JP2021168494A - バルク音響共振器及びこれを含むフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】圧電体の電気機械結合係数を向上させるとともに、圧電体を構成する圧電層に含まれるドーピング物質が添加された窒化アルミニウムの異常成長を防止することができるバルク音響共振器を提供する。
【解決手段】本発明は、基板と、上記基板の上部に配置される第１電極と、上記第１電極上に配置され、ドーピング物質が添加された窒化アルミニウムを含む複数の圧電層を含む圧電体と、上記圧電体上に配置され、上記圧電体を間に挟んで上記第１電極と互いに対向する第２電極と、を含み、上記圧電層のうち少なくとも一つは、圧縮応力下で形成される圧縮層であるバルク音響共振器に関するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、バルク音響共振器及びこれを含むフィルタに関するものである。

最近、移動通信機器や、化学機器、バイオ機器などの急速な発達に伴い、このような機器に用いられる小型軽量フィルタ、発振器（Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）、共振素子（Ｒｅｓｏｎａｎｔ ｅｌｅｍｅｎｔ）、音響共振質量センサー（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｍａｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ）などの需要が増加している。

このような小型軽量フィルタ、発振器、共振素子、音響共振質量センサーなどを実現するための手段としては、薄膜バルク音響共振器（Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ：ＦＢＡＲ）が知られている。

ＦＢＡＲは最小限の費用で大量生産が可能であり、超小型に実現できるという長所がある。また、フィルタの主要な特性である高い品質係数（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｆａｃｔｏｒ：Ｑ）値を実現することができ、マイクロ周波数帯域でも使用が可能であり、特にＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）及びＤＣＳ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｒｄｌｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍ）帯域までも実現することができるという長所がある。

一般に、ＦＢＡＲは、基板上に第１電極、圧電体、及び第２電極の順に積層して実現する共振部を含む構造からなる。

ＦＢＡＲの動作原理を見ると、まず、第１及び第２電極に電気エネルギーを印加して圧電層内に電界を誘起させることで、この電界が圧電層の圧電現象を誘発させて共振部が所定の方向に振動するようにする。その結果、振動方向と同一の方向に音響波（Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）が発生し、共振を起こすようになる。

即ち、ＦＢＡＲは、体積弾性波（Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ：ＢＡＷ）を用いる素子で、圧電体の電気機械結合係数（Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ、Ｋ_ｔ ^２）が大きくなることにより、弾性波素子の周波数特性が改善し、広帯域化も可能となる。ここで、電気機械結合係数（Ｋ_ｔ ^２）は、音響共振器に対する機械エネルギーと電気エネルギーの比を示す。

特表２０１６−５０２３６３号公報 韓国登録特許第１３８６７５４号公報

本発明の目的のうちの一つは、圧電体の電気機械結合係数を向上させるとともに、圧電体を構成する圧電層に含まれるドーピング物質が添加された窒化アルミニウムの異常成長を防止することができるバルク音響共振器を提供することにある。

上述の課題を解決するための方法として、本発明は、一例を通じてバルク音響共振器の新たな構造を提案する。具体的には、基板と、上記基板の上部に配置される第１電極と、上記第１電極上に配置され、ドーピング物質が添加された窒化アルミニウムを含む複数の圧電層を含む圧電体と、上記圧電体上に配置され、上記圧電体を間に挟んで上記第１電極と互いに対向する第２電極と、を含み、上記圧電層のうち少なくとも一つは、圧縮応力下で形成される圧縮層である。

また、本発明は、他の実施形態を通じて上述の構造を有するバルク音響共振器を含むフィルタを提案する。具体的には、複数のバルク音響共振器を含むフィルタにおいて、上記複数のバルク音響共振器のうち一つ以上は、基板と、上記基板の上部に配置される第１電極と、上記第１電極上に配置され、ドーピング物質が添加された窒化アルミニウムを含む複数の圧電層を含む圧電体と、上記圧電体上に配置され、上記圧電体を間に挟んで上記第１電極と互いに対向する第２電極と、を含み、上記圧電層のうち少なくとも一つは、圧縮応力下で形成される圧縮層である。

本発明の一例によるバルク音響共振器の場合、圧電体が複数の圧電層を含み、圧電層のうち少なくとも一層は、圧縮応力下で成長した圧縮層であるため、ドーピング物質が添加された窒化アルミニウムの異常成長を防止するとともに、高い電気機械結合係数を有することができる。

本発明の一実施形態によるバルク音響共振器の断面図を概略的に示すものである。 図１に示された共振部の一例であるＡの拡大図を概略的に示すものである。 圧電体の残留応力によるバルク音響共振器の電気機械結合係数（Ｋ_ｔ ^２）値の変化を示すものである。 スカンジウムでドーピングされた窒化アルミニウムの異常成長が発生したことをＳＥＭによって観察した写真である。 表１に示されたサンプルのＸＲＤロッキングカーブ（Ｒｏｃｋｉｎｇ Ｃｕｒｖｅ）を測定したものである。 表１に示されたサンプルのＸＲＤロッキングカーブの半値幅（ＦＷＨＭ）と異常成長の単位面積当たりの発生数を測定したものである。 圧電層の成長時に印加された応力による密度及び屈折率を測定したものである。 第１電極の成長条件に応じた圧電体のＸＲＤロッキングカーブの半値幅（ＦＷＨＭ）を測定したものである。 第１電極の成長条件に応じた第１電極のＸＲＤロッキングカーブの半値幅（ＦＷＨＭ）を測定したものである。 第１電極の成長条件に応じた圧電体の異常成長の単位面積当たりの個数を示すものである。 （ａ）〜（ｃ）は第１電極と圧電体を引張応力下で成長させた場合、ＴＥＭを用いて第１電極と圧電体の境界を倍率に応じて観察した写真である。 （ａ）〜（ｃ）は第１電極を引張応力下で成長させ、圧電体のうち圧縮層が第１電極と接する位置に配置させた場合、ＴＥＭを用いて第１電極と圧電体の境界を倍率に応じて観察した写真である。 （ａ）〜（ｃ）は第１電極を圧縮応力下で成長させ、圧電体のうち圧縮層が第１電極と接する位置に配置させた場合、ＴＥＭを用いて第１電極と圧電体の境界を倍率に応じて観察した写真である。 第１電極と圧電体の格子構造が互いにマッチングする模式図を示すものである。 第１電極及び圧電体の形成条件に応じて、ＸＲＤ ｔｈｅｔａ−２ｔｈｅｔａスキャンを通じて圧電体のｃ軸の格子定数と第１電極のａ軸の格子定数を測定したものである。 圧電体の残留応力によるｃ格子定数をＸＲＤ ｔｈｅｔａ−２ｔｈｅｔａスキャンを通じて測定したものである。 表６の３つのサンプルの第１電極と隣接する圧電層をＨＲ−ＴＥＭを用いて観察した写真である。 本発明の他の実施形態によるフィルタの概略的な回路図である。 本発明の他の実施形態によるフィルタの概略的な回路図である。 本発明のさらに他の実施形態によるバルク音響共振器の製造方法において、圧電体及び電極を成長させるスパッタリング装置及びスパッタリング工程の模式図を示すものである。 本発明のさらに他の実施形態によるバルク音響共振器の製造方法に用いられるスパッタリング工程のための制御器の一例を示すものである。

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。

なお、本発明を明確に説明すべく、図面において説明と関係ない部分は省略し、様々な層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示し、同一思想の範囲内において機能が同一である構成要素に対しては同一の参照符号を用いて説明する。さらに、明細書全体において、ある構成要素を「含む」というのは、特に反対である記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含むことができるということを意味する。

以下、本発明で説明するバルク音響共振器は、薄膜バルク音響共振器を例に挙げて説明するが、これに制限されるものではない。

図１は本発明の一実施形態によるバルク音響共振器の断面図を概略的に示すものである。

図１を参照すると、本発明の音響共振器は、バルク音響共振器（Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）であってもよく、基板１１０、絶縁層１２０、エアキャビティ１１２、及び共振部１３５を含むことができる。

基板１１０は、シリコン基板で構成されることができ、基板１１０の上面には、絶縁層１２０が設けられて、基板１１０と共振部１３５を電気的に隔離させることができる。

絶縁層１２０は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、シリコンナイトライド（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のうち少なくとも一つを化学気相蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＲＦマグネトロンスパッタリング（ＲＦ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、及び蒸発（Ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）のうち一つの工程を用いることで、基板１１０に形成して製作することができるが、本発明はこれらに制限されるものではない。

エアキャビティ１１２は、基板１１０上に形成されることができる。エアキャビティ１１２は、共振部１３５の電極に電流が流れる場合、共振部１３５が所定の方向に振動することができるように共振部１３５の下部に位置し、共振部１３５によって生成された音響波の漏れを防止するインピーダンスとして動作することができる。エアキャビティ１１２は、絶縁層１２０上にエアキャビティ犠牲層パターンを形成し、エアキャビティ犠牲層パターン上にメンブレン１３０を形成した後、エアキャビティ犠牲層パターンをエッチングして除去するエッチング工程を行ってメンブレン１３０の下部に形成することができる。メンブレン１３０は、酸化保護膜として機能するか、基板１１０を保護する保護層として機能することができる。図１に示されていないが、メンブレン１３０上には窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で製造されるシード層を形成してもよい。具体的には、シード層は、メンブレン１３０と第１電極１４０の間に配置されることができる。

本発明の一実施形態では追加的に、エアキャビティ犠牲層パターンを形成する前に、絶縁層１２０上にエッチング阻止層をさらに形成することができる。即ち、エッチング阻止層は、エアキャビティ１１２を形成する際に、犠牲層パターンを除去するためのエッチング工程から基板１１０及び絶縁層１２０を保護し、エッチング阻止層上に他のいくつかの層が蒸着されるのに必要な基板の役割を果たすことができる。

共振部１３５は、第１電極１４０、圧電体１５０、及び第２電極１６０を含むことができる。第１電極１４０、圧電体１５０、及び第２電極１６０は、順に積層することができる。

第１電極１４０は、絶縁層１２０の一領域の上部からエアキャビティ１１２の上部のメンブレン１３０に延在して形成され、圧電体１５０は、エアキャビティ１１２の上部の第１電極１４０上に形成され、第２電極１６０は、絶縁層１２０の他領域の上部からエアキャビティ１１２の上部の圧電体１５０上に延在して形成されることができる。第１電極１４０、圧電体１５０、及び第２電極１６０の垂直方向に重なる共通領域は、エアキャビティ１１２の上部に位置することができる。

圧電体１５０は、電気エネルギーを弾性波形態の機械エネルギーに変換する圧電効果を引き起こす部分で、ドーピング物質が添加された窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む一つ以上の圧電層を含むことができるが、これに制限されるものではない。ドーピング物質は、希土類金属（Ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ ｍｅｔａｌ）であってもよい。希土類金属は、例えば、スカンジウム（Ｓｃ）、エルビウム（Ｅｒ）、イットリウム（Ｙ）、及びランタン（Ｌａ）のうち少なくとも一つを含むことができるが、本発明はこれらに制限されるものではない。または、ドーピング物質は、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、及びハフニウム（Ｈｆ）のうち少なくとも一つであることができるが、本発明はこれらに制限されるものではない。圧電層に含まれるドーピング物質の含量は、１〜２０ａｔ％（ａｔｏｍｉｃ ｐｅｒｃｅｎｔ）であることができるが、本発明はこれに制限されるものではない。

共振部１３５は、活性領域と非活性領域に区画することができる。共振部１３５の活性領域とは、第１電極１４０と第２電極１６０に無線周波数信号のような電気エネルギーが印加されると、圧電体１５０で発生する圧電現象によって所定の方向に振動して共振する領域のことである。共振部１３５は、エアキャビティ１１２の上部において第１電極１４０、圧電体１５０、及び第２電極１６０が垂直方向に重なる領域に該当する。活性領域は、共振部１３５のうちエアキャビティ１１２が共振部１３５から発生する音響エネルギーの漏れに対してインピーダンスとしての役割を果たす部分に限定されることができる。また、共振部１３５の非活性領域とは、第１電極１４０と第２電極１６０に電気エネルギーが印加されても圧電現象によって共振しない領域のことで、活性領域の外側の領域に該当する。

共振部１３５は、圧電現象を用いて、特定の周波数を有する無線周波数信号を選択的に変換、例えば、通過させたり出力したりするのに用いられることができる。具体的には、共振部１３５は、圧電体１５０の圧電現象に伴う振動に対応する共振周波数を有する無線周波数信号を出力することができる。

保護層１７０は、共振部１３５の第２電極１６０上に配置されて、第２電極１６０が外部に露出して酸化することを防止することができ、外部に露出しているそれぞれの第１電極１４０及び第２電極１６０には、電気信号を印加するための電極パッド１８０が形成されることができる。

図２は図１に示されたＡの拡大図を概略的に示すものである。

図２を参照すると、本発明の一実施形態によるバルク音響共振器の共振部１３５は、第１電極１４０、圧電体１５０、及び第２電極１６０の積層構造を有する。

第１電極１４０、圧電体１５０、及び第２電極１６０は、図２０に示されたスパッタリング装置を用いて形成することができるが、本発明はこれに制限されるものではない。図２０は一つ以上の実施形態によるスパッタリング装置及びスパッタリング工程を概略的に示すものである。また、図２１は図２０のスパッタリング工程のための制御器２１の一例を概略的に示すものである。図２１の制御器２１は、実施形態に応じて図２０のスパッタリング装置を制御することができる。なお、以下では、圧電層、多層の圧電層を含む複数の圧電体、及び／または圧電体と接するように配置される電極を形成する工程についての説明を含むが、本発明はこれに制限されず、例えば、図２０のスパッタリング装置及びスパッタリング工程を用いて行うこともできる。

図２０を参照すると、一例として、スパッタリング装置は、チャンバー１１、支持部材１２、及びターゲット１３を含む。支持部材１２の上部には、成長させようとする物質の基礎となる基礎部材１４が配置され、スパッタリング工程が進むにつれて基礎部材１４の上部に成長させようとする物質が蒸着されて形成層１５が成長する。チャンバー１１にアルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ_２）を注入することで、第１電極１４０、圧電体１５０、及び第２電極１６０を成長させる過程でチャンバー１１内の雰囲気を調節することができるが、本発明はこれに制限されるものではない。

支持部材１２は、ＲＦバイアスパワー部と接続されて、第１電極１４０、圧電体１５０、及び第２電極１６０を成長させる過程で成長する物質の応力を圧縮応力または引張応力となるように調節することができる。例えば、ＲＦバイアスパワーに応じて、応力は、様々なサイズの圧縮応力または引張応力となり得る。図２１の制御器２１は、ＲＦバイアスパワー部を含むことができ、一例として、ＲＦバイアスパワー部はプロセッサ２２に含まれることができる。図２１の制御器２１は、メモリ２３、ユーザーインターフェース２４、及びディスプレイ２５をさらに含むことができる。ここで、プロセッサ２２は、スパッタリング装置を制御して本発明のスパッタリング工程またはスパッタリング工程の任意の組み合わせを行うように構成されることができる。また、例えば、メモリ２３は、プロセッサ２２によって実行される際に、かかるスパッタリング装置または他の薄膜形成装置もしくはこれらの任意の組み合わせの装置が作動するようにする命令を貯蔵する非一時的コンピュータ読み取り可能な記憶媒体であってもよい。

再び図２を参照すると、第１電極１４０を成長させる段階は、モリブデン（Ｍｏ）をターゲット１３として使用して行われることができる。但し、これに制限されるものではなく、例えば、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、及びイリジウム（Ｉｒ）のうち一つ、またはこれらの合金で形成することができる。このとき、成長する第１電極１４０の応力は、制御器２１及び／または図２０のスパッタリング装置のＲＦバイアスパワーの制御によって調節されることができる。例えば、結晶配向性を向上させるために成長する第１電極１４０の応力を圧縮応力となるようにすることができる。以下、スパッタリング工程中の応力調整、またはスパッタリング装置の動作や他のスパッタリング工程に関する他の動作についての説明は、制御器２１の動作及び制御を通じて行われることで理解されることができる。このような動作制御は、ディスプレイ２５による情報またはプロンプトに基づいて実現されるように、制御器２１のユーザーインターフェースとのユーザーの相互作用によって実現されることができるが、これらに限定されるものではない。第１電極１４０を形成した後、第１電極１４０の上部に圧電体１５０を形成する段階が行われる。

図３は圧電体１５０の残留応力によるバルク音響共振器の電気機械結合係数（Ｋ_ｔ ^２）値の変化を示すものである。図３に示されたように、圧電体１５０の電気機械結合係数（Ｋ_ｔ ^２）は、残留応力が大きくなることにつれて増加することができる。Ｋ_ｔ ^２が増加することにより、対応する音響波要素の周波数特性が改善することができ、相対的により低いＫ_ｔ ^２に比べて通信帯域が拡張することができる。図３に示された圧電体１５０は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）圧電体１５０であってもよく、スカンジウムでドーピングされた窒化アルミニウム（ＳｃＡｌＮ）圧電体１５０であってもよい。

図３を参照すると、圧電体１５０の残留応力が引張応力となるよう次第に大きくなる（例えば、−６００ＭＰａ（圧縮応力）から６００ＭＰａ（引張応力）に次第に大きくなる）につれて、これに比例して圧電体１５０の電気機械結合係数（Ｋ_ｔ ^２）が増加することが分かる。また、圧電体１５０として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いる場合に比べて、ドーピング物質が添加された窒化アルミニウム（ＳｃＡｌＮ）を用いる場合の電気機械結合係数が高いことが確認できる。例えば、ドーピング物質はスカンジウムであってもよいが、これに制限されるものではない。

しかし、ドーピング物質が添加された窒化アルミニウムを含む圧電体には、残留応力を引張応力となるように形成する場合、図４のように、圧電体１５０において異常成長１５５が発生する個数が増加するという問題がある。ここで、図４は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察したもので、スカンジウムでドーピングされた窒化アルミニウムに生成された異常成長１５５のイメージである。

このような異常成長は、結晶成長（Ｃｒｙｓｔａｌ ｇｒｏｗｔｈ）の際に、表面エネルギー（Ｓｕｒｆａｃｅ ｅｎｅｒｇｙ）を減らすことができる位置で主に発生するようになり、圧電体１５０に異常成長１５５の数が増えるほど、バルク音響共振器において縦方向と横方向の波動損失が増加するという問題がある。その結果、増加した横方向の音響波はノイズの増加をもたらす可能性があり、縦方向の音響波の損失は品質因子が低下するという問題をもたらすおそれがある。

したがって、Ｋ_ｔ ^２の増加のために、ドーピング物質が添加された窒化アルミニウムで圧電体１５０を形成して、圧電体１５０の全体的な残留応力を引張応力として維持しながら、異常成長を防止する必要がある。

本発明の一実施形態によるバルク音響共振器は、ドーピング物質が添加された窒化アルミニウムで圧電体１５０を形成する過程で、圧電体１５０を構成する複数の圧電層１５１、１５２のうち少なくとも一つを圧縮応力下で形成させることにより、異常成長が発生することを防止するか、または最小化するとともに、高い電気機械結合係数（Ｋ_ｔ ^２）を有することができる。

このように、圧電体を形成する過程において、圧縮応力下で形成され、圧電体１５０を構成する複数の圧電層のうち少なくとも一つの圧電層を圧縮層とすることができる。

後述のとおり、圧縮層は、圧縮応力が印加されていない状態で形成された圧電層よりａ軸方向の格子定数とｃ軸方向の格子定数の比が大きくなり、圧縮層の密度は３．４６８１ｇ／ｃｍ^３、圧縮層の屈折率は２．１１３５を超えるようになる。また、圧縮層は、他の圧電層より大きいｃ格子定数を有する。

また、圧縮層は、圧電体１５０の下部に第１電極１４０と接するように配置されることで、ドーピング物質が添加された窒化アルミニウムで圧電体１５０を形成する過程で異常成長が発生することを最小限にするか、異常成長が発生しないようにすることができる。

圧電体１５０を形成した後、圧電体１５０の上部に第２電極１６０を形成する。例えば、第２電極１６０は上述の図２０のスパッタリング装置を用いて形成することができる。

第２電極１６０は、圧電体１５０を間に挟んで第１電極１４０と互いに対向するように配置される。

第２電極１６０は、第１電極１４０と同様に、モリブデンで形成されることができるが、これに制限されるものではない。例えば、第２電極１６０は、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、及びイリジウム（Ｉｒ）のうち一つ、またはこれらの合金で形成することができるが、本発明はこれらに制限されるものではない。

本発明の一実施形態による図１の音響共振器は、少なくとも二つの異なる圧縮条件で形成された複数の圧電層及び第１電極１４０を含む共振部１３５を有することができる。本発明の一実施形態において、複数の圧電層のうち、第１電極１４０と直ぐに隣接した圧電層は圧縮応力下で形成され、複数の圧電層のうち少なくとも一つ以上の他の圧電層は印加される応力がない状態または引張応力下で形成されることができる。また、第１電極１４０、複数の圧電層、及び第２の電極１６０によって形成された共振部の残留応力は引張応力となり得る。

以下、実施例及び比較例を通じて本発明をさらに詳細に説明するが、これは発明の具体的な理解を助けるためのもので、本発明の範囲が実施例によって限定されるものではない。実施例及び比較例において、圧電体はＳｃの含量が６．２５ａｔ％のＳｃＡｌＮを成長させて形成された。

下記表１のように、圧電体を形成する段階を４層の圧電層を形成する段階に分けた。但し、圧電層の層数は、これに制限されるものではない。

各圧電層を形成する段階は、図２０のスパッタリング装置の支持部材に、ＲＦバイアスパワーを調節して、圧縮応力または引張応力を印加した状態で圧電層を成長させる方法によって行われた。

表１において、各サンプル＃１−１、＃１−２、＃１−３、＃１−４、＃１−５、及び＃１−６の圧電体はシリコンウェハの上部で成長させた。

表１の第１層〜第４層は、圧電体を構成する複数の圧電層のうち、第１電極から積層方向の順に定義したものである。

圧電体の目標残留応力とは、圧電体を形成した後、圧電体が有する全体的な残留応力を意味する。

また、表１の◇、◆、□、■とは表２のような条件を意味する。表２において、ＲＦバイアスとは図２０のスパッタリング装置における支持部材に印加されたバイアスのことであり、ストレス（ｓｔｒｅｓｓ）とはＲＦバイアスに応じて成長している圧電層に印加されたストレス（ｓｔｒｅｓｓ）のことである。

例えば、圧電体のサンプル＃１−１では、得られた圧電体の圧電層がすべてＲＦバイアス１０９．２５Ｗ、即ち、圧縮応力−３００ＭＰａの状態で形成されるため、圧電体に圧縮残留応力が存在するようになる。

これと異なって、圧電体のサンプル＃１−２では、第１層が１２２．７５ＷのＲＦバイアス、即ち、圧縮応力−６００ＭＰａの状態で形成された後、圧電体の第２〜第４層は６８．７５ＷのＲＦバイアス、即ち、引張応力＋６００ＭＰａの状態で形成されるため、圧電体に残留引張応力が存在するようになる。

図５は表１に示された各サンプル＃１−１、＃１−２、＃１−３、＃１−４、＃１−５、及び＃１−６のＸＲＤロッキングカーブ（Ｒｏｃｋｉｎｇ Ｃｕｒｖｅ）を測定したもので、ロッキングカーブの測定結果は下記表３のとおりである。

表３を参照すると、すべてのサンプルにおいて半値幅が１．４１〜１．５程度の優れた値を示し、高い結晶配向性を有することが分かる。

特に、サンプル＃１−２の場合、半値幅が最も低く、最も高い結晶配向性を有することが確認できる。

また、サンプル＃１−２の場合には、半値幅は最も低く、最も高いインテンシティを示すことが確認できた。

圧電体を構成する圧電層のうち第１層、即ち、第１電極と接するように配置される圧電層を圧縮層として形成する場合、半値幅が最も低く、最も高い結晶配向性を有するという効果を得ることができる。

サンプル＃１−２が上記のような高い値を有する理由は、圧電体を形成し始める際に、最も基礎となる最下層である第１層を粗密に形成した場合、第１層上に成長する残りの圧電層の配列も改善するためであると判断される。

即ち、本発明の一実施形態によるバルク音響共振器は、圧縮層を圧電体の下部に第１電極と接するように配置または形成することにより、結晶配向性を高め、バルク音響共振器の性能を向上させることができる。

図６は表１に示されたサンプルのＸＲＤロッキングカーブの半値幅（ＦＷＨＭ）と異常成長の単位面積当たりの発生個数を測定したもので、その結果は表４のとおりである。

図６及び表４において測定された異常成長個数は、１４μｍ×１２μｍの面積で異常成長した数を測定したものである。

図６及び表４を参照すると、第１層を圧縮層として形成したサンプル＃１−２が、半値幅が最も低く、最も優れた結晶配向性を示すとともに、異常成長も発見されていないことが分かる。

上述のとおり、圧電体を形成し始める際に、最も基礎となる最下層である第１層を粗密に形成した場合、第１層上に成長する残りの圧電層の配列も改善するため、異常成長が最小限になると判断される。

図６及び表４の結果によると、圧電体の形成時に、初期蒸着される圧電層の蒸着条件が、ＲＦバイアスの出力を向上させ、イオン衝撃エネルギー（ｉｏｎ ｂｏｍｂａｒｄｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ）を高めた圧縮応力条件である場合、圧電体の全体的な残留応力が引張応力であるにもかかわらず、優れた結晶配向性を有し、異常成長を抑制することができることが確認できる。一実施形態において、第１電極と直接接触する圧電層は圧縮層で形成され、圧電体の残りの圧電層のうち一つ以上は引張応力の条件下で形成されるため、実質的に結晶配向を向上させるとともに、異常成長を最小化または防止することができる。

したがって、本発明の一実施形態によるバルク音響共振器は、スカンジウムでドーピングされた窒化アルミニウムを圧電体として使用し、残留応力が引張応力であるため、非常に高い電気機械結合係数を有する。同時に、本発明の一実施形態によるバルク音響共振器は、圧電体を構成する複数の圧電層のうち少なくとも一層、好ましくは、第１電極と接する圧電層を圧縮層として形成して、優れた結晶配向性及び異常成長の防止効果を有することができる。

図７は圧電層の成長時に印加された応力による密度及び屈折率を測定したものであり、表５は図７の測定結果を示すものである。

図７及び表５を参照して、本発明の一実施形態によるバルク音響共振器に含まれる圧縮層について詳細に説明する。

表５のサンプル＃２−１、＃２−２、及び＃２−３は、スカンジウムでドーピングされた窒化アルミニウムをそれぞれ−６００ＭＰａ（圧縮応力）、０ＭＰａ、及び６００ＭＰａ（引張応力）下で形成したものである。

密度（Ｄｅｎｓｉｔｙ）は、ＸＲＲ（Ｘ−ｒａｙ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）を用いて測定し、屈折率はエリプソメータ（Ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｅｒ）を用いて測定した。

図７を参照すると、形成時に印加された圧力に応じた密度及び屈折率の変化傾向が互いに同一であることが分かる。即ち、それぞれのサンプルの圧電層は、−６００ＭＰａ（圧縮応力）から６００ＭＰａ（引張応力）に変化し、各サンプルにおいて圧電体の密度及び屈折率が減少することが確認できる。

圧縮応力下で形成された圧縮層の格子定数の変化傾向を把握するために、窒化アルミニウムを圧縮応力下で形成させた場合を見ると次のとおりである。

窒化アルミニウムは、ＨＣＰ構造を有し、ｃ軸の格子定数が４．９８６Åであり、ａ軸の格子定数が３．１１６Åである。即ち、窒化アルミニウムのａ軸の格子定数に対するｃ軸の格子定数の比（ｃ／ａ）は１．６となる。

窒化アルミニウムを圧縮応力下で形成する場合、ａ軸の格子定数に対するｃ軸の格子定数の比（ｃ／ａ）が１．６より大きくなる。一方、窒化アルミニウムを引張応力下で形成する場合、ａ軸の格子定数に対するｃ軸の格子定数の比（ｃ／ａ）が１．６より小さくなる。

スカンジウムでドーピングされた窒化アルミニウムは、結晶構造においてアルミニウムの一部がスカンジウムで置換されて窒化アルミニウムの格子定数が変わる。しかし、スカンジウムでドーピングされた窒化アルミニウムの結晶構造もＨＣＰであり、形成時に印加される圧力に対し、窒化アルミニウムのａ軸の格子定数に対するｃ軸の格子定数の比（ｃ／ａ）の変化が類似した傾向を示す。例えば、圧縮応力下で形成されたスカンジウムでドーピングされた窒化アルミニウムの場合、ａ軸の格子定数に対するｃ軸の格子定数の比（ｃ／ａ）が、０ＭＰａで形成されたスカンジウムでドーピングされた窒化アルミニウムの比（ｃ／ａ）より大きければよい。一方、引張応力下で形成されたスカンジウムでドーピングされた窒化アルミニウムの場合、ａ軸の格子定数に対するｃ軸の格子定数の比（ｃ／ａ）が、０ＭＰａで形成されたスカンジウムでドーピングされた窒化アルミニウムの比（ｃ／ａ）より小さければよい。

したがって、本発明の一実施形態による圧縮層は、応力が印加されていない状態で形成された圧電層よりａ軸方向の格子定数とｃ軸方向の格子定数の比が大きくなる。

また、図７及び表５に示すように、圧縮層の密度は３．４６８１ｇ／ｃｍ^３を超えるようになり、圧縮層の屈折率は２．１１３５を超えるようになる。

下記表６は、第１電極の形成条件によるサンプルを示すものである。表６の第１電極の形成条件に応じてモリブデンを用いて第１電極を形成し、第１電極の上部にスカンジウムを含む窒化アルミニウムを用いて４層の圧電層を有する圧電体を形成した。

圧電体は、表１とは異なってシリコンウェハではなく、第１電極の上部に形成された。

表６において使用された◇、◆、□、■とは、上述の表２のような条件を意味する。

下記表７は表６のサンプルの圧電体の半値幅及び第１電極の半値幅をそれぞれ測定したものである。

図８は第１電極の成長条件に応じた圧電体のＸＲＤロッキングカーブの半値幅（ＦＷＨＭ）を測定したものであり、図９は第１電極の成長条件に応じた第１電極のＸＲＤロッキングカーブの半値幅（ＦＷＨＭ）を測定したものであり、図１０は第１電極の成長条件に応じた圧電体の異常成長の単位面積当たりの個数を示すものである。

図８、図９及び表７を参照すると、第１電極が高い圧縮応力下で形成されるほど、圧電体及び第１電極の半値幅が減少して結晶配向性が向上することが分かる。

具体的には、第１電極がモリブデン（Ｍｏ）である場合、モリブデンの結晶構造において（１１０）面の結晶配向性が向上し、圧電体がスカンジウムでドーピングされた窒化アルミニウムである場合、スカンジウムでドーピングされた窒化アルミニウムの結晶構造において（０００２）面の結晶配向性が向上することが分かる。

また、図１０を参照すると、グループ１及び２は、第１電極が高い圧縮応力下で形成されるほど、異常成長の数がともに減少することが確認できる。

即ち、圧電体が形成される前に、基礎となる第１電極が粗密に形成されて、第１電極上に成長する圧電体も高い結晶配向性を有して形成される。これにより、異常成長の数も減少することが分かる。

図１１（ａ）〜（ｃ）は第１電極と圧電体を引張応力下で成長させた場合（サンプル＃３−１）、ＴＥＭを用いて第１電極と圧電体の境界を倍率に応じて観察した写真であり、図１２（ａ）〜（ｃ）は第１電極を引張応力下で成長させ、圧電体のうち圧縮層が第１電極と接する位置に配置させた場合（サンプル＃３−４）、ＴＥＭを用いて第１電極と圧電体の境界を倍率に応じて観察した写真であり、図１３（ａ）〜（ｃ）は第１電極を圧縮応力下で成長させ、圧電体のうち圧縮層が第１電極と接する位置に配置させた場合（サンプル＃３−６）、ＴＥＭを用いて第１電極と圧電体の境界を倍率に応じて観察した写真である。

図１１〜図１３は高解像度のＴＥＭを用いて第１電極（Ｍｏ）と圧電体（ＳｃＡｌＮ）の界面を撮影したものである。

図１１（ａ）、図１２（ａ）及び図１３（ａ）を参照すると、第１電極が暗い色の層で示され、圧電体が比較的明るい色の厚い層で示される。

図１１（ｂ）を参照すると、圧電体部分に欠陥（ｄｅｆｅｃｔ）を示す黒色の斑点が図１２（ｂ）及び図１３（ｂ）より大幅に多く示されることが分かり、図１３（ｂ）において黒の斑点が最も少ないことが分かる。

また、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）を参照すると、第１電極と圧電体が接する界面が屈曲した形状を有することが分かる。このように、第１電極と圧電体が接する界面が屈曲した形状を有する場合、薄膜バルク音響共振器の性能が低下するようになる。

これとは異なり、図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）を参照すると、第１電極と圧電体が接する界面が平坦であることが確認できる。

図１４は第１電極と圧電体の格子構造が互いにマッチングする模式図を示すものである。図１４を参照して、モリブデンの第１電極にスカンジウムでドーピングされた窒化アルミニウムが成長することについて説明する。

モリブデンの場合、結晶構造がＢＣＣで、（１１０）面の面密度が最も高い。

これとは異なり、スカンジウムでドーピングされた窒化アルミニウムは、結晶構造がＨＣＰである。

第１電極に圧電体を形成する場合、（１１０）面のモリブデン元素のうち一つのモリブデンを中心に、周りのモリブデン元素の中心を互いに接続すると、図１４のように六角形が現れるようになる。

このような六角形にスカンジウムでドーピングされた窒化アルミニウムのＨＣＰの（０００２）面が配置される。

図１５は圧電体の残留応力によるｃ格子定数をＸＲＤ ｔｈｅｔａ−２ｔｈｅｔａ ｓｃａｎを通じて得たものである。図１５を参照すると、圧縮応力であるほどｃ格子定数が増加し、引張応力であるほどｃ格子定数が減少することが確認できる。

図１６は第１電極及び圧電体の形成条件に応じて圧電体のｃ軸の格子定数と第１電極のａ軸の格子定数を測定したものである。

図１６を参照すると、圧電体の全体の残留応力は、引張応力（３００ＭＰａ）であるため、スカンジウムでドーピングされた窒化アルミニウムのｃ格子定数の値は、一定の値を出していることが分かる。しかし、第１電極の場合、残留応力が圧縮応力であるほど、ａ格子定数が大幅に増加することが分かる。

即ち、残留応力が圧縮応力である第１電極の格子定数は３．１２Åより大きい値を有することができる。

図１７は第１電極と隣接したスカンジウム窒化アルミニウムの層（図２の１５１を参照）のＨＲ−ＴＥＭ ｉｍａｇｅである（順に＃３−１、＃３−４、＃３−６）。ＸＲＤ ｔｈｅｔａ−２ｔｈｅｔａスキャンでは、スカンジウム窒化アルミニウムのａ格子定数を測定することが困難であるため、ＨＲ−ＴＥＭを用いてａ格子定数を測定した。

下記表８はａ軸に沿った格子定数を測定して、第１電極と圧電体の格子の不整合度（Ｌａｔｔｉｃｅ ｍｉｓｍａｔｃｈ）を計算したものである。

図１５〜図１７及び表８を参照すると、第１電極を圧縮応力下で形成し、第１電極と接する圧電層が圧縮応力下で形成された圧縮層である場合、格子の不整合度が最も低いことが分かる。

即ち、第１電極を圧縮応力下で形成するとともに、第１電極と接する圧電層が圧縮応力下で形成された圧縮層である場合、圧電体の結晶配向性が向上し、バルク音響共振器の性能が向上することができる。

図１８及び図１９は本発明の一実施形態によるフィルタの概略的な回路図である。

図１８及び図１９のフィルタに採用される複数のバルク音響共振器のそれぞれは、図１に図示されたバルク音響共振器に対応する。

図１８を参照すると、本発明の一実施形態によるフィルタ１０００は、ラダー型（ｌａｄｄｅｒ ｔｙｐｅ）のフィルタ構造で形成することができる。具体的には、フィルタ１０００は、複数のバルク音響共振器１１００、１２００を含む。

第１バルク音響共振器１１００は、入力信号（ＲＦｉｎ）が入力される信号入力端と出力信号（ＲＦｏｕｔ）が出力される信号出力端との間に直列接続されることができ、第２バルク音響共振器１２００は、上記信号出力端と接地との間に接続される。

図１９を参照すると、本発明の一実施形態によるフィルタ２０００は、格子状（ｌａｔｔｉｃｅ ｔｙｐｅ）のフィルタ構造で形成されることができる。具体的には、フィルタ２０００は、複数のバルク音響共振器２１００、２２００、２３００、２４００を含むことで、均衡（ｂａｌａｎｃｅｄ）入力信号（ＲＦｉｎ＋、ＲＦｉｎ−）をフィルタリングして均衡出力信号（ＲＦｏｕｔ＋、ＲＦｏｕｔ−）を出力することができる。

上記のとおり、本発明による薄膜バルク音響共振器において、上記圧電体は複数の圧電層を含み、上記圧電層のうち少なくとも一つは、圧縮応力下で成長した圧縮層からなることにより、ドーピング物質が添加された窒化アルミニウムのような圧電体の異常成長を防止することができ、結果的に得られる薄膜バルク音響共振器は高い有効電気機械結合係数を有することができる。

したがって、一実施形態または他の実施形態において、薄膜バルク音響共振器またはフィルタ、製造方法、制御器、または非一時的コンピュータ読み取り可能な記憶媒体が提供されることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。

本発明における図２０及び図２１に示された制御器及びスパッタリング装置は、本明細書で説明されている動作を行うために構成されたハードウェア構成要素によって実現される。本明細書で説明されている動作を行うために用いられることができるハードウェア構成要素は、一例として、コントローラや、センサー、生成器、ドライバ、メモリ、加算器、減算器、乗算器、除算器、積分器などの電子構成要素を含むことができる。また、他の例として、少なくとも一つ以上のプロセッサまたはコンピュータによってハードウェアをコンピューティングすることにより実現されることができる。プロセッサまたはコンピュータは、論理ゲートのアレイのような一つ以上の処理要素によって実現されることができる。かかる処理要素は、論理ゲート、制御器及び算術論理ユニット、デジタル信号プロセッサ、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、プログラマブルロジックアレイ、マイクロプロセッサ、または所望の結果を得るために定義された方式で命令に応答し且つ命令を実行するように構成された任意の他の装置、または装置の組み合わせであってもよい。一例として、プロセッサまたはコンピュータは、かかるプロセッサまたはコンピュータによって実行される命令もしくはソフトウェアを貯蔵する一つ以上のメモリを含むことができる。また、プロセッサまたはコンピュータによって実現されるハードウェア構成要素は、命令またはソフトウェアを実行することができ、命令またはソフトウェアは、運営体制（ＯＳ）、及び本明細書で説明されている作業を行うためにＯＳで実行される一つ以上のソフトウェア応用プログラムのような応用プログラムを含むことができる。なお、ハードウェア構成要素は、命令またはソフトウェアの実行に応答してデータに接続することで、データを操作、処理、生成、及び貯蔵することができる。説明の明確性のために、本明細書に記載された例に対して、一つのプロセッサまたは一つのコンピュータを用いて説明することができるが、本発明がこれらに制限されるものではない。例えば、複数のプロセッサまたは複数のコンピュータを用いて本発明の他の実施形態に対して説明することもできる。さらに、プロセッサ及びコンピュータは、複数の処理要素または複数の類型の処理要素を含むことができる。例えば、一つのハードウェア構成要素または複数のハードウェア構成要素は、一つのプロセッサ、複数のプロセッサ、またはプロセッサとコントローラの組み合わせで実現されることができる。一つ以上のハードウェア構成要素は、一つ以上のプロセッサ、またはプロセッサと制御器の組み合わせによって実現されることができる。また、一つ以上の他のハードウェア構成要素は、一つ以上の他のプロセッサ、または他のプロセッサと他の制御器の組み合わせによって実現されることができる。一つ以上のプロセッサ、またはプロセッサとコントローラの組み合わせは、単一のハードウェア構成要素または二つ以上のハードウェア構成要素で実現されることができる。ハードウェア構成要素は、単一のプロセッサ、独立プロセッサ、並列プロセッサ、ＳＩＳＤ（ｓｉｎｇｌｅ−ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｉｎｇｌｅ−ｄａｔａ）多重処理、ＳＩＭＤ（ｓｉｎｇｌｅ−ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｄａｔａ）多重処理、ＭＩＳＤ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｓｉｎｇｌｅ−Ｄａｔａ）多重処理、及びＭＩＭＤ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｄａｔａ）多重処理などの処理構成要素のうち一つ以上を含むことができる。

例えば、図１〜図３、図１４、図１７、図２０、及び図２１で説明されている方法は、ハードウェアをコンピューティングすることにより行われることができる。一例として、ハードウェアをコンピューティングすることは、上述のように実現された一つ以上のプロセッサまたはコンピュータによって行われ、本発明で説明されている動作を行うために、上記プロセッサ、またはコンピュータから命令もしくはソフトウェアを実行することができる。例えば、単一の操作または複数の動作は、単一のプロセッサ、複数のプロセッサ、またはプロセッサと制御器の組み合わせによって行われることができる。一つ以上の動作は、一つ以上のプロセッサ、またはプロセッサと制御器の組み合わせによって行われることができる。また、一つ以上の他の動作は、一つ以上の他のプロセッサ、または他のプロセッサと他の制御器の組み合わせによって行われることができる。一つ以上のプロセッサ、またはプロセッサと制御器の組み合わせは、単一の動作または複数の動作を行うことができる。本明細書で説明されている方法を実行し、ハードウェア構成要素を実現するためのコンピューティングハードウェアを制御するための命令またはソフトウェアは、一つ以上のプロセッサ、またはコンピュータが個別もしくは集合的に動作できるように構成されたコンピュータプログラム、コードセグメント、命令またはこれらの任意の組み合わせで記録されることができる。一例として、命令またはソフトウェアは、コンパイラによって生成されたマシンコードなどのような一つ以上のプロセッサまたはコンピュータによって実行されるマシンコードを含むことができる。他の例として、命令またはソフトウェアは、インタープリタ（ｉｎｔｅｒｐｒｅｔｅｒ）を用いて、一つ以上のプロセッサまたはコンピュータによって実行される上位レベルのコードを含むことができる。命令またはソフトウェアは、図面に示されたブロック図及び流れ図並びに明細書に対応する説明に基づいた任意のプログラミング言語を使用して記録されることができる。

ハードウェアをコンピューティングすることを制御するための命令またはソフトウェアは、一つ以上の非一時的なコンピュータ記憶媒体に貯蔵されたり記録されたりすることができる。非一時的なコンピュータ記憶媒体は、ＲＯＭ（ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ−ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ＋Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＣＤ＋ＲＷ ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＢＤ−ＲＯＭ、ＢＤ−Ｒ、ＢＤ−Ｒ ＬＴＨ、ＢＤ−ＲＥ、磁気テープ、フロッピー（登録商標）ディスク、光データ貯蔵装置、ハードディスク、半導体ディスク、及び指示またはソフトウェア及び任意の関連データ、データファイル、及びデータ構造を非一時的な方法で貯蔵するように構成された任意の他の装置を含むことができる。また、非一時的なコンピュータ記憶媒体は、一つ以上のプロセッサまたはコンピュータが命令を実行できるように、命令またはソフトウェア及び任意の関連データ、データファイル、及びデータ構造を一つ以上のプロセッサまたはコンピュータに転送することができる。一例として、命令またはソフトウェア及び任意の関連データ、データファイル、及びデータ構造は、ネットワーク結合コンピュータシステムを介して分散されて、命令及びソフトウェアと任意の関連データ、データファイル、及びデータ構造が貯蔵されたりアクセスされたりすることができ、一つ以上のプロセッサまたはコンピュータによって分散された方法で行われることができる。

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。

１１０ 基板
１１２ エアキャビティ
１２０ 絶縁層
１３０ メンブレン
１３５ 共振部
１４０ 第１電極
１５０ 圧電体
１５１、１５２ 圧電層
１５５ 異常成長
１６０ 第２電極
１７０ 保護層
１８０ 電極パッド
１０００、２０００ フィルタ
１１００、１２００、２１００、２２００、２３００、２４００ バルク音響共振器
［項目１］
基板と、
上記基板の上部に配置される第１電極と、
上記第１電極上に配置され、ドーピング物質が添加された窒化アルミニウムを含む複数の圧電層を含む圧電体と、
上記圧電体上に配置される第２電極と、を含み、
上記複数の圧電層のうち少なくとも一つは、圧縮応力下で形成される圧縮層である、バルク音響共振器。
［項目２］
上記基板と上記第１電極との間に形成されるエアキャビティをさらに含む、項目１に記載のバルク音響共振器。
［項目３］
上記ドーピング物質は、スカンジウム、エルビウム、イットリウム、ランタン、チタン、ジルコニウム、及びハフニウムからなる群より選択される一つ、またはこれらの組み合わせを含む、項目１または２に記載のバルク音響共振器。
［項目４］
上記複数の圧電層は、上記ドーピング物質を１〜２０ａｔ％程度含む、項目１から３のいずれか一項に記載のバルク音響共振器。
［項目５］
上記複数の圧電層のうち上記圧縮層は、他の圧電層より大きいｃ格子定数を有する、項目１から４のいずれか一項に記載のバルク音響共振器。
［項目６］
上記圧縮層は、圧縮応力下で形成されて、圧縮応力が印加されていない状態で形成された圧電層よりａ軸方向の格子定数とｃ軸方向の格子定数の比（ｃ／ａ）が大きい、項目１から５のいずれか一項に記載のバルク音響共振器。
［項目７］
上記圧縮層は、上記圧電体の下部に上記第１電極と接するように配置される、項目１から６のいずれか一項に記載のバルク音響共振器。
［項目８］
上記圧縮層の密度は３．４６８１ｇ／ｃｍ^３を超える、項目１から７のいずれか一項に記載のバルク音響共振器。
［項目９］
上記複数の圧電層のうち上記圧縮層上に形成された圧電層の単位面積当たりの異常成長個数は、引張応力下または応力が加えられない状態で成長した圧電層上に形成された圧電層の単位面積当たりの異常成長個数より小さい、項目８に記載のバルク音響共振器。
［項目１０］
上記圧縮層の屈折率は２．１１３５を超える、項目１から９のいずれか一項に記載のバルク音響共振器。
［項目１１］
上記圧電体の残留応力は引張応力である、項目１から１０のいずれか一項に記載のバルク音響共振器。
［項目１２］
上記第１電極は、圧縮応力下で形成されるため、上記第１電極のａ軸方向の格子定数が、応力が印加されていない状態で形成されたものより大きい、項目１から１１のいずれか一項に記載のバルク音響共振器。
［項目１３］
上記第１電極は、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、及びイリジウム（Ｉｒ）のうち一つ、またはこれらの合金で形成される、項目１から１２のいずれか一項に記載のバルク音響共振器。
［項目１４］
上記第１電極は、モリブデン（Ｍｏ）またはその合金を含み、
上記第１電極のａ格子定数は３．１２Åより大きい値を有する、項目１から１３のいずれか一項に記載のバルク音響共振器。
［項目１５］
複数のバルク音響共振器を含むフィルタにおいて、
上記複数のバルク音響共振器のうち一つ以上は、項目１〜１２から選択されたいずれか一つのバルク音響共振器である、フィルタ。
［項目１６］
基板及び共振部を含み、
上記共振部は、
基板の上部に配置される第１電極と、
互いに異なる応力下で形成された少なくとも二つ以上の圧電層を含む圧電体と、
上記圧電体上に配置される第２電極と、
上記共振部の下部に配置されるエアキャビティと、を含む、薄膜バルク音響共振器。
［項目１７］
上記共振部は残留引張応力を有し、
上記圧電体は、上記圧電層のうち少なくとも一つ以上が圧縮応力下で形成された圧縮層を含み、
上記圧縮層に直接印加される圧電層は引張応力下で形成される、項目１６に記載の薄膜バルク音響共振器。
［項目１８］
少なくとも二つ以上の上記圧電層はそれぞれドーピングされた窒化アルミニウム圧電層であり、
上記ドーピングされた窒化アルミニウム圧電層はＨＣＰ構造を有する、項目１７に記載の薄膜バルク音響共振器。
［項目１９］
上記圧縮層は、圧縮応力下で形成された第１電極の格子構造と格子整合されたＨＣＰ構造を有する、項目１８に記載の薄膜バルク音響共振器。
［項目２０］
上記第１電極は、圧縮応力下で形成され、ＢＣＣ構造を有する、項目１９に記載の薄膜バルク音響共振器。
［項目２１］
上記圧電体の上記圧電層は圧縮応力下で形成されることで、圧縮応力下で形成された上記第１電極の格子構造と整合されたＨＣＰ構造を有する、項目１６から２０のいずれか一項に記載の薄膜バルク音響共振器。
［項目２２］
圧縮応力下で第１電極を形成する段階と、
第１電極上に配置され、互いに異なる応力下で形成された少なくとも二つ以上の圧電層を含む圧電体を形成する段階と、
上記圧電体上に第２電極を形成する段階と、を含み、
上記第１電極、上記圧電体、及び上記第２電極によって残留引張応力を有する共振部が形成され、
上記圧電層のうち少なくとも一つは圧縮応力下で形成される、バルク音響共振器の製造方法。
［項目２３］
上記圧電体を形成する段階は、
異なる格子構造を有する上記第１電極の格子構造と格子整合されたＨＣＰ構造を有するように圧縮応力下で形成された圧電層を形成する段階を含む、項目２２に記載のバルク音響共振器の製造方法。
［項目２４］
上記圧電体を形成する段階において、形成される上記圧電体に印加された全体的な応力は引張応力である、項目２３に記載のバルク音響共振器の製造方法。
［項目２５］
上記圧電体を形成する段階は、
少なくとも二つ以上の上記圧電層がＨＣＰ構造を有するドーピングされた窒化アルミニウム圧電層で形成され、
上記第１電極はＢＣＣ構造を有する、項目２３または２４に記載のバルク音響共振器の製造方法。

Claims (14)

1. 基板と、
   前記基板の上部に配置される第１電極と、
   前記第１電極上に配置され、ドーピング物質が添加された窒化アルミニウムを含む圧電体と、
   前記圧電体上に配置される第２電極と、を含み、
   前記圧電体は第１及び第２領域を含み、前記第１領域は前記第２領域より前記第１電極に近く配置され、
   前記第１領域は前記第２領域よりａ軸方向の格子定数とｃ軸方向の格子定数の比（ｃ／ａ）が大きい、薄膜バルク音響共振器。
2. 前記基板と前記第１電極との間に配置されるエアキャビティをさらに含む、請求項１に記載の薄膜バルク音響共振器。
3. 前記ドーピング物質は、スカンジウム（Ｓｃ）、エルビウム（Ｅｒ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、及びハフニウム（Ｈｆ）からなる群より選択される一つ、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１または２に記載の薄膜バルク音響共振器。
4. 前記圧電体に含まれるドーピング物質の含量は１〜２０ａｔ％である、請求項１から３のいずれか一項に記載の薄膜バルク音響共振器。
5. 前記第１領域は前記第２領域より大きいｃ格子定数を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の薄膜バルク音響共振器。
6. 前記第１電極は、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、及びイリジウム（Ｉｒ）のうち一つ、またはこれらの合金を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の薄膜バルク音響共振器。
7. 前記圧電体はＨＣＰ結晶構造を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の薄膜バルク音響共振器。
8. 前記第１電極はＢＣＣ結晶構造を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の薄膜バルク音響共振器。
9. 基板と、
   前記基板の上部に配置される第１電極と、
   前記第１電極上に配置され、ドーピング物質が添加された窒化アルミニウムを含む圧電体と、
   前記圧電体上に配置される第２電極と、を含み、
   前記第１電極はａ軸方向の格子定数が３．１２Åより大きい、薄膜バルク音響共振器。
10. 前記基板と前記第１電極との間に配置されるエアキャビティをさらに含む、請求項９に記載の薄膜バルク音響共振器。
11. 前記第１電極は、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、及びイリジウム（Ｉｒ）のうち一つ、またはこれらの合金を含む、請求項９または１０に記載の薄膜バルク音響共振器。
12. 前記圧電体はＨＣＰ結晶構造を含む、請求項９から１１のいずれか一項に記載の薄膜バルク音響共振器。
13. 前記第１電極はＢＣＣ結晶構造を含む、請求項９から１２のいずれか一項に記載の薄膜バルク音響共振器。
14. 複数の薄膜バルク音響共振器を含むフィルタにおいて、
    前記複数の薄膜バルク音響共振器のうち一つ以上は、請求項１〜１３から選択されたいずれか一つの薄膜バルク音響共振器である、フィルタ。

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