JP2018026789A - 弾性波フィルター装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】温度補償層を有し、製造が容易な弾性波フィルター装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】基板と、基板の上面に配置されてキャビティを形成するキャビティ形成層と、上記キャビティの上部に配置される下部電極と、上記下部電極上に配置される圧電体層と、上記圧電体層の上部に配置される上部電極と、上記下部電極の下部に配置され、且つ上記キャビティ内に配置される温度補償層と、を含む弾性波フィルター装置を開示する。【選択図】図1

Description

本発明は、弾性波フィルター装置及びその製造方法に関する。
近年、通信技術の急速な発展に伴い、それに応じた信号処理技術及び高周波(RF)部品技術の発展が求められている。
特に、無線通信機器の小型化の傾向に伴って高周波部品の小型化技術が積極的に要求されており、高周波部品のうちフィルターの小型化は、半導体薄膜ウェハー製造技術を用いるバルク音響共振器(BAW、Bulk Acoustic Wave)形態のフィルターの製造により現実化されている。
バルク音響共振器(BAW)とは、半導体基板であるシリコンウェハー上に圧電誘電体物質を蒸着し、その圧電特性を用いることで共振を誘発させる薄膜形態の素子をフィルターとして実現したものである。
利用分野としては、移動通信機器、化学及びバイオ機器などの小型軽量フィルター、オシレーター、共振素子、音響共振質量センサーなどが挙げられる。
一方、バルク音響共振器の特性を高めるための様々な構造的形状及び機能に関する研究が行われており、特に、温度変化による素子特性の好ましくない変化を低減するための構造及び技術に関する研究が必要な状況である。
特開2008−172713号公報
本発明のいくつかの実施形態は、温度補償層を有し、製造が容易な弾性波フィルター装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置は、基板と、基板の上面に配置されてキャビティを形成するキャビティ形成層と、上記キャビティの上部に配置される下部電極と、上記下部電極上に配置される圧電体層と、上記圧電体層の上部に配置される上部電極と、上記下部電極の下部に配置され、且つ上記キャビティ内に配置されることにより、上記下部電極、圧電体層および上部電極の温度変化を補償可能に構成された温度補償層と、を含む。
本発明の幾つかの実施形態によれば、弾性波フィルター装置の温度特性を向上させることができ、弾性波フィルター装置を容易に製造することが可能となるという効果がある。
本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置を示す概略断面図である。 本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置の製造方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置の製造方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置の製造方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置の製造方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置の製造方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置の製造方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置の製造方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置の製造方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置の製造方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置の製造方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置の製造方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置の製造方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置の製造方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置の製造方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置の製造方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置の製造方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置の製造方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置の製造方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置の製造方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置の製造方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置の製造方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置の製造方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置の製造方法を説明するための工程図である。
以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために拡大縮小表示(または強調表示や簡略化表示)がされることがある。
図1は本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置を示す概略断面図である。
図1を参照すると、本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置100は、一例として、基板110と、キャビティ形成層120と、下部電極130と、圧電体層140と、上部電極150と、温度補償層160と、保護層180と、電極パッド190と、を含んで構成することができる。
基板110は、シリコンが積層された基板であることができる。例えば、シリコンウェハー(Silicon wafer)を基板として用いることができる。一方、基板110の上部には、第1酸化物層112が提供される。
基板110の上面には、空間部またはキャビティSが形成されたキャビティ形成層120が積層される。一例として、キャビティ形成層120は、第1犠牲層121と、第2酸化物層122と、第2犠牲層123と、を含む。
第1犠牲層121は第1酸化物層112上に形成される。第1犠牲層121はポリシリコン(Poly Silicon)材質からなることができる。一方、第1犠牲層121には、キャビティSの第1キャビティ部S1を形成するための第1保護壁121aが備えられる。すなわち、第1保護壁121aの内側に第1キャビティ部S1を形成する。
また、第2酸化物層122は第1犠牲層121の上面に形成される。一方、第2酸化物層122は、キャビティS側に突出して配置される。そして、第1保護壁121aと第2酸化物層122は同一の材質からなり、互いに連結される。
第2犠牲層123は第2酸化物層122上に形成される。一例として、第2犠牲層123は、第1犠牲層121と同一の材質であるポリシリコン(Poly Silicon)材質からなることができる。一方、第2犠牲層123には、キャビティSの第2キャビティ部S2を形成するための第2保護壁123aが備えられる。すなわち、第2保護壁123aの内側に第2キャビティ部S2が形成されることができる。
一方、第1キャビティ部S1および第2キャビティ部S2は第2酸化物層122により区画されており、第1キャビティ部S1と第2キャビティ部S2は互いに連結される。
下部電極130はキャビティSの上部に配置される。一例として、下部電極130は、温度補償層160の第2犠牲層123及び第2温度補償層164上に形成される。そして、下部電極130は、モリブデン(molybdenum:Mo)、ルテニウム(ruthenium:Ru)、タングステン(tungsten:W)などのような導電性材質を用いて形成されることができる。
また、下部電極130は、圧電体層140にRF信号などの電気信号を印加する入力電極または出力電極として用いられる。例えば、下部電極130が入力電極である場合、上部電極150は出力電極である。
圧電体層140は下部電極130上に形成される。一例として、圧電体層140は、アルミニウム窒化物(Aluminum Nitride)、酸化亜鉛(Zinc Oxide)またはチタン酸ジルコン酸鉛(Lead Zirconate Titanate)を蒸着することで形成される。
そして、圧電体層は、下部電極または上部電極から入力される電気信号を弾性波(Acoustic wave)に変換することができる。
一例として、下部電極130に時間的に変化する電界が誘起される場合、圧電体層140は、下部電極に入力される電気信号を物理的振動に変換することができる。すなわち、下部電極130に時間的に変化する電界が誘起される場合、圧電体層140は、誘起された電界を用いて配向された圧電体層140内で厚さ方向に体積弾性波(bulk acoustic wave)を発生させることができる。このように、圧電体層140は電気信号を用いて体積弾性波を発生させることができる。
そして、上部電極150は圧電体層140上に形成される。一例として、上部電極150も、モリブデン(molybdenum:Mo)、ルテニウム(ruthenium:Ru)、タングステン(tungsten:W)などのような導電性材質を用いて形成される。
また、上部電極150は、圧電体層140にRF信号などの電気信号を印加する入力電極または出力電極として用いられる。例えば、上部電極150が出力電極である場合、下部電極130は入力電極である。
一方、上部電極150は、圧電体層140の上部に積層されるフレーム層152と、圧電体層140及びフレーム層152を覆うように形成される電極層154と、を備えることができる。一方、フレーム層152は、体積弾性波を調整し、電極層154と同一の材質からなることができる。
温度補償層160は下部電極130の下部に配置され、一例として、温度補償層160は、キャビティSの第2キャビティ部S2内に配置される。一方、温度補償層160は、キャビティS内に配置される第1温度補償層162と、下部電極130の下部に配置される第2温度補償層164と、を備える。
すなわち、温度補償層160の第1温度補償層162と第2温度補償層164は、順に積層され、且つキャビティS内に挿入配置されることができる。
一方、第1温度補償層162は、ルテニウム(Ru)またはモリブデン(Mo)のような金属材質からなることができる。そして、第2温度補償層164は第1温度補償層162の上部に配置される。すなわち、第2温度補償層164は、第1温度補償層162と下部電極130との間に配置される。一例として、第2温度補償層164は、第1、2酸化物層112、122と同一の材質からなる。
保護層180は、上部電極150の一部分及び下部電極130の一部分を露出させるように形成される。すなわち、保護層180は、上部電極150の一部分及び下部電極130の一部分を除いた全体領域を覆う。保護層180は酸化物材質からなることができる。
電極パッド190は、保護層180より露出した上部電極150の一部分及び下部電極130の一部分に形成される。電極パッド190は、一例として、金(Au)または銅(Cu)などの導電性材質からなる。
上述のように、本発明の実施形態においては、温度補償層160が第2キャビティS2内に配置されるため、従来のような単純な共振器の製造工程を実施する際の難易度と比べても、同程度の難易度の製造工程により弾性波フィルター装置100を製造することができるという利点がある。
すなわち、平坦面を有する第2温度補償層164上に、下部電極130及び圧電体層140を積層することで、積層工程の難易度を下げることができる。
また、下部電極130及び圧電体層140は、第2温度補償層164の周り及び第2温度補償層164の平坦面に対して同一平面上に配置される第1温度補償層162の平坦面の表面に積層される。
そして、温度補償層160を備えることで、温度特性が改善可能な弾性波フィルター装置100を提供することができる。
以下では、図面を参照して本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置の製造方法について説明する。
図2から図24は、本発明の一実施形態による弾性波フィルター装置の製造方法を説明するための工程図である。
先ず、図2〜図10に示したように、基板110の第1酸化物層112上にキャビティ形成層120を形成する。
これについてより詳細に説明すると、図2に示したように、基板110の第1酸化物層112上に第1犠牲層121を形成する。一方、第1犠牲層121はポリシリコン(Poly Silicon)材質からなることができる。そして、第1犠牲層121の積層後、化学的、機械的研磨(CMP:Chemical mechanical polishing)工程による第1犠牲層121の平坦化作業を行う。
次に、図3に示したように、パターニング工程により第1犠牲層121に溝121bを形成する。
次に、図4に示したように、第1犠牲層121の溝121bに第1保護壁121aを形成する。第1保護壁121aは、一例として、第1酸化物層112と同一の材質からなることができる。そして、第1保護壁121aの形成後、化学的、機械的研磨(CMP:Chemical mechanical polishing)工程による平坦化作業を行うことができる。
次に、図5に示したように、第1犠牲層121上に第2酸化物層122を形成する。第2酸化物層122は、一例として、第1酸化物層112及び第1保護壁121aと同一の材質からなることができる。
次に、図6に示したように、第2酸化物層122上に第2犠牲層123を形成する。例えば、第2犠牲層123は第2酸化物層122上に積層される。
第2犠牲層123も、第1犠牲層121と同様に、ポリシリコン(Poly Silicon)材質からなることができる。そして、第2犠牲層123の積層後、化学的、機械的研磨(CMP:Chemical mechanical polishing)工程による第2犠牲層123の平坦化作業を行う。
次に、図7に示したように、第2犠牲層123にもパターニング工程により溝123bを形成する。
次に、図8に示したように、第2犠牲層123の溝123bに第2保護壁123aを形成する。第2保護壁123aは、一例として、第1酸化物層112と同一の材質からなることができる。また、第2保護壁123aの形成後、化学的、機械的研磨(CMP:Chemical mechanical polishing)工程による第2保護壁123aの平坦化作業を行うことができる。
次に、図9に示したように、第2犠牲層123の中央部を、一例として、フッ化キセノン(XeF2)を用いたリリース工程により除去する。
次に、図10に示したように、第2犠牲層123の中央部の除去により露出した第2酸化物層122の中央部を除去することで平坦度を確保する。
次に、図11に示したように、第2犠牲層123が除去された領域及び第2犠牲層123の上面に第1温度補償層162を形成する。第1温度補償層162は、一例として、ルテニウム(Ru)またはモリブデン(Mo)のような金属材質からなる。
そして、図12に示したように、第1温度補償層162上に第2温度補償層164を積層する。
次に、図13に示したように、一例として、化学的、機械的研磨(CMP:Chemical mechanical polishing)工程による平坦化作業を行う。これにより、第2犠牲層123の上面に積層された第1温度補償層162と第2温度補償層164の一部分が除去される。
結果的に、平坦化作業が行われた第2温度補償層164が外部に露出し、第2温度補償層164の底面に第1温度補償層162が形成される。
次に、図14に示したように、第2温度補償層164の上部に配置されるように下部電極130を形成する。下部電極130は、モリブデン(molybdenum:Mo)、ルテニウム(ruthenium:Ru)、タングステン(tungsten:W)などのような導電性材質を用いて形成することができる。
次に、図15に示したように、下部電極130を覆うように圧電体層140を形成する。圧電体層140は、一例として、アルミニウム窒化物(Aluminum Nitride)、酸化亜鉛(Zinc Oxide)またはチタン酸ジルコン酸鉛(Lead Zirconate Titanate)を蒸着することで形成することができる。
次に、図16に示したように、圧電体層140の上面に上部電極150のフレーム層152を積層する。この際、圧電体層140の中央部が外部に露出するようにフレーム層152を積層することができる。
次に、図17に示したように、外部に露出した圧電体層140の中央部の上面及び上部電極150のフレーム層152上に電極層154を積層する。これにより、フレーム層152とともに上部電極150を形成する。一方、フレーム層152と電極層154は、モリブデン(molybdenum:Mo)、ルテニウム(ruthenium:Ru)、タングステン(tungsten:W)などのような導電性材質を用いて形成することができる。
次に、図18に示したように、パターニング工程により上部電極150の端部分を除去する。
次に、図19に示したように、圧電体層140の端部分をパターニングにより除去する。これにより、下部電極130の一部分が外部に露出するとともに、第2犠牲層123の端部が外部に露出する。
次に、図20に示したように、第2犠牲層123、圧電体層140、フレーム層152、電極層154、及び下部電極130上に積層して保護層180を形成する。保護層180は、上部電極150、圧電体層140、下部電極130を保護する役割を果たすように形成され、金属酸化物材質からなることができる。
次に、図21に示したように、パターニングにより、下部電極130の一部分及び上部電極150の一部分が外部に露出するように保護層180の一部を除去する。
次に、図22に示したように、外部に露出した下部電極130及び上部電極150の一部分に電極パッド190を形成する。電極パッド190は、金(Au)または銅(Cu)材質からなることができる。
次に、図23に示したように、フッ化キセノン(XeF2)を用いたリリース工程により、第1、2保護壁121a、123aの内側に位置する第1、2犠牲層121、123の一部分を除去する。これにより、キャビティSが形成される。キャビティSは、第1温度補償層162及び第2温度補償層164が配置される第2キャビティS2と、第1温度補償層162の下部に配置される第1キャビティS1と、からなることができる。
そして、第1、2キャビティS1、S2は第2酸化物層122により区画されることができる。
次に、図24に示したように、弾性波フィルター装置100を形成するために、アルゴンイオンを用いたトリミング工程を行う。
上述のように、温度補償層160がキャビティS内に配置されるように形成されるため、温度補償層160による工程難易度の上昇を抑えることができる。すなわち、下部電極130及び圧電体層140が、平坦化工程が行われた第2温度補償層164上に形成されるため、温度補償層160の積層時における工程難易度の上昇を抑えることができる。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。
100 弾性波フィルター装置
110 基板
120 キャビティ形成層
130 下部電極
140 圧電体層
150 上部電極
160 温度補償層
180 保護層
190 電極パッド

Claims (23)

  1. 基板と、
    前記基板の上面に配置されてキャビティを形成するキャビティ形成層と、
    前記キャビティの上部に配置される下部電極と、
    前記下部電極上に配置される圧電体層と、
    前記圧電体層の上部に配置される上部電極と、
    前記下部電極の下部に配置され、且つ前記キャビティ内に配置される温度補償層と、を含む、弾性波フィルター装置。
  2. 前記温度補償層は、前記キャビティ内に配置される第1温度補償層と、前記下部電極の下部に配置される第2温度補償層と、を備える、請求項1に記載の弾性波フィルター装置。
  3. 前記第1温度補償層は、ルテニウム(Ru)またはモリブデン(Mo)からなる、請求項2に記載の弾性波フィルター装置。
  4. 前記キャビティ形成層は、
    前記基板に備えられる第1酸化物層上に配置される第1犠牲層と、
    前記第1犠牲層の上面に配置される第2酸化物層と、
    前記第2酸化物層の上面に配置される第2犠牲層と、を備える、請求項1から請求項3の何れか一項に記載の弾性波フィルター装置。
  5. 前記キャビティは、第1犠牲層の中央部に配置される第1キャビティ部と、第2犠牲層の中央部に配置される第2キャビティ部と、を備え、
    前記第1キャビティ部と前記第2キャビティ部は、第2酸化物層により区画される、請求項4に記載の弾性波フィルター装置。
  6. 前記第1キャビティ部は前記第2キャビティ部と連通される、請求項5に記載の弾性波フィルター装置。
  7. 前記温度補償層は、第1キャビティ部の上部に配置されるように形成される、請求項5または請求項6に記載の弾性波フィルター装置。
  8. 前記第1犠牲層は、第1キャビティ部の端部に配置され、酸化物からなる第1保護壁を備え、前記第2犠牲層は、第2キャビティ部の端部に配置され、酸化物からなる第2保護壁を備える、請求項5から請求項7の何れか一項に記載の弾性波フィルター装置。
  9. 前記上部電極は、前記圧電体層の上部に配置されるフレーム層と、前記圧電体層及び前記フレーム層を覆うように形成される電極層と、を備える、請求項1から請求項8の何れか一項に記載の弾性波フィルター装置。
  10. 前記上部電極の一部分及び前記下部電極の一部分を露出させるように形成される保護層をさらに含む、請求項9に記載の弾性波フィルター装置。
  11. 前記保護層より露出した前記上部電極の一部分及び前記下部電極の一部分に配置される電極パッドをさらに含む、請求項10に記載の弾性波フィルター装置。
  12. 前記キャビティ形成層は前記基板上に積層される、請求項1から請求項11の何れか一項に記載の弾性波フィルター装置。
  13. 基板の第1酸化物層上に、第1保護壁を有する第1犠牲層を形成する段階と、
    前記第1犠牲層の上面に第2酸化物層を形成する段階と、
    前記第2酸化物層の上面に、第2保護壁を有する第2犠牲層を形成する段階と、
    前記第2犠牲層の中央部及び前記第2酸化物層の中央部を除去する段階と、
    前記第2犠牲層の中央部及び前記第2酸化物層の中央部が除去された前記第1犠牲層の上面の一部分に第1温度補償層を形成する段階と、
    前記第1温度補償層の上面に第2温度補償層を形成する段階と、を含む、弾性波フィルター装置の製造方法。
  14. 前記第2温度補償層上に下部電極を形成する段階と、
    前記第2温度補償層及び前記下部電極の上部に配置されるように圧電体層を形成する段階と、
    前記圧電体層の上面に配置されるように上部電極を形成する段階と、をさらに含む、請求項13に記載の弾性波フィルター装置の製造方法。
  15. 前記下部電極を形成し、前記圧電体層を形成し、前記上部電極を形成する段階前に、平坦面を形成するために、第1、2温度補償層を平坦化する段階をさらに含み、
    前記下部電極を形成する段階は、前記平坦面上に下部電極を形成する段階をさらに含み、
    前記圧電体層を形成する段階は、前記平坦面上に前記圧電体層を形成する段階をさらに含む、請求項14に記載の弾性波フィルター装置の製造方法。
  16. 前記上部電極の端部及び外部に露出した前記圧電体層の端部を除去する段階と、
    前記外部に露出した前記第2犠牲層の一部分、前記下部電極、前記圧電体層及び前記上部電極上に保護層を配置する段階と、
    前記保護層の一部を除去することで、前記上部電極の一部分及び前記下部電極の一部分を外部に露出させる段階と、
    前記外部に露出した上部電極及び下部電極の一部分上に前記保護層の一部分を除去して電極パッドを形成する段階と、をさらに含む、請求項14または請求項15に記載の弾性波フィルター装置の製造方法。
  17. 前記第1保護壁の内部に配置される前記第1犠牲層の一部分を除去することで、第1キャビティ部を形成する段階と、
    前記第2保護壁の内部に配置される前記第2犠牲層の一部分を除去することで、第2キャビティ部を形成する段階と、をさらに含む、請求項16に記載の弾性波フィルター装置の製造方法。
  18. 前記第1温度補償層は、ルテニウム(Ru)またはモリブデン(Mo)からなる、請求項13から請求項17の何れか一項に記載の弾性波フィルター装置の製造方法。
  19. 基板と、
    前記基板の上部に配置されるキャビティ形成層と、
    前記キャビティ形成層内に配置され、且つ前記基板上に配置される第1キャビティ部と、
    前記キャビティ形成層内に配置され、且つ前記第1キャビティ部の上部に配置される第2キャビティ部と、
    前記第2キャビティ部に配置される温度補償層と、
    前記温度補償層上に配置される下部電極と、
    前記下部電極上に配置される圧電体層と、
    前記圧電体層上に配置される上部電極と、を備える、弾性波フィルター装置。
  20. 前記キャビティ形成層は、
    第1ポリシリコン層と、
    前記第1ポリシリコン層上に配置される酸化層と、
    前記酸化層上に配置される第2ポリシリコン層と、を備える、請求項19に記載の弾性波フィルター装置。
  21. 前記第1キャビティ部と前記第2キャビティ部とが前記酸化層により区画される、請求項20に記載の弾性波フィルター装置。
  22. 前記温度補償層は第1温度補償層を備え、
    前記温度補償層は、前記第1温度補償層の上部及び前記下部電極の下部に配置される第2温度補償層を備える、請求項19から請求項21の何れか一項に記載の弾性波フィルター装置。
  23. 前記第2温度補償層は第1平坦面の表面を備え、
    前記第1温度補償層は、前記第1平坦面の表面の周り及び前記第1平坦面に対して同一平面上に第2平坦面の表面を備え、
    前記下部電極と前記圧電体層は第1、2平坦面の表面に配置される、請求項22に記載の弾性波フィルター装置。
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