの角度を成す２つの辺を備える、請求項１３に記載の１つの＜１１０＞シリコン基板上に１つの素子を形成する方法。
前記基板上に前記圧電層を形成する段階が、前記圧電層を１つの略菱形として形成する段階を備える、請求項１３に記載の１つの＜１１０＞シリコン基板上に１つの素子を形成する方法。
前記基板上に前記第２導電層を形成する段階が、前記第２導電層を１つの略平行四辺形として形成する段階を備える、請求項１３に記載の１つの＜１１０＞シリコン基板上に１つの素子を形成する方法。
前記基板上に前記第２導電層を形成する段階が前記第２導電層を１つの略平行四辺形として形成する段階を備え、この平行四辺形が、相互に対して約６７度〜７４度の範囲内である１つの角度を成す２つの辺を備える、請求項１３に記載の１つの＜１１０＞シリコン基板上に１つの素子を形成する方法。
前記基板の１つの裏面部分を除去する段階が、前記素子の前記第１導電層に対して実質的に垂直な複数の側壁を備えた１つの開口を形成する段階を備える、請求項１３に記載の１つの＜１１０＞シリコン基板上に１つの素子を形成する方法。
前記基板の１つの裏面部分を除去する段階が、前記基板の前記第１あるいは第２主要表面に対して実質的に垂直な複数の側壁を備えた１つの開口を形成する段階を備える、請求項１３に記載の１つの＜１１０＞シリコン基板上に１つの素子を形成する方法。
前記基板の１つの裏面部分を除去する段階が、
前記基板の前記主要裏側表面を１つの平行四辺形の形状にマスキングする段階と、
前記第１導電層に到達するまで前記結晶方位依存性エッチング液を施す段階と
を備える、請求項１３に記載の１つの＜１１０＞シリコン基板上に１つの素子を形成する方法。
１つの第１組の複数の側壁が第２組の複数の側壁よりも長い前記平行四辺形が形成される、請求項２３に記載の１つの＜１１０＞シリコン基板上に１つの素子を形成する方法。
１つの第１組の複数の側壁が第２組の複数の側壁の少なくとも２倍の長さである前記平行四辺形が形成される、請求項２３に記載の１つの＜１１０＞シリコン基板上に１つの素子を形成する方法。
前記結晶方位依存性エッチング液が水酸化カリウム（ＫＯＨ）である、請求項２３に記載の１つの＜１１０＞シリコン基板上に１つの素子を形成する方法。
前記結晶方位依存性エッチング液がエチレン・ジアミン・ピロカテコール（ＥＤＰ）である、請求項２３に記載の１つの＜１１０＞シリコン基板上に１つの素子を形成する方法。
１つの＜１１０＞シリコン基板上に複数の素子を形成するための１つの方法であって、前記方法が、
前記基板上に１つの第１導電層を施す段階と、
１つの第１導電層の前記第１部分の上に１つの圧電層を施す段階と、
前記圧電層上に１つの第２電極を施す段階と、
前記第１導電層と前記圧電層と前記第２電極とを平行四辺形の形状を有する複数の素子になるように形成する段階と、
実質的に同時に基板上に形成された、前記複数の素子の下にある前記基板の１つの裏面部分を１回の結晶方位依存性エッチングにより除去する段階と
を備える、方法。
前記基板の前記裏面部分を除去する段階が、複数の素子の前記第１導電層の下に配置されて平行四辺形の形状をしている複数の開口を中に備えた１つのマスクを形成する段階を備える、請求項２８に記載の方法。
前記基板の前記裏面部分を除去する段階が、複数の素子の前記第１導電層の下に配置されて平行四辺形の形状をしている複数の開口を中に備えた１つのマスクを形成する段階を備え、前記平行四辺形の形状を有する複数の開口が相互に対して約６７度〜７４度の範囲内の１つの角度を成す２つの辺を備える、請求項２８に記載の方法。