JP4327118B2 - バルク音響波共振器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気的フィルタまたは／及びデュプレクサに用いられるバルク形態の圧電発振器及びその製造方法に関する。

音響共振器は、精密な制御周波数が要求される多くの応用分野、即ち移動電話機、無線呼出機、無線受信機、マイクロ波衛星通信装置、及び様々な形態のポケット用電子機器などに用いられている。前記装置において、共振器が単一集積回路の一部である場合、部品が単一集積回路で可能な限り少スペースを占めるようにすることが重要である。
音響共振器は、電子フィルタのような多くの応用分野で有効に用いられている。薄膜、非導電性共振器が用いられる圧電物質を利用したフィルタは、略周波数３００ＭＨｚで有効である。圧電共振器は、無線周波数ＣＭＯＳ回路に集積できる小型で、かつ高品質のフィルタを製造することができる。バルク音響波（ＢＡＷ）共振器及びバルク音響波共振器により形成されるフィルタ回路は、小型化の実現、かつ低い挿入損失及び高電力の取り扱いが要求される。

基本的な形態のＢＡＷ共振器は、対向する二つの電極の間に介在している圧電物質を含み、好ましくはこれらの素子が共振器を形成することになる。前記素子は、高いＱファクターを有する体積波フィルタを実現するため、基板から音響的に絶縁される。このような共振器は、一般のＣＭＯＳ工程及び／またはバイポーラシリコン工程技術を利用して製造することができ、前記工程技術を利用して製造した単一集積回路で商業的に利用される。しかし、音響的に絶縁された共振器構造は一つの挑戦である。

図７では、第１電極７１２を形成し、前記第１電極７１２及びウェーハ表面上に圧電層７１３をコーティングする。このように圧電層７１３の対向面の上に第２電極７１４を形成することにより、シリコンウェーハ７１１に蒸着したエッチングストップ層（ｅｔｃｈｓｔｏｐ ｌａｙｅｒ）７２６、及びエッチング可能な層７２７の上部に設けられた従来のバルク共振器が形成される。次いで、前記圧電層７１３の下のウェーハを選択的にエッチングする選択的エッチング工程に露出すると、圧電層７１３の前方で複数のビア７１５Ａがエッチングされる。これにより、第１及び第２電極７１２、７１４及び圧電層７１３からなるアンカップル共振器構造７１５が形成される。共振器のメンブレイン７１５は、共振器メンブレイン７１５内の前面通路７１５Ａを利用しエッチングすることでウェーハ７１１から分離される。前記共振器に関する詳細な事項及び関連する製造工程については、特許文献１を参照することで明らかになる。
ＵＳ ６，３５５，４９８ ＷＯ ０２−０５４２５ ＵＳ ６，３８４，６９７

前記技術に係る幾つかの明白な問題点がある。まず、ビア７１５Ａは、圧電層７１３の周縁のみならず、第１及び第２電極との衝突を防ぐために、適切な位置に適切な大きさに作製される必要がある。そうでない場合、ビア７１５Ａは、共振器７１０の性能に悪い影響を及ぼすことになる。ビア７１５Ａが、許容される位置及び大きさと異なるように形成される場合、ビア７１５Ａは、電極７１２、７１４の間の圧電層７１３の一部を除去する可能性もあり、これによって共振器の周波数性能に影響を及ぼす。第２に、エッチングストップ層または境界物質（ｄｅｌｉｍｉｔｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓ）は、製造費用の増加及び製造工程の複雑化を招く。第３に、同一ウェーハ上で近接している回路素子が単一の集積回路に存在しており、空洞エッチング用物質の形態、利用、及び時期などに制限がある。第４に、保護キャップが設けられる前にエッチング工程が行われる必要がある。

例えば、ＫＯＨを用いて基板の背面から空洞をエッチングする従来システム（例：特許文献２参照）において、空洞の側壁と基板表面の間がなす角度のためにデバイスの集積度が低い。このような方法により、基板の背面（共振器メンブレインと対向する面）から空洞をエッチングして基板全体に対し意図的に空洞を設け、共振器のメンブレインを分離することができる。しかし、前記工程におけるデバイスの集積度が低い。また、ＫＯＨエッチング工程により、側壁と基板の背面との角度が５４．７度となる。要するに、特許文献３で確認できるように、長さ１５０μm、幅１５０μmである共振器は、大きさ５３０μmのウェーハ背面に長さ４５０μm、幅４５０μmの空洞を有するように形成される。更に、このような方法は、空洞が共振器構造物の一面に配列されることを要し、構造物の裏面配列は一つの挑戦である。

そこで、本発明は、デバイスの集積度を高めることができる共振器を提供することを目的とする。

本発明に係る共振器の製造方法は、支持構造物の第１表面上に圧電層をパターニングするステップ；前記圧電層上に第２電極をパターニングするステップ；前記第１表面と対向する前記支持構造物の第２表面から前記圧電層の下に空洞を形成するステップ；少なくとも２つの部分に分けられて前記空洞壁の少なくとも一部を横切り、前記支持構造物の第２表面上に、前記圧電層の上に延びている前記空洞に第１電極をパターニングするステップ；及び前記支持構造物と前記圧電層とを貫通して前記第２電極と電気的に接続されるビアを形成するステップ；を含み、前記第１電極、前記圧電層、及び前記第２電極は、メンブレイン構造物を形成することを特徴とする。
本願第２発明は、第１発明において、前記空洞は平行壁のビアホールであり、前記平行壁のビアホール形成前に前記メンブレイン構造物の一位置で前記支持構造物を薄くするステップ；を更に含むことを特徴とする共振器の製造方法を提供する。
本願第３発明は、第１発明において、前記平行壁のビアホールを形成するステップは、反応イオンエッチング（ＲＩＥ）工程を更に含むことを特徴とする共振器の製造方法を提供する。
なお、共振器は、支持構造物；前記支持構造物の第１表面に近接して位置している第１電極；前記第１電極及び前記支持構造物の第１表面に近接して位置している圧電層、及び前記第１電極と絶縁され、前記第１電極と対向する前記圧電層の一面上に隣り合って位置している第２電極を含むことが好ましい。前記第１電極、前記圧電層、及び前記第２電極は総括的に１つの共振器メンブレイン構造物を構成していてもよい。前記支持構造物には支持構造物の第２表面から支持構造物を通じて前記支持構造物に最も近い前記第1電極まで延びている空洞が形成され、前記支持構造物と前記圧電層とを貫通して前記第２電極と電気的に接続されるビアが形成される。前記メンブレイン構造物は音響的に絶縁されており、前記空洞上方に存在する。本発明における空洞は、互いに平行しており、前記支持構造物の基底板または第２表面に垂直な壁を有することが好ましい。例えば、前記支持構造物の第２表面と壁がなしている角度は８０度から１００度である。また、前記空洞から前記支持構造物の基底板または前記第２表面まで伸びている少なくとも一つのビアを用いて、前記空洞が前記共振器メンブレイン構造物の下方向に形成される。

上記構成では、支持構造物の第２表面から、支持構造物の第１表面に形成された第１電極に至る空洞の側壁が、８０度から１００度の角度でほぼ垂直に形成されている。よって、空洞同士の間隔を狭めることができる。そのため、支持構造物の第１表面上に隣接するようにメンブレン構造物を形成する場合、集積度を高めることができる。また、空洞がエッチングされる前に空洞を覆う蓋が設けられることで、メンブレインは残骸（ｄｅｂｒｉｓ）によりその汚染を抑えることができる。

前記第１電極は、前記支持構造物の前記第１表面の上部に前記圧電層の範囲を越えて延在していてもよい。また、共振器は、前記圧電層及び前記第２電極を覆うキャップを更に含んでいてもよい。

共振器は、前記空洞を覆う第２表面上の基底板を更に含んでいてもよい。
前記基底板は、ボード（ｂｏａｒｄ）の一部であってもよい。

直列及び並列に接続された共振器を備えるラダー回路に接続された複数の共振器を含み、前記共振器のうち少なくとも一つは上記に記載の共振器であることを特徴とするフィルタを提供してもよい。

位相変換素子と共に接続される複数のフィルタを含み、前記複数のフィルタのうちの少なくとも一つは上記に記載のフィルタであるデュプレクサを提供してもよい。

なお、上記の支持構造物は１００μmより薄い厚さを有するシリコン基板であってもよく、支持構造物は、略７０μmの厚さを有してもよい。また、上記の第１電極は、空洞壁の最少部分を横切り、支持構造物の第２表面上に、支持構造物の第１表面に近接するよう圧電層の表面から延在していてもよい。すると基板の背面における電気的な接続が容易になる。これは、側面方向のエネルギー損失を誘発する可能性のある、メンブレイン構造物の圧電層における段差若しくは不連続を避けるために用いられる。
また、基底板は、ハウジングの一面に設けられたボードの一部であってもよい。
また、少なくとも一つの共振器及び少なくとも一つの並列誘導性素子を含むラダー回路に接続された複数の共振器を含み、共振器のうちの少なくとも一つは本願第１発明に記載の共振器であってもよい。また、位相変換素子と共に接続される複数のフィルタを含み、複数のフィルタのうちの少なくとも一つは前述のフィルタであるデュプレクサであってもよい。
また、共振器は、支持構造物；前記支持構造物の第１表面に近接して位置している第１電極；前記第１電極及び前記支持構造物の第１表面に近接して位置している圧電層、及び前記第１電極と電気的に絶縁され、前記第１電極と対向する前記圧電層の一面の上部に前記圧電層と隣り合って位置している第２電極を含み、前記第１電極、前記圧電層、及び前記第２電極はメンブレイン構造物を形成し、前記支持構造物には前記第１電極の下に延びている空洞が形成され、前記支持構造物と前記圧電層とを貫通して前記第２電極と電気的に接続されるビアが形成され、メンブレイン構造物の一部が前記空洞の上方に存在し、前記支持構造物は、前記空洞から前記支持構造物の第１表面と対向する前記支持構造物の第２表面まで延びている少なくとも一つのビアホールを含んでいてもよい。

共振器は、前記圧電層及び前記第２電極を保護するキャップを更に含んでいてもよく、前記支持構造物の第２表面上部の基底板を更に含み、前記基底板は前記少なくとも一つのビアホールを覆っていてもよい。

ここで前記基底板は、ボードの一部であってもよい。
また、直列及び並列に接続された共振器を備えるラダー回路に接続された複数の共振器を含み、前記共振器のうちの少なくとも一つは上記に記載の共振器であることを特徴とするフィルタを提供してもよい。

位相変換素子に接続された複数のフィルタを含み、前記フィルタのうちの少なくとも一つは上記に記載のフィルタであることを特徴とする、デュプレクサを提供してもよい。

なお、支持構造物は、５００μmより薄い厚さを有するシリコン基板であってもよい。基底板は、ハウジングの一面に形成されたボードの一部であってもよい。また、少なくとも一つの共振器及び並列誘導性素子を備える回路に接続された少なくとも一つの共振器を含み、少なくとも一つの共振器は本願第１８発明に記載の共振器であるフィルタであってもよい。位相変換素子に接続された複数のフィルタを含み、フィルタのうちの少なくとも一つは前述に記載のフィルタであるデュプレクサであってもよい。
また、共振器は、支持構造物の第１表面から第２表面に向けて形成された空洞を有する支持構造物；前記支持構造物の第１表面に隣り合って位置している圧電層；前記支持構造物内の空洞壁の少なくとも一部に形成され、前記空洞と同じ深さで亘っている前記圧電層と隣り合って位置している第１電極；前記第1電極と電気的に絶縁され、前記第1電極と対向する前記圧電層の一面上に前記圧電層と隣り合って位置している第２電極；を含み、前記支持構造物と前記圧電層とを貫通して前記第２電極と電気的に接続されるビアが形成され、前記第1電極、前記圧電層、及び前記第２電極はメンブレイン構造物を形成していてもよい。

共振器は前記支持構造物の第２表面上の基底板を更に含み、前記基底板は、前記第１電極と電気的に接続していてもよい。
前記基底板は、ボードの一部であってもよい。

直列及び並列に接続された共振器を備えるラダー回路に接続された複数の共振器を含み、前記共振器のうちの少なくとも一つは上記に記載の共振器であることを特徴とする、フィルタを提供してもよい。

位相変換素子に接続される複数のフィルタを含み、前記フィルタのうちの少なくとも一つは上記に記載のフィルタであることを特徴とする、デュプレクサを提供する。

なお、基底板は、ハウジングの一面に設けられたボードの一部であってもよい。少なくとも一つの共振器及び並列誘導性素子を備える回路に接続された少なくとも一つの共振器を含み、少なくとも一つの共振器は上記に記載の共振器であるフィルタであってもよい。また、位相変換素子に接続される複数のフィルタを含み、フィルタのうちの少なくとも一つは前述に記載のフィルタであるデュプレクサであってもよい。
また、支持構造物の第１表面に第１電極をパターニングするステップ；前記第１電極に重畳するように前記支持構造物上に圧電層をパターニングするステップ；前記圧電層上に第２電極をパターニングするステップ；前記第１表面と対向する前記支持構造物の第２表面から前記メンブレイン構造物の下に空洞の役割をする平行壁のビアホールを形成するステップ；及び前記支持構造物と前記圧電層とを貫通して前記第２電極と電気的に接続されるビアを形成するステップ；を含み、前記第１電極、前記圧電層、及び前記第２電極はメンブレイン構造物を形成することを特徴とする、共振器の製造方法を提供してもよい。

ここで、前記平行壁のビアホールを形成する前に前記メンブレイン構造物の一位置で前記支持構造物を薄くするステップを更に含んでいてもよい。
前記平行壁のビアホールを形成するステップは、反応イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）工程を含んでいてもよい。

また、支持構造物の第１表面上に第１電極をパターニングするステップ；前記第1電極に重畳するよう前記支持構造物の上に圧電層をパターニングするステップ；前記圧電層の上に第２電極をパターニングするステップ；前記支持構造物の第１表面と対向する前記支持構造物の第２表面から前記メンブレイン構造物の下方にビアホールを形成するステップ；前記メンブレイン構造物の下方に空洞を形成するために、前記ビアホールを通じてエッチング薬品を投入して前記支持構造物の一部を除去するステップ；及び前記支持構造物と前記圧電層とを貫通して前記第２電極と電気的に接続されるビアを形成するステップ；を含み、前記前記第１電極、前記圧電層、及び前記第２電極は、メンブレイン構造物を形成することを特徴とする、共振器の製造方法を提供してもよい。

前記第1電極を形成する前に前記支持構造物内にデプレション（ｄｅｐｒｅｓｓｉｏｎ）を形成するステップ；及び前記デプレションが前記支持構造物の一部になるよう前記デプレションに犠牲物質を充填するステップ；を更に含み、前記第1電極は前記犠牲物質上に形成され、前記除去ステップは、前記メンブレイン構造物の下に前記空洞を形成するため、前記ビアホールを通じてエッチング薬品を投入し前記犠牲物質を除去してもよい。

前記空洞の境界を定めるため、前記支持構造物内に少なくとも一つのエッチングストップ層（ｅｈｃｈ ｓｔｏｐ ｌａｙｅｒ）を形成するステップを更に含んでいてもよい。
前記平行壁のビアホールを形成するステップは、反応イオンエッチング（ＲＩＥ）工程を含んでいてもよい。

本発明によれば、デバイスの集積度を高めることができる共振器を提供することができる。

＜第１実施例＞
図１に示したように、本発明の第１の実施例は、支持構造物１１１を含む共振器１１０を例示するものである。支持構造物１１１は、メンブレインの振動に不利に働かないように、共振器メンブレイン１１５を固定するための固定装置を提供する物質などで製造できる。その物質は、共振器メンブレイン１１５を物理的に支持できる物質であり得るが、支持構造物の性能に影響しない場合は、支持構造物は必須のものではない。よって、該物質は、他の回路素子の変形を許容するものである。例えば、当該物質は、単一集積装置を形成し、又は／及びＣＭＯＳ及びバイポーラ装置を製作するために、従来一般の半導体工程技術を用いる一般ＳｉまたはＧａＡｓウェーハである。この他にも別の物質として、石英、サファイア、またはマグネシウムオキサイド、更に、多少フレキシブルなプラスチック、ポリマー及びこれと類似する物質を含む。

同図に示されるように、第１電極１１２は、支持構造物１１１の第１表面に隣り合って位置している。第１電極１１２は、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｇ，Ａｕ、ポリシリコンのような導体、及びその他の物質やそれらの組み合わせによって形成される。Ｍｏは、低圧スパッタリング工程によって形成され、好適な熱特性を有していて本実施例で用いられる。第１電極１１２と支持構造物１１１との間には、以下で説明するような層が存在できる。即ち、絶縁のため、そしてエッチングストップを実行するために、オキサイド（例：ＳｉＯ₂）やシリコンニトライド（ＳｉＮ）層のような別の層を配置することも可能である。

圧電層１１３は、第１電極１１２及び支持構造物１１１の第１表面に隣り合って位置する。圧電層１１３は、例えばＡｌＮ、ＺｎＯ、ＰＺＴ（ｌｅａｄｚｉｒｃｏｎａｔｅ ｔｉｔａｎｔａｔｅ）、ｌｅａｄ ｓｃａｍｄｉｕｍ ｔａｎｔａｌｕｍ ｏｘｉｄｅ、ｂｉｓｍｕｔｈｓｏｄｉｕｍ ｔａｔａｎｉｕｍ ｏｘｉｄｅ、ＣｄＳ、またはこれらの組み合わせであることができる。現在若しくは今後、圧電層が前記挙げた物質でないこともあり、圧電層として言及されないこともあり得るが、本発明では、このことを考慮することにする。前記挙げられた物質のような役割を果たす如何なる物質も、本発明の目的のために圧電層として考慮できる。

第２電極１１４は、第１電極１１２と対向する圧電層１１３の一面上に前記圧電層１１３に隣り合って位置し、第１電極１１２と電気的に絶縁される。支持構造物１１１から音響的に絶縁された第１電極１１２、圧電層１１３、第２電極１１４、及び図示されていないその他の層は、全体的にメンブレイン構造物１１５と称する。
前記のように、支持構造物１１１は、支持構造物１１１の第２表面または基底板から支持構造物１１１を通じて支持構造物１１１に最も近接した第１電極の表面まで延びている空洞１１６を含み、メンブレイン構造物１１５の少なくとも一部分は、空洞１１６の上方に存在する。これは、メンブレイン構造物１１５で自在に振動させるためである。本実施例で図示される空洞１１６は、支持構造物の第２表面と相対的に略８０度〜１００度の角度をなす壁を保有している。この本実施例の空洞１１６は、支持構造物１１１の第２表面又は基底面と略５４．７度をなす壁を有する側壁をもたらすＫＯＬのようなエッチング工程によって形成される従来構造物とは異なっている。

実質的に平行な壁を有する空洞１１６をもたらす如何なる工程を想定しても、それは反応イオンエッチング（ＲＩＥ）工程を用いて実現することができる。
従来のＣＭＯＳ及びバイポーラ製造工程を用いるときよりも実用的な反応イオンエッチング（ＲＩＥ）工程によれば、支持構造物１１１は、最小限に共振器に局部的に、期待したものよりも薄く製造することができる。例えば、シリコン基板の典型的な厚さは４８０μmから５３０μmである。ところが、以下の説明のように、シリコン基板の支持構造物１１１は１００μmよりも薄い厚さであり、特に、図示された実施例によれば、支持構造物の厚さは略７０μmである。

第１電極１１２は、図１に示すように、メンブレイン１１５を支持するための支持構造物１１１の第１表面上に圧電層１１３を越えて延在している。両者択一であって第１電極１１２は、メンブレイン１１５を横切る部分においてのみ延在し、圧電層１１３の周囲部、支持される部分には延在しないように形成されても良い。リードラインまたはそれと類似するものが入／出力段と第１電極１１２を接続するのに用いられる。

第１の実施例において、共振器１１０は、圧電層１１３及び第２電極１１４を最小限に覆うキャップ１１７を含む。キャップ１１７は、基本的に、周囲壁が形成される分離されたシリコン基板において、空いたスペースをエッチングして形成された従来の構造物である（例えば、ＷＯ ０２−０５４２５を参照）。周囲壁１１８（ここで周囲とは、共振器または保護構造物の周囲を意味する。）において金のような導電物質で充填され、相互連結されたビア１１９が形成されることができる。ビアを満たす物質が金である場合、Ｍｏ電極１１２、１１４（またはＭｏ電極のリード）は、金リード１１９´に連結できる。前記方法により金リード１１９´は、相互接続されたビアとより好適な接合を形成する。その他の物質の組み合わせ及び設計も勿論可能である。

支持構造物１１１の第２表面上の基底板１２０は、空洞１１６をカバーして、共振器のメンブレイン構造物１１５が汚染物質によって汚れるのを防ぐことができる。前記基底板１２０は、ＰＣＢ上の独立した構成要素として、若しくは単一集積回路として、共振器１００内の他の回路素子を含むボードの一部分になり得る。基底板１２０は、支持構造物１１５に結合されたまた別の基板の形態となり得る。ここで、単一構造物は、ＰＣＢというよりウェーハである場合でも、単一構造物は用語に差をつけるためにボードと称する。よって、単一構造物は、回路ボードとシリコンウェーハを含む。前記基底板１２０はハウジングの一部であり得るが、ハウジングは回路を含むボードの一部である必要はない。

次に、第１の実施例の製造方法について図２Ａ乃至図２Ｅを参照して説明する。図２Ａに示したように、図１に示された共振器の製造方法は、支持構造物１１１の第１表面上に第１電極１１２をパターニングするステップを含む。パターニングステップは、特別なパターンで、支持構造物１１１の表面上に電極物質を蒸着する方法を含むことができる。従来方法は、第１のエッチングによって露出しない部分を除去し、同時に若しくは引き続いて、フォトレジスト（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）の除去された部分の下方に位置する導電性物質を除去しながら、所定の位置の抵抗層を選択的に硬化するために、マスクを経由し光源に抵抗層を露出するフォトリソグラフィ（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）工程を含む。更に、電極リフト−オフ（ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）工程も用いられる。

その後、残りの硬化したフォトレジストが除去されるが、この工程は必須ではなく、重要な工程ではない。如何なる方法を用いる場合でも、要求される全ては制御された方式でパターンに残される物質である。これと同様に、例えば電気的な絶縁及び／又は電子的な移動のために、支持構造物１１１と圧電層１１３との間にＳｉＮ層のような付加的な層が用いられる。

次に、図２Ｂに示したように、圧電層１１３は、第１電極１１２に重畳するよう支持構造物１１１上にパターン化される。圧電層１１３は、設計した中心周波数を生成するために選択された厚さを有する。圧電層１１３の厚さは１〜５μmの範囲であり、略２．７μmである。第２電極１１４は、圧電層１１３上部にパターン化される。第１電極１１２、圧電層１１３、及び第２電極１１４は、共振器のメンブレイン構造物１１５を形成する。

図２Ｃを参照すれば、第１電極１１２が設けられるが、第１電極１１２の第１表面は支持構造物１１１の第２表面上と対向し、メンブレイン１１５の下方に空洞１１６の役割をする平行壁を有するビアホール１１６が形成される。互いに平行な平行壁を有するビアホール１１６は、メンブレイン１１５の下方に基板物質を除去するためにエッチング物質を用いた除去用基板物質を含む従来の空洞とは区別される。ところが、従来共振器において、空洞内の壁は支持構造物１１１の第２表面と略５４．７度の角度をなす。よって、支持構造物１１１上に隣接して形成された各々の共振器は、相当の距離を置いて形成する必要があり、これは相対的に共振器の低密度（ｌｏｗｄｅｎｓｉｔｙ）を招く。

図２Ｄを参照すれば、本発明は、実質的に反応イオンエッチング（ＲＩＥ）工程を用いて平行壁を有するビアホールを形成する。好適な大きさの平行壁を有するビアホールを形成する方法であれば、如何なる方法でも構わない。しかし、図２Ｃのように、従来の厚さを有するシリコン基板が用いられる場合、平行壁を有するビアホール１１６を形成する前に、メンブレイン１１５の位置で支持構造物１１１を薄くして、反応イオンエッチング工程を最適化することができる。前記薄くする工程には、ＫＯＬエッチング及びＴＭＡＨエッチングのような適合な方法が用いられ、エッチング方法は、ＫＯＬエッチング及びＴＭＡＨエッチングに限定されるわけではない。

キャップ１１７は、キャップ１１７の壁１１８間において、空いた空間を含むように形成される。壁１１８は、パッドまたはソルダボール（ｓｏｌｄｅｒｂａｌｌｓ）を最終構造物の外側に接合するために、第１電極１１２と第２電極１１４を相互接続するためＲＩＥ工程により形成されたビア１１９を含む。キャップ１１９は、ボロシリケートガラス（ｂｏｒｏｓｉｌｉｃａｔｅｇｌａｓｓ）を用いた電極接合（ａｎｏｄｉｃ ｂｏｎｄｉｎｇ）を通じて支持構造物１１１に接合され、これによって図１に示した構造物が生成される。接合には封印（ｓｅａｌ）が用いられ、真空の雰囲気、選択されたガスまたは空気の雰囲気で実施される。背面エッチング工程を用いる本実施例（本発明の第３の実施例参照）は、空洞１１６が形成される前にキャップ１１７が共振構造物１１５の表面に接合できる点で有益な効果がある。かかる方法で、密閉された共振器１１５の表面はエッチング薬品（ｅｔｃｈｉｎｇａｇｅｎｔ）から保護され、エッチングによる残骸が生成され、次いで後続工程が実施される。これは、第１、第２電極（１１２、１１４）に悪影響を与えかねないエッチング薬品を選択する必要がある場合において、設計に自由度を与え、特にエッチングのタイミングにおいて大きな自由度を提供する。
＜第２の実施例＞
図３は、共振器のまた他の実施例を示した図である。同図を参照すれば、第１電極３１２は、支持構造物３１１の第１表面に隣り合う圧電層３１３の表面から、空洞３１６の壁の少なくとも一部分を横切り、支持構造物３１１の第２表面上に延びている。第２の実施例は、基板の背面における電気的な接続を容易にする。これは、側面方向のエネルギー損失を誘発する可能性のある、メンブレイン構造物３１５の圧電層３１３における段差若しくは不連続を避けるために用いられる。

図３に示した第２の実施例の製造方法は、図１で示す実施例の製造方法と類視するが、同じではない。特に、図４Ａに示された実施例による共振器の製造方法は、支持構造物３１１上に圧電層３１３をパターニングするステップ、及び圧電層３１３上に第２電極３１４をパターニングするステップを含む。この時、第１電極３１２が未だ形成されていないことに注目する必要がある。キャップ３１７は、前記第１の実施例のように、現在若しくは後に、圧電層３１３及び第２電極３１４を覆うために接合されることができる。

支持構造物３１１の第２表面上で空洞３１６は、図４Ｂのように、圧電層３１３の下方に形成される。次いで、第１電極３１２が空洞３１６の少なくとも一つの壁または一つの壁の一部を横切って支持構造物３１１の第２表面上に形成される。このとき、第１電極３１２は圧電層３１３の下方に延びるように空洞３１６内にパターン化される。空洞３１６内の第１電極３１２、圧電層３１３、及び第２電極３１４は、メンブレイン構造物３１５を形成する。

空洞３１６は、平行壁を有するビアホールとして設けることができる。空洞が平行壁を有するビアホールとして設けられる場合、その方法において、反応イオンエッチング（ＲＩＥ）のような技術を用いて平行壁ビアホールの変形が容易であるように、平行壁を有するビアホールを形成する前に、メンブレイン構造物３１５の少なくとも一つの位置で支持構造物３１１を薄くする追加工程を含むことができる。ここで、追加的な工程は、支持構造物３１１の本来の厚さ及び空洞３１６を設けるためのプロセスに依存する。勿論、空洞を作製する他の方法はＫＯＬエッチングを含むことができる。ＫＯＬエッチングは、共振器の低密度を招く傾向があるが、様々な応用分野で用いられている。

次に、図４Ｃ及び図３に示すように、支持構造物３１１の第２表面上に、基底板３２０が形成される。
前記方法は、第１の実施例と同様の方法で第２電極３１４及び圧電層３１３を適切に保護するためにキャップ３１７を形成する方法と、キャップ３１７を支持構造物３１１の最上面に付着する方法とを含む。更に、支持構造物３１１の第２表面は基底板に固定され得、第１の実施例に開示されたものと同様に、基底板３２０を経由して別の回路素子に電気的な接続を提供する。更に、第２ビア３１９は、キャップ３１７を通じて第２電極３１４を相互接続するために形成でき、代案として、図４Ｃ及び図３の点線部分で示すように、支持構造物３１１を通じて第２ビア３１９”を支持構造物３１１の第２表面上の電極、電極パッドまたはソルダボールに形成できる。

＜第３の実施例＞
図５は、本発明の第３の実施例による共振器５１０を示す。図５を参照すれば、共振器５１０は、支持構造物５１１及び支持構造物５１１の第１表面に隣り合って位置している第１電極５１２を含む。圧電層５１３は、第１電極５１２及び支持構造物５１１の第１表面に隣り合って位置している。第２電極５１４は、第１電極５１２と対向する圧電層５１３の一面に圧電層５１３に隣り合って位置し、第１電極５１２と電気的に絶縁される。第１電極５１２、圧電層５１３、第２電極５１４は、共振器のメンブレイン構造物５１５を形成する。

支持構造物５１１は、第１電極５１２の下に延びている空洞５１６を含み、メンブレイン構造物５１５の少なくとも一部分が空洞５１６上方に存在する。また、支持構造物５１１は、空洞５１６から支持構造物５１１の第１表面と対向する支持構造物５１１の第２表面まで延びているビアホール５１６Ａを含む。
支持構造物５１１はシリコン基板であり、その厚さは略５００μmであり、好ましくは１００μm以下、更に好ましくは７０μm以下である。キャップ５１７は、相互接続ビア５１９と共に、或いはビア５１９なしに圧電層５１３及び第２電極５１４を覆うために追加できる。更に、他の実施例と同様の理由で、基底板５２０が支持構造物５１１の第２表面上に追加できる。これによって、基底板５２０がビア５１６Ａを覆うことになる。基底板５２０は他の回路素子を有する基板（ｂｏａｒｄ）であることができる。なお、前記第１、第２の実施例のように、基底板５２０はハウジングの一側に設けられた基板の一部となる。

図６Ａ乃至６Ｅは、本発明の第３実施例による共振器の製造方法を示した図である。図６Ａを参照すれば、本発明の第３の実施例による共振器の製造方法は、支持構造物５１１の第１表面上部に第１電極５１２をパターニングするステップを含む。また、図６Ｄを参照すれば、共振器の製造方法は、第１電極５１２と重畳しないよう支持構造物５１１上部に圧電層５１３をパターニングするステップを更に含む。次いで、図６Ｅのように、第２電極５１４は圧電層５１３上部にパターニングされる。従って、第１電極５１２、圧電層５１３、第２電極５１４はメンブレインを形成する。メンブレイン５１５を形成後、反応イオンエッチング（ＲＩＥ）またはその他の適した方法を用いて、平行壁を有するビアホール５１６Ａがメンブレイン５１５の下に設けられる。ビア５１６Ａは、空洞５１６及びメンブレイン５１５より大きさが小さく、メンブレイン５１５に向けて延びていない場合もある。平行壁を有するビアホール５１６Ａは、図６Ｆのように、乾式または湿式エッチングのための通路役割を果たす。ビアホール５１６Ａを通じてエッチング薬品を注入することで、支持構造物５１１の一部がメンブレイン５１５下に空洞５１６を設けるために除去される。エッチング工程前に、支持構造物５１１の前面上にキャップ５１７を取り付けたり、製造工程中に支持構造物５１１の周縁を選択的に封印して、支持構造物の背面がエッチング薬品に露出することを防ぐことができる。

前記方法は、図６Ａに示したように、第１電極５１２が形成される前に従来リソグラフィ工程により支持構造物にデプレション（ｄｅｐｒｅｓｓｉｏｎ）を形成するステップ、及び支持構造物５１１の一部になるようデプレションを犠牲物質５２４にて充填するステップを更に含む。犠牲物質には、ＰＧＳ、熱的に成長したシリコンダイオキサイド、ポリビニル、ポリプロピレン、ポリスチレン、または適する物質が更に含まれる。まず、犠牲物質は、支持構造物５１１上に蒸着されエピタキシャル成長する。次いで、図６Ｂのように、知られた方法のうちの一つで支持構造物５１１に充分露出される程度のポリシングが行われる。第１電極５１２が犠牲物質５２４上に形成される際、ビアを形成するためのエッチングステップ、及びメンブレインの下方に空洞を形成するため、犠牲物質５２４を除去する犠牲層５２４エッチングステップが実施される。図６Ｆに示したように、犠牲層５２４をエッチングするステップは、ビアホール５１６Ａを通じてエッチング薬品を注入して犠牲物質を除去する。

前記工程の他にも、前記方法は、空洞５１６を区別するため支持構造物５１１内にエッチングストップ層５２５を設ける工程を含む。この工程は、米国特許６，３５５，４９８に開示された方法、つまり犠牲物質を充填する前にデプレションに形成された低温オキサイド（ＬＴＯ）層によって行われる。一般に、エッチングストップ層５２５が用いられる際、ビア５１６Ａが支持構造物５１１の背面に正確に位置している必要はない。その理由は、全体犠牲層５２４が除去されるまでエッチングを行うことができるためである。
＜フィルタ及びデュプレクサの設計＞
図８及び図９に示したように、共振器８０１ａ、８０１ｂ、８０１ｃ、８０２ａ、８０２ｂの組み合わせを利用してフィルタ８００またはデュプレクサ回路９００が動作する。フィルタ回路８００は、図８のようなラダー回路に接続された複数の共振器８０１ａ、８０１ｂ、８０１ｃ、８０２ａ、８０２ｂを含む。ラダー回路は、直列接続された共振器８０１ａ、８０１ｂ、８０１ｃを含み、共振器の交差点は、直列接続された共振器８０１ａ、８０１ｂ、８０１ｃのノードと接地の間の共振器８０２ａ、８０２ｂを備える並列線路を含む。中心周波数の設計は、良く知られている適したフィルタ関数が提供できるように選択する。前記フィルタ回路８００は、前記第１乃至第３の実施例に示された共振器構造の一形態またはそれらの組み合わせを用いることができる。例えば、接地された共振器は、第１電極３１１が接地に接続された第２の実施例が用いられる。

特定形態のフィルタ回路一つを例示したが、前記した共振器は様々な構成で用いられ、互いに相違な機能を有する異なる種類のフィルタを作製することができる。例示したフィルタ回路は、様々なフィルタ構成の一例に過ぎない。
同様に、前記フィルタ回路８００は、位相変換素子９０１に接続された他のフィルタと結合できる。かかる方法で、フィルタ回路８００Ａ、８００Ｂは、両方向無線装置に用いられるデュプレクサ９００を形成する。図９に示したように、デュプレクサ９００は、転送チャンネル９０２及び受信チャンネル９０３を両方有する完全なデュプレクサである。別の形態のデュプレクサ及びヘルプデュプレクサの設計が多く存在する。図９に示される典型的な回路は一例に過ぎず、これによって本発明の技術思想が制限されるわけではない。
（まとめ）
本発明の第１の実施例によれば、デバイスの集積度が最大化し、メンブレインが残骸により汚染されることが減少する。第２の実施例によれば、圧電層の前面においてビアと係る問題点を解決する。第３の実施例によれば、支持構造物の背面上に共振器メンブレイン構造物の電極の電気的な接続を容易にし、圧電層がメンブレイン内の表面で連続的な層になるようにし、圧電層がより好適な共振器を形成するようにする。

また、本発明では、エッチング限定層（ｅｔｃｈ ｄｅｌｉｍｉｔｉｎｇ ｌａｙｅｒｓ）が利用されるとき、厳格な面―面（ｓｉｄｅ−ｓｉｄｅ）配列が必ずしも要求されない。このような実施形態では、前記空洞がエッチングされる前に、蓋が設けられ、その結果メンブレインは残骸（ｄｅｂｒｉｓ）によりその汚染を抑えることができる。
以上、本発明の好適な実施例について図示し説明したが、本発明は、前記した特定の実施例に限定されるものでなく、請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱せずに当該発明に属する技術分野における通常の知識を有するものであれば誰もが様々な変形実施が可能であり、該変更は請求の範囲の範囲内にある。例えば、マルチプルメンブレインが積層バルク音響共振器（ａｓｔａｃｋｅｄ ｂｕｌｋ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ：ＳＢＡＲ）を形成するために一つの他の層の上部に積層されることができ、ここに開示された方法及び構造物は、表面音響波共振器（ｓｕｒｆａｃｅａｃｏｕｓｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ：ＳＡＲ）等に適用することができる。

本発明の第１の実施例による概略図である。 本発明の第１の実施例の製造方法を示す概略図（１）である。 本発明の第１の実施例の製造方法を示す概略図（２）である。 本発明の第１の実施例の製造方法を示す概略図（３）である。 本発明の第１の実施例の製造方法を示す概略図（４）である。 本発明の第２の実施例による概略図である。 本発明の第２の実施例による製造方法を示す概略図（１）である。 本発明の第２の実施例による製造方法を示す概略図（２）である。 本発明の第２の実施例による製造方法を示す概略図（３）である。 本発明の第３の実施例による概略図である。 本発明の第３の実施例による製造方法を示す概略図（１）である。 本発明の第３の実施例による製造方法を示す概略図（２）である。 本発明の第３の実施例による製造方法を示す概略図（３）である。 本発明の第３の実施例による製造方法を示す概略図（４）である。 本発明の第３の実施例による製造方法を示す概略図（５）である。 本発明の第３の実施例による製造方法を示す概略図（６）である。 前面ｒｅｌｅａｓｉｎｇによって生成されたメンブレイン構造物の上に作製された従来薄膜共振器の概略図である。 新たな共振器が提供されたフィルタ回路の回路図である。 新たな共振器が用いられたデュプレクサの回路図である。

符号の説明

１１０ 第１の実施例による共振器
３１０ 第２の実施例による共振器
５１０ 第２の実施例による共振器
１１１、３１１、５１１ 支持構造物
１１２、３１２、５１２ 第１電極
１１３、３１３、５１３ 圧電層
１１４、３１４，５１４ 第２電極
１１５、３１５、５１５ メンブレイン構造物
１１６、３１６、５１６ 空洞
１１７、３１７、５１７ キャップ
１１８ 平行壁
１１９、３１９、３１９” ビア
１２０ 基底板
５１６Ａ 平行壁を有するビアホール
５２４ 犠牲層、犠牲物質
５２５ エッチングストップ層
８００ フィルタ
８０１ａ〜８０１ｃ、８０２ａ〜８０２ｂ 共振器
９００ デュプレクサ

Claims (3)

1. 支持構造物の第１表面上に圧電層をパターニングするステップ；
   前記圧電層上に第２電極をパターニングするステップ；
   前記第１表面と対向する前記支持構造物の第２表面から前記圧電層の下に空洞を形成するステップ；
   少なくとも２つの部分に分けられて前記空洞壁の少なくとも一部を横切り、前記支持構造物の第２表面上に、前記圧電層の上に延びている前記空洞に第１電極をパターニングするステップ；及び
   前記支持構造物と前記圧電層とを貫通して前記第２電極と電気的に接続されるビアを形成するステップ；
   を含み、
   前記第１電極、前記圧電層、及び前記第２電極は、メンブレイン構造物を形成することを特徴とする、共振器の製造方法。
2. 前記空洞は平行壁のビアホールであり、
   前記平行壁のビアホール形成前に前記メンブレイン構造物の一位置で前記支持構造物を薄くするステップ；を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の共振器の製造方法。
3. 前記平行壁のビアホールを形成するステップは、
   反応イオンエッチング（ＲＩＥ）工程を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の共振器の製造方法。

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