JP2022518658A - 薄膜圧電弾性波共振器及び製造方法並びにフィルタ - Google Patents
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Abstract
Description
内部に反射構造がある第一の基板と、
前記第一の基板の上面に設けられ、上から下へ順に積層される第一の電極、圧電片体、第二の電極と、を含み、
前記第一の電極、前記圧電片体及び前記第二の電極は、前記圧電片体の表面に垂直な方向上に重畳領域が設けられ、前記重畳領域は、前記反射構造の上方に位置し、
前記重畳領域内において、前記圧電片体と前記第一の電極との間にギャップが設けられ、
前記圧電片体の外周には、隔離キャビティが囲まれ、
前記ギャップが前記隔離キャビティに連通する薄膜圧電弾性波共振器が提供される。
第一のベースを提供するステップと、
前記第一のベース上に第一の電極を形成するステップと、
前記第一の電極上に積層構造を形成し、前記積層構造は、背向する第一の表面と第二の表面を有する圧電片体と、前記圧電片体の第一の表面に位置する第一の犠牲層と、前記圧電片体の外周に位置する第二の犠牲層とを含み、前記第一の犠牲層が前記第一の電極の表面に位置し、前記第一の犠牲層と前記第二の犠牲層が接続されるステップと、
前記積層構造上に第二の電極を形成するステップと、
前記第一の犠牲層と前記第二の犠牲層を除去し、前記圧電片体と前記第一の電極との間に位置するギャップと、前記圧電片体の外周に位置する隔離キャビティとを形成するステップと、
内部に反射構造がある第一の基板を提供するステップと、
前記第二の電極と前記第一の基板をボンディングするステップと、
又は、前記第二の電極上に誘電層を形成し、前記誘電層内に前記反射構造を形成し、前記第一の基板を提供し、前記第一の基板と前記誘電層をボンディングするステップと、
前記第一の電極、前記圧電片体及び前記第二の電極は、前記第一のベースの表面に垂直な方向上に重畳領域を設け、前記ギャップと前記反射構造は、前記重畳領域内に少なくとも部分的に位置し、前記重畳領域を、有効作業領域とするステップと、を含む薄膜圧電弾性波共振器の製造方法が提供される。
本発明は、薄膜弾性波共振器の有効作業領域において、圧電片体と第一の電極との間に微小なギャップを形成し、第二の電極の電界は、ギャップを貫通し、圧電片体上に印加することができ、圧電片体の外周に隔離キャビティが設けられ、第二の電極は、前記圧電片体を支持する。圧電片体と第一の電極との接触界面に残留応力と音波エネルギが圧電片体の境界、電極から漏れているという問題を解決する。また、圧電片体と第一の電極との間のギャップとキャビティは、弾性波の反射界面を形成し、圧電片体における縦方向の弾性波が、ギャップが所在する空気界面に伝播されるとき、弾性波を圧電片体の内部に反射し、縦方向の弾性波の損失を減少する。隔離キャビティは、圧電片体の境界を空気に露出させ、圧電片体の横方向の弾性波が圧電片体の境界に伝播されるとき、隔離キャビティにおける空気界面は、弾性波を圧電片体の内部に反射し、横方向の弾性波の損失を減少する。
内部に反射構造がある第一の基板50と、第一の基板50の第一の表面に設けられ、上から下まで順に積層される第一の電極20、圧電片体30、第二の電極40とを含み、第一の電極20、圧電片体30及び第二の電極40は、圧電片体30の表面に垂直な方向上に重畳する領域が設けられ、重畳する領域がキャビティの上方に位置し、重畳する領域内において、圧電片体30と第一の電極20との間にギャップ211第二の電極が設けられ、隔離キャビティ300が、圧電片体30の外周を周回し、ギャップ211が隔離キャビティ300に連通する。
図2では、R110-基板、R520-第一の電極、R140-圧電層、R160-第二の電極、R115-音響反射構造、R530-ギャップ、R150-ギャップ、R141-空気界面、R142-空気界面。
図3~図26では、50-第一の基板、41-第一の誘電層、31-第二の誘電層、30-圧電片体、21-第三の誘電層、20-第一の電極、40-第二の電極、61-第一の導電性プラグ、62-第二の導電性プラグ、63-第三の導電性プラグ、33-トレンチ、34-第三の犠牲層、35-第一の犠牲層、36-弾性波温度補償板体、211-ギャップ、23-第二の犠牲層、300-隔離キャビティ、301-接続ブリッジ、302-端部、303-有効作業領域の外側、13-ビアホール14-隔離溝、12-最上膜層、11-第三の誘電層、110-キャップ層、32第一の凹溝、22-凹溝、60-第一の基板、70-マイクロデバイス、71-MIM電気容量、72-MOSトランジスタ、73-インダクタ、500-半導体ベース、510-誘電層、520-キャビティ、530-ブラッグ構造。
Claims (42)
- 薄膜圧電弾性波共振器であって、
内部に反射構造がある第一の基板と、
前記第一の基板の上面に設けられ、上から下へ順に積層される第一の電極、圧電片体、第二の電極と、を含み、
前記第一の電極、前記圧電片体及び前記第二の電極は、前記圧電片体の表面に垂直な方向上に重畳領域が設けられ、前記重畳領域は、前記反射構造の上方に位置し、
前記重畳領域内において、前記圧電片体と前記第一の電極との間にギャップが設けられ、
前記圧電片体の外周には、隔離キャビティが囲まれ、
前記ギャップが前記隔離キャビティに連通する、ことを特徴とする、薄膜圧電弾性波共振器。 - 前記圧電片体の上、下面に位置し、又は前記圧電片体の内部に位置する弾性波温度補償板体をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の薄膜圧電弾性波共振器。
- 前記第二の電極の一部の周縁は、前記圧電片体の表面に垂直な方向上において、前記隔離キャビティによって囲まれて形成される領域範囲内又は領域範囲外に位置する、ことを特徴とする、請求項1に記載の薄膜圧電弾性波共振器。
- 前記圧電片体は、多角形であり、且つ前記多角形の任意の二辺が平行せず、
前記圧電片体の少なくとも一部の境界は、前記隔離キャビティによって構成される、ことを特徴とする、請求項1に記載の薄膜圧電弾性波共振器。 - 前記隔離キャビティにおいて前記圧電片体の全部の外周を露出する、ことを特徴とする、請求項1に記載の薄膜圧電弾性波共振器。
- 前記圧電片体と前記第一の基板との間に少なくとも一つの接続ブリッジが設けられ、
前記隔離キャビティによって切断されていない前記圧電片体の部分は、前記接続ブリッジを構成する、ことを特徴とする、請求項1に記載の薄膜圧電弾性波共振器。 - 前記隔離キャビティにおいて露出する前記圧電片体の周縁の形状は、一つ又は複数の弧形及び/又は直辺を含む、ことを特徴とする、請求項5又は6に記載の薄膜圧電弾性波共振器。
- 前記ギャップの高さは、0.1ナノメータ~5マイクロメータである、ことを特徴とする、請求項1に記載の薄膜圧電弾性波共振器。
- 前記圧電片体の厚さは、0.01マイクロメータ~10マイクロメータである、ことを特徴とする、請求項1に記載の薄膜圧電弾性波共振器。
- 前記反射構造は、キャビティ又はブラッグ反射器である、ことを特徴とする、請求項1に記載の薄膜圧電弾性波共振器。
- 前記反射構造が前記キャビティであるとき、前記隔離キャビティは、前記キャビティに連通し、又は前記隔離キャビティは、前記キャビティに連通しない、ことを特徴とする、請求項10に記載の薄膜圧電弾性波共振器。
- 前記ギャップの上方又は前記隔離キャビティの上方に設けられる少なくとも一つのビアホールをさらに含む、ことを特徴とする、請求項1に記載の薄膜圧電弾性波共振器。
- 前記第一の電極の上面には、前記ビアホールを充填するキャップ層がさらに設けられる、ことを特徴とする、請求項12に記載の薄膜圧電弾性波共振器。
- 前記キャップ層の材質は、シルカ、窒化ケイ素及び有機固化膜のうちの一つ又は二つの組み合わせを含む、ことを特徴とする、請求項13に記載の薄膜圧電弾性波共振器。
- 前記ギャップの外側における前記第一の電極と前記圧電片体との間に誘電層があり、又は、前記第一の電極が前記圧電片体と接触する、ことを特徴とする、請求項1に記載の薄膜圧電弾性波共振器。
- 第一の誘電層をさらに含み、前記第二の電極が前記第一の誘電層に嵌設される、ことを特徴とする、請求項1に記載の薄膜圧電弾性波共振器。
- 前記ギャップの領域範囲を画定する第二の誘電層をさらに含む、ことを特徴とする、請求項16に記載の薄膜圧電弾性波共振器。
- 前記第一の誘電層と前記第二の誘電層の材料は、シルカ又は窒化ケイ素を含む、ことを特徴とする、請求項17に記載の薄膜圧電弾性波共振器。
- 前記第一の基板は、半導体ベース又は、前記半導体ベースと、前記半導体ベース上に位置する誘電層とを含み、
前記キャビティは、半導体ベース内に位置し、又は前記キャビティは、前記各誘電層内に位置する、ことを特徴とする、請求項10に記載の薄膜圧電弾性波共振器。 - 前記隔離キャビティと前記ギャップによって囲まれて形成される領域外の領域は、無効領域であり、
前記第一の電極と前記第二の電極は、前記一部の周縁が位置する側においてずれ、前記一部の周縁の相対側に相対部分を有し、
前記薄膜圧電弾性波共振器は、
ずれる一方側において前記第一の電極に接続され、前記第一の電極が前記第一の基板に相対する他方側において前記第一の電極の上方構造を貫通する第一の導電性プラグと、
相対部分を有する一方側において前記第二の電極に接続され、前記第二の電極が前記第一の基板に相対する他方側において前記第一の電極の上方構造を貫通する第二の導電性プラグをさらに含む、ことを特徴とする、請求項2に記載の薄膜圧電弾性波共振器。 - 前記第一の基板の内部に第一の主動マイクロデバイス及び/又は第一の受動マイクロデバイスが嵌め込まれ、
前記薄膜圧電弾性波共振器は、
無効領域に位置する第三の導電性プラグをさらに含み、
前記第三の導電性プラグは、一端が前記第一の主動マイクロデバイス及び/又は前記第一の受動マイクロデバイスに接続され、他端が前記第一の主動マイクロデバイス及び/又は前記第一の受動マイクロデバイスの上方の構造を貫通し、又は、他端が前記第一の電極又は前記第二の電極に接続される、ことを特徴とする、請求項20に記載の薄膜圧電弾性波共振器。 - 前記第一の主動マイクロデバイスは、ダイオード、トランジスタ、MOSトランジスタ又は静電気放電保護デバイスを含む、ことを特徴とする、請求項21に記載の薄膜圧電弾性波共振器。
- 前記第一の受動マイクロデバイスは、抵抗、コンデンサ又はインダクタを含む、ことを特徴とする、請求項21に記載の薄膜圧電弾性波共振器。
- フィルタであって、複数の請求項1~23のいずれか1項に記載の共振器を含む、ことを特徴とする、フィルタ。
- 薄膜圧電弾性波共振器の製造方法であって、
第一のベースを提供するステップと、
前記第一のベース上に第一の電極を形成するステップと、
前記第一の電極上に積層構造を形成し、前記積層構造は、背向する第一の表面と第二の表面を有する圧電片体と、前記圧電片体の第一の表面に位置する第一の犠牲層と、前記圧電片体の外周に位置する第二の犠牲層とを含み、前記第一の犠牲層が前記第一の電極の表面に位置し、前記第一の犠牲層と前記第二の犠牲層が接続されるステップと、
前記積層構造上に第二の電極を形成するステップと、
前記第一の犠牲層と前記第二の犠牲層を除去し、前記圧電片体と前記第一の電極との間に位置するギャップと、前記圧電片体の外周に位置する隔離キャビティとを形成するステップと、
内部に反射構造がある第一の基板を提供するステップと、
前記第二の電極と前記第一の基板をボンディングするステップと、
又は、前記第二の電極上に誘電層を形成し、前記誘電層内に前記反射構造を形成し、前記第一の基板を提供し、前記第一の基板と前記誘電層をボンディングするステップと、
前記第一の電極、前記圧電片体及び前記第二の電極は、前記第一のベースの表面に垂直な方向上に重畳領域を設け、前記ギャップと前記反射構造は、前記重畳領域内に少なくとも部分的に位置し、前記重畳領域を、有効作業領域とするステップと、を含む、ことを特徴とする、薄膜圧電弾性波共振器の製造方法。 - 前記積層構造を形成するステップは、
前記第一の電極上に前記第一の犠牲層及び前記第一の犠牲層の範囲を画定する第二の誘電層を形成するステップと、
前記第一の犠牲層、前記第二の誘電層上に前記圧電片体と、重畳領域の前記圧電片体を全部で又は少なくとも部分的に囲む前記第二の犠牲層とを形成し、前記第一の犠牲層がと前記第二の犠牲層が接続されるステップと、を含む、ことを特徴とする、請求項25に記載の薄膜圧電弾性波共振器の製造方法。 - 前記第一の犠牲層及び前記第二の誘電層を形成するステップは、
前記第一の電極の表面に第二の誘電薄膜を形成し、前記第二の誘電薄膜をパターニングし、前記第二の誘電薄膜を貫通する凹溝を形成するステップと、
前記凹溝と前記第二の誘電薄膜を覆う第一の犠牲薄膜を形成するステップと、
前記第二の誘電薄膜の上方における前記第一の犠牲薄膜を除去し、且つ前記凹溝における前記第一の犠牲薄膜の第一の表面と前記第二の誘電層の第一の表面とを面一にするステップと、
前記凹溝における前記第一の犠牲薄膜を前記第一の犠牲層として構成し、前記第一の犠牲層の外部における前記第二の誘電薄膜を前記第二の誘電層とするステップと、を含む、ことを特徴とする、請求項26に記載の薄膜圧電弾性波共振器の製造方法。 - 前記圧電片体と、前記圧電片体を少なくとも部分的に囲む前記第二の犠牲層を形成するステップは、前記第一の犠牲層上、前記第二の誘電層上に圧電誘導薄膜を形成し、前記圧電誘導薄膜をパターニングし、前記圧電誘導薄膜を切断するトレンチと前記圧電片体を形成し、前記トレンチが前記圧電片体の全部又は一部の外周を囲むステップと、
前記トレンチ内に前記第二の犠牲層を形成し、前記トレンチにおける第二の犠牲薄膜の上面と前記圧電片体の上面を面一にするステップと、ことを含む、ことを特徴とする、請求項27に記載の薄膜圧電弾性波共振器の製造方法。 - 前記トレンチにおける前記第二の犠牲層の頂面と前記第二の誘電層の頂面とを面一にするステップは、
イオンビームトリミングプロセスを利用し、前記第一の犠牲層の頂面を平坦度トリミングし、前記第一の犠牲層の頂面の微細凹凸の高さと前記第一の犠牲層の厚さとの比の値を0.1%よりも小さくするステップを含む、ことを特徴とする、請求項28に記載の薄膜圧電弾性波共振器の製造方法。 - 前記圧電誘導薄膜を形成した後に、
前記圧電誘導薄膜の第一の表面を平坦度トリミングし、前記圧電誘導薄膜の第一の表面の微細凹凸の高さと前記圧電誘導薄膜の厚さとの比の値を0.1%よりも小さくするステップをさらに含む、ことを特徴とする、請求項28に記載の薄膜圧電弾性波共振器の製造方法。 - 前記積層構造上に前記第二の電極を形成するステップは、
下導電薄膜を形成し、前記第二の犠牲層と前記圧電片体を覆うステップと、
前記下導電薄膜をパターニングし、前記第二の電極を形成し、前記第二の電極は、前記第二の犠牲層を全部で覆い、又は、前記第二の電極の端部と前記第二の犠牲層とは、重畳部分を有し、一部の前記第二の犠牲層を露出させるステップと、を含む、ことを特徴とする、請求項25に記載の薄膜圧電弾性波共振器の製造方法。 - 前記第一の犠牲層の厚さは、0.1ナノメータ~5マイクロメータである、ことを特徴とする、請求項25に記載の薄膜圧電弾性波共振器の製造方法。
- 前記第一の電極は、導電層をパターニングした後の電極であり、各隣接する薄膜圧電弾性波共振器の間の前記第一の電極を相互に切断し、且つ前記第一の電極の無効領域と有効領域を相互に切断し、又は、
前記第一の電極は、導電層全体であり、
前記第二の電極を形成した後に、
前記第二の電極を覆う第一の誘電層を形成するステップと、
前記第一の誘電層上に前記第一の基板をボンディングし、次に前記第一のベースを除去するステップと、
前記導電層全体をパターニングし、前記第一の電極を形成し、各隣接する薄膜圧電弾性波共振器の間の前記第一の電極を相互に切断し、且つ前記第一の電極の無効領域と有効領域を相互に切断するステップと、をさらに含む、ことを特徴とする、請求項25に記載の薄膜圧電弾性波共振器の製造方法。 - 前記第一の犠牲層及び前記第二の犠牲層を除去するステップは、
前記第一の電極を貫通する少なくとも一つのビアホールを形成し、前記ビアホールにおいて前記第一の犠牲層を露出し、気相化学反応によって、前記第一の犠牲層及び前記第二の犠牲層を揮発性気体に転化して前記ビアホールから排出し、又は液体化学反応によって、前記第一の犠牲層又は前記第二の犠牲層を溶液に溶解して前記ビアホールから排出するステップを含む、ことを特徴とする、請求項33に記載の薄膜圧電弾性波共振器の製造方法。 - 前記第一の犠牲層及び前記第二の犠牲層を除去した後に、
前記ビアホールが形成される前記第一の電極の表面にキャップ層を形成し、前記キャップ層は、前記ビアホールを充填するステップをさらに含む、ことを特徴とする、請求項34に記載の薄膜圧電弾性波共振器の製造方法。 - 前記キャップ層の材質は、有機固化膜又はシルカを含み、前記キャップ層の厚さは、0.2マイクロメータ~30マイクロメータである、ことを特徴とする、請求項35に記載の薄膜圧電弾性波共振器の製造方法。
- 前記第一の犠牲層及び前記第二の犠牲層の材料は、リンシリコンガラス、ボロホスホシリケートガラス、ゲルマニウム、非晶質炭素、低温シルカ、ポリイミドのうちのいずれか一つを含む、ことを特徴とする、請求項25に記載の薄膜圧電弾性波共振器の製造方法。
- 前記第一の電極は、導電層をパターニングした後の電極であり、各隣接する薄膜圧電弾性波共振器の間の前記第一の電極が相互に切断し、且つ前記第一の電極の無効領域と有効領域が相互に切断し、
前記第一の電極を形成するステップは、
前記第一のベース上に上導電薄膜を形成するステップと、
前記上導電薄膜をパターニングし、前記第一の電極を形成し、前記第一の電極の端部と前記第二の犠牲層とは、重畳部分を有するステップと、を含む、ことを特徴とする、請求項25に記載の薄膜圧電弾性波共振器の製造方法。 - 前記隔離キャビティと前記ギャップによって囲まれて形成される領域の外周に、前記第一の電極と前記第二の電極は、前記一部の周縁が位置する側においてずれ、前記一部の周縁の相対側に相対部分を有し、
ずれる一方側において前記第一の電極を接続され、前記第一の電極が前記第一のベースに相対する他方側において前記第一の電極の上方構造を貫通する第一の導電性プラグを形成するステップと、
相対部分を有する一方側において前記第二の電極を接続され、前記第二の電極が前記第一のベースに相対する他方側において前記第一の電極の上方構造を貫通する第二の導電性プラグを形成するステップと、をさらに含む、ことを特徴とする、請求項25に記載の薄膜圧電弾性波共振器の製造方法。 - 前記保留される前記第一のベースの内部に第一の主動マイクロデバイス及び/又は第一の受動マイクロデバイスが嵌め込まれ、
一端が前記第一の主動マイクロデバイス及び/又は前記第一の受動マイクロデバイスに接続され、他端が前記第一の主動マイクロデバイス及び/又は前記第一の受動マイクロデバイスの上方の構造を貫通し、又は、他端が前記第一の電極又は前記第二の電極に接続される第三の導電性プラグを形成するステップをさらに含む、ことを特徴とする、請求項32に記載の薄膜圧電弾性波共振器の製造方法。 - 前記積層構造を形成するステップは、
前記第一の電極上に前記第一の犠牲層を形成するステップと、
圧電誘導薄膜を形成し、前記第一の電極、前記第一の犠牲層及び前記第一のベースを覆うステップと、
前記圧電誘導薄膜をパターニングし、前記圧電誘導薄膜を全部で又は部分的に切断するトレンチを形成し、前記トレンチの底部において一部の前記第一の犠牲層を露出するステップと、
前記トレンチに前記第二の犠牲層を形成し、前記第二の犠牲層の第一の表面と前記圧電片体の第一の表面を面一にするステップと、を含む、ことを特徴とする、請求項25に記載の薄膜圧電弾性波共振器の製造方法。 - 前記反射構造は、キャビティ又はブラッグ反射器であり、
前記第一の基板は、半導体ベース又は、前記半導体ベースと、前記半導体ベース上に位置する前記誘電層とを含み、
前記キャビティは、前記半導体ベース内に位置し、又は前記キャビティは、前記誘電層内に位置し、
前記ブラッグ反射器は、前記半導体ベース、又は前記半導体ベースの表面における前記誘電層上に位置する、ことを特徴とする、請求項25に記載の薄膜圧電弾性波共振器の製造方法。
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