JP5000820B2 - 音響共振器及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音響共振器及びその製造方法に関し、更に詳しくは、電子回路におけるフィルタとして使うことができる共振器及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の価格を下げるともに寸法を小さくすることの要求のために、より小さなフィルタ部品が継続的に必要とされている。携帯電話や小型ラジオのようなコンシューマ・エレクトロニクスは、それらに内蔵される部品の寸法・価格に厳しい基準を設けている。このような機器の多くは、周波数に関して精密に同調しなければならないフィルタを用いている。従って、低コストで、コンパクトなフィルタユニットを提供するための継続的な努力が行なわれている。
【０００３】
これらの要求に適合できるポテンシャルを備えたフィルタ部品の一つは、音響共振器のためのものである。これらの装置は、薄膜圧電（ＰＺ）材料内で大きな縦音波を用いている。一つの簡単な構造において、圧電材料の層は、二つの金属電極の間にサンドイッチされている。このサンドイッチ構造は、その周囲を支えられて空気中に吊り下げられている。電圧を加えられて電界がこの二つの電極の間に発生すると、圧電材料は、電気的なエネルギーを音波の形の機械的なエネルギーに変換する。この音波は、電界と同じ方向に伝わり、電極／空気インターフェースで反射する。
【０００４】
機械的な共振という観点からは、この装置は電子的な共振器と考えられるので、装置はフィルタとして働く。機械的な共振周波数は、装置内を伝わる音波の半波長が材料内の音の所定の位相速度に対する装置の全体的な厚さに等しくなるような周波数である。音の速度は光の速度よりもはるかに低い次数にあるので、構成された共振器は、非常にコンパクトなものになる。ＧＨｚ範囲に適用される共振器は、直径において１００μｍ以下、厚さにおいて数μｍ以下の物理的な寸法を有している。
【０００５】
薄膜バルク音響共振器（ＦＢＡＲ）と積層型薄膜バルク波音響共振器（ＳＢＡＲ）又はそれらを含むフィルタは、１〜２μｍの大きさの薄膜スパッタ圧電フィルムを有している。上部及び下部の電極は圧電体を挟むように導電リードを形成し、この圧電体を通過する方向に電界を形成する。これにより、この圧電体は、電界の一部分を、機械的な場又はエネルギーに変換する。時間的に変化する「応力／ひずみ」の場が、時間的に変化する加えられた電界に対応して形成される。
【０００６】
共振器として働くために、挟まれた圧電フィルムは、このフィルム内に音波をとらえる空気／結晶インターフェースを構成するように空気中に吊り下げられる。装置は、通常、基板表面に、下部電極、圧電体層、次いで、上部電極を堆積させることによって作り出される。従って、空気／結晶インターフェースは、既に、装置の上部に存在していることになる。第２の空気／結晶インターフェースが、装置の底部に構成されなければならない。この第２の空気／結晶インターフェースを得るために、いくつかのアプローチがある。これらのアプローチのいくつかが、以後、参照文献として取り扱われるＲｕｂｙなどに付与された米国特許第６，０６０，８１８号に開示されている。
【０００７】
例えば、直径４インチの単結晶シリコンウエハのような単一の基板上に複数のＦＢＡＲを作り出すことが可能である。基板は、次いで、その上に形成される多数のＦＢＡＲに分離するようにダイシングされる。しかしながら、この基板をダイシングする工程では、非常に薄いＦＢＡＲ共振器を壊すおそれがあるので、ダイシング工程には注意を払わねばならない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、音響共振器構造及びその製造方法に対する改善への要求がある。特に、ＦＢＡＲとＳＢＡＲを製造するバッチ処理における改善が求められている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による音響共振器をバッチ処理するための方法は、基板の表面上に第１の電極を堆積させ、該第１の電極上に圧電材料の層を堆積させ、該圧電材料の層上に第２の電極を堆積させ、及び、前記基板の底面から材料を除去して前記基板の厚さを少なくするとともに結果として得られるフィルタへの電磁的な影響を小さくする構造を形成する過程を含んでいる。
【００１０】
本発明の他の実施形態においては、音響フィルタが設けられる。音響フィルタは、表面に形成されたキャビティを備えたダイ基板を含み、このダイ基板は、約４９０μｍ（１９ミル）以下の厚さを備え、複数の共振器メンブレンがダイ基板の上に形成される。これらの複数の共振器メンブレンは、ダイ基板のキャビティ上に配置された第１の電極と、第１の電極上に形成された圧電材料と、及び、圧電材料上に形成された第２の電極を含んでいる。複数の相互接続体がダイ基板に形成されて複数の共振器メンブレン間の電気的な接続体を構成している。パッケージが設けられ、このパッケージは、その表面に形成されたダイキャビティを備えており、更にダイ基板は、このダイキャビティに設けられ、従って、ダイ基板の表面に沿って流れる一次電流が一次電流磁界を発生させるとともに基板下方の接地面に沿って流れる像電流（又はイメージ電流）が像電流磁界を発生させ、この一次電流磁界と像電流磁界が逆の極性を有しているようにしている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の好適実施例と、それらの利点は、図１乃至図１０を参照することにより最適の理解が得られる。様々な図面における同一の及び対応する部材には、同一の数字が付与されている。
【００１２】
図１は、本発明の理解を容易にしようとするもので、（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、ＦＢＡＲメンブレン１００とＳＢＡＲメンブレン１１０を示す断面図である。ＦＢＡＲメンブレン１００は、下部電極と上部電極１０２、１０４をそれぞれ有しており、これらは、例えば、窒化アルミニウムＡｌＮのような圧電（ＰＺ）材料１０６のシートの一部分をサンドイッチしている。ＦＢＡＲメンブレン１００に用いられる電極１０２、１０４は、例えば、モリブデンにより作られている。ＦＢＡＲメンブレン１００は、薄膜圧電材料１０６中において大きな縦音波を用いる。下部電極１０２と上部電極１０４間に加えられた電圧により電界が発生されると、圧電材料１０６は、電気的なエネルギーを音波の形で機械的なエネルギーに変換する。この音波は、電界と同じ方向に伝わって電極／空気インターフェースで反射する。
【００１３】
機械的な共振において、ＦＢＡＲメンブレン１００は、電子的な共振器と考えられるので、装置は、ノッチフィルタとして働く。機械的な共振周波数は、装置内を伝わる音波の半波長が材料内の音の所定の位相速度に対する装置の全体的な厚さに等しくなるような周波数である。音の速度は光の速度よりもはるかに低い次数にあるので、構成された共振器は、非常にコンパクトなものになる。ＧＨｚ範囲に適用される共振器は、直径において２００μｍ以下、厚さにおいて数μｍ以下の物理的な寸法を有するように構成される。
【００１４】
ＳＢＡＲメンブレン１１０の断面図を示す図１（ｂ）によれば、ＳＢＡＲメンブレン１１０は、帯域通過フィルタの電気的な機能と同じ機能を有している。ＳＢＡＲメンブレン１１０は、基本的には、機械的に接続されている二つのＳＢＡＲメンブレンである。電極１１２、１１４間の圧電層１１８の共振周波数を有する信号は、圧電層１２０に音響エネルギーを伝える。圧電層１２０における機械的な振動は、圧電層１２０内の圧電材料によって電極１１４と１１６をまたぐ電気的な信号に変換される。
【００１５】
ＦＢＡＲとＳＢＡＲメンブレンが本発明の実施形態により構成されるやり方が、複数のＦＢＡＲメンブレンが作り出される基板２００の一部分の断面図である図２−図８を参照すると容易に理解できる。
【００１６】
図２は、例えば、４インチ（約１０２ｍｍ）の直径と、約５５０μｍ（約２２ミル）の厚さｔ1を備えた集積回路製造に使われるタイプの周知のシリコンウエハとされ得る基板２００の一部分を示している。複数のキャビティ２０４が、基板２００の表面にエッチングにより設けられている。各々のキャビティ２０４の深さｄは、ＦＢＡＲメンブレン２１７（図６）における圧電層によって生じる移動を吸収できるような大きさでなければならない。図２に示される実施例においては、約５μｍの深さｄが適切である。キャビティ２０４の各々は、約２００μｍの上部幅ｗuと、約１９３μｍの下部幅ｗlとを備えている。
【００１７】
本発明のこの実施例によるＦＢＡＲメンブレン２１７の製造は、バッチ処理であり、従って、複数のＦＢＡＲメンブレン２１７は、単一の基板２００上に同時に形成される。図３乃至図５は１個のＦＢＡＲメンブレン２１７を形成するのに使われる処理を示しているが、複数の同じ処理が基板２００の表面にわたって施されて複数のＦＢＡＲメンブレン２１７を同時に形成できることは明らかであろう。更に、これらの図面が比例して描写されていないことは明らかであろう。簡単のために、図３乃至図５に示されている基板２００は、キャビティ２０４の深さｄの約２倍の厚さｔ１を備えているように見えるが、上述した実施例の寸法により示されているように、基板２００は、通常、ｄよりもはるかに厚い。
【００１８】
熱酸化物２０６の薄膜層は、基板２００の表面で成長して引き続く過程において使われるリン石英ガラス（ＰＳＧ）からリンが基板２００中に拡散することを妨げる。このような拡散は、シリコンにより形成される基板２００を導電体に変換して最終装置における電気的な動作と干渉することになる。
【００１９】
図４において、犠牲的なＰＳＧ層２０８は、次いで、基板２００に堆積させられる。犠牲的なＰＳＧ層２０８は、シランとＰ2Ｏ5を用いて約４５０℃の温度において堆積されて約８％のリンであるソフトガラス状の材料を形成する。この低温度処理は従来周知であるので、以後詳細には説明しない。ＰＳＧは非常なる透明性を備えた不活性の材料であり、比較的低温での堆積が可能であり、希釈されたＨ2Ｏ：ＨＦ溶液内で非常に高速度のエッチング速度でエッチングされることができ、従って、仮配置層として使うことが有益である。１０：１の希釈比において、３μｍ／分のオーダーでのエッチング速度を得ることができる。
【００２０】
残念ながら、そのままのＰＳＧ仮配置層は、通常、音響共振器を構成するのには不充分な基板である。このような堆積された薄膜の面は、原子レベルでは非常に粗い。ＦＢＡＲ／ＳＢＡＲタイプの音響共振器は、結晶が電極の面に対して直交している柱状に成長している圧電材料を用いる。実験において、ＰＳＧ層の表面に上手く並列させられた圧電フィルムを成長させる試みがなされたが、粗い面上で多くの面があらゆる方向に結晶成長を始めるためにほとんど圧電効果を示さない貧弱な多結晶材料を得ただけであった。基板が、圧電層にとっての「種」構造、即ち成長の基礎となる結晶構造を含まずとも、平滑な面を構成することにより優れた圧電効果を示す高度に構造組織化されたｃ軸圧電材料を堆積するための効果的な基板となりうる。
【００２１】
本発明の複数の実施形態が、ＰＳＧ層２０８の表面を研磨することによってこの問題を克服し、原子的に滑らかな面を形成する。図５において、ＰＳＧ層１０５の表面は、まず、スラリーとともに研磨によって平滑化されてキャビティ２０４外部のＰＳＧ層１０５の部分と熱酸化層２０６が除去される。残りのＰＳＧ層２１０が、次いで、より微細なスラリーにより研磨される。或いは、単一のスラリーを両方の研磨過程に使っても良い。これらの研磨過程は、ＰＳＧ部分２１０の表面に「鏡」のような仕上げを作り出すべきである。
【００２２】
研磨後、基板２００は、残留しているスラリーやその他の汚染物を除去するように洗浄される。研磨後、ウエハは、様々な洗浄剤を保持している一連のタンク内にウエハを浸漬する最終的な洗浄過程の用意ができるまで脱イオン水内に漬けられている。タンクの各々は、超音波撹拌を受ける。
【００２３】
洗浄後、例えば、モリブデンからなる電極層２１２が堆積され、次いで、選択的にエッチングされてＦＢＡＲメンブレン２１７の下部電極を形成する。Ａｌ、Ｗ、Ａｕ、Ｐｔ、或いは、Ｔｉのような様々な代替材料を電極２１２に使用できる。モリブデンは、低い熱弾性損失を有しているので、共振器に用いるのに適している。この実施例においては、モリブデンが、スパッタリングにより堆積されて５ｎｍ以下の高さにおけるＲＭＳ変化を備えた滑らかなモリブデン層を構成する。
【００２４】
下部電極層２１２が堆積された後、圧電層２１４が堆積される。一つの実施例において、圧電層２１４は、０．１〜１０μｍの間の厚さを備えたＡｌＮスパッタ堆積層である。最終的に、例えば、下部電極層２１２と同じ材料から構成されている上部電極層２１６が、堆積されて選択的にエッチングされる。次いで、圧電層２１４が選択的にエッチングされ、下部電極層２１２、圧電層２１４、及び、上部電極層２１６が、ＦＢＡＲメンブレン２１７を形成する。得られた構造が、図６に示されている。
【００２５】
従来周知のシリコンウエハ処理において、装置がウエハ表面に形成された後、ウエハは、切断過程においてダイシングされて複数の個々のダイとなる。切断は、通常、高圧ＤＩ水リンスと組み合わせて高速度の旋盤が使われてシリコンチップと切断により生じた残留物を除去する。しかしながら、ＦＢＡＲメンブレン２１７は、非常に薄くて壊れやすいので、このリンス作業は、ＦＢＡＲメンブレン２１７を破壊することがある。
【００２６】
ウエハ切断に代わるものは、「スクライブ・クリーブ」として知られている処理である。例えば、ダイヤモンド切断チップであることができるスクライブは、ウエハの表面に沿って引かれてウエハ面に浅い溝（スクライブ線）を形成する。個々のダイは、溝の位置においてウエハに圧力をかけることによって分離される。ウエハは、ウエハの結晶構造に従うようにした溝の位置において分離する。「分離」過程は、スクライブ線に沿ってウエハの下方を押圧することによって或いはウエハの面上に円筒形のローラをかけることによって実行される。いずれの場合においても、ダイの幅ｗdがウエハの厚さｔ1に対して小さいときは、「スクライブ・クリーブ」は、不確実なものとなり、ダイシングの際に望むようには分離できない。一つの実施例において、ｗdとｔ1の比は、少なくとも２〜１であることが好ましい。
【００２７】
上述したように、基板２００は、約３８０〜７６０μｍ（約１６〜３０ミル）の範囲の厚さｔ1を備えるとともに約１０００μｍ（１ｍｍ）のＦＢＡＲフィルタの各々の幅ｗd（図９）を備える。「スクライブ・クリーブ」過程の使用における問題を克服するために、基板２００は、ダイ分離に先立って薄くすることができる。この薄くすることは、ラッピング、プラズマエッチング、或いは、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）処理を行なうことによって基板２００の下側２１８から材料を除去することにより達成される。
【００２８】
基板２００の下部２１８の研磨は、ＦＢＡＲメンブレン２１７の脆弱な性質のために余計な問題を生じる。研磨処理において、基板２００の下側２１８は、研磨スラリーの存在下に回転研磨面に対向して配置されるので、圧力が表面２２０にかかる。この圧力は、下側２１８からの材料の除去を容易にする。損傷を防ぐために、犠牲的なＰＳＧ層２０８の残りの部分は、キャビティ２０４内に残って基板２００を薄くしつつＦＢＡＲメンブレン２１７の構造的な支持を行なう。
【００２９】
図７は、薄くした後の基板２００を示している。一つの実施例において、薄くした厚さｔ2は、約１２７μｍ（約５ミル）に等しく、これは、ＦＢＡＲメンブレン２１７の特性を良好にするばかりでなく、後工程における基板２００に必要な剛性を維持するだけの十分な厚さである。他の実施例において、ｔ2は、約２５μｍ乃至２５４μｍ（約１〜１０ミル）の範囲にある。約２５μｍ乃至４８３μｍ（約１〜１９ミル）の厚さｔ2が、必要とされる形状に対応して許容可能である。
【００３０】
ＦＢＡＲメンブレン２１７ａ−２１７ｃが形成されて基板２００が薄くされた後、仮配置層２０８の残りの部分２１０ａ−２１０ｃと熱酸化層２０６が、除去できる。これを行なうために、通路（図示せず）が犠牲ＰＳＧ部分２１０を露出させるように形成されている。これらの残留犠牲ＰＳＧ部分２１０と熱酸化層２０６は、希釈されたＨ2Ｏ：ＨＦ溶液内でエッチングにより除去される。図７に示すように、これは、当初のキャビティ２０４ａ−２０４ｃの上に吊り下げられたＦＢＡＲメンブレン２１７ａ−２１７ｃを残す。
【００３１】
上述の実施例は、ＦＢＡＲメンブレン２１７ａ−２１７ｃの構造を用いた。しかしながら、ＳＢＡＲメンブレンが同じやり方で構成できることは、当該技術に通常の知識を有する者には明らかであろう。ＳＢＡＲの場合には、追加の圧電層と電極が堆積される。
【００３２】
「スクライブ」過程において、ダイヤモンドチップスクライブが、図８に示されるように基板２００における表面２２０に小さな溝２２２を切断するように使われる。次いで、プラスチック層（図示せず）が、表面２２０上に配置される。このプラスチック層は、例えば、静電気によって発生された電荷を備えた非接着ポリイミドテープであることができる。
【００３３】
基板２００は、次いで、１組の輪の上に配置された接着テープを有するキャリヤ上に取り付けられる。接着テープは、基板２００の下側２１８に接着され、オーバーレイが、さらなる支持のために基板２００の表面２２０に形成される。基板２００上の各々の溝２２２は、次いで、ブレードを用いて衝撃を与えられて溝２２２によって定められるスクライブ線に沿って分離することによりダイスを形成する。ウエハエキスパンダ工具が分離されているダイスが接着されている接着テープを延ばすために使われ、個々のダイスの取り扱いを容易にしている。個々のダイスは、次いで、除去され、以下に説明するように更に処理される。
【００３４】
「クリーブ」又は切断の工程中、粒子が、通常、破壊の位置において基板２００から発散する。これらがＦＢＡＲメンブレン２１７に堆積するときは、これらの粒子は、ＦＢＡＲメンブレン２１７の能力にダメージ或いは負の影響を与える。プラスチック層が、粒子の静電荷によりこれらの粒子を有効に引き付けて保持し、特に電極層２１２、２１６であるＦＢＡＲメンブレン２１７のいかなる部分にも粒子が接触しないようにする。ダイスの分離後、プラスチック層は除去されるので、このプラスチック層に堆積していたすべての粒子が除去される。
【００３５】
分離されたダイの各々は、その上に形成された複数のＦＢＡＲ共振器を備えており、複数の相互接続体に電気的に接続されている。ＦＢＡＲ共振器を備えたダイと相互接続体は、単一のＦＢＡＲフィルタ２２６を形成する。ＦＢＡＲフィルタ２２６は、次いで、図９−図１０に示されるようにセラミックパッケージ２２８内のダイキャビティ２２９に取り付けられる。図９は、パッケージ２２８内に取り付けられたＦＢＡＲフィルタ２２６の平面図であり、図１０は、線Ａ−Ａに沿って見た図９における構造の断面図である。
【００３６】
ＦＢＡＲフィルタ２２６は、熱伝導性エポキシ層２３０を用いてパッケージ２２８に接着され、導電性接着ワイヤ２３１は、パッケージ２２８とＦＢＡＲフィルタ２２６との間を電気的に接続している。蓋２３４が、ＦＢＡＲフィルタ２２６が取り付けられた後パッケージ２２８の上部をシールする。パッケージ２２８は、次いで、従来周知の表面実装ハンダ付け技術を用いてプリント回路板２３６上に取り付けられる。
【００３７】
ＦＢＡＲフィルタ２２６が使用状態にあるとき、大きな電力がＦＢＡＲフィルタ２２６に供給され、熱を発生させる。一つの実施例において、パッケージ２２８は、一つ或いはそれ以上の熱通路２３８ａ−２３８ｃを備え、これらは、ＦＢＡＲフィルタ２２６からプリント回路（“ＰＣ”）板２３６へ熱を伝導させるように使われる。エポキシ層２３０は、また、熱伝導性を有しているので、基板２００から熱通路２３８ａ−２３８ｃへの熱の流れを改善する。ＰＣ板２３６は、例えば、追加の熱通路と従来周知の対流冷却を用いて装置２２６から取り出された熱を消滅させる。使用に先立っての基板２００の厚さを減じることは、基板２００の熱抵抗を小さくすることによってＦＢＡＲメンブレン２１７からの熱移動を改善するように働く。かくして、熱は、更に容易にＦＢＡＲメンブレン２１７からＰＣ板２３６に流れることができる。
【００３８】
本発明のいくつかの実施形態によって与えられるその他の利点は、ＦＢＡＲフィルタ２２６を介して流れる電流によって生じる電磁的な影響の減少である。フィルタの一つの重要な特性は、対象となる周波数の外で、ＦＢＡＲメンブレンは、フィルタを通過するエネルギー量を減衰させることにある。通過帯域外の周波数での減衰量は、５０ｄＢ程度でなければならない。
【００３９】
このフィルタリング特性は、信号がフィルタ部材をバイパスするような入力から出力への「通路」があるときは、保証されない。このような通路の一つが、入力信号パッド２４０ａと、ＦＢＡＲ共振器２１７ａと２１７ｂを介した第１の接地パッド２０４ｂとによって形成された第１のループ（「ビクティマイザ」ループ）と、ＦＢＡＲ共振器２１７ｃと２１７ｄを介した出力パッド２４０ｃから接地パッド２４０ｄ間への通路によって形成される出力における第２のループ（「ビクティム」ループ）との間に形成される相互インダクタンスによって構成される。このバイパス通路を緩和する一つの構成は、接地面２３０における第１のループ（「ビクティマイザ」ループ）下方の像電流の発生である（図１０）。
【００４０】
図９から明らかなように、パッケージ２２８は、ＦＢＡＲフィルタ２２６上の接点２４０に電気的に接続される複数の接点２４２を有している。接点２４０は、このとき、ＦＢＡＲフィルタ２２６上のＦＢＡＲメンブレンに電気的に接続される。これらの電気的な接続は、ＦＢＡＲフィルタ２２６の表面上に多くの電流を生じ、その二つである電流ループ２３２ａと２３２ｂが、図９に示されている。電流ループ２３２ａ（「ビクティマイザ」電流）は、矢印Ｂの方向に流れ、ＦＢＡＲフィルタ２２６の直下の接地面２３０に像電流を生じさせる。この像電流は、電流ループ２３２ａの通路を逆の方向に流れる。電流ループ２３２ａは、また、共鳴電流２３２ｂ（「ビクティム」ループ）を生じさせる。
【００４１】
図１０には、「ビクティマイザ」電流ループ２３２ａが線Ａ−Ａを横切る点である一次電流点２４４を示している。また、像電流点２４６は、「ビクティマイザ」電流ループ２３２ａの像電流が線Ａ−Ａを横切る点である。更に、図１０には「ビクティマイザ」電流ループ２３２ａによって「ビクティム」ループ２３２ｂに電流が生じる点である「ビクティム」ループの点２４８も示している。一次電流点２４４と像電流点２４６を通過して流れる対向する電流は、一次電流磁界２５０と像電流磁界２５２として示されている対向する磁界を発生させる。これらの磁界２５０と２５２の各々は、「ビクティム」ループの点２４８において電流を生じさせる。しかしながら、一次電流点２４４とビクティム電流点２４８間の距離ｒ1は、像電流点２４６とビクティム電流点２４８間の距離ｒ２よりも短い。従って、発生された磁界２５０と２５２は、点２４８において大きさが等しくないので出力ループ２３２ｂに電流を生じさせる。
【００４２】
本発明のいくつかの実施例において、基板２００は、個々のダイスに分離される前に薄くされる。この薄くするということにより、一次電流点２４４とビクティム電流点２４６間の距離ｔ2は小さくなる。ｔ2はｒ1よりもはるかに小さな距離にされているので、一次電流磁界２５０の大きさは、象電流磁界２５２の大きさに接近することになる。一次電流点２４４を流れる一次電流と像電流点２４６を流れる像電流は反対の方向を有するので、像電流磁界２５２は、一次電流磁界２５０を打ち消すように働くことになる。従って、距離ｔ2が小さくされると、磁界２５０と２５２の大きさは、互いに接近し、磁界２５０と２５２の打ち消しが、更に完全なものとなる。これは、「ビクティム」電流ループ２３２ｂに生じる電流を最小にし、パッケージ２２８の総合的な効率を改善する。
【００４３】
多数の電流通路がＦＢＡＲフィルタ２２６の表面上に存在し、ＦＢＡＲフィルタ２２６下方の接地面において等しい数の像電流通路を発生させることは明らかであろう。これらの電流のすべては、程度を変えて電流付近で影響を与える磁界を発生する。基板の厚さｔ２を小さくすることによって、接地面における像電流は、ＦＢＡＲフィルタ２２６の表面に流れる対応する電流に近づけられる。
【００４４】
「ビクティム」と「ビクティマイザ」ループ間の差は、通常、約３００〜５１０μｍ（約１２〜２０ミル）のオーダーである。これらのループ間の距離を小さくしてダイの大きさを小さくするとともに出力を大きくすることが一般的に望ましい。従って、「ビクティム」と「ビクティマイザ」ループ間の距離の少なくとも１／３に基板の厚さを設定することが好ましい。これは、一次電流によって生じた磁界を打ち消そうとする磁界を誘導すべく像電流の作用を改善する。
【００４５】
上述したように、本発明による実施例は、多くの利点を与える。ＦＢＡＲメンブレン２１７の形成後基板２００を薄くすることは、ＦＢＡＲフィルタ２２６の熱的効率と電気的効率との両方を改善する。ＦＢＡＲメンブレン２１７はこの基板２００を薄くすることに先立って形成されるので、基板２００は、ＦＢＡＲメンブレン２１７の製造中は構造的に強化されていて壊れることがほとんどない。更に、処理中にキャビティ２０４内に犠牲ＰＳＧ部分２１０を保持しているので、犠牲ＰＳＧ部分２１０は、ＦＢＡＲメンブレン２１７を構造的に支持することになる。その上、基板２００を薄くすることは、単一のウエハ上に複数のＦＢＡＲメンブレン２１７を同時に形成するためのバッチ処理の一部分であることができるので、生産効率を高めることができる。上述した基板２００を薄くすることの利点は、ここで開示された特定のＦＢＡＲ製造処理に限定されるものではなく、ＦＢＡＲ共振器及びフィルタを製造するいかなる処理にも適用できることにある。ＦＢＡＲを製造する別の方法は、以後、参照文献として取り扱われるＲｕｂｙなどに付与された米国特許第５，８７３，１５３号に開示されている。
【００４６】
上述したような基板２００を薄くすることの利点は、ここで説明された特定のＦＢＡＲ構造に限定されるものではなく、その他のＦＢＡＲ及び面音波（ＳＡＷ）構造にも適用できるものである。基板を薄くする過程が適用できるＦＢＡＲを製造するその他のやり方は、以後、参照文献として取り扱われるＲｕｂｙなどに付与された上述した米国特許第５，８７３，１５３号に開示されている。
【００４７】
本発明は特定の実施例を参照して説明されたが、この説明は、発明の適用の単なる実施例であり、これに限定されるものではない。特に、上述の議論の対象の多くはＦＢＡＲフィルタに向けられたが、本発明の他の実施形態が、ＳＢＡＲ装置の製造或いはその他の薄膜フィルタ技術に適用可能である。開示されている実施形態に関連した種々のその他の応用、及び構成の特徴の組み合わせは、以下の特許請求の範囲によって定められている技術的な範囲に属するものである。
【００４８】
以上のように好適実施形態に沿って本発明を説明すると、本発明は、一対の電極で挟まれた圧電材料（２１４）が基板（２００）上に実装される構成の音響共振器において、前記基板（２００）の厚さを薄くしてフィルタへの電磁的な影響を小さくしたことを特徴とする音響共振器を提供する。
【００４９】
好ましくは、前記フィルタはビクティムループ（２３２ｂ）及びビクティマイザループ（２３２ａ）を含み、両者間の距離と前記基板の厚さとのアスペクト比が少なくとも３：１であるようにした。
【００５０】
好ましくは、前記圧電材料が配置される位置の下側には凹形状のキャビティが形成される。
【００５１】
好ましくは、音響共振器（２１７）をバッチ処理して製造する方法において、基板（２００）の表面（２２０）上に第１の電極（２１２）を堆積させる工程と、該第１の電極（２１２）上に圧電材料（２１４）の層を堆積させる工程と、該圧電材料（２１４）の層上に第２の電極（２１６）を堆積させる工程と、前記基板（２００）の底面（２１８）から材料を除去して前記基板（２００）の厚さを少なくし、フィルタ機能への電磁的な影響を小さくする工程とを有することを特徴とした製造方法を提供する。
【００５２】
好ましくは、更に、前記第１の電極（２１２）の堆積に先立って、前記基板（２００）の前記表面（２２０）に複数の凹部（２０４）を形成する工程と、前記凹部（２０４）の各々に仮配置材料（２１０）を堆積させる工程と、その際前記第１の電極（２１２）が、前記仮配置材料（２１０）の表面に堆積する工程と、前記仮配置材料（２１０）を除去する工程とを有する。
【００５３】
好ましくは、前記第１及び第２の電極（２１２、２１６）が、モリブデンを含む。
【００５４】
好ましくは、更に、前記基板（２００）の前記表面（２２０）をダイシングする工程を有し、ダイシングライン（２２２）に沿って前記基板（２００）を分割して複数のダイスを形成するようにする。
【００５５】
好ましくは、更に、前記複数のダイスの形成により形成されたそれぞれのダイ（２２６）を、パッケージ（２２８）のダイキャビティ（２２９）内に前記ダイを取り付けて個々のパッケージされたフィルタを形成し、前記ダイ（２２６）の底面（２１８）が前記パッケージ（２２８）内の熱通路（２３８）と熱接続されるように前記ダイキャビティ（２２９）内に取り付ける工程を有する。
【００５６】
好ましくは、前記ダイ（２２６）を前記パッケージ（２２８）における前記ダイキャビティ（２２９）内に取り付ける工程が、前記パッケージ（２２８）における前記ダイキャビティ（２２９）内に熱伝導性のエポキシ（２３０）を堆積させ、及び、前記熱伝導性のエポキシ（２３０）表面に前記ダイ（２２６）を取り付け、その際前記熱伝導性のエポキシ（２３０）の下面が前記熱通路（２３８）に接触していることを含むようにする。
【００５７】
好ましくは、前記フィルタのビクティムループ（２３２ｂ）とビクティマイザループ（２３２ａ）間の距離と前記基板の厚さとのアスペクト比が少なくとも３：１であるようにする。
【００５８】
好ましくは、更に、前記ダイシングライン（２２２）に沿って前記基板を分割して前記複数のダイスを形成する前に、前記基板（２００）の前記表面（２２０）の上に保護層を堆積するようにする。
【００５９】
好ましくは、前記基板（２００）の前記底面（２１８）から材料を除去する工程が、前記基板（２００）を約４８０μｍ以下の厚さに薄くすることを含むようにする。
【００６０】
好ましくは、前記基板（２００）の前記底面（２１８）から材料を除去する過程が、研磨面に対して前記基板（２００）の前記底面（２１８）を配置し、及び、前記底面（２１８）を研磨してそこから材料を除去することを含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、ＦＢＡＲ共振器及びＳＢＡＲ共振器の断面図。
【図２】基板にキャビティを形成する工程を示す概略断面図。
【図３】熱酸化物層の形成する工程を示す概略断面図。
【図４】仮配置層を形成する工程を示す概略断面図。
【図５】研磨による平滑化の工程を示す概略断面図。
【図６】ＦＢＡＲメンブランを形成する工程を示す概略断面図。
【図７】仮配置層を除去する工程を示す概略断面図。
【図８】ダイシングラインを構成する溝を作る工程を示す概略断面図。
【図９】本発明の実施形態に従って構成されるＦＢＡＲによって生じる誘導電流を示す平面図。
【図１０】本発明の実施形態に従って構成されるＦＢＡＲを含むパッケージの断面図。
【符号の説明】
２００ 基板
２１２ 第１の電極
２１４ 圧電材料の層
２１６ 第２の電極
２１７ 音響共振器
２１８ 底面
２２０ 表面
【発明の属する技術分野】
本発明は、音響共振器及びその製造方法に関し、更に詳しくは、電子回路におけるフィルタとして使うことができる共振器及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の価格を下げるともに寸法を小さくすることの要求のために、より小さなフィルタ部品が継続的に必要とされている。携帯電話や小型ラジオのようなコンシューマ・エレクトロニクスは、それらに内蔵される部品の寸法・価格に厳しい基準を設けている。このような機器の多くは、周波数に関して精密に同調しなければならないフィルタを用いている。従って、低コストで、コンパクトなフィルタユニットを提供するための継続的な努力が行なわれている。
【０００３】
これらの要求に適合できるポテンシャルを備えたフィルタ部品の一つは、音響共振器のためのものである。これらの装置は、薄膜圧電（ＰＺ）材料内で大きな縦音波を用いている。一つの簡単な構造において、圧電材料の層は、二つの金属電極の間にサンドイッチされている。このサンドイッチ構造は、その周囲を支えられて空気中に吊り下げられている。電圧を加えられて電界がこの二つの電極の間に発生すると、圧電材料は、電気的なエネルギーを音波の形の機械的なエネルギーに変換する。この音波は、電界と同じ方向に伝わり、電極／空気インターフェースで反射する。
【０００４】
機械的な共振という観点からは、この装置は電子的な共振器と考えられるので、装置はフィルタとして働く。機械的な共振周波数は、装置内を伝わる音波の半波長が材料内の音の所定の位相速度に対する装置の全体的な厚さに等しくなるような周波数である。音の速度は光の速度よりもはるかに低い次数にあるので、構成された共振器は、非常にコンパクトなものになる。ＧＨｚ範囲に適用される共振器は、直径において１００μｍ以下、厚さにおいて数μｍ以下の物理的な寸法を有している。
【０００５】
薄膜バルク音響共振器（ＦＢＡＲ）と積層型薄膜バルク波音響共振器（ＳＢＡＲ）又はそれらを含むフィルタは、１〜２μｍの大きさの薄膜スパッタ圧電フィルムを有している。上部及び下部の電極は圧電体を挟むように導電リードを形成し、この圧電体を通過する方向に電界を形成する。これにより、この圧電体は、電界の一部分を、機械的な場又はエネルギーに変換する。時間的に変化する「応力／ひずみ」の場が、時間的に変化する加えられた電界に対応して形成される。
【０００６】
共振器として働くために、挟まれた圧電フィルムは、このフィルム内に音波をとらえる空気／結晶インターフェースを構成するように空気中に吊り下げられる。装置は、通常、基板表面に、下部電極、圧電体層、次いで、上部電極を堆積させることによって作り出される。従って、空気／結晶インターフェースは、既に、装置の上部に存在していることになる。第２の空気／結晶インターフェースが、装置の底部に構成されなければならない。この第２の空気／結晶インターフェースを得るために、いくつかのアプローチがある。これらのアプローチのいくつかが、以後、参照文献として取り扱われるＲｕｂｙなどに付与された米国特許第６，０６０，８１８号に開示されている。
【０００７】
例えば、直径４インチの単結晶シリコンウエハのような単一の基板上に複数のＦＢＡＲを作り出すことが可能である。基板は、次いで、その上に形成される多数のＦＢＡＲに分離するようにダイシングされる。しかしながら、この基板をダイシングする工程では、非常に薄いＦＢＡＲ共振器を壊すおそれがあるので、ダイシング工程には注意を払わねばならない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、音響共振器構造及びその製造方法に対する改善への要求がある。特に、ＦＢＡＲとＳＢＡＲを製造するバッチ処理における改善が求められている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による音響共振器をバッチ処理するための方法は、基板の表面上に第１の電極を堆積させ、該第１の電極上に圧電材料の層を堆積させ、該圧電材料の層上に第２の電極を堆積させ、及び、前記基板の底面から材料を除去して前記基板の厚さを少なくするとともに結果として得られるフィルタへの電磁的な影響を小さくする構造を形成する過程を含んでいる。
【００１０】
本発明の他の実施形態においては、音響フィルタが設けられる。音響フィルタは、表面に形成されたキャビティを備えたダイ基板を含み、このダイ基板は、約４９０μｍ（１９ミル）以下の厚さを備え、複数の共振器メンブレンがダイ基板の上に形成される。これらの複数の共振器メンブレンは、ダイ基板のキャビティ上に配置された第１の電極と、第１の電極上に形成された圧電材料と、及び、圧電材料上に形成された第２の電極を含んでいる。複数の相互接続体がダイ基板に形成されて複数の共振器メンブレン間の電気的な接続体を構成している。パッケージが設けられ、このパッケージは、その表面に形成されたダイキャビティを備えており、更にダイ基板は、このダイキャビティに設けられ、従って、ダイ基板の表面に沿って流れる一次電流が一次電流磁界を発生させるとともに基板下方の接地面に沿って流れる像電流（又はイメージ電流）が像電流磁界を発生させ、この一次電流磁界と像電流磁界が逆の極性を有しているようにしている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の好適実施例と、それらの利点は、図１乃至図１０を参照することにより最適の理解が得られる。様々な図面における同一の及び対応する部材には、同一の数字が付与されている。
【００１２】
図１は、本発明の理解を容易にしようとするもので、（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、ＦＢＡＲメンブレン１００とＳＢＡＲメンブレン１１０を示す断面図である。ＦＢＡＲメンブレン１００は、下部電極と上部電極１０２、１０４をそれぞれ有しており、これらは、例えば、窒化アルミニウムＡｌＮのような圧電（ＰＺ）材料１０６のシートの一部分をサンドイッチしている。ＦＢＡＲメンブレン１００に用いられる電極１０２、１０４は、例えば、モリブデンにより作られている。ＦＢＡＲメンブレン１００は、薄膜圧電材料１０６中において大きな縦音波を用いる。下部電極１０２と上部電極１０４間に加えられた電圧により電界が発生されると、圧電材料１０６は、電気的なエネルギーを音波の形で機械的なエネルギーに変換する。この音波は、電界と同じ方向に伝わって電極／空気インターフェースで反射する。
【００１３】
機械的な共振において、ＦＢＡＲメンブレン１００は、電子的な共振器と考えられるので、装置は、ノッチフィルタとして働く。機械的な共振周波数は、装置内を伝わる音波の半波長が材料内の音の所定の位相速度に対する装置の全体的な厚さに等しくなるような周波数である。音の速度は光の速度よりもはるかに低い次数にあるので、構成された共振器は、非常にコンパクトなものになる。ＧＨｚ範囲に適用される共振器は、直径において２００μｍ以下、厚さにおいて数μｍ以下の物理的な寸法を有するように構成される。
【００１４】
ＳＢＡＲメンブレン１１０の断面図を示す図１（ｂ）によれば、ＳＢＡＲメンブレン１１０は、帯域通過フィルタの電気的な機能と同じ機能を有している。ＳＢＡＲメンブレン１１０は、基本的には、機械的に接続されている二つのＳＢＡＲメンブレンである。電極１１２、１１４間の圧電層１１８の共振周波数を有する信号は、圧電層１２０に音響エネルギーを伝える。圧電層１２０における機械的な振動は、圧電層１２０内の圧電材料によって電極１１４と１１６をまたぐ電気的な信号に変換される。
【００１５】
ＦＢＡＲとＳＢＡＲメンブレンが本発明の実施形態により構成されるやり方が、複数のＦＢＡＲメンブレンが作り出される基板２００の一部分の断面図である図２−図８を参照すると容易に理解できる。
【００１６】
図２は、例えば、４インチ（約１０２ｍｍ）の直径と、約５５０μｍ（約２２ミル）の厚さｔ1を備えた集積回路製造に使われるタイプの周知のシリコンウエハとされ得る基板２００の一部分を示している。複数のキャビティ２０４が、基板２００の表面にエッチングにより設けられている。各々のキャビティ２０４の深さｄは、ＦＢＡＲメンブレン２１７（図６）における圧電層によって生じる移動を吸収できるような大きさでなければならない。図２に示される実施例においては、約５μｍの深さｄが適切である。キャビティ２０４の各々は、約２００μｍの上部幅ｗuと、約１９３μｍの下部幅ｗlとを備えている。
【００１７】
本発明のこの実施例によるＦＢＡＲメンブレン２１７の製造は、バッチ処理であり、従って、複数のＦＢＡＲメンブレン２１７は、単一の基板２００上に同時に形成される。図３乃至図５は１個のＦＢＡＲメンブレン２１７を形成するのに使われる処理を示しているが、複数の同じ処理が基板２００の表面にわたって施されて複数のＦＢＡＲメンブレン２１７を同時に形成できることは明らかであろう。更に、これらの図面が比例して描写されていないことは明らかであろう。簡単のために、図３乃至図５に示されている基板２００は、キャビティ２０４の深さｄの約２倍の厚さｔ１を備えているように見えるが、上述した実施例の寸法により示されているように、基板２００は、通常、ｄよりもはるかに厚い。
【００１８】
熱酸化物２０６の薄膜層は、基板２００の表面で成長して引き続く過程において使われるリン石英ガラス（ＰＳＧ）からリンが基板２００中に拡散することを妨げる。このような拡散は、シリコンにより形成される基板２００を導電体に変換して最終装置における電気的な動作と干渉することになる。
【００１９】
図４において、犠牲的なＰＳＧ層２０８は、次いで、基板２００に堆積させられる。犠牲的なＰＳＧ層２０８は、シランとＰ2Ｏ5を用いて約４５０℃の温度において堆積されて約８％のリンであるソフトガラス状の材料を形成する。この低温度処理は従来周知であるので、以後詳細には説明しない。ＰＳＧは非常なる透明性を備えた不活性の材料であり、比較的低温での堆積が可能であり、希釈されたＨ2Ｏ：ＨＦ溶液内で非常に高速度のエッチング速度でエッチングされることができ、従って、仮配置層として使うことが有益である。１０：１の希釈比において、３μｍ／分のオーダーでのエッチング速度を得ることができる。
【００２０】
残念ながら、そのままのＰＳＧ仮配置層は、通常、音響共振器を構成するのには不充分な基板である。このような堆積された薄膜の面は、原子レベルでは非常に粗い。ＦＢＡＲ／ＳＢＡＲタイプの音響共振器は、結晶が電極の面に対して直交している柱状に成長している圧電材料を用いる。実験において、ＰＳＧ層の表面に上手く並列させられた圧電フィルムを成長させる試みがなされたが、粗い面上で多くの面があらゆる方向に結晶成長を始めるためにほとんど圧電効果を示さない貧弱な多結晶材料を得ただけであった。基板が、圧電層にとっての「種」構造、即ち成長の基礎となる結晶構造を含まずとも、平滑な面を構成することにより優れた圧電効果を示す高度に構造組織化されたｃ軸圧電材料を堆積するための効果的な基板となりうる。
【００２１】
本発明の複数の実施形態が、ＰＳＧ層２０８の表面を研磨することによってこの問題を克服し、原子的に滑らかな面を形成する。図５において、ＰＳＧ層１０５の表面は、まず、スラリーとともに研磨によって平滑化されてキャビティ２０４外部のＰＳＧ層１０５の部分と熱酸化層２０６が除去される。残りのＰＳＧ層２１０が、次いで、より微細なスラリーにより研磨される。或いは、単一のスラリーを両方の研磨過程に使っても良い。これらの研磨過程は、ＰＳＧ部分２１０の表面に「鏡」のような仕上げを作り出すべきである。
【００２２】
研磨後、基板２００は、残留しているスラリーやその他の汚染物を除去するように洗浄される。研磨後、ウエハは、様々な洗浄剤を保持している一連のタンク内にウエハを浸漬する最終的な洗浄過程の用意ができるまで脱イオン水内に漬けられている。タンクの各々は、超音波撹拌を受ける。
【００２３】
洗浄後、例えば、モリブデンからなる電極層２１２が堆積され、次いで、選択的にエッチングされてＦＢＡＲメンブレン２１７の下部電極を形成する。Ａｌ、Ｗ、Ａｕ、Ｐｔ、或いは、Ｔｉのような様々な代替材料を電極２１２に使用できる。モリブデンは、低い熱弾性損失を有しているので、共振器に用いるのに適している。この実施例においては、モリブデンが、スパッタリングにより堆積されて５ｎｍ以下の高さにおけるＲＭＳ変化を備えた滑らかなモリブデン層を構成する。
【００２４】
下部電極層２１２が堆積された後、圧電層２１４が堆積される。一つの実施例において、圧電層２１４は、０．１〜１０μｍの間の厚さを備えたＡｌＮスパッタ堆積層である。最終的に、例えば、下部電極層２１２と同じ材料から構成されている上部電極層２１６が、堆積されて選択的にエッチングされる。次いで、圧電層２１４が選択的にエッチングされ、下部電極層２１２、圧電層２１４、及び、上部電極層２１６が、ＦＢＡＲメンブレン２１７を形成する。得られた構造が、図６に示されている。
【００２５】
従来周知のシリコンウエハ処理において、装置がウエハ表面に形成された後、ウエハは、切断過程においてダイシングされて複数の個々のダイとなる。切断は、通常、高圧ＤＩ水リンスと組み合わせて高速度の旋盤が使われてシリコンチップと切断により生じた残留物を除去する。しかしながら、ＦＢＡＲメンブレン２１７は、非常に薄くて壊れやすいので、このリンス作業は、ＦＢＡＲメンブレン２１７を破壊することがある。
【００２６】
ウエハ切断に代わるものは、「スクライブ・クリーブ」として知られている処理である。例えば、ダイヤモンド切断チップであることができるスクライブは、ウエハの表面に沿って引かれてウエハ面に浅い溝（スクライブ線）を形成する。個々のダイは、溝の位置においてウエハに圧力をかけることによって分離される。ウエハは、ウエハの結晶構造に従うようにした溝の位置において分離する。「分離」過程は、スクライブ線に沿ってウエハの下方を押圧することによって或いはウエハの面上に円筒形のローラをかけることによって実行される。いずれの場合においても、ダイの幅ｗdがウエハの厚さｔ1に対して小さいときは、「スクライブ・クリーブ」は、不確実なものとなり、ダイシングの際に望むようには分離できない。一つの実施例において、ｗdとｔ1の比は、少なくとも２〜１であることが好ましい。
【００２７】
上述したように、基板２００は、約３８０〜７６０μｍ（約１６〜３０ミル）の範囲の厚さｔ1を備えるとともに約１０００μｍ（１ｍｍ）のＦＢＡＲフィルタの各々の幅ｗd（図９）を備える。「スクライブ・クリーブ」過程の使用における問題を克服するために、基板２００は、ダイ分離に先立って薄くすることができる。この薄くすることは、ラッピング、プラズマエッチング、或いは、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）処理を行なうことによって基板２００の下側２１８から材料を除去することにより達成される。
【００２８】
基板２００の下部２１８の研磨は、ＦＢＡＲメンブレン２１７の脆弱な性質のために余計な問題を生じる。研磨処理において、基板２００の下側２１８は、研磨スラリーの存在下に回転研磨面に対向して配置されるので、圧力が表面２２０にかかる。この圧力は、下側２１８からの材料の除去を容易にする。損傷を防ぐために、犠牲的なＰＳＧ層２０８の残りの部分は、キャビティ２０４内に残って基板２００を薄くしつつＦＢＡＲメンブレン２１７の構造的な支持を行なう。
【００２９】
図７は、薄くした後の基板２００を示している。一つの実施例において、薄くした厚さｔ2は、約１２７μｍ（約５ミル）に等しく、これは、ＦＢＡＲメンブレン２１７の特性を良好にするばかりでなく、後工程における基板２００に必要な剛性を維持するだけの十分な厚さである。他の実施例において、ｔ2は、約２５μｍ乃至２５４μｍ（約１〜１０ミル）の範囲にある。約２５μｍ乃至４８３μｍ（約１〜１９ミル）の厚さｔ2が、必要とされる形状に対応して許容可能である。
【００３０】
ＦＢＡＲメンブレン２１７ａ−２１７ｃが形成されて基板２００が薄くされた後、仮配置層２０８の残りの部分２１０ａ−２１０ｃと熱酸化層２０６が、除去できる。これを行なうために、通路（図示せず）が犠牲ＰＳＧ部分２１０を露出させるように形成されている。これらの残留犠牲ＰＳＧ部分２１０と熱酸化層２０６は、希釈されたＨ2Ｏ：ＨＦ溶液内でエッチングにより除去される。図７に示すように、これは、当初のキャビティ２０４ａ−２０４ｃの上に吊り下げられたＦＢＡＲメンブレン２１７ａ−２１７ｃを残す。
【００３１】
上述の実施例は、ＦＢＡＲメンブレン２１７ａ−２１７ｃの構造を用いた。しかしながら、ＳＢＡＲメンブレンが同じやり方で構成できることは、当該技術に通常の知識を有する者には明らかであろう。ＳＢＡＲの場合には、追加の圧電層と電極が堆積される。
【００３２】
「スクライブ」過程において、ダイヤモンドチップスクライブが、図８に示されるように基板２００における表面２２０に小さな溝２２２を切断するように使われる。次いで、プラスチック層（図示せず）が、表面２２０上に配置される。このプラスチック層は、例えば、静電気によって発生された電荷を備えた非接着ポリイミドテープであることができる。
【００３３】
基板２００は、次いで、１組の輪の上に配置された接着テープを有するキャリヤ上に取り付けられる。接着テープは、基板２００の下側２１８に接着され、オーバーレイが、さらなる支持のために基板２００の表面２２０に形成される。基板２００上の各々の溝２２２は、次いで、ブレードを用いて衝撃を与えられて溝２２２によって定められるスクライブ線に沿って分離することによりダイスを形成する。ウエハエキスパンダ工具が分離されているダイスが接着されている接着テープを延ばすために使われ、個々のダイスの取り扱いを容易にしている。個々のダイスは、次いで、除去され、以下に説明するように更に処理される。
【００３４】
「クリーブ」又は切断の工程中、粒子が、通常、破壊の位置において基板２００から発散する。これらがＦＢＡＲメンブレン２１７に堆積するときは、これらの粒子は、ＦＢＡＲメンブレン２１７の能力にダメージ或いは負の影響を与える。プラスチック層が、粒子の静電荷によりこれらの粒子を有効に引き付けて保持し、特に電極層２１２、２１６であるＦＢＡＲメンブレン２１７のいかなる部分にも粒子が接触しないようにする。ダイスの分離後、プラスチック層は除去されるので、このプラスチック層に堆積していたすべての粒子が除去される。
【００３５】
分離されたダイの各々は、その上に形成された複数のＦＢＡＲ共振器を備えており、複数の相互接続体に電気的に接続されている。ＦＢＡＲ共振器を備えたダイと相互接続体は、単一のＦＢＡＲフィルタ２２６を形成する。ＦＢＡＲフィルタ２２６は、次いで、図９−図１０に示されるようにセラミックパッケージ２２８内のダイキャビティ２２９に取り付けられる。図９は、パッケージ２２８内に取り付けられたＦＢＡＲフィルタ２２６の平面図であり、図１０は、線Ａ−Ａに沿って見た図９における構造の断面図である。
【００３６】
ＦＢＡＲフィルタ２２６は、熱伝導性エポキシ層２３０を用いてパッケージ２２８に接着され、導電性接着ワイヤ２３１は、パッケージ２２８とＦＢＡＲフィルタ２２６との間を電気的に接続している。蓋２３４が、ＦＢＡＲフィルタ２２６が取り付けられた後パッケージ２２８の上部をシールする。パッケージ２２８は、次いで、従来周知の表面実装ハンダ付け技術を用いてプリント回路板２３６上に取り付けられる。
【００３７】
ＦＢＡＲフィルタ２２６が使用状態にあるとき、大きな電力がＦＢＡＲフィルタ２２６に供給され、熱を発生させる。一つの実施例において、パッケージ２２８は、一つ或いはそれ以上の熱通路２３８ａ−２３８ｃを備え、これらは、ＦＢＡＲフィルタ２２６からプリント回路（“ＰＣ”）板２３６へ熱を伝導させるように使われる。エポキシ層２３０は、また、熱伝導性を有しているので、基板２００から熱通路２３８ａ−２３８ｃへの熱の流れを改善する。ＰＣ板２３６は、例えば、追加の熱通路と従来周知の対流冷却を用いて装置２２６から取り出された熱を消滅させる。使用に先立っての基板２００の厚さを減じることは、基板２００の熱抵抗を小さくすることによってＦＢＡＲメンブレン２１７からの熱移動を改善するように働く。かくして、熱は、更に容易にＦＢＡＲメンブレン２１７からＰＣ板２３６に流れることができる。
【００３８】
本発明のいくつかの実施形態によって与えられるその他の利点は、ＦＢＡＲフィルタ２２６を介して流れる電流によって生じる電磁的な影響の減少である。フィルタの一つの重要な特性は、対象となる周波数の外で、ＦＢＡＲメンブレンは、フィルタを通過するエネルギー量を減衰させることにある。通過帯域外の周波数での減衰量は、５０ｄＢ程度でなければならない。
【００３９】
このフィルタリング特性は、信号がフィルタ部材をバイパスするような入力から出力への「通路」があるときは、保証されない。このような通路の一つが、入力信号パッド２４０ａと、ＦＢＡＲ共振器２１７ａと２１７ｂを介した第１の接地パッド２０４ｂとによって形成された第１のループ（「ビクティマイザ」ループ）と、ＦＢＡＲ共振器２１７ｃと２１７ｄを介した出力パッド２４０ｃから接地パッド２４０ｄ間への通路によって形成される出力における第２のループ（「ビクティム」ループ）との間に形成される相互インダクタンスによって構成される。このバイパス通路を緩和する一つの構成は、接地面２３０における第１のループ（「ビクティマイザ」ループ）下方の像電流の発生である（図１０）。
【００４０】
図９から明らかなように、パッケージ２２８は、ＦＢＡＲフィルタ２２６上の接点２４０に電気的に接続される複数の接点２４２を有している。接点２４０は、このとき、ＦＢＡＲフィルタ２２６上のＦＢＡＲメンブレンに電気的に接続される。これらの電気的な接続は、ＦＢＡＲフィルタ２２６の表面上に多くの電流を生じ、その二つである電流ループ２３２ａと２３２ｂが、図９に示されている。電流ループ２３２ａ（「ビクティマイザ」電流）は、矢印Ｂの方向に流れ、ＦＢＡＲフィルタ２２６の直下の接地面２３０に像電流を生じさせる。この像電流は、電流ループ２３２ａの通路を逆の方向に流れる。電流ループ２３２ａは、また、共鳴電流２３２ｂ（「ビクティム」ループ）を生じさせる。
【００４１】
図１０には、「ビクティマイザ」電流ループ２３２ａが線Ａ−Ａを横切る点である一次電流点２４４を示している。また、像電流点２４６は、「ビクティマイザ」電流ループ２３２ａの像電流が線Ａ−Ａを横切る点である。更に、図１０には「ビクティマイザ」電流ループ２３２ａによって「ビクティム」ループ２３２ｂに電流が生じる点である「ビクティム」ループの点２４８も示している。一次電流点２４４と像電流点２４６を通過して流れる対向する電流は、一次電流磁界２５０と像電流磁界２５２として示されている対向する磁界を発生させる。これらの磁界２５０と２５２の各々は、「ビクティム」ループの点２４８において電流を生じさせる。しかしながら、一次電流点２４４とビクティム電流点２４８間の距離ｒ1は、像電流点２４６とビクティム電流点２４８間の距離ｒ２よりも短い。従って、発生された磁界２５０と２５２は、点２４８において大きさが等しくないので出力ループ２３２ｂに電流を生じさせる。
【００４２】
本発明のいくつかの実施例において、基板２００は、個々のダイスに分離される前に薄くされる。この薄くするということにより、一次電流点２４４とビクティム電流点２４６間の距離ｔ2は小さくなる。ｔ2はｒ1よりもはるかに小さな距離にされているので、一次電流磁界２５０の大きさは、象電流磁界２５２の大きさに接近することになる。一次電流点２４４を流れる一次電流と像電流点２４６を流れる像電流は反対の方向を有するので、像電流磁界２５２は、一次電流磁界２５０を打ち消すように働くことになる。従って、距離ｔ2が小さくされると、磁界２５０と２５２の大きさは、互いに接近し、磁界２５０と２５２の打ち消しが、更に完全なものとなる。これは、「ビクティム」電流ループ２３２ｂに生じる電流を最小にし、パッケージ２２８の総合的な効率を改善する。
【００４３】
多数の電流通路がＦＢＡＲフィルタ２２６の表面上に存在し、ＦＢＡＲフィルタ２２６下方の接地面において等しい数の像電流通路を発生させることは明らかであろう。これらの電流のすべては、程度を変えて電流付近で影響を与える磁界を発生する。基板の厚さｔ２を小さくすることによって、接地面における像電流は、ＦＢＡＲフィルタ２２６の表面に流れる対応する電流に近づけられる。
【００４４】
「ビクティム」と「ビクティマイザ」ループ間の差は、通常、約３００〜５１０μｍ（約１２〜２０ミル）のオーダーである。これらのループ間の距離を小さくしてダイの大きさを小さくするとともに出力を大きくすることが一般的に望ましい。従って、「ビクティム」と「ビクティマイザ」ループ間の距離の少なくとも１／３に基板の厚さを設定することが好ましい。これは、一次電流によって生じた磁界を打ち消そうとする磁界を誘導すべく像電流の作用を改善する。
【００４５】
上述したように、本発明による実施例は、多くの利点を与える。ＦＢＡＲメンブレン２１７の形成後基板２００を薄くすることは、ＦＢＡＲフィルタ２２６の熱的効率と電気的効率との両方を改善する。ＦＢＡＲメンブレン２１７はこの基板２００を薄くすることに先立って形成されるので、基板２００は、ＦＢＡＲメンブレン２１７の製造中は構造的に強化されていて壊れることがほとんどない。更に、処理中にキャビティ２０４内に犠牲ＰＳＧ部分２１０を保持しているので、犠牲ＰＳＧ部分２１０は、ＦＢＡＲメンブレン２１７を構造的に支持することになる。その上、基板２００を薄くすることは、単一のウエハ上に複数のＦＢＡＲメンブレン２１７を同時に形成するためのバッチ処理の一部分であることができるので、生産効率を高めることができる。上述した基板２００を薄くすることの利点は、ここで開示された特定のＦＢＡＲ製造処理に限定されるものではなく、ＦＢＡＲ共振器及びフィルタを製造するいかなる処理にも適用できることにある。ＦＢＡＲを製造する別の方法は、以後、参照文献として取り扱われるＲｕｂｙなどに付与された米国特許第５，８７３，１５３号に開示されている。
【００４６】
上述したような基板２００を薄くすることの利点は、ここで説明された特定のＦＢＡＲ構造に限定されるものではなく、その他のＦＢＡＲ及び面音波（ＳＡＷ）構造にも適用できるものである。基板を薄くする過程が適用できるＦＢＡＲを製造するその他のやり方は、以後、参照文献として取り扱われるＲｕｂｙなどに付与された上述した米国特許第５，８７３，１５３号に開示されている。
【００４７】
本発明は特定の実施例を参照して説明されたが、この説明は、発明の適用の単なる実施例であり、これに限定されるものではない。特に、上述の議論の対象の多くはＦＢＡＲフィルタに向けられたが、本発明の他の実施形態が、ＳＢＡＲ装置の製造或いはその他の薄膜フィルタ技術に適用可能である。開示されている実施形態に関連した種々のその他の応用、及び構成の特徴の組み合わせは、以下の特許請求の範囲によって定められている技術的な範囲に属するものである。
【００４８】
以上のように好適実施形態に沿って本発明を説明すると、本発明は、一対の電極で挟まれた圧電材料（２１４）が基板（２００）上に実装される構成の音響共振器において、前記基板（２００）の厚さを薄くしてフィルタへの電磁的な影響を小さくしたことを特徴とする音響共振器を提供する。
【００４９】
好ましくは、前記フィルタはビクティムループ（２３２ｂ）及びビクティマイザループ（２３２ａ）を含み、両者間の距離と前記基板の厚さとのアスペクト比が少なくとも３：１であるようにした。
【００５０】
好ましくは、前記圧電材料が配置される位置の下側には凹形状のキャビティが形成される。
【００５１】
好ましくは、音響共振器（２１７）をバッチ処理して製造する方法において、基板（２００）の表面（２２０）上に第１の電極（２１２）を堆積させる工程と、該第１の電極（２１２）上に圧電材料（２１４）の層を堆積させる工程と、該圧電材料（２１４）の層上に第２の電極（２１６）を堆積させる工程と、前記基板（２００）の底面（２１８）から材料を除去して前記基板（２００）の厚さを少なくし、フィルタ機能への電磁的な影響を小さくする工程とを有することを特徴とした製造方法を提供する。
【００５２】
好ましくは、更に、前記第１の電極（２１２）の堆積に先立って、前記基板（２００）の前記表面（２２０）に複数の凹部（２０４）を形成する工程と、前記凹部（２０４）の各々に仮配置材料（２１０）を堆積させる工程と、その際前記第１の電極（２１２）が、前記仮配置材料（２１０）の表面に堆積する工程と、前記仮配置材料（２１０）を除去する工程とを有する。
【００５３】
好ましくは、前記第１及び第２の電極（２１２、２１６）が、モリブデンを含む。
【００５４】
好ましくは、更に、前記基板（２００）の前記表面（２２０）をダイシングする工程を有し、ダイシングライン（２２２）に沿って前記基板（２００）を分割して複数のダイスを形成するようにする。
【００５５】
好ましくは、更に、前記複数のダイスの形成により形成されたそれぞれのダイ（２２６）を、パッケージ（２２８）のダイキャビティ（２２９）内に前記ダイを取り付けて個々のパッケージされたフィルタを形成し、前記ダイ（２２６）の底面（２１８）が前記パッケージ（２２８）内の熱通路（２３８）と熱接続されるように前記ダイキャビティ（２２９）内に取り付ける工程を有する。
【００５６】
好ましくは、前記ダイ（２２６）を前記パッケージ（２２８）における前記ダイキャビティ（２２９）内に取り付ける工程が、前記パッケージ（２２８）における前記ダイキャビティ（２２９）内に熱伝導性のエポキシ（２３０）を堆積させ、及び、前記熱伝導性のエポキシ（２３０）表面に前記ダイ（２２６）を取り付け、その際前記熱伝導性のエポキシ（２３０）の下面が前記熱通路（２３８）に接触していることを含むようにする。
【００５７】
好ましくは、前記フィルタのビクティムループ（２３２ｂ）とビクティマイザループ（２３２ａ）間の距離と前記基板の厚さとのアスペクト比が少なくとも３：１であるようにする。
【００５８】
好ましくは、更に、前記ダイシングライン（２２２）に沿って前記基板を分割して前記複数のダイスを形成する前に、前記基板（２００）の前記表面（２２０）の上に保護層を堆積するようにする。
【００５９】
好ましくは、前記基板（２００）の前記底面（２１８）から材料を除去する工程が、前記基板（２００）を約４８０μｍ以下の厚さに薄くすることを含むようにする。
【００６０】
好ましくは、前記基板（２００）の前記底面（２１８）から材料を除去する過程が、研磨面に対して前記基板（２００）の前記底面（２１８）を配置し、及び、前記底面（２１８）を研磨してそこから材料を除去することを含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、ＦＢＡＲ共振器及びＳＢＡＲ共振器の断面図。
【図２】基板にキャビティを形成する工程を示す概略断面図。
【図３】熱酸化物層の形成する工程を示す概略断面図。
【図４】仮配置層を形成する工程を示す概略断面図。
【図５】研磨による平滑化の工程を示す概略断面図。
【図６】ＦＢＡＲメンブランを形成する工程を示す概略断面図。
【図７】仮配置層を除去する工程を示す概略断面図。
【図８】ダイシングラインを構成する溝を作る工程を示す概略断面図。
【図９】本発明の実施形態に従って構成されるＦＢＡＲによって生じる誘導電流を示す平面図。
【図１０】本発明の実施形態に従って構成されるＦＢＡＲを含むパッケージの断面図。
【符号の説明】
２００ 基板
２１２ 第１の電極
２１４ 圧電材料の層
２１６ 第２の電極
２１７ 音響共振器
２１８ 底面
２２０ 表面
Claims (12)
- 音響共振器（２１７）をバッチ処理して製造する方法において、
基板（２００）の表面上に第１の電極（２１２）を堆積させる工程と、
該第１の電極（２１２）上に圧電材料の層（２１４）を堆積させる工程と、
該圧電材料の層（２１４）上に第２の電極（２１６）を堆積させる工程と、
前記基板（２００）の底面から材料を除去して前記基板（２００）の厚さを少なくし、前記基板下方の接地面（２３０）に沿って流れる像電流の作用を改善して、フィルタ（２２６）内で生じる電磁的な影響を小さくする工程とを有する方法であって、
前記フィルタ内に、前記音響共振器（２１７ａ、２１７ｂ）を介して入力信号パッド（２０４ａ）と接地パッド（２０４ｂ）とから形成されるビクティマイザループ（２３２ａ）、並びに別の音響共振器（２１７ｃ、２１７ｄ）を介して信号出力パッド（２４０ｃ）と別の接地パッド（２０４ｄ）とから形成されるビクティムループ（２３２ｂ）が形成され、前記ビクティマイザループ（２３２ａ）と前記ビクティムループ（２３２ｂ）との間の距離（ｒ１）と前記基板（２００）の厚さ（ｔ２）とのアスペクト比が少なくとも３：１であるようにする、方法。 - 更に、前記第１の電極（２１２）の堆積に先立って、前記基板（２００）の前記表面に複数の凹部を形成する工程と、
前記凹部の各々に仮配置材料（２１０）を堆積させる工程であって、それにより前記第１の電極（２１２）が前記仮配置材料（２１０）の表面に堆積する、工程と、
前記仮配置材料（２１０）を除去する工程とを含む請求項１に記載の方法。 - 前記基板（２００）の底面から材料を除去して前記基板（２００）の厚さを少なくした後に、前記仮配置材料（２１０）を除去することを含む請求項２に記載の方法。
- 前記仮配置材料（２１０）を堆積させた後、当該仮配置材料（２１０）の表面を研磨して平滑な面を得ることを含む請求項２又は３に記載の方法。
- 前記基板（２００）の厚さを少なくし、フィルタ内で生じる電磁気的な影響を小さくすることが、前記フィルタ内で生じるフィルタリング特性を損なう電流を最小にすることを含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
- 前記第１及び第２の電極（２１２、２１６）が、モリブデンを含む請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
- 更に、前記基板（２００）の前記表面をダイシングする工程を有し、ダイシングラインに沿って前記基板（２００）を分割して複数のダイスを形成するようにした請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
- 更に、前記複数のダイスの形成により形成されたそれぞれのダイを、パッケージのダイキャビティ内に前記ダイを取り付けて個々のパッケージされたフィルタを形成し、前記ダイの底面が前記パッケージ内の熱通路と熱接続されるように前記ダイキャビティ内に取り付ける工程を含む請求項７に記載の方法。
- 前記ダイを前記パッケージにおける前記ダイキャビティ内に取り付ける工程が、前記パッケージにおける前記ダイキャビティ内に熱伝導性のエポキシを堆積させ、及び、前記熱伝導性のエポキシ表面に前記ダイを取り付け、その際前記熱伝導性のエポキシの下面が前記熱通路に接触していることを含む請求項８に記載の方法。
- 更に、前記ダイシングラインに沿って前記基板（２００）を分割して前記複数のダイスを形成する前に、前記基板（２００）の前記表面の上に保護層を堆積するようにした請求項７に記載の方法。
- 前記基板（２００）の前記底面から材料を除去する工程が、前記基板を約４８０μｍ以下の厚さに薄くすることを含む請求項１に記載の方法。
- 前記基板（２００）の前記底面から材料を除去する過程が、研磨面に対して前記基板（２００）の前記底面を配置し、及び、前記底面を研磨してそこから材料を除去することを含む請求項１に記載の方法。
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