JP2008054337A - 基板接合を利用して製造されたデュプレクサとその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板接合工程を利用してデュプレクサを簡単で堅固に製造できる方法を開示する。
【解決手段】このエアギャップ型ＦＢＡＲを利用したデュプレクサの製造方法は、積層共振部が複数製作された第１基板部の製造段階、複数のエアギャップおよびその間に形成されたアイソレーション部が製作された第２基板部の製造段階および第１基板部と第２基板部を接合させる段階を含む。
【選択図】図９
【解決手段】このエアギャップ型ＦＢＡＲを利用したデュプレクサの製造方法は、積層共振部が複数製作された第１基板部の製造段階、複数のエアギャップおよびその間に形成されたアイソレーション部が製作された第２基板部の製造段階および第１基板部と第２基板部を接合させる段階を含む。
【選択図】図９
Description
本発明は、薄膜バルク音響共振器（Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ：以下、“ＦＢＡＲ”という）およびこれを用いるデュプレクサに関し、より詳しくは、基板接合工程を通じて簡便な方法で製造されたエアギャップ（Ａｉｒ Ｇａｐ）を有するＦＢＡＲおよびデュプレクサとその製造方法に関する。
携帯電話に代表される移動通信機器の急速な補給により、このような機器において用いられる小型軽量フィルタの需要は急激に増加している。一方、帯電力の用途に適合したフィルタを構成するための有力な手段としてはＦＢＡＲが知られているが、ＦＢＡＲは、最小限の費用で大量生産が可能であり、最小型で具現できるという長所がある。また、フィルタの主な特性である高品質係数（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｆａｃｔｏｒ：Ｑ）値を具現することが可能であり、特にＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）とＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｒｄｌｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍ）帯域までも具現できるという長所を有している。
一般的にＦＢＡＲ素子は、基板上に第１電極、圧電層および第２電極を順序に積層して具現する。その動作原理は、電極に電気的エネルギーを印加して圧電層内に経時的に変化する電界を誘起し、この電界により、圧電層内において積層共振部の振動方向と同一方向に音響波（Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）を誘発させて共振を発生させることである。
一方、デュプレクサ（Ｄｕｐｌｅｘｅｒ）とは、フィルタ（Ｆｉｌｔｔｅｒ）を複合的に利用する代表的な素子の１種であって、周波数分割方式（ＦＤＤ）で具現される通信システムにおいて、１つのアンテナを通じて送信する信号および受信する信号を適切に分岐することにより、同一のアンテナを効率的に共有できるようにする役割をする素子である。
デュプレクサの基本構造は、アンテナを除いて主に送信端フィルタおよび受信端フィルタからなる。送信端フィルタは、送信しようとする周波数のみを通過させるバンドパスフィルタ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）、受信端フィルタは、受信しようとする周波数のみを通過させるバンドパスフィルタであって、デュプレクサは、送信端フィルタおよび受信端フィルタにおいてパスする周波数を相互に調整することにより、１つのアンテナにて送受信がなされるようにする。デュプレクサは、前述のＦＢＡＲを送受信端フィルタとして用いてその性能を向上させることができる。
一方、前記送信端フィルタおよび受信端フィルタを通じて送受信する信号の周波数は、その差が微少であるため、相互間の干渉により敏感に反応することになるところ、前記送信端フィルタおよび受信端フィルタを離間して相互干渉を防止するアイソレーション部を追加し、より性能が向上したデュプレクサを製作することができる。前記アイソレーション部は、通常はキャパシタおよびインダクタを用いて位相シフト（Ｐｈａｓｏｒ Ｓｈｉｆｔｅｒ）を具現することにより、送信信号および受信信号の周波数の位相差が９０°となるようにして相互干渉を防止するようにしている。
図１Ａないし図１Ｃは、従来技術により製造されたＦＢＡＲ素子、図２Ａおよび図２Ｂは、従来技術により製造されたデュプレクサの一般的な構成を示す図面である。
先ず、図１Ａないし図１Ｃは、それぞれブラッグ反射（Ｂｌａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）型ＦＢＡＲ、バルクマイクロマシニング（Ｂｕｌｋ ｍｉｃｒｏ−Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）型ＦＢＡＲおよび表面マイクロマシニング（Ｓｕｒｆａｃｅ ｍｉｃｒｏ−Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）型ＦＢＡＲの断面図である。
先ず、図１Ａないし図１Ｃは、それぞれブラッグ反射（Ｂｌａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）型ＦＢＡＲ、バルクマイクロマシニング（Ｂｕｌｋ ｍｉｃｒｏ−Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）型ＦＢＡＲおよび表面マイクロマシニング（Ｓｕｒｆａｃｅ ｍｉｃｒｏ−Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）型ＦＢＡＲの断面図である。
図１Ａに示すブラッグ反射型ＦＢＡＲは、基板１０上に弾性インピーダンス差の大きい物質を１層おきに蒸着して反射層１１を構成し、下部電極１２、圧電層１３および上部電極１４を順に積層した構造であって、圧電層１３を通過した弾性波エネルギーが、基板１０方向に伝達されずに反射層１１で全て反射され、効率的な共振を発生できるようにしたものである。このようなブラッグ反射型ＦＢＡＲは、構造的に堅固であり、曲げによるストレスがないものの、全反射のために必要な厚さが正確に規定される４層以上の反射層を形成し難く、製作のための時間とコストが多く必要であるという欠点がある。
図１Ｂに示すバルクマイクロマシニング型ＦＢＡＲは、基板２０上に二酸化珪素（ＳｉＯ２）等の物質によりメンブレイン層２１を形成し、前記基板２０の後面を異方性エッチングしてキャビティ２３を形成した後、メンブレイン層２１上に音響共振器２２を具現する方式で製造されたＦＢＡＲであるが、これは、構造的に非常に脆弱で収率が低いため、実用化し難いという欠点がある。
図１Ｃに示す表面マイクロマシニング型ＦＢＡＲは、基板３０上に犠牲層を形成し、その犠牲層および基板３０上に絶縁膜３２を形成した後、第１電極３３、圧電層３４および第２電極３５を順次に積層し、犠牲層を除去することによりエアギャップ３１を形成する方式で製造される。即ち、素子外部から素子内部にある犠牲層まで連結されるビアホールを形成し、これを通じてエッチング液を投与することにより犠牲層を除去すると、犠牲層があった位置にエアギャップ３１が形成されることになる。ところが、表面マイクロマシニング型ＦＢＡＲは、製作工程が複雑であり、また製作工程中に構造物の崩壊および剥離が発生する問題点があった。
また、このような従来のＦＢＡＲ製造方法は、ＦＢＡＲを製造してからさらに別途にパッケージングしなければならないところ、このようなパッケージング過程においてさらに多くの時間とコストがかかり、その過程において熱による損失が生じ得るという共通的な問題点もあった。
一方、図２Ａおよび図２Ｂは、従来のＦＢＡＲを用いて製造されたデュプレクサの断面図である。先ず、図２Ａは、ワイヤボンディングを利用して製造された送信端フィルタ４１および受信端フィルタ４２と両フィルタを隔離するアイソレーション部４３を印刷回路基板（ＰＣＢ）４０上にハイブリッド（ｈｙｂｒｉｄ）技術を利用して接合することにより具現されたデュプレクサを示す。
一方、図２Ａおよび図２Ｂは、従来のＦＢＡＲを用いて製造されたデュプレクサの断面図である。先ず、図２Ａは、ワイヤボンディングを利用して製造された送信端フィルタ４１および受信端フィルタ４２と両フィルタを隔離するアイソレーション部４３を印刷回路基板（ＰＣＢ）４０上にハイブリッド（ｈｙｂｒｉｄ）技術を利用して接合することにより具現されたデュプレクサを示す。
図２Ａに示されたデュプレクサは、図１Ｂおよび図１Ｃのようなエアギャップ型ＦＢＡＲを用いて具現することができるものの、各ＦＢＡＲについて別途にパッケージングしなければならないため、最終的に製作された素子のサイズが増大して携帯電話機のような小型化装備に用いるに不利であり、製造コストが増加するという問題点がある。また、ワイヤボンディングによる損失が発生し易い。
図２Ｂは、音響インピダンスが大きい物質と小さい物質を１層おきに蒸着して製作した反射層６４上に下部電極６３、圧電層６２、上部電極６１を順に積層した構造からなるブラッグ型ＦＢＡＲを送受信端フィルタとして用い、１つの基板上に製作したデュプレクサを示す。図２Ｂにおいて、１つの直列共振器６０および並列共振器７０で具現される受信端フィルタとまた他の直列共振器８０および並列共振器９０で具現される送信端フィルタとが１つの基板５０上に集積されていることが見られる。各共振器は、図１Ａに示されたブラッグ型ＦＢＡＲで具現することができる。このようなブラッグ型デュプレクサは、たとえば１つの基板上に製造することによりワンチップ化することができるので堅固な構造とすることができるものの、各層の厚さを正確に調節することが難しく、厚い反射層の形成による応力のため、薄膜に割れが生じ易いという問題点がある。特に、Ｑ値がエアギャップを利用したデュプレクサに比して顕著に劣るという問題点も有する。
本発明は、前記のような問題点を解決するために導き出されたものであり、本発明の第１目的は、基板接合工程を通じて堅固で簡単に製造されたエアギャップ型ＦＢＡＲおよびその製造方法を提供することにある。
一方、本発明の第２目的は、基板接合工程を通じて堅固で簡単に製造されたエアギャップ型ＦＢＡＲおよびアイソレーション部を含むデュプレクサおよびその製造方法を提供することにある。
一方、本発明の第２目的は、基板接合工程を通じて堅固で簡単に製造されたエアギャップ型ＦＢＡＲおよびアイソレーション部を含むデュプレクサおよびその製造方法を提供することにある。
以上のような目的を達成するための本発明によるエアギャップ型ＦＢＡＲは、基板上部表面の一定部分にキャビティが形成された基板、前記基板上で前記キャビティを中心として両側基板表面にそれぞれ蒸着された第２絶縁層、前記第２絶縁層の一端に接する第１電極および前記第２絶縁層の他側に接する第２電極と、前記第１、２電極間に形成された圧電層から構成される積層共振部、前記積層共振部上に積層された第１絶縁層、および前記第１絶縁層をパターニングしてパッドを露出させるビアを含む。
好ましくは、前記キャビティの底表面に蒸着されたメタル層をさらに含み、または、受動素子および能動素子のうち少なくとも１つで構成される所定素子をさらに含み、多数の素子を単一チップに集積させることもできる。
なお、前記第１絶縁層上に所定の厚さで蒸着されている基板膜をさらに含むことにより、積層共振部の厚さを調節して共振周波数をチューニングすることもできる。
より好ましくは、前記基板膜上の一定部分を中心として両側の基板膜表面にそれぞれ接合された２つの第３絶縁層、および前記２つの第３絶縁層に接し、前記２つの第３絶縁層と接する部分を除いた部分にキャビティが形成された第３基板をさらに含むことにより、より安定したパッケージングを構成したエアギャップ型ＦＢＡＲを製造することもできる。
なお、前記第１絶縁層上に所定の厚さで蒸着されている基板膜をさらに含むことにより、積層共振部の厚さを調節して共振周波数をチューニングすることもできる。
より好ましくは、前記基板膜上の一定部分を中心として両側の基板膜表面にそれぞれ接合された２つの第３絶縁層、および前記２つの第３絶縁層に接し、前記２つの第３絶縁層と接する部分を除いた部分にキャビティが形成された第３基板をさらに含むことにより、より安定したパッケージングを構成したエアギャップ型ＦＢＡＲを製造することもできる。
一方、このエアギャップ型ＦＢＡＲの製造方法は、（ａ）第１基板上に第１絶縁層、第１電極、圧電層および第２電極が順に積層された積層共振部を製作する段階、（ｂ）第２基板上の一定部分を食刻してキャビティを形成する段階、（ｃ）前記キャビティ内に前記積層共振部が位置するように、前記第２基板に前記第１基板を相互に接合する段階、（ｄ）前記相互接合された状態で前記積層共振部を除いた前記第１基板部分を食刻してパッケージングを構成する段階、および（ｅ）前記積共振部の第１絶縁層部分をパターニングしてパッドを露出させる段階を含む。
この時、前記（ａ）段階は、前記第１基板上に前記第１絶縁層を蒸着する段階、前記第１絶縁層上に第１電極を蒸着した後、一定形態にパターニングする段階、前記第１電極および第１絶縁層上に圧電層を蒸着した後、一定形態にパターニングする段階、および前記第１電極、第１絶縁層および圧電層上に第２電極を蒸着した後、一定形態にパターニングする段階を含むことが好ましい。
また、前記（ｂ）段階は、第２基板上に第２絶縁層を蒸着する段階、前記第２絶縁層をパターニングして前記第２基板表面の一定部分を露出させる段階、および露出された前記第２基板部分を食刻してキャビティを形成する段階を含むことが好ましい。この時、前記（ｃ）段階は、前記キャビティを中心として両側に分離された前記第２絶縁層の一側および他側表面に前記第１電極および第２電極をそれぞれ接合する段階からなることができる。
また、前記（ｂ）段階は、第２基板上に第２絶縁層を蒸着する段階、前記第２絶縁層をパターニングして前記第２基板表面の一定部分を露出させる段階、および露出された前記第２基板部分を食刻してキャビティを形成する段階を含むことが好ましい。この時、前記（ｃ）段階は、前記キャビティを中心として両側に分離された前記第２絶縁層の一側および他側表面に前記第１電極および第２電極をそれぞれ接合する段階からなることができる。
より好ましくは、前記（ｂ）段階は、前記キャビティの底表面にメタル層を蒸着させた後にパターニングする段階をさらに含むことができ、前記キャビティの底表面に受動素子および／または能動素子のうち少なくとも１つの素子を集積する段階をさらに含むこともできる。
一方、完成されたエアギャップ型ＦＢＡＲにおいて、前記積層共振部内の前記第１絶縁層を食刻して前記積層共振層の厚さを調整することにより、周波数をチューニングする段階をさらに含むことも好ましい。また、前記（ｃ）段階は、接着剤ボンディング方法およびメタルボンディング方法のうちいずれか１つを利用して接合することもできる。
一方、完成されたエアギャップ型ＦＢＡＲにおいて、前記積層共振部内の前記第１絶縁層を食刻して前記積層共振層の厚さを調整することにより、周波数をチューニングする段階をさらに含むことも好ましい。また、前記（ｃ）段階は、接着剤ボンディング方法およびメタルボンディング方法のうちいずれか１つを利用して接合することもできる。
より好ましくは、前記（ｄ）段階は、前記第１基板を所定の厚さで残して食刻する段階をさらに含んでパッケージングをより堅固にするか、別途の第３基板上に第３絶縁層を蒸着する段階、前記第３絶縁層をパターニングして前記第３基板表面の一定部分を露出させる段階、露出された前記第３基板部分を食刻してキャビティを形成する段階、および前記第１基板上に前記第３絶縁層を接合面として前記第３基板を接合する段階をさらに含んでより堅固なパッケージングを構成することもできる。
一方、前述の第２目的を達成するための本発明によるデュプレクサは、上部表面に２つのエアギャップが形成された基板、前記２つのエアギャップのそれぞれを中心として両側の基板上部に蒸着された第２絶縁層、前記エアギャップのうちいずれか１つのエアギャップの上層に形成された第１ＦＢＡＲ、他の１つのエアギャップの上層に形成された第２ＦＢＡＲ、および前記基板上において、前記第１ＦＢＡＲおよび第２ＦＢＡＲの間に位置するように製造されたアイソレーション部を含む。
この時、前記第１ＦＢＡＲおよび第２ＦＢＡＲは、それぞれ前記第２絶縁層の一側上部と接し、前記エアギャップの上層空間まで延長製作された下部電極、前記第２絶縁層の他側上部と接し、前記エアギャップの上層空間まで延長製作された上部電極、および前記エアギャップの上層空間において、前記下部電極および上部電極を上下に置き、その間に形成される圧電層を含むことが好ましい。
前記第１ＦＢＡＲおよび第２ＦＢＡＲのうちいずれか１つが送信端フィルタとして作用し、他の１つが受信端フィルタとして作用する構成とすることができる。
より好ましくは、前記送信端フィルタおよび受信端フィルタは、それぞれ複数のエアギャップ型ＦＢＡＲを連結することにより具現することができる。
一方、前記アイソレーション部は、キャパシタおよびコイルが順次に積層され、前記送信端フィルタおよび受信端フィルタに入力される信号の周波数の位相差が９０°となるようにして両フィルタ端を隔離することができる。
より好ましくは、前記送信端フィルタおよび受信端フィルタは、それぞれ複数のエアギャップ型ＦＢＡＲを連結することにより具現することができる。
一方、前記アイソレーション部は、キャパシタおよびコイルが順次に積層され、前記送信端フィルタおよび受信端フィルタに入力される信号の周波数の位相差が９０°となるようにして両フィルタ端を隔離することができる。
好ましくは、前記アイソレーション部は、基板上に蒸着された第２絶縁層、前記第２絶縁層の上部の一定部分に蒸着された第１メタル層、前記第１メタル層の一定部分および前記第２絶縁層の上部に蒸着された第３絶縁層、前記第１メタル層上の前記第３絶縁層部分および下部に第１メタル層が存在していない第３絶縁層の一定部分上に蒸着された第２メタル層、前記第２メタル層の一定部分および前記第３絶縁層の上部にコーティングされた有機絶縁膜、および前記有機絶縁膜の上部および外部に現れた前記第１および第２メタル層の上部に形成されたコイルを含む構成とすることができる。
一方、本発明によるデュプレクサの製造方法は、（ａ）第１基板上部表面上に２つの積層共振部が一定間隔相互に離間して形成された第１基板部を製作する段階、（ｂ）別途基板の上部表面に、前記積層共振部の相互離間と同一間隔で相互に離間した２つのエアギャップおよび前記エアギャップ間にアイソレーション部が形成された第２基板部を製作する段階、（ｃ）前記アイソレーション部が前記２つの積層共振部間に位置し、前記２つの積層共振部は、前記２つのエアギャップ上層に位置するように前記第２基板部に前記第２基板部を接合する段階、および（ｄ）前記接合された状態で前期第１基板部の基板部分を除去する段階を含む。
この時、前記（ａ）段階は、第１基板上に第１絶縁層を蒸着する段階、前記第１絶縁層の一定部分をパターニングで食刻して両側に分離する段階、前記両側の第１絶縁層表面の一定部分上にそれぞれ下部電極を蒸着する段階、前記下部電極上の一定部分にそれぞれ圧電層を製作する段階、および前記圧電層の上部および前記下部電極が蒸着されていない第１絶縁層の上部に上部電極を蒸着する段階を含むことが好ましい。
一方、前記（ｂ）段階は、（ｂ１）別途の基板上に第２絶縁層を蒸着する段階、（ｂ２）２つの所定部分上において前記第２絶縁層を除去する段階、（ｂ３）前記第２絶縁層が除去された部分の基板を食刻して２つのエアギャップを製作する段階、および（ｂ４）前記２つのエアギャップ間において前記第２絶縁層上部にアイソレーション部を製作する段階を含んでも良い。
好ましくは、前記（ｂ４）段階は、２つのメタル層およびその間に位置する誘電層からなるキャパシタを製作する段階、および前記キャパシタの上部に他のメタル層をコイル状で具現してインダクタを製作する段階を含んでも良い。
より好ましくは、前記（ｂ４）段階は、前記２つのエアギャップ間において前記第２絶縁層上部の一定部分に第１メタル層を蒸着する段階、前記第１メタル層の一定部分および前記第２絶縁層上に第３絶縁層を蒸着する段階、前記第１メタル層上の第３絶縁層上部および残りの第３絶縁層の一定部分上部に第２メタル層を蒸着する段階、前記第２メタル層の一定部分および前記第３絶縁層の一定部分上部に有機絶縁膜をコーティングする段階、および前記有機絶縁膜がコーティングされていない部分および前記有機絶縁膜上の一定部分上にコイルを構成する第３メタルを蒸着する段階を含んでもよい。
より好ましくは、前記（ｂ４）段階は、前記２つのエアギャップ間において前記第２絶縁層上部の一定部分に第１メタル層を蒸着する段階、前記第１メタル層の一定部分および前記第２絶縁層上に第３絶縁層を蒸着する段階、前記第１メタル層上の第３絶縁層上部および残りの第３絶縁層の一定部分上部に第２メタル層を蒸着する段階、前記第２メタル層の一定部分および前記第３絶縁層の一定部分上部に有機絶縁膜をコーティングする段階、および前記有機絶縁膜がコーティングされていない部分および前記有機絶縁膜上の一定部分上にコイルを構成する第３メタルを蒸着する段階を含んでもよい。
一方、前記第１絶縁層の一部分を食刻して各積層共振部の下部電極および上部電極を露出させることによりパッド部分を製作する段階をさらに含む構成とすることも好ましい。
一方、前記（ｃ）段階は、接着剤利用方法および共融ボンディング方法のうちいずれか１つを利用して接合することができ、前記第１基板上に積層共振部を少なくとも２つ以上製造し、前記第２基板上に前記エアギャップを前記積層共振部の個数と同一の個数で製造することにより、デュプレクサの送受信フィルタ端の性能をさらに向上することもできる。
一方、前記（ｃ）段階は、接着剤利用方法および共融ボンディング方法のうちいずれか１つを利用して接合することができ、前記第１基板上に積層共振部を少なくとも２つ以上製造し、前記第２基板上に前記エアギャップを前記積層共振部の個数と同一の個数で製造することにより、デュプレクサの送受信フィルタ端の性能をさらに向上することもできる。
本発明によると、反射特性に優れ、安定した実効帯域幅を有するエアギャップ構造のＦＢＡＲを堅固で簡単な工程で製造することができる。即ち、その製作工程において、別途の犠牲層除去工程が必要でないため、犠牲層の除去時に発生する素子の破損を防止することができ、面積の制限を無くすことができ、また、積層共振部とキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）を、それぞれ基板平面上に別々に製作することにより製作の単純化をもたらし収率も高めることができる。なにより、エアギャップ形成の時、パッケージング過程が同時になされることにより、別途パッケージング工程を経る場合に比してコストと努力を節減することができる。
また、空洞を形成する基板（即ち、第２基板）に別途に受動素子および能動素子を製作して積層共振部と接合することにより、素子の集積度を高めることもでき、ＣＭＯＳ工程と互換性を有することもできる点も長所となる。
また、本発明によると、基板接合工程を利用してデュプレクサも簡単に製造することができるようになる。従来の製造方法に比して、基板の破損を減らすことができるため製作収率が向上し、送受信端フィルタとアイソレーション部を別途の基板上に製作することにより、互いに異なる物質を１つの基板上に蒸着することによる工程の複雑さを減らすことができるため、全般的に工程を単純化させる効果も有する。また、ワイヤボンディングをする従来の技術とは異なって、素子間の連結が基板上においてなされるため、寄生成分の減少をなしてデュプレクサの性能を向上することができるとの効果も有する。
また、本発明によると、基板接合工程を利用してデュプレクサも簡単に製造することができるようになる。従来の製造方法に比して、基板の破損を減らすことができるため製作収率が向上し、送受信端フィルタとアイソレーション部を別途の基板上に製作することにより、互いに異なる物質を１つの基板上に蒸着することによる工程の複雑さを減らすことができるため、全般的に工程を単純化させる効果も有する。また、ワイヤボンディングをする従来の技術とは異なって、素子間の連結が基板上においてなされるため、寄生成分の減少をなしてデュプレクサの性能を向上することができるとの効果も有する。
以下においては、添付の図面を参照して本発明を詳しく説明する。
図３は、本発明の一実施形態により、基板接合工程を通じて製造されたエアギャップ型ＦＢＡＲの断面図である。図３に示すように、基板２７０表面上の一定部分にキャビティ２９０が製作されており、キャビティ２９０を除いた基板２７０の両側表面には第２絶縁層２６０ａ、２６０ｂが積層されている。第１電極２３０および第２電極２５０と前記第１、２電極間に位置する圧電層２４０から構成された積層共振部３００がキャビティ２９０内に位置している。積層共振部３００の第１電極２３０の一側は、第２絶縁層の一側２６０ａに接しており、第２電極２５０の一側は、第２絶縁層の他側２６０ｂに接している。また、第１電極２３０および第２電極２５０は、第１絶縁層２２０でパッケージングされており、第１電極２３０および第２電極２５０の一部は、第１絶縁層２２０のパターニングにより生成されたビア２８０ａ、２８０ｂにより露出されている。
図３は、本発明の一実施形態により、基板接合工程を通じて製造されたエアギャップ型ＦＢＡＲの断面図である。図３に示すように、基板２７０表面上の一定部分にキャビティ２９０が製作されており、キャビティ２９０を除いた基板２７０の両側表面には第２絶縁層２６０ａ、２６０ｂが積層されている。第１電極２３０および第２電極２５０と前記第１、２電極間に位置する圧電層２４０から構成された積層共振部３００がキャビティ２９０内に位置している。積層共振部３００の第１電極２３０の一側は、第２絶縁層の一側２６０ａに接しており、第２電極２５０の一側は、第２絶縁層の他側２６０ｂに接している。また、第１電極２３０および第２電極２５０は、第１絶縁層２２０でパッケージングされており、第１電極２３０および第２電極２５０の一部は、第１絶縁層２２０のパターニングにより生成されたビア２８０ａ、２８０ｂにより露出されている。
ビア２８０ａ、２８０ｂを通じて第１電極２３０および第２電極２５０に電圧が加えられると、２つの電極間で電気場が生成され、圧電層２４０部分においては、これを音響波形態の機械的エネルギーに変換する圧電現象を起こして、共振を発生させることになる。前述のとおり、このような共振を起こす部分（即ち、第１、２電極、圧電層、第１絶縁層を含む部分）を、本明細書においては積層共振部３００と称している。
一方、図３の構造を有するエアギャップ型ＦＢＡＲを製造する方法について、図４において段階別に示している。本製造方法は、概ね、第１基板２１０上に積層共振部３００を製作する段階、第２基板２７０上にキャビティ２９０を形成する段階、第１基板に第２基板を接合した後、第２基板２７０上にキャビティ２９０を形成する段階、第１基板に第２基板を接合した後、エアギャップＦＢＡＲを完成する段階に分けることができる。図４Ａないし図４Ｄは、積層共振部の製造工程、図４Ｅないし図４Ｇは、キャビティの製造工程、そして図４Ｈないし図４Ｊは、接合および仕上げ工程を示している。
図４Ａは、第１基板２１０上に第１絶縁層２２０を蒸着する段階を示している。第１絶縁層２２０の蒸着は、後述の段階において第１電極部２３０と第１基板２１０を電気的に絶縁し、第１電極部２３０の蒸着を容易にするために行われる。本発明において用いられる基板は、通常のシリコンウエハであり、第１絶縁層２２０は、二酸化珪素（ＳｉＯ2）または酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ2）のような絶縁物質を選択することが好ましいが、これに限定されるものではない。
図４Ｂは、第１絶縁層２２０上に第１電極２３０を蒸着し、パターニングして、前記第１極２３０の一側を除去する段階である。この場合、電極を構成する材質として金属のような通常の導電物質を用いるが、好ましくは、アルミニウム（Ａｌ）、タンステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、パラジウム（Ｐｄ）およびモリブデン（Ｍｏ）のうちいずれか１つを選択することができる。パターニングは、ガス（Ｇａｓ）、プラズマ（Ｐｌａｓｍａ）、イオンビーム（Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）等を利用して食刻するドライエッチング（Ｄｒｙ Ｅｔｃｈｉｎｇ）方法で行うことが好ましい。
図４Ｃは、第１電極２３０上に圧電層２４０を蒸着した後にパターニングする段階である。圧電層２４０は、電気的信号が印加される時、圧電現象を起こして音響波を発生させる部分である。通常の圧電物質としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いるが、必ずしもこれに限定されるのではない。蒸着方法は、ＲＦマグネトロンスパッタリング（ＲＦ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）法およびエバポレーション（Ｅｖａｐｏｌａｔｉｏｎ）法のうちいずれか１つが利用され得る。
その後、第１電極２３０がパターニングにより除去された部分の第１絶縁層２２０および前記圧電層２４０上に第２電極２５０を蒸着する段階が進行される（図４Ｄ参照）。この場合、第１電極は第２電極と同一物質で形成される。
以上の段階を経ると、第１基板２１０に対する積層共振部３００の製造段階は完了する。
以上の段階を経ると、第１基板２１０に対する積層共振部３００の製造段階は完了する。
一方、他の別途の基板（以下、“第２基板”と称する）については、エアギャップ形成のためのキャビティ（Ｃａｖｉｔｙ）２９０を製作する。キャビティ２９０は、積層共振部３００と第２基板２７０を離間して、圧電層２４０において発生する音響波が第２基板２７０の影響を受けないようにするためのものである。この製造段階は、次のとおりである。
先ず、第２基板２７０上に第２絶縁層２６０を蒸着する（図４Ｅ参照）。第２絶縁層２６０の蒸着は、第１基板２１０上に第１絶縁層を蒸着するのと同様の方法で行うことができる。
その後、第２絶縁層２６０を一定形態にパターニングする（図４Ｆ参照）。即ち、第２基板２７０上にキャビティ２９０を形成しようとする部分の第２絶縁層２６０をパターニングにより除去することになる。
その後、第２絶縁層２６０を一定形態にパターニングする（図４Ｆ参照）。即ち、第２基板２７０上にキャビティ２９０を形成しようとする部分の第２絶縁層２６０をパターニングにより除去することになる。
その後、第２絶縁層２６０がパターニングにより除去された部分の基板を食刻してキャビティ２９０を形成する（図４Ｇ参照）。この場合、キャビティ２９０の深さｈ（図４Ｊ参照）は、積層共振部３００と第２基板２７０を離間させ得る程度であれば適当であるが、およそ３ないし５ミクロン（μｍ）程度であればよい。後述の実施形態におけるようにキャビティ２９０に受動素子または能動素子を集積させるか、メタル層３１１を蒸着する場合は、キャビティの深さｈを調節する必要がある。以上の段階を経ると、第２基板２７０に対する段階も完了する。
最終的に、エアギャップ型ＦＢＡＲを製作するためには、前記において製作された第１基板２１０および第２基板２７０の相互接合がなされなければならない。
先ず、キャビティ２９０が製造された第２基板２７０を下に置き、積層共振部３００が製造された第１基板２１０を上にして、第１基板２１０上の積層共振部３００が第２基板２７０の表面上に形成されたキャビティ２９０内に位置するように、積層共振部３００の第１、２電極部分２３０、２５０と前記第２基板の絶縁層部分２６０ａ、２６０ｂをそれぞれ接合面として相互に接合する（図４Ｈ参照）。この場合、接合方法は、温度を加えて接合させるダイレクトボンディング（Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｏｎｄｉｎｇ）方法、電圧を加えて接合させるアノードボンディング（Ａｎｏｄｉｃ Ｂｏｎｄｉｎｇ）方法、エポキシ（Ｅｐｏｘｙ）等の接着剤を利用して接合する方法、金属を利用する共融ボンディング（Ｅｕｔｅｃｔｉｃ Ｂｏｎｄｉｎｇ）方法等が可能であるが、ダイレクトボンディング方法およびアノードボンディング方法は、比較的高温段階を経るという点があることから、低温段階を経る接着剤利用方法または共融ボンディング方法を用いることが好ましい。本接合段階を通じてＦＢＡＲを製造するため、従来の技術のように別途に犠牲層を用い、ビアホールを通じてこれを除去してエアギャップを形成する段階が不要となる。
先ず、キャビティ２９０が製造された第２基板２７０を下に置き、積層共振部３００が製造された第１基板２１０を上にして、第１基板２１０上の積層共振部３００が第２基板２７０の表面上に形成されたキャビティ２９０内に位置するように、積層共振部３００の第１、２電極部分２３０、２５０と前記第２基板の絶縁層部分２６０ａ、２６０ｂをそれぞれ接合面として相互に接合する（図４Ｈ参照）。この場合、接合方法は、温度を加えて接合させるダイレクトボンディング（Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｏｎｄｉｎｇ）方法、電圧を加えて接合させるアノードボンディング（Ａｎｏｄｉｃ Ｂｏｎｄｉｎｇ）方法、エポキシ（Ｅｐｏｘｙ）等の接着剤を利用して接合する方法、金属を利用する共融ボンディング（Ｅｕｔｅｃｔｉｃ Ｂｏｎｄｉｎｇ）方法等が可能であるが、ダイレクトボンディング方法およびアノードボンディング方法は、比較的高温段階を経るという点があることから、低温段階を経る接着剤利用方法または共融ボンディング方法を用いることが好ましい。本接合段階を通じてＦＢＡＲを製造するため、従来の技術のように別途に犠牲層を用い、ビアホールを通じてこれを除去してエアギャップを形成する段階が不要となる。
接合がなされてから、絶縁層部分２２０、第１、２電極部分２３０、２５０、圧電層２４０部分を除いた第１基板部分２７０を食刻することになる（図４Ｉ参照）。この場合、基板除去は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）やＴＭＡＨ（ｔｅｔｒａ−ｍｅｔｈｙｌ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）を用いて基板部分を溶出する方式のウェット（Ｗｅｔ）エッチング方法、または先ずラッピング（Ｌａｐｐｉｎｇ）してからスピン（Ｓｐｉｎ）エッチングする方法、ラッピングした後にドライエッチングする方法等を通じて行うことができる。ところが、素子のストレス（Ｓｔｒｅｓｓ）を減らすことができる点においてラッピング後にドライエッチングする方法が好ましい。第１基板部分２７０を食刻することにより、エアギャップ型ＦＢＡＲに対する絶縁層パッケージングが製作される。従って、既存の方法のようにＦＢＡＲを製造した後、別途にパッケージングするのに伴うコストと努力を節減することができる。
最後に、パッド（ｐａｄ）露出のためのビア（Ｖｉａ）２８０ａ、２８０ｂを形成するために第１絶縁層２２０をパターニングすると、エアギャップ型ＦＢＡＲが完成する（図４J参照）。パッドは、第１、２電極の一部であり、電線が連結されて外部端子に接続される部分を示し、ビア２８０ａ、２８０ｂは、絶縁層内において２つの端子の接続（ｃｏｎｔａｃｔ）のための通路部分を示す。
これによって、反射特性に優れ、安定した実効帯域幅を有するエアギャップ構造のＦＢＡＲを堅固で、簡単な工程で製造することができる。
一方、図５は、本発明の他の実施形態であり、ＦＢＡＲを数個以上接続してフィルタを具現した場合を示している。図４に示された製造工程上においてキャビティ及び積層共振部の個数を複数個で製作した後に接合することにより、数個以上のエアギャップ型ＦＢＡＲが連結されたフィルタを簡単に製造することができる。図５に示されたように、ＦＢＡＲを数個以上連結することにより、フィルタだけでなくデュプレクサも製造することができるようになる。
一方、図５は、本発明の他の実施形態であり、ＦＢＡＲを数個以上接続してフィルタを具現した場合を示している。図４に示された製造工程上においてキャビティ及び積層共振部の個数を複数個で製作した後に接合することにより、数個以上のエアギャップ型ＦＢＡＲが連結されたフィルタを簡単に製造することができる。図５に示されたように、ＦＢＡＲを数個以上連結することにより、フィルタだけでなくデュプレクサも製造することができるようになる。
一方、エアギャップ型ＦＢＡＲ１００がフィルタとして用いられるためには、周波数のチューニング過程が必要である。本発明の積層共振部３００は、第１電極２３０、圧電層２４０、第２電極２５０、第１絶縁層２２０から構成されているが、このような構成下では、積層共振部の第１絶縁層２２０を食刻することにより、周波数チューニングを容易にすることができる。即ち、固有振動数の信号が外部から印加されると、ＦＢＡＲは共振をすることになるが、この場合、共振周波数ｆ0は、積層共振部３００の厚さとその構成物質の物性により決定される。これを近似式で表すると、ｆ0＝ｖ／２ｌで表現することができる。前述の近似式においては、ｖは圧電層における音響波の速度であり、ｌは積層共振部３００の厚さである。即ち、第１絶縁層２２０を食刻することにより、積層共振部の厚さｌを調節することができ、これにより周波数のチューニングが可能となるのである。
本発明の他の実施例として、キャビティ２９０の底面にメタルを蒸着した後に接合することもできる（図６参照）。この場合、積層共振部３００の第２電極２５０と蒸着されたメタル層３１１は、一種のキャパシタの構造３１０を有するものの、特に第１、２電極２３０、２５０に電界が印加されると、共振が発生して積層共振部３００が振動することとなり、これによる一種の可変（ｖａｒｉａｂｌｅ）キャパシタとなる。即ち、第２電極２５０とメタル層３１１との間の距離ｄが積層共振部３００の振動により可変するため、
公式Ｃ＝εＡ／ｄによりキャパシタ容量Ｃが変動することになる（εは誘電率、Ａは電極部の面積、ｄは電極間距離）。このような可変キャパシタと音響共振器を接合工程を通じて１つの素子に集積させることができる。
本発明の他の実施形態として、ＦＢＡＲとは別途に受動素子および能動素子を製作して接合することも可能である。即ち、エアギャップとして用いられるキャビティ２９０製作の時、インダクタ、キャパシタのような受動素子またはＣＭＯＳ、ダイオード等の能動素子を製作する工程を実行した後、本発明の接合工程によって接合し、集積素子を製作することができる。特に、音響共振器に集積されたＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を製作しようとする場合、第１基板２１０と第２基板２７０に対する工程は、それぞれ別途になされるため、既存のＣＭＯＳ製造工程を利用して第２基板２７０上にＣＭＯＳを製作することと互換性をなすことができる。
本発明の他の実施形態として、ＦＢＡＲとは別途に受動素子および能動素子を製作して接合することも可能である。即ち、エアギャップとして用いられるキャビティ２９０製作の時、インダクタ、キャパシタのような受動素子またはＣＭＯＳ、ダイオード等の能動素子を製作する工程を実行した後、本発明の接合工程によって接合し、集積素子を製作することができる。特に、音響共振器に集積されたＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を製作しようとする場合、第１基板２１０と第２基板２７０に対する工程は、それぞれ別途になされるため、既存のＣＭＯＳ製造工程を利用して第２基板２７０上にＣＭＯＳを製作することと互換性をなすことができる。
一方、本発明の他の実施形態として、相互に接合された状態で第１基板２１０部分を除去する段階において、第１基板を所定の厚さの膜として残すことができる（図６参照）。このように共振部上に第１基板膜２１０を形成することにより、結果的に、より安定したパッケージングを形成することができる。第１基板膜２１０の厚さは、素子の安定化程度および基板膜の追加による共振率の低下等を考慮する時、３ミクロン(μｍ）以内とすることが好ましい。このように、単位素子レベルのパッケージングがなされることにより、印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ：ＰＣＢ）上に集積化をなすことができるのは勿論である。
また、本発明の他の実施形態として、別途の第３基板４００にキャビティを製作し、追加的に接合することにより素子の堅固性を強化することもできる。即ち、図８に示されたように、キャビティ４２０が形成された第３基板４００の表面に第３絶縁層４１０ａ、４１０ｂを蒸着した後、第３絶縁層４１０ａ、４１０ｂを接合面として第１基板膜２１０に接合すると、より安定化したパッケージングを構成することができるようになる。
勿論、第１基板膜を残さない前記の実施形態によるＦＢＡＲにおいても、前記第３基板を接合させることにより、より安定化したＦＢＡＲを製造することもできる（図面未図示）。
一方、図９は、本発明の一実施形態によって基板接合工程により製造されたデュプレクサの断面図を示す。
一方、図９は、本発明の一実施形態によって基板接合工程により製造されたデュプレクサの断面図を示す。
図９によると、基板６１０の中心部にアイソレーション部７００が製作されており、前記アイソレーション部７００の両側に受信端フィルタおよび送信端フィルタが製作されている。受信端フィルタおよび送信端フィルタは、同一の構造で製作され得るため、以下においては、受信端フィルタを中心として説明する。
図９を検討すると、基板６１０の一定部分が食刻されてエアギャップ６３０ｂが形成されており、それぞれのエアギャップ６３０ｂの周辺には第２絶縁層６２０が蒸着されている。第２絶縁層６２０は、基板６１０部分と上下部電極５６０、５４０を絶縁させる役割をする。エアギャップ６３０ｂの周辺に蒸着された第２絶縁層６２０の一側は、下部電極５４０と接しており、第２絶縁層６２０の他側は、上部電極５６０と接しており、上下部電極５６０、５４０の間には、圧電層５５０が位置している。上下部電極５６０、５４０に電界が印加されると、圧電層５５０は印加される電気的信号を音響波形態の機械的エネルギーに変換する圧電効果を起こし、音響波はエアギャップ６３０ｂにより反射されることにより共振現状が誘発される。
図９を検討すると、基板６１０の一定部分が食刻されてエアギャップ６３０ｂが形成されており、それぞれのエアギャップ６３０ｂの周辺には第２絶縁層６２０が蒸着されている。第２絶縁層６２０は、基板６１０部分と上下部電極５６０、５４０を絶縁させる役割をする。エアギャップ６３０ｂの周辺に蒸着された第２絶縁層６２０の一側は、下部電極５４０と接しており、第２絶縁層６２０の他側は、上部電極５６０と接しており、上下部電極５６０、５４０の間には、圧電層５５０が位置している。上下部電極５６０、５４０に電界が印加されると、圧電層５５０は印加される電気的信号を音響波形態の機械的エネルギーに変換する圧電効果を起こし、音響波はエアギャップ６３０ｂにより反射されることにより共振現状が誘発される。
一方、上下部電極５６０、５４０の上部には第１絶縁層５２０が位置しており、第１絶縁層５２０の一部分が食刻されて上下部電極５６０、５４０の一部が露出されることにより、パッド（Ｐａｄ）８１０部分を形成している。パッド部分とは、上下部電極５６０、５４０を外部電極と連結させて電界を印加するために製作される部分である。このような構造を有したエアギャップ型ＦＢＡＲは、一種のバンドパスフィルタとしての役割をすることになる。
一方、図９によると、受信端フィルタと同一構造の送信端フィルタが他の１つのエアギャップ６３０ｂを中心として形成されている。受信端フィルタおよび送信端フィルタを製造する際に、上下部電極５６０、５４０の厚さ、第１絶縁層５２０の厚さを調節することにより共振周波数を相違させ、送受信フィルタが、その共振周波数帯域内の周波数を有する信号のみを通過させることにより、１つのアンテナを通じて信号を送受信できるようになる。
一方、大部分のシステムにおいては送受信周波数が類似であるため、送受信端フィルタ間の信号交流、即ち、干渉現状が発生して通信時に雑音が生じ易いという問題点がある。このような干渉現状を防止するため、前記送受信端フィルタを互いに隔離させる必要があるところ、アイソレーション部７００を前記送受信端フィルタの間に製作することにより、両側を隔離することになる。
アイソレーション部７００は、一般的にキャパシタおよびインダクタが順次に積層された構造で製作され、送受信端に入力される周波数位相が９０°の差が出るようにシフトさせる位相シフト（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔｅｒ）の役割をする。例えば、送信信号が受信端に流れ込む場合、アイソレーション部７００により生じた位相差のため、再度反射されるようになることで隔離がなされる。
一方、図１０、図１１、図１２および図１３は、本発明による単一チップデュプレクサの製造段階別工程図を示す。特に、図１２は、本発明の一実施形態であり、特定構造のアイソレーション部を製造する段階を含んで示しているが、アイソレーション部の構造は、図１２に示された構造と異なる構成とすることができる。
先ず、図１０を検討すると、デュプレクサの受信端フィルタおよび送信端フィルタの役割をするエアギャップ型ＦＢＡＲにおいて共振現象を誘発させる積層共振部を第１基板上に製造する段階を示している。図１０においては、２つの積層共振部を製造する段階を示しているが、後述の実施形態のように前記エアギャップ型ＦＢＡＲを数個以上接続してフィルタを具現する場合は、数個以上の積層共振部を製造することができる。本明細書においては、積層共振部が製造された第１基板５１０を第１基板部５００と命名する。
先ず、図１０を検討すると、デュプレクサの受信端フィルタおよび送信端フィルタの役割をするエアギャップ型ＦＢＡＲにおいて共振現象を誘発させる積層共振部を第１基板上に製造する段階を示している。図１０においては、２つの積層共振部を製造する段階を示しているが、後述の実施形態のように前記エアギャップ型ＦＢＡＲを数個以上接続してフィルタを具現する場合は、数個以上の積層共振部を製造することができる。本明細書においては、積層共振部が製造された第１基板５１０を第１基板部５００と命名する。
先ず、一般的な通常の基板５１０上に第１絶縁層５２０を蒸着し（図１０Ａ参照）、前記第１絶縁層５２０の一定部分をパターニングして除去することになる（図１０Ｂ参照）。前記第１絶縁層５２０が除去された部分５３０は、後述の接合工程においてアイソレーション部７００が接合される部分に該当する。一方、送受信端フィルタの役割をする２つのエアギャップ型ＦＢＡＲは、同一方法で製造され同一構造を有するので、説明の便宜のために以下においては１つの積層共振部の製造についてのみ説明する。
図１０Ｃにおいては、両側に分離されたそれぞれの第１絶縁層５２０上部に下部電極５４０を蒸着する。下部電極５４０の材料および役割は、前述のとおりである。下部電極５４０の蒸着時、その一端を第１絶縁層の一端と合わせて蒸着することになると、下部電極が積層共振部をより堅固に支持できるため、堅固な素子を製造するのに有利である。
次に、下部電極５４０上の一定部分に圧電層５５０を蒸着し（図１０Ｄ参照）、下部電極５４０が蒸着されていない第１絶縁層５２０部分および圧電層５５０の上部に上部電極５６０を蒸着することになる（図１０Ｅ参照）。これと同一の方法により、また他の積層共振部を反対側の第１絶縁層５２０上に製造することができる。これにより、第１基板部５００の製作が完了する。
次に、下部電極５４０上の一定部分に圧電層５５０を蒸着し（図１０Ｄ参照）、下部電極５４０が蒸着されていない第１絶縁層５２０部分および圧電層５５０の上部に上部電極５６０を蒸着することになる（図１０Ｅ参照）。これと同一の方法により、また他の積層共振部を反対側の第１絶縁層５２０上に製造することができる。これにより、第１基板部５００の製作が完了する。
一方、図１１においては、別途の基板上にエアギャップおよびアイソレーション部７００を製作して第２基板部を製造する段階が示されている。本明細書においては、エアギャップおよびアイソレーション部７００が製作された第２基板６１０を第２基板部６００と命名する。
先ず、第２基板６１０上に第２絶縁層６２０を蒸着し（図１１Ａ参照）、第２絶縁層６２０上においてエアギャップ６３０ｂを製作しようとする部分の第２絶縁層６２０部分を食刻することになる（図１１Ｂ参照）。エアギャップ６３０ｂは、第１基板上の積層共振部の個数と同一の個数で製作しなければならないため、第２絶縁層６２０の食刻時、これを考慮して食刻する。
先ず、第２基板６１０上に第２絶縁層６２０を蒸着し（図１１Ａ参照）、第２絶縁層６２０上においてエアギャップ６３０ｂを製作しようとする部分の第２絶縁層６２０部分を食刻することになる（図１１Ｂ参照）。エアギャップ６３０ｂは、第１基板上の積層共振部の個数と同一の個数で製作しなければならないため、第２絶縁層６２０の食刻時、これを考慮して食刻する。
次の段階として、第２絶縁層６２０が食刻された部分６３０ａの基板を食刻してエアギャップ６３０ｂを形成することになる（図１１Ｃ参照）。この場合、エアギャップ６３０ｂの深さは、第１基板上に製造された積層共振部と第２基板６１０を隔離させ得る程度であれば適当である。第１基板上に２つの積層共振部を製作した場合は、エアギャップ６３０ｂも２箇所にのみ製作すればよい。後述の本発明の実施形態のように、２つ以上のＦＢＡＲを用いようとする場合は、前記積層共振部およびエアギャップの個数を調整すればよい。
エアギャップ６３０ｂが形成されてから、アイソレーション部７００の製作を行うこととなる。アイソレーション部７００は、一般的に２つのメタル層および前記メタル層の間に位置する誘電体層で具現されるキャパシタと、メタルをコイル状で製作して具現されるインダクタの積層により製造することができる。
図１２は、本発明の一実施形態によるアイソレーション部７００を製造する段階を示している。
図１２は、本発明の一実施形態によるアイソレーション部７００を製造する段階を示している。
図１２Ａは、第２基板６１０上に製作された２つのエアギャップ６３０ｂ間の第２絶縁層６２０の上部に第１メタル層６４０を蒸着する段階を示している。第１メタル層６４０は、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）等を電気めっきして製造することができる。
次の段階として、一定空間を除いた第１メタル層６４０および第１メタル層６４０が蒸着されていない第２絶縁層６２０の上部に第３絶縁層６５０を蒸着することになる（図１２Ｂ参照）。第３絶縁層６５０の材料としては、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）等が用いられる。この時、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方法で第３絶縁層６５０を全体的に蒸着した後、反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ−ｉｏｎ eｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）工程により第１メタル層６４０の一定部分を露出させる方式で行うことができる。
次の段階として、一定空間を除いた第１メタル層６４０および第１メタル層６４０が蒸着されていない第２絶縁層６２０の上部に第３絶縁層６５０を蒸着することになる（図１２Ｂ参照）。第３絶縁層６５０の材料としては、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）等が用いられる。この時、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方法で第３絶縁層６５０を全体的に蒸着した後、反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ−ｉｏｎ eｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）工程により第１メタル層６４０の一定部分を露出させる方式で行うことができる。
その次の段階として、第２メタル層６６０を第３絶縁層６５０上の一定部分に蒸着する。即ち、第３絶縁層６５０のうち、下部に第１メタル層６４０が存在する部分および下部に第１メタル層６４０が存在していない部分上に蒸着することになる（図１２Ｃ参照）。第１メタル層６４０の材料と同一材料を用いることができ、電気めっき等の同一方法を用いることができる。
次の段階は、第２メタル層６６０まで蒸着された状態で有機絶縁膜（ＢＣＢ）６７０をコーティングする段階である（図１２Ｄ参照）。有機絶縁膜６７０は、低（ｌｏｗ）誘電率（ｋ）を有する物質であって、そのコーティングの厚さは、約８μｍ程度が好ましい。有機絶縁膜６７０は、下部のメタル層および絶縁層を保護する保護膜の役割をする。コーティングされた有機絶縁膜６７０の反応性イオンエッチング工程を通じて第２メタル層６６０の一定部分および第１メタル層６４０の一定部分を露出させることにより、図１２Ｄに図示された構造のように製作する。
次の段階は、露出された第１メタル層６４０、露出された第２メタル層６６０および有機絶縁膜６７０の一定部分上に第３メタル層６８０を電気めっきする段階である（図１２Ｅ参照）。第３メタル層６８０は、コイル状で製作されて、インダクタの役割をする部分であり、一般的に銅（Ｃｕ）で形成することができる。
一方、コイルの製作方法は、シード層を形成する段階、シード層の上部にフォトレジスト膜パターンを形成する段階、フォトレジスト膜パターンの間にコイル材料を電気メッキする段階およびフォトレジスト膜パターンを除去してコイルのみを残す段階等から構成することができる。
一方、コイルの製作方法は、シード層を形成する段階、シード層の上部にフォトレジスト膜パターンを形成する段階、フォトレジスト膜パターンの間にコイル材料を電気メッキする段階およびフォトレジスト膜パターンを除去してコイルのみを残す段階等から構成することができる。
コイル状の第３メタル層６８０を製作してから、アイソレーション部７００の製作工程が完了する。アイソレーション部７００は、２つのエアギャップ６３０ｂが製作された基板上においてエアギャップ６３０ｂの間に製作することにより、結果的に第２基板部６００に対する工程が仕上げられる。
図１３においては、図１０に示されたような工程で製造された第１基板部５００と図１１または図１２に示された工程により製造された第２基板部６００をそれぞれ相互い接合する段階別工程を示す。
図１３においては、図１０に示されたような工程で製造された第１基板部５００と図１１または図１２に示された工程により製造された第２基板部６００をそれぞれ相互い接合する段階別工程を示す。
図１３Ａは、第２基板部６００を中心として、第１基板部５００を接合する方向を示している。即ち、第２基板部の２つのエアギャップ６３０ｂの上層空間に第１基板部の積層共振部が位置するようにしつつ、同時に第１基板部の第１絶縁層５２０が除去された部分５３０に第２基板部６００のアイソレーション部７００が位置するように接合される。この場合の接合方法は、前述のとおり、接合剤利用方法または共融ボンディング方法を用いることが好ましい。この接合段階を通じてＦＢＡＲを製造するため、従来の技術のように別途の犠牲層を使用し、ビアホールを通じてこれを除去してエアギャップを形成する段階が不要となる。
図１３Ｂにおいては、接合が完了した状態のデュプレクサの構造を示している。一方、図１３Ｃにおいては、接合後にデュプレクサの上部に位置することになる第１基板部５００の基板５１０を除去する段階が示されている。
次に、図１３Ｄにおいては、下部に下部電極および上部電極が存在する第１絶縁層５２０部分を一部食刻してパッド８１０を形成する段階である。前述のように、外部電極から電界を印加するためのものである。最終的にパッド部分まで製作すると、１つの基板上に受信端フィルタ８００ａ、送信端フィルタ８００ｂおよびアイソレーション部７００が形成されることにより、単一チップデュプレクサが完成されることになる。
次に、図１３Ｄにおいては、下部に下部電極および上部電極が存在する第１絶縁層５２０部分を一部食刻してパッド８１０を形成する段階である。前述のように、外部電極から電界を印加するためのものである。最終的にパッド部分まで製作すると、１つの基板上に受信端フィルタ８００ａ、送信端フィルタ８００ｂおよびアイソレーション部７００が形成されることにより、単一チップデュプレクサが完成されることになる。
一方、図１４においては、本発明の一実施形態により製造されたアイソレーション部７００を利用した単一チップデュプレクサが示されている。
一方、デュプレクサにおいて用いられる受信端フィルタ８００ａおよび送信端フィルタ８００ｂは、それぞれ他の共振周波数を有するバンドパスフィルタの役割をしなければならないため、周波数のチューニング過程が必要である。本発明において製造された２つの積層共振部は、下部電極５４０、圧電層５５０、上部電極５６０および第１絶縁層５２０からなっているが（図９および図１４参照）、このような構成下では、積層共振部の第１絶縁層５２０を食刻することにより周波数のチューニングを容易にすることができる。このような周波数チューニング方法および原理は、前述のとおりである。
一方、デュプレクサにおいて用いられる受信端フィルタ８００ａおよび送信端フィルタ８００ｂは、それぞれ他の共振周波数を有するバンドパスフィルタの役割をしなければならないため、周波数のチューニング過程が必要である。本発明において製造された２つの積層共振部は、下部電極５４０、圧電層５５０、上部電極５６０および第１絶縁層５２０からなっているが（図９および図１４参照）、このような構成下では、積層共振部の第１絶縁層５２０を食刻することにより周波数のチューニングを容易にすることができる。このような周波数チューニング方法および原理は、前述のとおりである。
好ましくは、図１５に示されたように、２つのＦＢＡＲを連結することにより、送受信端の通過周波数帯域を調整することができる。図１５においては、本発明の一実施形態によるアイソレーション部７００を用いて具現されていることが分かる。
一方、本発明の他の実施形態として、デュプレクサにＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を集積させて製作することもできる。即ち、第１基板部分５００と第２基板部分６００に対する工程は、それぞれ別途になされるため、第２基板にエアギャップおよびアイソレーション部を製造する前に、既存のＣＭＯＳ製造工程を利用してＣＭＯＳを製作した後、さらにエアギャップおよびアイソレーション部の製造工程を行うことにより第２基板部分６００を完成した後、接合することにより、ＣＭＯＳと集積されたデュプレクサを製造することができるので、既存のＣＭＯＳ製造設備および工程をそのまま用いることができるため、互換性を有する構成とすることができる。
一方、本発明の他の実施形態として、デュプレクサにＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を集積させて製作することもできる。即ち、第１基板部分５００と第２基板部分６００に対する工程は、それぞれ別途になされるため、第２基板にエアギャップおよびアイソレーション部を製造する前に、既存のＣＭＯＳ製造工程を利用してＣＭＯＳを製作した後、さらにエアギャップおよびアイソレーション部の製造工程を行うことにより第２基板部分６００を完成した後、接合することにより、ＣＭＯＳと集積されたデュプレクサを製造することができるので、既存のＣＭＯＳ製造設備および工程をそのまま用いることができるため、互換性を有する構成とすることができる。
以上においては、本発明の好ましい実施形態について図説したが、本発明は、前述の特定の実施形態に限定しておらず、特許請求の範囲において請求する本発明の要旨を逸れることなく当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、誰でも多様な変形実施が可能であるのは言うまでもなく、そのような変更は、特許請求の範囲の記載範囲内にあることになる。
本発明により製造されたＦＢＡＲおよびデュプレクサは、小型軽量化に有利であり、品質が優れているため、各種有無線通信用装備に利用することができる。
１００ エアギャップ型ＦＢＡＲ
２７０、３１０ 基板
２９０、６３０ｂ エアギャップ
２３０ 第１電極
２４０ 圧電層
２５０ 第２電極
７００ アイソレーション部
２７０、３１０ 基板
２９０、６３０ｂ エアギャップ
２３０ 第１電極
２４０ 圧電層
２５０ 第２電極
７００ アイソレーション部
Claims (14)
- 表面に２つのエアギャップが形成された基板、
前記２つのエアギャップを除く前記基板上の領域に積層された第２絶縁層、
前記２つのエアギャップの一方の上層に形成された第１ＦＢＡＲ、
前記２つのエアギャップの他方の上層に形成された第２ＦＢＡＲ、および、
前記基板上において、前記第１ＦＢＡＲと前記第２ＦＢＡＲとの間に位置するアイソレーション部、
を含むデュプレクサであり、
前記第１ＦＢＡＲと前記第２ＦＢＡＲとのそれぞれが、
前記第２絶縁層の一つの領域に接する第１電極、圧電層、および、前記第２絶縁層の別の領域に接する第２電極が順番に前記エアギャップの内部で積層されて形成されている積層共振部、並びに、
前記積層共振部上に積層された第１絶縁層、
を含むことを特徴とするデュプレクサ。 - 前記第１ＦＢＡＲおよび第２ＦＢＡＲのそれぞれは、
前記第２絶縁層の一側上部と接し、前記エアギャップの上層空間まで延長製作された下部電極と、
前記第２絶縁層の他側上部と接し、前記エアギャップの上層空間まで延長製作された下部電極の下側に延長製作された上部電極と、
前記エアギャップの上層空間において、前記下部電極および上部電極との間に形成される圧電層と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のデュプレクサ。 - 前記第１ＦＢＡＲおよび第２ＦＢＡＲのうちいずれか１つが送信端フィルタとして作用し、他の１つが受信端フィルタとして作用することを特徴とする請求項２に記載のデュプレクサ。
- 前記送信端フィルタおよび受信端フィルタは、それぞれ複数のエアギャップ型ＦＢＡＲが連結されたことを特徴とする請求項３に記載のデュプレクサ。
- 前記アイソレーション部は、キャパシタおよびコイルが順次に積層された構造で具現され、前記送信端フィルタおよび受信端フィルタに入力される周波数の位相差が９０°となるようにすることを特徴とする請求項１に記載のデュプレクサ。
- 前記アイソレーション部は、
基板上に蒸着された第２絶縁層と、
前記第２絶縁層の上部の一定部分に蒸着された第１メタル層と、
前記第２絶縁層および前記第１メタル層の一定部分に蒸着された第３絶縁層と、
前記第１メタル層上に蒸着された前記第３絶縁層部分および残りの第３絶縁層の一定部分上に蒸着された第２メタル層と、
前記第２メタル層の一定部分および前記第３絶縁層の上部にコーティングされた有機絶縁膜と、
前記有機絶縁膜の上部および外部に現れた前記第１、第２メタル層の上部に形成されたコイルと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のデュプレクサ。 - （ａ）第１基板の表面上において一定の距離離れた２つの領域のそれぞれに、第１絶縁層、下部電極、圧電層、および上部電極を順番に積層し、前記第１絶縁層の上に２つの積層共振部を形成する段階を含む、第１基板部を製作する段階と、
（ｂ）第２基板上に第２絶縁層を蒸着し、前記第２絶縁層と前記第２基板とを食刻して２つのエアギャップを、前記２つの積層共振部の間隔と同一の間隔で形成する段階と、
（ｃ）前記２つのエアギャップ間にアイソレーション部を製造して第２基板部を製作する段階と、
（ｄ）前記アイソレーション部が前記２つの積層共振部の間に位置し、前記２つの積層共振部のそれぞれが前記２つのエアギャップのそれぞれの内部に位置し、前記２つの積層共振部のそれぞれで前記下部電極と前記上部電極とが前記第２絶縁層の異なる領域に接するように、前記第２基板部に前記第１基板部を接合する段階と、
（ｅ）前記接合された状態で第１基板部の第１基板を除去する段階と、
を含むことを特徴とするデュプレクサの製造方法。 - 前記（ａ）段階は、
前記第１基板上に第１絶縁層を蒸着する段階と、
前記第１絶縁層の所定部分をパターニング食刻して両側に分離する段階と、
分離された前記第１絶縁層の表面の一定部分上にそれぞれ下部電極を蒸着する段階と、
前記下部電極上の一定部分にそれぞれ圧電層を製作する段階と、
前記圧電層の上部および下部電極が蒸着されていない第１絶縁層の上部に上部電極を蒸着する段階と、
を含むことを特徴とする請求項７に記載のデュプレクサの製造方法。 - 前記（ｂ）段階は、
前記第２基板上に第２絶縁層を蒸着する段階と、
前記積層共振部間の相互離間距離と同一距離で離間するように前記第２絶縁層の２つの一定部分を除去する段階と、
前記第２絶縁層が除去された前記第２基板上の部分を食刻して２つのエアギャップを製作する段階と、
を含むことを特徴とする請求項７に記載のデュプレクサの製造方法。 - 前記（ｃ）段階は、
２つのメタル層およびその間に位置する誘電層からなるキャパシタを製作する段階と、
前記キャパシタの上部に他のメタル層をコイル状で具現してインダクタを製作する段階と、
からなることを特徴とする請求項７に記載のデュプレクサの製造方法。 - 前記（ｃ）段階は、
前記エアギャップ形成部分間の第２絶縁層上部の一定部分に第１メタル層を蒸着する段階と、
前記第１メタル層の一定部分および前記第２絶縁層上に第３絶縁層を蒸着する段階と、
前記第１メタル層上に蒸着された第３絶縁層の上部および残りの第３絶縁層の一定部分の上部に第２メタル層を蒸着する段階と、
前記第２メタル層の一定部分および前記第３絶縁層の一定部分上部に有機絶縁膜をコーティングする段階と、
前記有機絶縁膜がコーティングされていない部分および前記有機絶縁膜上の一定部分上にコイルを構成する第３メタルを蒸着する段階と、
を含むことを特徴とする請求項７に記載のデュプレクサの製造方法。 - 前記第１絶縁層の一部分を食刻して各積層共振部の下部電極および上部電極を露出させることによりパッド部分を製作する段階をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載のデュプレクサの製造方法。
- 前記（ｄ）段階は、接着剤利用方法および共融ボンディング方法のうちいずれか１つを利用して接合することを特徴とする請求項７に記載のデュプレクサの製造方法。
- 前記第１基板上に積層共振部を少なくとも２つ以上製造し、前記第２基板上に前記エアギャップを前記積層共振部の個数と同一の個数で製造することを特徴とする請求項７に記載のデュプレクサの製造方法。
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