JP2007535279A - 集積化された多周波数帯圧電薄膜共振器（ｆｂａｒ）の形成 - Google Patents
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Abstract
【課題】集積化された多数周波数帯圧電薄膜共振器を形成する方法を提供する。
【解決手段】リソグラフィー技術を用いて、多周波数帯圧電薄膜共振器（Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ、ＦＢＡＲ）を１つの同じ集積回路上に形成するとしてもよい。このようにすることによって、再現性のある構成部品を大量生産できるようになり、製造された共振器は周波数が互いに異なる構造となる。
【選択図】図３
【解決手段】リソグラフィー技術を用いて、多周波数帯圧電薄膜共振器（Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ、ＦＢＡＲ）を１つの同じ集積回路上に形成するとしてもよい。このようにすることによって、再現性のある構成部品を大量生産できるようになり、製造された共振器は周波数が互いに異なる構造となる。
【選択図】図３
Description
本発明は、広くはフロントエンドＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）フィルタに関し、特に圧電薄膜共振器（Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ、ＦＢＡＲ）に関する。
ＦＢＡＲには、特に高周波において、表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスやセラミックフィルタといった技術に比べて多くの利点がある。例えば、ＳＡＷフィルタでは２．４ＧＨｚを超えると挿入損失が過大になり始め、セラミックフィルタにはＦＢＡＲよりかなり大型で周波数が高くなると製造が難しくなってしまうという問題がある。
従来のＦＢＡＲフィルタにはＦＢＡＲ群を２つ備えているものがあり、このような構成により所望のフィルタ応答を実現する。直列ＦＢＡＲ群と並列ＦＢＡＲ群はそれぞれ所定の周波数を持つ。このため、さまざまな理由から、１つの同じ集積回路上に複数の周波数帯域を持つフィルタを複数（本明細書では多周波数ＦＢＡＲと呼ぶ）を設けることが望ましい。通常の単一周波数帯ＲＦフィルタは、２つの異なる周波数を持つ共振器群を２つ（直列と並列）備える。通常の携帯電話では、複数の異なる周波数帯域用に複数のフィルタが用いられている。このような複数のフィルタは１つの同じシリコンウェハに集積化することが非常に望ましい。ここで例を挙げると、１つの同じシリコンウェハ上にフィルタを２つ配設すると、４つの異なる周波数を持つ４つの共振器群が必要となる。
しかし、集積化された多周波数ＦＢＡＲを現在の製造技術で実現するのは簡単でない。複数の周波数を持つ集積回路を繰り返し生産するためには厚みを何段階かで異ならせることが必要だが、現在の技術水準はこのような特徴を実現できるような高いレベルには達していない。
このため、複数の周波数帯域を有するＦＢＡＲ集積回路を製造する技術の向上が望まれている。
図１に示すとおり、圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）１０は上部電極２０、下部電極１６および両電極間に挟まれた圧電膜１４を備えるとしてもよい。この構造が、基板１２上に形成された誘電体層１４の上に形成されるとしてもよい。本発明の一実施形態によれば、誘電体層１４は二酸化シリコンから成るとしてもよい。下部電極１６は、アルミニウム、モリブデン、白金またはタングステンなどの材料から成るとしてもよい。
圧電膜１８を形成する材料の例を挙げると、窒化アルミニウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）または酸化亜鉛などがある。上部電極２０は下部電極１６と同じ材料から成るとしてもよい。
以下の説明ではバルクマイクロマシニング製造技術を例として挙げるが、本発明は同様に表面マイクロマシニングＦＢＡＲプロセスにも利用が可能である。
図１に示した構造は、変調材料から成る膜２２によって被覆されている。当該変調材料は音響品質係数が高い材料で、酸化アルミニウム、ポリシリコン、モリブデンまたはタングステンなどが例として挙げられる。
次に、堆積膜２２が図２に示す構造となるようパターニングされる。このパターニングにより、（水平方向の）幅が互いに異なるストライプ２２ａとストライプ２２ｂから成るストライプ群が形成されるとしてもよい。このストライプ群２２のパターンにより、完成品であるＦＢＡＲの周波数が決まるとしてもよい。
次に図３に示すように、裏面シリコンエッチングにより溝２４を形成し、その結果溝２４の上方に薄膜が形成されるとしてもよい。
図４に示すように、第１ＦＢＡＲ１０は該ＦＢＡＲ１０との電気接続を確立する接続面となる下部電極１６を備えるとしてもよい。ストライプ２２ｂは、ＦＢＡＲの端縁から端縁まで延伸していてもよく、ストライプ２２ａも同様の構成としてもよい。しかし、一実施形態においては、ストライプ２２ａ間の間隙が、各ストライプ２２ａの幅と同様に、異なるとしてもよい。
ストライプ群２２の形成方法には、パターニングやエッチングを含む従来のリソグラフィー技術を用いてもよい。このため、変調材料２２の特性の精度は非常に厳しく調整されるとしてもよい。
第２ＦＢＡＲ１０ａも同じ基板１２上に形成されるとしてもよい。第２ＦＢＡＲ１０ａの動作周波数は、第２ＦＢＡＲ１０ａのストライプ２０ｃおよび２０ｄがＦＢＡＲ１０のストライプ２０ａおよび２０ｂとは寸法が異なるので、第１ＦＢＡＲ１０の動作周波数とは異なるとしてもよい。
図３に示される、リソグラフィーを用いたパターニングでＦＢＡＲ薄膜上に形成された特徴部分によって共振モードが実現され、その周波数は該特徴部分の寸法や形状によって決まる。このため、異なる周波数を持つ共振器を、同じ厚さの薄膜によって構成するとしてもよい。つまり、本発明の実施形態によれば、１つの同じ集積回路上に周波数が異なる複数のＦＢＡＲ（多周波数ＦＢＡＲと呼ぶ）を形成する場合に、再現性が非常に高い従来の集積回路製造技術を用いることができる。
図５に示すように、本発明の別の実施形態によると、上述の実施形態に係る上部電極２０が、変調材料から成るストライプ２０ａおよび２０ｂとして形成されるとしてもよい。つまり、変調材料は、ＦＢＡＲの周波数の決定要因であるだけでなく、上部電極２０としても機能する。一実施形態によると、ＦＢＡＲの電極の形成材料として利用できる材料のうち任意のものから成る膜２０の（垂直方向の）厚みを調整して、所望の周波数を達成するとしてもよい。このため、ストライプ２０ａおよび２０ｂのパターンおよび形状は所望の周波数を達成できるように調整するとしてもよい。本発明の実施形態においては、ストライプ群２０の各ストライプ間の間隙、各ストライプのサイズおよび／または垂直方向の厚みを調整して、所望の性能を実現するとしてもよい。
図６に示すように、基板１２によってキャビティ２４が形成され、ＦＢＡＲ薄膜構造を実現するとしてもよい。上記では所望の周波数を達成するためにストライプ群を用いたが、ほかの実施形態においてはこれ以外の形状に基づいて周波数を調整するとしてもよい。このように、ＦＢＡＲの周波数を調整するのに用いられる特徴部分の形状について、本発明は特定のものに限定されない。また、１つの同じ集積回路上に形成される異なる周波数を持つＦＢＡＲの数はいくつであってもよい。
限られた数の実施形態に基づき本発明を説明したが、以上の開示から数多くの変形例を実施することが可能である。本願の請求項は、本発明の真の範囲および目的に含まれる限り、そのような変形例をすべて含むものと解釈すべきである。
Claims (24)
- リソグラフィー技術を用いて、異なる周波数を持つ少なくとも２つの圧電薄膜共振器を、１つの集積回路上に形成すること
を含む方法。 - 基板上に下部電極を形成すること
を含む請求項１に記載の方法。 - 前記下部電極の上に圧電材料を形成すること
を含む請求項２に記載の方法。 - 前記圧電材料の上に上部電極を形成すること
を含む請求項３に記載の方法。 - 前記共振器それぞれの周波数を決定するべく、前記上部電極の上に変調材料を形成すること
を含む請求項４に記載の方法。 - 前記共振器それぞれの周波数を決定するべく、前記上部電極を形成すること
を含む請求項４に記載の方法。 - １つの集積回路上に、複数の上部電極を有し且つ当該上部電極の垂直方向の高さがそれぞれ異なる共振器を形成すること
を含む請求項６に記載の方法。 - 上部電極の上に形成された複数のストライプのパターンが異なるため周波数が異なる共振器を少なくとも２つ形成すること
を含む請求項１に記載の方法。 - 前記上部電極の上に、音響品質係数が高い材料を堆積すること
を含む請求項１に記載の方法。 - 周波数が異なる２つの共振器を形成するべく、２つの共振器の上部電極をそれぞれリソグラフィー技術を用いてパターニングすること
を含む請求項１に記載の方法。 - ２つの異なる周波数を持つ複数の共振器を形成するべく、前記共振器のそれぞれの上部電極の特性を調整すること
を含む請求項１に記載の方法。 - 方法であって、
集積回路上に、第１周波数を持つ第１圧電薄膜共振器を形成することと、
前記集積回路上に、前記第１周波数とは異なる第２周波数を持つ第２圧電薄膜共振器を、リソグラフィー技術およびパターニングによって、前記共振器同士を識別できるように形成することと
を含む方法。 - 各共振器について、基板上に下部電極、前記下部電極の上に圧電材料、および前記圧電材料の上に上部電極を形成すること
を含む請求項１２に記載の方法。 - 前記２つの共振器それぞれの周波数を決定すべく、前記上部電極の上に変調材料を形成すること
を含む請求項１３に記載の方法。 - 前記２つの共振器それぞれの周波数を決定するように前記上部電極を形成すること
を含む請求項１３に記載の方法。 - 周波数が異なる２つの共振器を製造すべく、前記共振器の上部電極の垂直方向の高さを調整すること
を含む請求項１５に記載の方法。 - 前記２つの圧電薄膜共振器それぞれの周波数帯域を決定すべく、前記上部電極の上に、変調材料から成り、且つ幅が異なるストライプを複数形成すること
を含む請求項１３に記載の方法。 - 周波数が異なる前記２つの共振器を形成すべく、前記共振器それぞれの上部電極の特性を調整すること
を含む請求項１２に記載の方法。 - 集積回路であって、
第１周波数で動作する第１圧電薄膜共振器と、
第２周波数で動作する第２圧電薄膜共振器と
を備え、
前記第１共振器および第２共振器それぞれの周波数を異ならせるべく、前記第１共振器および前記第２共振器の上部電極構造はパターニングが異なる
集積回路。 - 前記第１共振器および前記第２共振器はそれぞれ上部電極を有し、当該上部電極は両共振器の周波数が互いに異なるようにパターニングが異なる
請求項１９に記載の集積回路。 - 前記上部電極構造は変調材料を含み、前記共振器はそれぞれ上部電極を有し、前記変調材料は前記上部電極の上に形成され、周波数が異なる共振器が形成されるように、前記第１共振器の変調材料は第１パターンを有し、前記第２共振器の変調材料は第２パターンを有する
請求項１９に記載の集積回路。 - 前記第１共振器および前記第２共振器はそれぞれ電極を有し、当該電極は互いに厚みが異なる
請求項１９に記載の集積回路。 - 前記第１共振器および前記第２共振器はそれぞれ、平行に配設された複数のストライプとして形成された上部電極を有する
請求項１９に記載の集積回路。 - 前記複数のストライプは、前記共振器の周波数を決めるべく、異なる厚みを持つ
請求項２３に記載の集積回路。
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