JP2010063142A - 薄膜バルク音響共鳴器フィルタの製造方法および薄膜バルク音響共鳴器フィルタを用いた回路 - Google Patents

Abstract

【課題】薄膜バルク音響共鳴器フィルタを形成するより良い方法の提供。
【解決手段】薄膜バルク音響共鳴器フィルタ１０は、同一の膜３５上に形成されている複数の相互接続された直列及び分岐薄膜バルク音響共鳴器３８ａ〜３８ｇにより形成されている。薄膜バルク音響共鳴器３８ａ〜３８ｇのそれぞれは、各薄膜バルク音響共鳴器の底部電極を形成するように定められている１つの共通の下部導電層から形成されている。１つの共通の導電層は、各薄膜バルク音響共鳴器３８ａ〜３８ｇの各上部電極を形成するように定められている。パターン化される事もされない事もある１つの共通圧電薄膜層は、１つの連続する又は連続しない薄膜にて形成される製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜バルク音響共鳴器フィルタの製造方法および薄膜バルク音響共鳴器フィルタを用いた回路に関する。

従来の薄膜バルク音響共鳴器フィルタ（film bulk acoustic resonator filters）は、所望のフィルタ応答を達成するために、それぞれ薄膜バルク音響共鳴器から成る２つの集合を含む。直列の薄膜バルク音響共鳴器はすべて、同一の周波数を有し、分岐を構成する薄膜バルク音響共鳴器は別の１つの周波数を有する。各薄膜バルク音響共鳴器の作用デバイス領域は、上面電極及び底面電極と、圧電薄膜と、裏面キャビティとが重畳する領域により制御されている。
薄膜バルク音響共鳴器の裏面キャビティは、通常、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）或いはエチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ）などの結晶軸方向依存性エッチング（crystal orientation-dependent etching）によりエッチングされる。その結果、側壁勾配の角度は、各側で約５４．７゜である。 フィルタが複数の直列及び分岐を構成する薄膜バルク音響共鳴器から成り、各薄膜バルク音響共鳴器は、傾斜側壁を有する裏面キャビティを有する場合、フィルタのサイズがかなりなものとなることもある。

特開２００２−２２３１４５号公報 特開２００３−１７９７３号公報 特開平９−１３０１９９号公報 特開２００１−９４３７３号公報 特開２００２−１７５０８１号公報

このようにして、薄膜バルク音響共鳴器フィルタを形成するより良い方法が必要である。

本発明は、上記課題を解決するため、薄膜バルク音響共鳴器を形成する方法であって、 基板内のキャビィを横断して第一の方向に延びている、直列の少なくとも３つの薄膜バルク音響共鳴器を形成することと、 単一の導電層から、各薄膜バルク音響共鳴器の上に配置されている上部電極を形成すること、 前記第一の方向に直角に前記キャビティを横断して延びている少なくとも２つの強化ストリップを形成することであって、前記ストリップの各々は、前記直列の少なくとも３つの薄膜バルク音響共鳴器の２つの隣接する音響共鳴器の間に位置していることを含んで成る方法にある。
また、本発明は、基板と、前記基板内のキャビィを横断して第一の方向に延びている直列の少なくとも３つの薄膜バルク音響共鳴器と、分岐薄膜バルク音響共鳴器に結合するための、各薄膜バルク音響共鳴器の上に配置されている上部電極と、前記第一の方向に直角に前記キャビティを横断して延びている少なくとも２つの強化ストリップとを備え、前記ストリップの各々は、前記直列の少なくとも３つの薄膜バルク音響共鳴器の２つの隣接する音響共鳴器の間に位置していることを特徴とする薄膜バルク音響共鳴器を用いた回路にある。

本発明の１つの実施形態による薄膜バルク音響共鳴器フィルタの上面図である。 本発明の１つの実施形態による図１の実施形態の製造の初期段階における２−２切断線に略々沿って切断して示す断面図である。 本発明の１つの実施形態による製造の１つの後続の段階を示す図である。 本発明の１つの実施形態による１つの後続の段階を示す図である。 本発明の１つの実施形態による１つの後続の段階を示す図である。 本発明の１つの実施形態による１つの後続の段階を示す図である。 本発明の１つの実施形態による１つの後続の段階を示す図である。 本発明の１つの実施形態による１つの後続の段階を示す図である。 本発明の１つの実施形態による１つの後続の段階を示す図である。

図１において、薄膜バルク音響共鳴器（ＦＢＡＲ）フィルタ１０は、上部電極３６を有する複数の薄膜バルク音響共鳴器３８を含む。ＦＢＡＲ３８ｃ及び３８ａは分岐を構成する(shunt,シャント)ＦＢＡＲであり、ＦＢＡＲ３８ｃ及び３８ａの間にあるＦＢＡＲ３８ｂは、上部電極３６ｂ及び３６ｅの延長部３６ｆを介してＦＢＡＲ３８ａに結合されている直列（series）ＦＢＡＲである。
各ＦＢＡＲ３８内の中間層は、圧電薄膜である。１つの実施形態では、圧電薄膜の同一の層が、ＦＢＡＲ３８の上部電極３６のそれぞれの下に配置されている。このようにして、１つの実施形態では、材料３５は圧電薄膜である。別の１つの実施形態では、材料３５は、ＦＢＡＲ３８とＦＢＡＲ３８との間の領域を充填する層間誘電体（ＩＬＤ）を含み、各上部電極３６の下の領域は圧電薄膜である。

１つの実施形態では、各ＦＢＡＲ３８の作用面積は、上部電極３６とこれに下重ねに位置する圧電薄膜との間及び上部電極３６と最下位置即ち底部電極との間の重畳領域の広さにより制御される。いくつかの実施形態では、ＦＢＡＲ３８はすべて、連続する圧電薄膜であれ、層間絶縁膜により分離されている複数の圧電薄膜領域を含む層であれ、単一の膜により実際上結合されている。

いくつかの実施形態では、強化ストリップ（strengthening strips）が、全体的フィルタ１０の機械的強度を改善するのに使用されている。強化ストリップは、様々な形状のうちの任意のもので設計されることが可能である。

図２の本発明の１つの実施形態では、最初の製造段階は、イオン植えつけされた領域を形成することから始まる。本発明の１つの実施形態では、イオン植えつけ領域（ion implanted regions）１８は、最終的に強化ストリップ（strengthening strips）になる。イオン植えつけは、例えば、重いホウ素エッチング停止法(heavy boron etch-stop method)を使用して酸素及び重いホウ素（oxygen or heavy boron）である。次いで、ドーピングを活性化するために急速熱焼きなましが利用されることもある。いくつかの実施形態では、カスケード植えつけが、均一なプロフィルを達成するために使用される。いくつかの実施形態では、植えつけされ焼きなましされた領域の厚さは、約６マイクロメートルである。

次いで、絶縁層２０が、基板１６の上面及び底面に装荷(deposited,置かれる。)される。１つの実施形態では、層２０は、エッチング停止層及び裏面エッチングマスクとして機能する窒化珪素(silicon nitride,シリコン窒化物)から成る。

次に図４の本発明の１つの実施形態では、底面電極３２は、装荷（deposited,沈殿）及びパターン化により成されている。次いで、図５の本発明の１つの実施形態では、圧電層３４は、底面電極３２上に装荷及びパターン化される。別の１つの実施形態では、連続する圧電薄膜（圧電フィルム）が利用されている。

図６において、層間誘電体３５は、セクション３４ａ及び３４ｂなどの圧電層３４セクションと圧電層３４セクションとの間に装荷されている。層間誘電体３５が、各圧電層３４セクションの上面と同一平面内に位置するようにするのに、化学機械的研磨が、使用されることもある。

図７において、分岐（シャント）ＦＢＡＲ３８ａ及び３８ｃのための上部電極３６ａ及び３６ｃが装荷されている。このようにして、図１に示す１つの実施形態では、電極３８のそれぞれは、略方形セクションである。この時点で、いかなる穴（vias）もエッチングされている。

図８において、裏面エッチングは、傾斜側壁４１を有する裏面キャビティ４０を形成するのに利用されている。１つの実施形態では、初期エッチングは、最下位置絶縁体薄膜２０を貫通して延びてはいない。次いで、バルクシリコンエッチングが、基板１６を貫通するキャビティ４０を形成するのに利用される。植えつけられた領域１８は、このエッチングの後に残る。何故ならば腐食剤は、ドーピングされたシリコンに比してバルクシリコンに対して選択的であるからである。

同一の膜上にすべてのＦＢＡＲ３８を有することにより、フィルタ１０の全体的サイズは小さくなる。例えば、ただ１つの裏面キャビティ４０が、多数のＦＢＡＲ３８のために使用され、これにより、互いに密接して位置する複数のＦＢＡＲから成るよりコンパクトなレイアウトが得られる。いくつかの実施形態では、フィルタ１０の外縁に近い層間絶縁膜３５の一部分が、図１に示す構造を達成するために除去される。

電極３６ｂ、３６ｆ、３６ｄ及び３６ｅが装荷されていることもある。この例では、電極３６ｂは、直列ＦＢＡＲ３８ｂの上部電極として機能する。電極３６ｄ及び３６ｅは、直列ＦＢＡＲ３８ｂの周波数から分岐（シャント）ＦＢＡＲ３８ａ及び３８ｃの周波数を異ならせるために付加される。電極３６ｆは、ＦＢＡＲ３８ｂと３８ａとの上部電極を結合するように機能する。しかしながら、１つの実施形態では、電極３６ｄ、３６ｂ、３６ｆ及び３６ｅは、同一のステップで付加される。

図９に示すように、層２０は、裏面キャビティ４０内の強化ストリップの形成を完成させるためにエッチングされる。いくつかの実施形態では、強化ストリップは、＃形に配置され、２つの互いに平行な強化ストリップが、別の２つの互いに平行な強化ストリップに対して略横断方向に配置されている。しかしながら、様々な形態の強化ストリップが、様々な実施形態で使用される。

図１のフィルタ１０は、１つのキャビティ４０内にすべての直列及び分岐ＦＢＡＲを有し、各ＦＢＡＲの能動領域は、重畳領域により制御されている。植えつけられた領域１８のストリップは、構造全体の機械的強度を改善するために強化ストリップとして機能する。

本発明の別の実施形態では、強化ストリップは、基板１６内に溝（トレンチ）をエッチングし、低圧化学的蒸着窒化珪素などの絶縁材をこれらの溝に充填することにより形成される。溝は充填されると強化ストリップを形成する。

電極３６ｆ、３６ｈ、３６ｇなどのトレースを短くして、よりコンパクトな設計を作成することにより、挿入損失及びパスバンドから停止バンドに移行する際のロールオフが改善される。

本発明は、限定された数の実施形態に対して説明されたが、当業者は、これらから多数の変更及び変形を思い付くことができる。添付図面は、本発明の真の精神及び範囲内に入るすべてのこのような変更及び変形をカバーするものとする。

Claims (15)

1. 薄膜バルク音響共鳴器を形成する方法であって、
   基板内のキャビィを横断して第一の方向に延びている、直列の少なくとも３つの薄膜バルク音響共鳴器を形成することと、
   単一の導電層から、各薄膜バルク音響共鳴器の上に配置されている上部電極を形成すること、
   前記第一の方向に直角に前記キャビティを横断して延びている少なくとも２つの強化ストリップを形成することであって、
   前記ストリップの各々は、前記直列の少なくとも３つの薄膜バルク音響共鳴器の２つの隣接する音響共鳴器の間に位置していることを含んで成る方法。
2. 複数の薄膜バルク音響共鳴器を形成することは、少なくとも１つの分岐薄膜バルク音響共鳴器により結合された複数の直列に接続された薄膜バルク音響共鳴器を同一の基板上に形成することを含む請求項１に記載の方法。
3. 前記基板に、１つの領域を植えつけることにより強化ストリップを形成することを含む請求項１に記載の方法。
4. ホウ素及び酸素から成る群から選択された種を使用してストリップを植えつけることを含む請求項３に記載の方法。
5. 前記基板の裏面をエッチングにより除去し、裏面キャビティを形成するために裏面エッチングを使用することにより薄膜バルク音響共鳴器を形成することを含む請求項１に記載の方法。
6. 前記基板内に形成された強化ストリップをエッチングにより除去しない腐食剤を使用することを含む請求項５に記載の方法。
7. 同一の裏面キャビティ上に少なくとも２つの共鳴器を形成することを含む請求項５に記載の方法。
8. 圧電材料から成る単一の薄膜を使用して、同一の基板上に複数の薄膜バルク音響共鳴器のための１つの圧電層を形成することを含む請求項１に記載の方法。
9. 前記圧電薄膜をパターン化し、前記圧電薄膜の一部を除去し、除去された部分に誘電材料を代わりに設けることを含む請求項８に記載の方法。
10. 基板と、
    前記基板内のキャビィを横断して第一の方向に延びている直列の少なくとも３つの薄膜バルク音響共鳴器と、
    分岐薄膜バルク音響共鳴器に結合するための、各薄膜バルク音響共鳴器の上に配置されている上部電極と、
    前記第一の方向に直角に前記キャビティを横断して延びている少なくとも２つの強化ストリップとを備え、
    前記ストリップの各々は、前記直列の少なくとも３つの薄膜バルク音響共鳴器の２つの隣接する音響共鳴器の間に位置していることを特徴とする薄膜バルク音響共鳴器を用いた回路。
11. 前記共鳴器の下に単一の裏面キャビティを含む請求項１０に記載の回路。
12. 前記キャビティは、複数の強化ストリップを含む請求項１１に記載の回路。
13. 前記強化ストリップはイオン植えつけされた基板材料から成る請求項１２に記載の回路。
14. 一対の互いに平行な強化ストリップを含む請求項１２に記載の回路。
15. 前記共鳴器のそれぞれは、それぞれ１つの上部電極を含み、前記共鳴器の前記上部電極は同一平面内に位置する請求項１０に記載の回路。

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