JP2015501102A - バルク音響波共振器及び製造方法 - Google Patents
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Abstract
バルク音響波共振器に関し、バルク音響波共振器は第１電極、第２電極、及び圧電層を含むバルク音響波共振部を含む。圧電層は第１電極と前記第２電極との間に位置する。エアーエッジは前記バルク音響波共振部の中心から一定距離だけ離れた位置に形成される。
Description
技術分野は、バルク音響波共振器（Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ：ＢＡＷＲ）等に関する。
バルク音響波共振器は、圧電層の上下に位置する電極によって動作する。圧電層は該当の電極に印加された高周波電気ポテンシャルに対する応答として振動する。その結果、ＢＡＷＲが動作する。バルク音響波共振器は体積音響波共振器等と言及されてもよい。
バルク音響波共振器の帯域幅は、電気音響結合係数（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）に比例する。電極及び圧電層の膜特性は電気音響結合係数に影響を与える。したがって、ＢＡＷＲの帯域幅が増加するためには電気音響結合係数の値が増加しなければならない。
したがって、電極及び圧電層の膜特性を用いて帯域幅を改善する技術が要求されている。
一実施形態によると、水平方向の音響による損失を低減させるためにエアーエッジを用いることによって音響電気結合係数を向上させ得るバルク音響波共振器を提供する。
一実施形態によると、水平方向の音響による損失を低減させるためにエアーエッジを用いることによって、高いＱファクタ値を取得し得るバルク音響波共振器を提供する。 一実施形態に係るバルク音響波共振器は、第１電極、第２電極、及び前記第１電極と前記第２電極との間に位置する圧電層を含むバルク音響波共振部と、前記バルク音響波共振部の中心から所定距離だけ離れた位置に形成されるエアーエッジとを含む。
前記エアーエッジは、前記バルク音響波共振部の所定のエッジ部分が前記バルク音響波共振部の厚さだけ垂直方向にエッチングして形成されてもよい。
他の一実施形態に係るバルク音響波共振器は、前記バルク音響波共振部の下部に位置し、基板の上部に位置し、前記バルク音響波共振部で発生する垂直方向の音響波を反射させるエアーギャップをさらに含んでもよい。
前記エアーエッジは、前記バルク音響波共振部の所定のエッジ部分が前記エアーギャップに垂直方向に達するまで貫通する構造で形成されてもよい。前記エアーエッジは、前記バルク音響波共振部に位置するビアホールの拡張によって形成されてもよい。
前記エアーエッジは、前記バルク音響波共振部のエッジではない部分に積層されたフォトマスクを用いて前記第１電極、前記第２電極、及び前記圧電層が同じ工程ステップでエッチングされることによって傾斜面が急激に形成されてもよい。前記エアーエッジは、前記バルク音響波共振部の全体エッジ部分のうち、２０パーセント以上のエッジ部分で形成されてもよい。
バルク音響波共振器は、前記バルク音響波共振部の全体エッジ部分のうち、前記エアーエッジが形成された部分を除いた所定領域に位置し、前記バルク音響波共振部を支持するブリッジをさらに含んでもよい。
バルク音響波共振器は、酸化ケイ素系列、窒化ケイ素系列、及び窒化アルミニウム系列のうち１つの物質で構成され、前記圧電層の上部または下部に位置する不動態化層をさらに含んでもよい。
バルク音響波共振器は、酸化ケイ素系列、窒化ケイ素系列、及び窒化アルミニウム系列のうち１つの物質で構成され、前記第１電極の上部または下部に位置する不動態化層をさらに含んでもよい。
バルク音響波共振器は、酸化ケイ素系列、窒化ケイ素系列、及び窒化アルミニウム系列のうち１つの物質で構成され、前記第２電極の上部または下部に位置する不動態化層をさらに含んでもよい。
前記バルク音響波共振部は、前記バルク音響波共振部の全体エッジ部分のうち前記エアーエッジが形成されず、前記第１電極が接続された部分に局所的に追加的な膜を蒸着して形成された第１フレームと、前記バルク音響波共振部の全体エッジ部分のうち前記エアーエッジが形成されず、前記第２電極が接続された部分に局所的に追加的な膜を蒸着して形成された第２フレームとを含んでもよい。
前記バルク音響波共振部は、前記バルク音響波共振部の全体エッジ部分のうち前記エアーエッジが形成されず、前記第１電極が接続された部分に局所的にエッチングによって形成された第１フレームと、前記バルク音響波共振部の全体エッジ部分のうち前記エアーエッジが形成されず、前記第２電極が接続された部分に局所的にエッチングによって形成された第２フレームとを含んでもよい。
前記第１電極は、フィンガー形態に前記バルク音響波共振部の全体エッジ部分のうち所定の部分に接続された部分と、パターニングによって前記エアーエッジに露出した部分とを含んでもよい。
前記第２電極は、フィンガー形態に前記バルク音響波共振部の全体エッジ部分のうち所定の部分に接続された部分と、パターニングによって前記エアーエッジに露出した部分とを含んでもよい。
前記バルク音響波共振部は、前記第１電極がフィンガー形態に前記バルク音響波共振部の全体エッジ部分のうち所定の部分に接続された部分に局所的に追加的な膜を蒸着して形成された第１フレームと、前記第２電極がフィンガー形態に前記バルク音響波共振部の全体エッジ部分のうち所定の部分に接続された部分に局所的に追加的な膜を蒸着して形成された第２フレームとを含んでもよい。
前記バルク音響波共振部は、前記第１電極がフィンガー形態に前記バルク音響波共振部の全体エッジ部分のうち所定の部分に接続された部分に局所的にエッチングによって形成された第１フレームと、前記第２電極がフィンガー形態に前記バルク音響波共振部の全体エッジ部分のうち所定の部分に接続された部分に局所的にエッチングによって形成された第２フレームとを含んでもよい。
他の実施形態に係るバルク音響波共振器は、基板と、前記基板の上部のうち所定領域に位置するエアーギャップと、前記エアーギャップの上部に位置する第１電極と、
前記第１電極の上部に位置する圧電層と、前記圧電層の上部に位置する第２電極と、前記エアーギャップの中心から所定距離だけ離れた位置に形成されるエアーエッジとを含む。
前記第１電極の上部に位置する圧電層と、前記圧電層の上部に位置する第２電極と、前記エアーギャップの中心から所定距離だけ離れた位置に形成されるエアーエッジとを含む。
前記エアーエッジは、前記第１電極、前記圧電層、及び前記第２電極で一列に整列した所定のエッジ部分が前記第１電極、前記圧電層、及び前記第２電極の厚さだけ垂直方向にエッチングして形成されてもよい。
他の実施形態に係るバルク音響波共振器製造方法は、第１電極を形成するステップと、
第２電極を形成するステップと、前記第１電極と前記第２電極との間に圧電層を形成するステップと、バルク音響波共振器の中心から所定距離だけ離れる位置でエアーエッジを形成するステップとを含む。
第２電極を形成するステップと、前記第１電極と前記第２電極との間に圧電層を形成するステップと、バルク音響波共振器の中心から所定距離だけ離れる位置でエアーエッジを形成するステップとを含む。
前記エアーエッジは、前記バルク音響波共振器のエッジの一定部分を前記バルク音響波共振器の厚さだけ垂直方向にエッチングすることによって形成される。
前記エアーエッジは、前記バルク音響波共振部のエッジの一定部分を垂直方向に貫通することによって形成される。前記エアーエッジは、前記バルク音響波共振部に位置するビアホールを拡張することによって形成される。
本発明にによると、バルク音響波共振器を用いて高い音響−電気結合係数を確保することができ、広い帯域幅を有するＲＦデュプレクサやＲＦフィルタを実現することができる。
本発明にによると、ＢＡＷＲを用いて狭いバンドギャップを有するＲＦデュデュプレクサを実現することができる。
本発明にによると、発振器の基準共振器のように動作するバルク音響波共振器を提供することができ、バルク音響波共振器は、位相ノイズを除去することができる。
周波数リソースの制限により、携帯電話のようなモバイル通信システムを運営する企業は、通信に使用する周波数の割り当てを受けるために莫大な費用を支払っている。端末の送信周波数と受信周波数との間には、送受信信号の干渉を排除するために、一定量の周波数間隔（Ｂａｎｄ Ｇａｐ）が必要である。企業は、周波数リソースを効率よく使用するために、送信周波数と受信周波数との間の間隔を減らそうとする。
一実施例に係るバルク音響波共振器（Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ：ＢＡＷＲ）は、無線通信機器に使用されるフィルターは、送信機、受信機、またはデュデュプレクサとして、無線データの入出力に使用することができる。
無線通信機器の種類及び用途は多様化しており、有線機器の無線化も急速に進んでいる。また、バルク音響波共振器が適用され得る利用分野が拡大している。
他の特徴及び側面は、以下の詳細な説明、図面及び請求項によって導出できる。
以下の詳細な説明は、ここで説明された方法、装置、及び/またはシステムの理解を助けるために提供される。したがって、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、この記載から様々な変更及び変形が可能である。処理ステップの順序及び動作は例示されたもので、ここに記載された手順及び動作によって制限されず、多様に変形できることを発明の属する分野における通常の知識を有する者によって理解される。通知された機能及び動作は、明確性及び簡潔性のために省略された。
無線周波数（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＲＦ）通信システムで周波数間隔を減らすためには高いＱ値を有する共振器が求められる。また、次第に増加するデータの送信量及びデータの送信速度を満足するためには帯域幅を増加しなければならない。
バルク音響波共振器は、垂直方向の音響波を用いて共振を引き起すことで前記共振を電気的に用いるデバイスである。バルク音響波共振器は、垂直方向に発生する音響波の損失を最小化するためにエアーギャップ構造を反射面に利用したり、数個の層の反射膜を交代に蒸着する反射面構造を用いてもよい。
しかし、バルク音響波共振器を構成する膜の特性上、垂直方向の音響波だけではなく水平方向の音響波が発生する。水平方向の音響波がバルク音響波共振器の外に伝えられることで、音響波の損失が発生してバルク音響波共振器のＱ値が減少し得る。
一実施形態に係るバルク音響波共振器は、音響波反射特性を向上させるためにエアーギャップを介して基板からエアーギャップの厚さに比例して浮ばれてもよい。周波数帯域通過特性を有するバルク音響波共振器は、周波数帯域範囲で反射特性または送信特性を向上させるために複数の共振器が平面上に配列して共通の電極に共振器が接続されてもよい。
電気音響結合係数（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）は、共振周波数と反共振周波数との間隔に比例する。したがって、共振周波数または反共振周波数の変更によって電気音響結合係数の値を増加させることが可能である。一実施形態に係るバルク音響波共振器は、エアーエッジを用いて水平方向の音響波を反射させることで、共振周波数と反共振周波数との間隔を調整することができる。
一実施形態に係るバルク音響波共振器は、エアーエッジを用いて水平方向の音響波を反射させることで電気音響結合係数の値を増加させ、さらに帯域幅を増加させることができる。
図１は、一実施形態に係るバルク音響波共振器の正面図である。図１を参照すると、一実施形態に係るバルク音響波共振器は、バルク音響波共振部１１０、エアーエッジ１２０及びエアーエッジ１３０を含む。
バルク音響波共振部１１０は、第１電極１１５、圧電層１１３、及び第２電極１１１を含む。圧電層１１３は、第１電極１１５と第２電極１１１との間に位置する。第１電極１１５または第２電極１１１は、例えば、金、モリブデン、ルテニウム、アルミニウム、白金、チタニウム、タングステン、パラジウム、クロム、ニッケル、他の適切な物質などによって物質で形成される。
バルク音響波共振部１１０は、第１電極１１５及び第２電極１１１に印加される信号により圧電層１１３を介して共振周波数及び反共振周波数を発生させる。
バルク音響波共振部１１０は圧電物質で発生する音響波を用いる。圧電物質にＲＦ信号が印加されれば、機械的振動が発生して音響波が生成される。例えば、圧電物質には、酸化亜鉛（ＺｎＯ）及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、他の適切な物質などを含んでもよい。
共振現象は、印加されたＲＦ信号波長の１／２が圧電膜の厚さと一致するとき発生する。共振現象が発生するとき、バルク音響波共振器の電気的インピーダンスが急激に変わるため、バルク音響波共振器は周波数を選択できるフィルタとして使用されてもよい。
共振周波数は、圧電膜の厚さ、圧電膜を取り囲む電極、圧電膜の固有音響波の速度などによって決定されてもよい。一例として、圧電膜の厚さが薄ければ薄いほど、共振周波数は大きくなる。
共振周波数は印加される信号に対する応答が最も大きい場合の周波数を意味し、共振周波数におけるバルク音響波共振器のインピーダンスは最小値を有する。反共振周波数は印加される電位に対する応答が最も小さい場合の周波数を意味し、ここで、バルク音響波共振器のインピーダンスは最大値を有する。
バルク音響波共振部１１０は、エアーギャップ１４０の上部に位置してもよい。エアーギャップ１４０が含まれることによってバルク音響波共振部１１０で発生する垂直方向の音響波の反射特性は向上する。エアーギャップ１４０は、基板１６０の内部にエッチングによって生成されてもよく、基板１６０の上部にエアーギャップ１４０の形状に合うようにパターニングされた犠牲層（図示せず）を用いて生成されてもよい。
基板１６０は、シリコンまたは高抵抗のポリシリコンなどを構成物質にして形成されてもよい。エアーギャップ１４０の形成過程で基板１６０がダメージを受けることを防止するためにパッシベーション層（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）１５０が基板１６０の上部に積層されてもよい。パッシベーション層は不動態化層又は保護層等と言及されてもよい。パッシベーション層１５０は、酸化ケイ素系列、窒化ケイ素系列、及び窒化アルミニウム系列のうち１つの物質を構成物質として形成されてもよい。
エアーエッジ１２０及びエアーエッジ１３０は、バルク音響波共振部１１０の中心から所定の距離だけ離れた位置に形成されてもよい。エアーエッジ１２０及びエアーエッジ１３０は、エアーギャップ１４０の中心から所定距離だけ離れた位置に形成されてもよい。
エアーエッジ１２０及びエアーエッジ１３０は、エアーギャップ１４０の形成のために用いられるビア又はビアホール（図示せず）を拡張させることによって生成されてもよい。エアーギャップ１４０は、ビアホールを介して注入されたキセノン（ＸｅＦ２）ガスまたは他の適切な物質などによって犠牲層を除去して生成されてもよい。ここで、ビアホールはバルク音響波共振部１１０の所定領域に生成してもよい。
水平方向の音響波または垂直方向の音響波による損失を防ぐためにバルク音響波共振部１１０で発生する垂直方向の音響波は、基板１６０でエアーギャップ１４０によって反射して、バルク音響波共振部１１０に残ってもよい。また、水平方向の音響波または垂直方向の音響波による損失を防ぐためにバルク音響波共振部１１０で発生する水平方向の音響波は圧電層１１３でエアーエッジ１２０及びエアーエッジ１３０によって反射してバルク音響波共振部１１０に残ってもよい。
垂直方向の音響波及び水平方向の音響波が損失されないことで、バルク音響波共振器は高いＱ値を有し、大きい電気音響結合の係数値を有し得ると共に、帯域幅が増加する。
エアーエッジ１２０、エアーエッジ１３０、及びエアーギャップ１４０は、隙間を形成する空間であり、実質的に無限大のインピーダンスを有する。エアーエッジ１２０、エアーエッジ１３０、及びエアーギャップ１４０のインピーダンスが無限に近いため、バルク音響波共振部１１０で発生する音響波は、エアーエッジ１２０、エアーエッジ１３０、及びエアーギャップ１４０を通過することなく、エアーエッジ１２０、エアーエッジ１３０、及びエアーギャップ１４０の境界面で反射される。
エアーエッジ１２０及びエアーエッジ１３０は、バルク音響波共振部１１０の所定のエッジ部分をバルク音響波共振部１１０の厚さだけ垂直方向にエッチングして形成されてもよい。エアーエッジ１２０及びエアーエッジ１３０は、既存のバルク音響波共振部１１０で生成された部分の一部をエッチングして生成されてもよい。
エアーエッジ１２０及びエアーエッジ１３０は、バルク音響波共振部１１０の所定のエッジ部分がエアーギャップ１４０に達するまで貫通する構造のように形成されてもよい。エアーエッジ１２０及びエアーエッジ１３０はエアーギャップ１４０と接続し、空いた空間を形成してもよい。
エアーエッジ１２０及びエアーエッジ１３０は、バルク音響波共振部１１０のエッジではない部分にフォトマスクを積層してエッチングが行われることで生成されてもよい。フォトマスクが積層されない部分のみをエッチングすることによって、第１電極１１５、圧電層１１３、及び第２電極１１１が一度に同じ工程段階でエッチングされ、これによってエアーエッジ１２０及びエアーエッジ１３０の傾斜面が急峻に形成される。好ましくは傾斜面が９０度近く形成されてもよい。
エアーエッジ１２０及びエアーエッジ１３０は、第１電極１１５、圧電層１１３、及び第２電極１１１で所定のエッジ部分を第１電極１１５、圧電層１１３、及び第２電極１１１の厚さだけ垂直方向にエッチングして形成されてもよい。
バルク音響波共振部１１０のエッジは、バルク音響波共振部１１０で傾斜面が形成される領域であってもよい。例えば、エッジは第２電極１１１の他の部分とは違って異なる高さを有し、傾斜し始める領域に対応してもよい。
エアーエッジ１２０及びエアーエッジ１３０は、バルク音響波共振部１１０の全体エッジ部分のうち、好ましくは約２０パーセント以上のエッジ部分で形成されてもよい。
パッシベーション層１５０は基板１６０の上部のみならず、圧電層１１３の上部または下部に位置してもよい。また、パッシベーション層１５０は、第１電極１１５の上部または下部に位置してもよい。また、パッシベーション層１５０は、第２電極１１１の上部または下部に位置してもよい。
図２は、一実施形態に係るバルク音響波共振器の平面図である。図２は、図１に示すバルク音響波共振器を上側から見た平面図である。図１は、断面線２６０に関するバルク音響波共振器の断面図である。
バルク音響波共振部２１０は、第１電極２１３、第２電極２１１、及び第１電極２１３と第２電極２１１との間に位置する圧電層２４０を含む。
エアーエッジ２２０及びエアーエッジ２３０は、バルク音響波共振部２１０の全体エッジ部分のうち、好ましくは２０パーセント以上のエッジ部分で形成されてもよい。図２では、エアーエッジ２２０及びエアーエッジ２３０が全体エッジ部分のうち略６０パーセント程度を占めている。全体エッジ部分のうち第１電極２１３が接続される部分と第２電極２１１が接続される部分を除いて、エアーエッジ２２０及びエアーエッジ２３０が形成されるためである。
エアーエッジ２２０、エアーエッジ２３０、及びバルク音響波共振部２１０の下部にはエアーギャップが位置する。エアーギャップは、基板２５０の上部に位置してもよい。
第２電極２１１で第１電極２１３の方向に生成される垂直方向の音響波はエアーギャップを反射面にして反射してもよい。第１電極２１３及び第２電極２１１で発生する水平方向の音響波は、エアーエッジ２２０及びエアーエッジ２３０を反射面にして反射してもよい。
図３Ａ及び図３Ｂは、一実施形態に係るバルク音響波共振器の平面図及び正面図である。
図３Ａはバルク音響波共振器の平面図であり、図３Ｂは断面３０１から観察したバルク音響波共振器の正面図である。図３Ａを参照すると、バルク音響波共振器は、第１電極３１１、第２電極３１３、保護層３１５、及び第１電極３１１と第２電極３１３との間に位置する圧電層（図示せず）、エアーエッジ３２１及びエアーエッジ３２３を含む。
保護層３１５で点線の矢印は、バルク音響波共振器で発生する水平方向の音響波がエアーエッジ３２１及びエアーエッジ３２３を反射面にして反射することを表示したものである。
制限されない一例として、第１電極３１１の下部にはエアーギャップが位置してもよい。ここで、エアーギャップの形状を保持するために、エアーギャップの上部には薄膜又はメンブレイン（図示せず）が積層されてもよい。エアーギャップは基板の上部に位置してもよい。ここで、エアーギャップを生成する過程で基板が損傷されることを防止するために基板の上部に保護層（図示せず）が積層されてもよい。保護層は不動態化層と呼ばれる。
エアーエッジ３２１及びエアーエッジ３２３は、ビアホール（図示せず）を拡張して生成してもよい。エアーエッジ３２１及びエアーエッジ３２３は、バルク音響波共振器のエッジ部分の一部をエッチングすることで生成されてもよい。
エアーエッジ３２１及びエアーエッジ３２３は、保護層３１５、第２電極３１３、圧電層（図示せず）、第１電極３１１のエッジ部分の一部を垂直方向にエアーギャップまで貫通することによって形成されてもよい。
図３Ｂを参照すると、バルク音響波共振器は、第１電極３１１、圧電層３１７、第２電極３１３、保護層３１５、メンブレイン３１９、エアーギャップ３３０、エアーエッジ３２１、エアーエッジ３２３、保護層３４０、及び基板３５０を含んでもよい。
第１電極３１１にＲＦ信号が入力され、第２電極３１３でＲＦ信号が出力されてもよい。または、反対に、第２電極３１３にＲＦ信号が入力され、第１電極３１１でＲＦ信号が出力されてもよい。
保護層３１５は、第２電極３１３が外部環境に露出することを防止する。外部環境に露出されることは、空気中の湿気、温度、その他の異なる要因に露出することを意味する。
メンブレイン３１９は、エアーギャップ３３０の形状を保持するために用いられる。保護層３４０は、エアーギャップ３３０を生成する過程で基板３５０が損傷することを防止するために用いられる。保護層３４０は、一般的に酸化ケイ素系列、窒化ケイ素系列、及び窒化アルミニウム系列の物質の１つから構成されてもよい。
エアーエッジ３２１及びエアーエッジ３２３は、第１電極３１１、圧電層３１７、第２電極３１３、保護層３１５、メンブレイン３１９のエッジ部分をエッチングすることにより生成されてもよい。または、エアーギャップ３３０を生成するために用いられるビアホール（図示せず）を拡張させることで生成されてもよい。
第１電極３１１、圧電層３１７、及び第２電極３１３で発生する水平方向の音響波は、エアーエッジ３２１及びエアーエッジ３２３を反射面にして反射してもよい。
図４Ａ〜図４Ｃは、一実施形態に係るバルク音響波共振器の平面図及び正面図である。
図４Ａはブリッジ構造を含むバルク音響波共振器の平面図であり、図４Ｂは線４０１に関するバルク音響波共振器の断面図であり、図４Ｃは線４０３に関するバルク音響波共振器の断面図である。図４Ａを参照すると、バルク音響波共振器はブリッジ（ｂｒｉｄｇｅ）４１１及びブリッジ４１３を含む。ブリッジ４１１及びブリッジ４１３はバルク音響波共振器のエッジ部分でエアーエッジが形成されていない部分である。バルク音響波共振器のエッジ部分のうちエッチングされない部分を意味する。ブリッジ４１１及びブリッジ４１３によってバルク音響波共振器の構造を安定に保持することができる。
ブリッジ４１１及びブリッジ４１３が両側のエアーエッジ間に位置してエアーエッジの形態を保持させる。
図４Ｂを参照すると、バルク音響波共振器は、保護層４２１、第２電極４２３、圧電層４２５、第１電極４２７、メンブレイン４２９、エアーギャップ４３０、ブリッジ４１１及びブリッジ４１３を含む。ブリッジ４１１及びブリッジ４１３はエッチングされず、保護層４２１、第２電極４２３、圧電層４２５、第１電極４２７、メンブレイン４２９を支えることによって、物理的な構造を安定に保持することができる。
図４Ｃを参照すると、バルク音響波共振器は、保護層４２１、第２電極４２３、圧電層４２５、第１電極４２７、メンブレイン４２９、エアーギャップ４３０、エアーエッジ４３１、及びエアーエッジ４３３を含む。
図５は、一実施形態に係るバルク音響波共振器の平面図である。図５は、フィンガー形態の電極を含むバルク音響波共振器を示す。バルク音響波共振器は、第１電極５１０、第２電極５２０、第１電極５１０と第２電極５２０との間に位置する圧電層、保護層５３０、エアーエッジ５４１、エアーエッジ５４２、エアーエッジ５４３、エアーエッジ５４４、エアーエッジ５４５、及びエアーエッジ５４６を含む。
ここで、第１電極５１０は、フィンガー形態にパターニングされた所定の部分がエッチングされた形態を有する。ここで、エッチングされた所定の部分にはエアーエッジ５４２及びエアーエッジ５４３が生成されてもよい。
抵抗は面積に比例する。電極の面積が減少すると電極の抵抗も減少する。反射率は面積に比例する。エアーエッジの面積が増加することによって水平方向の音響波反射率は増加する。
図５では第１電極５１０が３個のフィンガー形態を有するが、３個だけではなく複数のフィンガー形態に実現されてもよい。また、フィンガー形態とは、第１電極５１０が所定領域がエッチングされて数個に分離した第１電極５１０を意味し、フィンガーの形状に制限されることはない。
第２電極５２０は、フィンガー形態にパターニングされた所定の部分がエッチングされた形態を有してもよい。ここで、エッチングされた所定の部分にはエアーエッジ５４５及びエアーエッジ５４６が生成されてもよい。
図５では第２電極５２０が３個のフィンガー形態を有するが、３個だけではなく複数のフィンガー形態に実現されてもよい。また、フィンガー形態とは、第2電極５２０が所定領域がエッチングされて数個に分離した第2電極５２０を意味し、フィンガー形状に制限されることはない。
また、第１電極５１０と保護層５３０が接している部分には局所的に追加的な膜（図示せず）が蒸着されてフレームを形成してもよい。ここで、追加的な膜は、保護層５３０を構成する物質と同じ物質であってもよい。また、フレームは数個のかけらフレームで構成されてもよい。
また、第２電極５２０と保護層５３０が接している部分にも局所的に追加的な膜（図示せず）が蒸着されてフレームを形成してもよい。ここで、追加的な膜は、保護層５３０を構成する物質と同じ物質であってもよい。
追加的に保護層５３０の上部にフレームが形成される場合、フレームの形成された位置でインピーダンスが変化する。バルク音響波共振器のインピーダンスは積層された膜の厚さに応じて決定してもよい。フレームが形成して積層された膜の厚さが変わることによりインピーダンスも変化してもよい。
第１電極５１０及び第２電極５２０で発生する水平方向の音響波は上記のようなインピーダンスの差によりフレームが形成された面を反射面にして反射してもよい。
また、第１電極５１０と保護層５３０が接している部分には局所的に保護層５３０をエッチングしてｕ状のフレームを形成してもよい。また、第２電極５２０と保護層５３０が接している部分にも局所的に保護層５３０をエッチングしてｕ状のフレームを形成してもよい。
図６Ａ〜図６Ｃは、一実施形態に係るバルク音響波共振器の平面図及び断面図である。
図６Ａはフレームが追加される場合のバルク音響波共振器の平面図であり、図６Ｂは線６０１に関するバルク音響波共振器の断面図であり、図６Ｃは線６０３に関するバルク音響波共振器の断面図である。図６Ａを参照すると、バルク音響波共振器は、第１電極６１１、第２電極６１３、保護層６１５、及び第１電極６１１と第２電極６１３との間に位置する圧電層（図示せず）、フレーム６２１、フレーム６２３、エアーエッジ６３１、及びエアーエッジ６３３を含む。
フレーム６２１は、第１電極６１１と保護層６１５が接している部分で保護層６１５に局所的に追加的な膜が蒸着して形成されてもよい。ここで、追加的な膜は、保護層６１５を構成する物質と同じ物質であってもよい。また、フレーム６２１は数個のかけらフレームで構成されてもよい。
フレーム６２３は、第２電極６１３と保護層６１５が接している部分で保護層６１５に局所的に追加的な膜が蒸着して形成されてもよい。ここで、追加的な膜は、保護層６１５を構成する物質と同じ物質であってもよい。フまた、レーム６２３は、数個のかけらフレームで構成されてもよい。
第１電極６１１及び第２電極６１３で発生する水平方向の音響波は、インピーダンスの差に基づいてフレーム６２１及びフレーム６２３が形成された面を反射面にして反射してもよい。
図６Ｂを参照すると、バルク音響波共振器は、第１電極６１１、圧電層６１７、第２電極６１３、保護層６１５、フレーム６２１、フレーム６２３、メンブレイン６０９、エアーギャップ６１９、保護層６４０、及び基板６５０を含む。
フレーム６２１及びフレーム６２３の厚さはフレームの他の部分の厚さと異なる。したがって、第１電極６１１及び第２電極６１３で発生する水平方向の音響波は、インピーダンスの差に基づいてフレーム６２１及びフレーム６２３が形成された面を反射面にして反射してもよい。
図６Ｃを参照すると、バルク音響波共振器は、第１電極６１１、圧電層６１７、第２電極６１３、保護層６１５、エアーエッジ６３１、エアーエッジ６３３、メンブレイン６０９、エアーギャップ６１９、保護層６４０、及び基板６５０を含む。
エアーエッジ６３１及びエアーエッジ６３３は、空いた空間で無限のインピーダンスを有してもよい。第１電極６１１及び第２電極６１３で発生する水平方向の音響波は、インピーダンスの差によりエアーエッジ６３１及びエアーエッジ６３３が形成された面を反射面にして反射してもよい。
図７Ａ〜図７Ｃは、一実施形態に係るバルク音響波共振器の平面図及び断面図である。
図７ＡはＵ字状のフレームが形成される場合のバルク音響波共振器の平面図であり、図７Ｂは線７０１に関するバルク音響波共振器の断面図であり、図７Ｃは線７０３に関するバルク音響波共振器の断面図である。
図６と比較して、図７に示すバルク音響波共振器は、以前に説明したものと異なる方式で形成されたフレーム７２１及びフレーム７２３を含む。
図７Ａを参照すると、フレーム７２１は第１電極と保護層が接している部分で局所的に保護層がエッチングされてＵ字状に形成されてもよい。
フレーム７２３は、第２電極と保護層が接している部分で局所的に保護層がエッチングされてＵ字状に形成されてもよい。
フレーム７２１及びフレーム７２３が位置する部分の積層された膜の全体厚さは、フレーム７２１及びフレーム７２３が位置しないフレームの部分の厚さらよりも小さい。また、膜の厚さの差によってインピーダンスの差が発生する。
第１電極及び第２電極で発生する水平方向の音響波は、インピーダンスの差によりフレーム７２１及びフレーム７２３が形成された面を反射面にして反射してもよい。
図７Ｂを参照すると、フレーム７２１及びフレーム７２３が位置する部分の積層された膜の厚さがフレーム７２１とフレーム７２３との間に位置するフレームの部分の積層された膜の厚さよりも小さいことが分かる。
図７Ｃを参照すると、図６Ｃに示すようにバルク音響波共振器はエアーエッジを含んでもよい。第１電極及び第２電極で発生する水平方向の音響波は、インピーダンスの差によりエアーエッジが形成された面を反射面にして反射してもよい。
図８は、一実施形態に係るバルク音響波共振部製造方法を説明するためのフローチャートである。図８を参照すると、ステップ８１０で、バルク音響波共振部製造方法は一例として、図１に示す第１電極１１５を形成する。
ステップ８２０で、バルク音響波共振部製造方法は第１電極１１５及び第２電極１１１の間に圧電層１１３を形成する。
ステップ８３０で、バルク音響波共振部製造方法は第２電極１１１を形成する。
ステップ８４０で、バルク音響波共振部製造方法は、エアーエッジ１２０及びエアーエッジ１３０を形成する。
ここで説明されたユニットは、ハードウェアコンポーネント及びソフトウェアコンポーネントを用いて実行される。たとえば、マイクロフォン、増幅器、バンドパスフィルタ、オーディオ−デジタルコンバータ及び処理装置を用いてもよい。処理装置は、例えば、プロセッサ、コントローラ、及び算術論理演算装置、デジタル信号プロセッサ、マイクロコンピュータ、フィールドプログラマブルアレイ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ａｒｒａｙ）、プログラマブルロジック部、マイクロプロセッサまたは定義された方法に基づいて命令語を実行して応答できるいずれの他の装置のように、１つ以上の一般目的または特殊目的のコンピュータを用いて実行されてもよい。処理装置は、オペレーティングシステム（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：ＯＳ）やオペレーティングシステムで実行される１つ以上のソフトウェアアプリケーションを運用してもよい。処理装置は、ソフトウェアの実行に応答してデータを生成、処理、操作、格納、アクセスすることができる。簡単明瞭のために処理装置の説明は単数形として使用された。しかし、当業者は、処理装置は複数の処理要素及び様々なタイプの処理要素を含むものとして理解する。例えば、処理装置は、複数のプロセッサまたはプロセッサとコントローラを含んでもよい。また、並列処理のような他の処理構成が可能である。
上述したように、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、このような実施形態から多様な修正及び変形が可能である。
したがって、本発明の範囲は、開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲だけではなく特許請求の範囲と均等なものなどによって定められるものである。
Claims (23)
- 第１電極、第２電極、及び前記第１電極と前記第２電極との間に位置する圧電層を含むバルク音響波共振部と、
前記バルク音響波共振部の中心から一定距離だけ離れた位置に形成されるエアーエッジと、
を含む、バルク音響波共振器。 - 前記エアーエッジは、前記バルク音響波共振部のエッジ部分が前記バルク音響波共振部の厚さだけ垂直方向にエッチングされた部分である、請求項１に記載のバルク音響波共振器。
- 前記エアーエッジは、前記バルク音響波共振部に位置する拡張されたビアホールである、請求項１又は２に記載のバルク音響波共振器。
- 前記第１電極、前記第２電極、及び前記圧電層は、前記バルク音響波共振部のエッジではない部分に積層されたフォトマスクを用いて同じ工程ステップでエッチングされることによって傾斜面が形成される、請求項１〜３のうち何れか一項に記載のバルク音響波共振器。
- 前記エアーエッジは、前記バルク音響波共振部の全体エッジ部分のうち、２０パーセント以上のエッジ部分で形成される、請求項１〜４のうち何れか一項に記載のバルク音響波共振器。
- 前記バルク音響波共振部の下部に位置し、基板の上部に位置し、前記バルク音響波共振部で発生する垂直方向の音響波を反射させるエアーギャップをさらに含む、請求項１〜５のうち何れか一項に記載のバルク音響波共振器。
- 前記エアーエッジは、前記バルク音響波共振部の所定のエッジ部分が前記エアーギャップに達するまで垂直方向に貫通された部分である、請求項６に記載のバルク音響波共振器。
- 前記バルク音響波共振部の全体エッジ部分のうち、前記エアーエッジが形成された部分を除いた一定領域に位置し、前記バルク音響波共振部を支持するブリッジをさらに含む、請求項１〜７のうち何れか一項に記載のバルク音響波共振器。
- 酸化ケイ素系列、窒化ケイ素系列、及び窒化アルミニウム系列のうち１つの物質で構成され、前記圧電層、第１電極、または前記第２電極のいずれか１つの上部または下部に位置する不動態化層をさらに含む、請求項１〜８のうち何れか一項に記載のバルク音響波共振器。
- 前記バルク音響波共振部は、
前記バルク音響波共振部の全体エッジ部分のうち前記エアーエッジが形成されず、前記第１電極が接続された部分に追加的な膜を蒸着して形成された第１フレームと、
前記第２電極が接続された部分に追加的な膜を蒸着して形成された第２フレームと、
を含み、
前記第２フレームは前記バルク音響波共振部のエッジ部分のうち前記エアーエッジは除去する、請求項１〜９のうち何れか一項に記載のバルク音響波共振器。 - 前記バルク音響波共振部は、
前記バルク音響波共振部の全体エッジ部分のうち前記エアーエッジが形成されず、前記第１電極が接続された部分でエッチングされた第１フレームと、
前記バルク音響波共振部の全体エッジ部分のうち前記エアーエッジが形成されず、前記第２電極が接続された部分でエッチングされた第２フレームと、
を含む、請求項１〜９のうち何れか一項に記載のバルク音響波共振器。 - 前記第１電極及び第2電極のうちの少なくとも1つは、
フィンガー形態に前記バルク音響波共振部の全体エッジ部分のうち一定部分に接続された部分と、
前記エアーエッジに露出したパターン部分と、
を含む、請求項１〜１１のうち何れか一項に記載のバルク音響波共振器。 - 前記バルク音響波共振部は、
前記第１電極がフィンガー形態に前記バルク音響波共振部の全体エッジ部分のうち所定の部分に接続された部分に追加的な膜を蒸着して形成された第１フレームと、
前記第２電極がフィンガー形態に前記バルク音響波共振部の全体エッジ部分のうち所定の部分に接続された部分に追加的な膜を蒸着して形成された第２フレームと、
を含む、請求項１〜１２のうち何れか一項に記載のバルク音響波共振器。 - 前記バルク音響波共振部は、
前記第１電極がフィンガー形態に前記バルク音響波共振部の全体エッジ部分のうち一定部分に接続された部分でエッチングされた第１フレームと、
前記第２電極がフィンガー形態に前記バルク音響波共振部の全体エッジ部分のうち一定部分に接続された部分でエッチングされた第２フレームと、
を含む、請求項１〜１２のうち何れか一項に記載のバルク音響波共振器。 - 前記傾斜面は約９０度である、請求項４に記載のバルク音響波共振器。
- 前記エアーギャップの形態を保持し、前記エアーギャップ上に位置するメンブレインをさらに含む、請求項６に記載のバルク音響波共振器。
- 基板と、
前記基板の上部のうち一定領域に位置するエアーギャップと、
前記エアーギャップの上部に位置する第１電極と、
前記第１電極の上部に位置する圧電層と、
前記圧電層の上部に位置する第２電極と、
前記エアーギャップの中心から一定距離だけ離れた位置に形成されるエアーエッジと、
を含む、バルク音響波共振器。 - 前記エアーエッジは、前記第１電極、前記圧電層、及び前記第２電極で一列に整列した一定のエッジ部分が前記第１電極、前記圧電層、及び前記第２電極の厚さだけ垂直方向にエッチングされた部分である、請求項１７に記載のバルク音響波共振器。
- １より多いエアーエッジをさらに含む、請求項１７又は１８に記載のバルク音響波共振器。
- 第１電極を形成するステップと、
第２電極を形成するステップと、
前記第１電極と前記第２電極との間に圧電層を形成するステップと、
バルク音響波共振部の中心から一定距離だけ離れる位置にエアーエッジを形成するステップと、
を含む、バルク音響波共振器の製造方法。 - 前記バルク音響波共振部のエッジの一定部分を前記バルク音響波共振部の厚さだけ垂直方向にエッチングすることによりエアーギャップを形成するステップをさらに含む、請求項２０に記載のバルク音響波共振器の製造方法。
- 前記バルク音響波共振部のエッジの一定部分を垂直方向に貫通することによってエアーエッジを形成するステップをさらに含む、請求項２０に記載のバルク音響波共振器の製造方法。
- 前記バルク音響波共振部に位置するビアホールを拡張することによってエアーエッジを形成するステップをさらに含む、請求項２０に記載のバルク音響波共振器の製造方法。
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