JP2007037102A - 薄膜バルク音響共振器および表面音響波共振器が集積された集積フィルタおよびその製造方法 - Google Patents

薄膜バルク音響共振器および表面音響波共振器が集積された集積フィルタおよびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明はＦＢＡＲおよびＳＡＷ共振器が集積された集積フィルタ（Integrated Filter）が開示される。
【解決手段】本集積フィルタは、基板と、基板の上部表面上の所定第１領域に位置する第１電極と、第１電極上に位置する第１圧電層と、第１圧電層上に位置する第２電極と、基板の上部表面上の所定第２領域に位置する第２圧電層と、第２圧電層上に位置するＩＤＴ（Interdigital Transducer）電極とを含む。ＩＤＴ電極が、第２圧電層上に位置し、コーム構造で製造された第１ＩＤＴ電極と、第１ＩＤＴ電極と噛み合ったコーム構造で製造された第２ＩＤＴ電極とを含むことができ、第１圧電層および第２圧電層が同一物質で製造されることができる。これによって様々な周波数帯域で動作するフィルタを小型で製造できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、フィルタおよびその製造方法に関し、詳細には薄膜バルク音響共振器および表面音響波共振器の集積された集積フィルタ（Integrated Filter）およびその製造方法に関する。
最近、携帯電話機に代表される移動通信機器が急速に普及するにつれ、機器で使用されている小型軽量フィルタおよびデュプレクサーの需要も共に増大しつつある。一方、フィルタを具現するための手段として薄膜バルク音響共振器（Film Acoustic Resonator：以下、ＦＢＡＲと称する）および表面音響波（Surface Acouatic Wave：以下、ＳＡＷと称する）共振器などが使用される。
ＦＢＡＲは最小限のコストで大量生産が可能であり、最小型で具現できる長所を持つ。また、フィルタの主な特性である品質係数（Quality Factor：Ｑ）値を具現することができる。一般に、ＦＢＡＲ素子は基板上に下部電極、圧電層、および上部電極の順で積層された共振部を含む。ＦＢＡＲ素子の動作原理は電極に電気的なエネルギーを印加して圧電層内に時間的に変化する電界を誘起し、この電界は圧電層内で共振部の振動方向と同じ方向に音響波（Bulk Acoustic Wave）を誘発して共振を発生させる。
一方、ＳＡＷフィルタの場合、その構造が簡単であり、大量生産が可能である利点を有する。即ち、ＳＡＷフィルタは圧電基板上にコーム構造で製造されたＩＤＴ（Inter Digital Transducer）電極で構成される。この場合、ＩＤＴ電極のコーム構造パターンが微細であるため所定サイズ以上の周波数大域で使用するには困難が伴なう。従って、ＳＡＷフィルタは一般的に低周波帯域にて使用される。
一方、従来は様々な周波数帯域で使用させるために、ＦＢＡＲおよびＳＡＷ共振器をハイブリッド方式で接続する方式に基づきフィルタを具現化した。この場合、使用可能な周波数帯域が広がる利点はあるものの、接続の工程が複雑で、かつ収率が落ちてしまう問題を抱えている。
さらに、別に製造された複数の共振器を接続して使用することから、全体のフィルタサイズが増大してしまう。これらの理由から、携帯電話機のような小型電子機器に使用するには不適当である。
韓国特許公開第２００３−０７１２０８号明細書 特開２００４−２８２５１４号公報 米国特許第６，７１０，６８１号明細書 特開２００２−２６８６４４号公報
本発明は前述した問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、薄膜バルク音響共振器および表面音響波共振器が１つの基板上に集積された集積フィルタおよびその製造方法を提供することにある。
前述した目的を達成するための本発明の一実施の形態にかかる集積フィルタは、基板と、前記基板の上部表面上の所定第１領域に位置する第１電極と、前記第１電極上に位置する第１圧電層と、前記第１圧電層上に位置する第２電極と、前記基板の上部表面上の所定第２領域に位置する第２圧電層と、前記第２圧電層上に位置するＩＤＴ（Interdigital Transducer）電極とを含む。
好ましくは、前記ＩＤＴ電極が、前記第２圧電層上に位置し、コーム構造で製造された第１ＩＤＴ電極と、前記第２圧電層上に位置し、前記第１ＩＤＴ電極と噛み合ったコーム構造で製造された第２ＩＤＴ電極とを含む。
この場合、前記第１圧電層および第２圧電層は同一な物質からなっている。
また好ましくは、前記第１電極の下部に製造された第１空洞部と、前記第２圧電層の下部に製造された第２空洞部とを更に含むことができる。
また、前記第１電極と接続された第１パッドと、前記第２電極と接続された第２パッドと、前記第１ＩＤＴ電極と接続された第３パッドと、前記第２ＩＤＴ電極と接続された第４パッドとを更に含むことができる。
一方、本発明の一実施の形態に係る集積フィルタの製造方法は、基板上の所定第１領域に第１電極を製造するステップと、前記基板上に圧電物質を積層した後パターニングを行ない、前記第１電極上に位置する第１圧電層および前記第２基板上の所定第２領域に位置する第２圧電層を製造するステップと、前記基板上に導電性物質を積層した後パターニングを行ない、前記第１圧電層上に位置した第２電極および前記第２圧電層上に位置したＩＤＴ電極を製造するステップと、前記第１領域および第２領域の下部基板をエッチングし空洞部を製造するステップとを含む。
好ましくは、前記ＩＤＴ電極が、コーム構造でパターニングされた第１ＩＤＴ電極および前記第１ＩＤＴ電極と噛み合ったコーム構造でパターニングされた第２ＩＤＴ電極から分離されることができる。
本発明によると、ＦＢＡＲおよびＳＡＷ共振器を１つの基板上に集積させることができる。これによって、様々な周波数帯域で動作するフィルタを小型で具現することが可能であり、かつ製造収率も向上される。
以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施形態を詳述する。
図１は本発明の一実施の形態にかかる集積フィルタの構成を示す垂直断面図である。同図によると、本集積フィルタは、基板１１０、第１電極１２０、第２圧電層１３０、第２圧電層１４０、第２ＩＤＴ電極１７０、第１空洞部１８０、第２空洞部１８５、第１ないし第４パッド１９１ないし１９４を含んでなる。
基板１１０は、通常のシリコンウエハから具現される。
基板１１０の上部表面上の所定第１領域には第１電極１２０が位置する。
第１電極１２０はメタルのような導電性物質からなる。
第１電極１２０および周辺基板１１０の領域上には第１圧電層１３０が位置する。この場合、第１圧電層１３０は第１電極１２０の上部にのみ位置することができるが、図１に示すように、第１電極１２０周辺の基板１１０領域まで延長製造して、基板１１０によって支持され得るようにすることが好ましい。
第１圧電層１３０上には第２電極１５０が位置する。第２電極１５０もメタルのような通常の導電性物質から製造される。
第１電極１２０、第１圧電層１３０、第２電極１５０はＦＢＡＲを具現する。この場合、第１領域の下部基板１１０をエッチングして第１空洞部１８０を製造し、エアギャップ型ＦＢＡＲの形態で具現できる。これによって、第１電極１２０および第２電極１５０に電源が接続されると、第１圧電層１３０が圧電現象を引き起こして基板の表面に垂直方向に向って共振される。共振時に発生する音響波は第１空洞部１８０によって反射されて共振特性を向上させることができる。
一方、基板１１０の上部表面上の所定第２領域には、第２圧電層１４０が位置する。第２圧電層１４０は、第１圧電層１３０の製造時に一緒に製造できる。即ち、圧電物質を基板１１０の上部表面上に積層した後パターニングすることによって、第１圧電層１３０および第２圧電層１４０を同時に製造する。
第２圧電層１４０上にはＩＤＴ電極が位置する。ＩＤＴ電極は、第１ＩＤＴ電極１６０および第２電極１７０からなる。第１ＩＤＴ電極１６０は、第２圧電層１４０上で水平状に位置しているコーム構造で製造される。さらに、第２ＩＤＴ電極１７０は第１ＩＤＴ電極１６０と噛み合った形態のコーム構造で製造される。これによって、第２圧電層１４０、第１ＩＤＴ電極１６０、第２ＩＤＴ電極１７０はＳＡＷ共振器をなす。第１および第２ＩＤＴ電極１６０，１７０にそれぞれ電源が接続されると第２圧電層１４０が圧電現象を引き起こして基板の表面にて水平方向に共振される。この場合、第２領域下部の基板１１０もエッチングして第２空洞部１８５を製造し、ＳＡＷ共振器の共振特性も向上させることができる。
一方、第１電極１２０、第２電極１５０、第１ＩＤＴ電極１６０、および第２ＩＤＴ電極１７０は第１ないし第４パッド１９１ないし１９４とそれぞれ接続される。各パッド１９１ないし１９４は、第１電極１２０、第２電極１５０、第１ＩＤＴ電極１６０、および第２ＩＤＴ電極１７０と外部電源を接続させるための部分である。
図２は図１における集積フィルタの構成を示す水平断面図である。同図によると、基板１１０上にＦＢＡＲおよびＳＡＷ共振器が集積される。
即ち、同図において、第２電極１５０の下部には第１圧電層１３０および第１電極１２０が位置し、ＦＢＡＲを具現する。第１電極１２０には第１パッド１９１が接続され、第２電極１５０には第２パッド１９２が接続される。
一方、第２圧電層１４０上には第１ＩＤＴフィルタ１６０および第２ＩＤＴフィルタ１７０が互いに噛み合ったコーム構造で製造されて、ＳＡＷ共振器を具現する。第１ＩＤＴフィルタ１６０には第３パッド１９３が接続され、第２ＩＤＴフィルタ１７０には第４パッド１９４が接続されている。
図３Ａないし図３Ｅは、図１の集積フィルタを製造する製造方法を説明するための垂直断面図である。
図３Ａにおいて、基板１１０上の所定の第１領域上には第１電極１２０を製造する。詳細には、メタルのような導電性物質を積層してからパターニングを行なう方式に基づいて第１電極１２０が製造される。
図３Ｂにおいて、第１圧電層１３０および第２圧電層１４０を製造する。詳細には、第１電極１２０の形成領域を含んだ基板１１０の全面に圧電物質を積層してから、第１電極１２０上の一部領域および基板上の一部領域を除いた残りの部分に積層された圧電物質を取除くことによって、第１および第２圧電層１３０、１４０を同時に製造できる。圧電物質としては、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などが使用される。かかるＦＢＡＲ製造に必要な圧電層の製造時には、ＳＡＷ共振器に必要な圧電層も共に製造できる。従って、圧電基板上に別のＳＡＷ共振器を製造して接合する必要がなくなる。
図３Ｃにおいて、第２電極１５０、第１ＩＤＴ電極１６０、第２ＩＤＴ電極１７０を製造する。詳細には、第１電極１２０、第１および第２圧電層１３０，１４０を含んだ基板１１０の全面に導電性物質を積層してからパターニングを行なって、第２電極１５０、第１ＩＤＴ電極１６０、および第２ＩＤＴ電極１７０を同時に製造できる。
図３Ｄにおいて、第１電極１２０の下部および第２圧電層１４０の下部の基板１１０をエッチングして、第１空洞部１８０および第２空洞部１８５を製造する。詳細には、基板１１０の上部あるいは下部方向でビアホール（図示せず）を製造し、エッチング液またはガスを注入し基板１１０をエッチングする方式に基づいて第１および第２空洞部１８０，１８５を製造できる。
図３Ｅにおいて、第１ないし第４パッド１９１ないし１９４を製造する。詳細には、第１電極１２０、第２電極、第１ＩＤＴ電極１６０、および第２ＩＤＴ電極１７０を含んだ基板１１０の全面に導電性物質を積層してから、パターニングを行なう方式に基づいて第１ないし第４パッド１９１ないし１９４を製造する。各パッド１９１ないし１９４を用いて外部電源がＦＢＡＲあるいはＳＡＷ共振器に印加されることによって、様々な周波数帯域でフィルリングを行なうことが可能となる。
以上、図面に基づいて本発明の好適な実施形態を図示および説明してきたが本発明の保護範囲は、前述の実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。
本発明の一実施の形態に係る集積フィルタの構成を示す垂直断面図である。 図１の集積フィルタの構成を示す水平断面図である。 図１の集積フィルタの製造方法を説明するための垂直断面図である。 図１の集積フィルタの製造方法を説明するための垂直断面図である。 図１の集積フィルタの製造方法を説明するための垂直断面図である。 図１の集積フィルタの製造方法を説明するための垂直断面図である。 図１の集積フィルタの製造方法を説明するための垂直断面図である。
符号の説明
１１０…基板
１２０…第１電極
１３０…第１圧電層
１４０…第２圧電層
１５０…第２電極
１６０…第１ＩＤＴ電極
１７０…第２ＩＤＴ電極
１８０…第１空洞部
１８５…第２空洞部
１９１…第１パッド
１９２…第２パッド
１９３…第３パッド
１９４…第４パッド

Claims (7)

  1. 基板と、
    前記基板の上部表面上の所定第１領域に位置する第１電極と、
    前記第１電極上に位置する第１圧電層と、
    前記第１圧電層上に位置する第２電極と、
    前記基板の上部表面上の所定第２領域に位置する第２圧電層と、
    前記第２圧電層上に位置するＩＤＴ（Interdigital Transducer）電極と
    を含むことを特徴とする集積フィルタ（Integrated Filter）。
  2. 前記ＩＤＴ電極が、
    前記第２圧電層上に位置し、コーム構造で製造された第１ＩＤＴ電極と、
    前記第２圧電層上に位置し、前記第１ＩＤＴ電極と噛み合ったコーム構造で製造された第２ＩＤＴ電極と
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の集積フィルタ。
  3. 前記第１圧電層および第２圧電層は同一な物質からなっていることを特徴とする請求項２に記載の集積フィルタ。
  4. 前記第１電極の下部に製造された第１空洞部と、
    前記第２圧電層の下部に製造された第２空洞部と
    を更に含むことを特徴とする請求項３に記載の集積フィルタ。
  5. 前記第１電極と接続された第１パッドと、
    前記第２電極と接続された第２パッドと、
    前記第１ＩＤＴ電極と接続された第３パッドと、
    前記第２ＩＤＴ電極と接続された第４パッドと
    を含むことを特徴とする請求項４に記載の集積フィルタ。
  6. 基板上の所定第１領域に第１電極を製造するステップと、
    前記基板上に圧電物質を積層した後パターニングを行ない、前記第１電極上に位置する第１圧電層および前記第２基板上の所定第２領域に位置する第２圧電層を製造するステップと、
    前記基板上に導電性物質を積層した後パターニングを行ない、前記第１圧電層上に位置した第２電極および前記第２圧電層上に位置したＩＤＴ電極を製造するステップと、
    前記第１領域および第２領域の下部基板をエッチングし空洞部を製造するステップと
    を含むことを特徴とする集積フィルタの製造方法。
  7. 前記ＩＤＴ電極が、コーム構造でパターニングされた第１ＩＤＴ電極および前記第１ＩＤＴ電極と噛み合ったコーム構造でパターニングされた第２ＩＤＴ電極から分離されたことを特徴とする請求項６に記載の集積フィルタの製造方法。
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