JP6212132B2 - 積層された２種の異なる圧電材料を備えるｂａｗ部品、当該ｂａｗ部品用の積層体、及び当該ｂａｗ部品の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、移動通信装置用のＲＦフィルタに用いられるようなＢＡＷ部品、当該ＢＡＷ部品用の積層体、及び当該ＢＡＷ部品の製造方法に関する。
移動通信装置の小型化に向けての現在の動向は、より小さな電子部品及び電気音響部品を要求するものである。ＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave、バルク音波）部品は、ＲＦフィルタ、例えば移動通信装置のフロントエンドモジュールにおけるデュプレクサに用いることが可能である。一般的にデュプレクサは、ＴＸ（送信）フィルタ及びＲＸ（受信）フィルタを備えている。これらＴＸフィルタ及びＲＸフィルタは、近接するが異なる通過帯域を有したバンドパスフィルタである。ＢＡＷバンドパスフィルタの通過帯域を決定する重要な要素は、フィルタの共振子における２つの電極層の間に配置された圧電材料の厚み、及び共振子の質量負荷である。
従来のＢＡＷデュプレクサの一形式として、ＴＸフィルタとＲＸフィルタとで圧電材料の厚みが異なるものがある。この場合、これら２つのフィルタは、異なる工程で、異なる支持基板上に製造される。
別の形式の従来のＢＡＷデュプレクサは、例えば上部電極上に設けられた付加的な層などの付加的質量体を有しており、このような質量体を、選択したいくつかの共振子に積み重ねて設けることにより、共振周波数を低下させている。
これらの形式のＢＡＷデュプレクサの製造方法は、いずれも、比較的複雑で、費用がかかり、誤りが生じやすい。特に、異なる支持基板上にＴＸフィルタとＲＸフィルタとを有するような従来のデュプレクサは、小型化に向けての努力に反するものとなる。
同じ基板上に２つのＢＡＷ積層体を容易に配置して、小型化したＢＡＷフィルタが得られるようなＢＡＷ部品、及び、製造方法の改善により、優れた部品の利点を増大可能な構成のＢＡＷ部品が必要とされている。更に、ＢＡＷ部品用の積層体、及びＢＡＷ部品の製造方法が求められている。
従って、本発明の目的は、改善されたＢＡＷ部品、ＢＡＷ部品用の積層体、及びＢＡＷ部品の製造方法を提供することにある。
独立請求項に記載の発明は、上述したような問題点の解決策を提供するものである。また、従属請求項に記載の発明は、好ましい態様を提供するものである。
ＢＡＷ部品は、下部電極、上部電極、及び下部電極と上部電極との間に設けられた積層体を有する第１ＢＡＷ共振子を備える。積層体は、第１圧電材料を有する第１層と、第２圧電材料を有する第２層とを備える。第１圧電材料は、第２圧電材料とは異なる。
積層体におけるこれら２つの異なる圧電材料は、物理的特性及び化学的特性の少なくとも一方が異るものとすることができる。第１ＢＡＷ共振子は、下部電極と上部電極との間に第１圧電材料または第２圧電材料が設けられた第２ＢＡＷ共振子に隣接して、支持基板上に配置することが可能である。第２ＢＡＷ共振子の圧電材料の厚みは、第１ＢＡＷ共振子における同じ圧電材料の層の厚みと等しくすることができる。この場合、第１ＢＡＷ共振子は、第２ＢＡＷ共振子には設けられていない圧電材料の層が存在することにより、共振周波数を異ならせ、異なる通過帯域を設けることが可能である。
このようなＢＡＷ部品は、以下に述べるような原子構造の高品質材料を用いて製造することが可能である。
一態様において、第１ＢＡＷ共振子は、下部電極と上部電極との間に第１圧電材料が設けられた第２ＢＡＷ共振子に隣接して、支持基板上に配置される。第１ＢＡＷ共振子と第２ＢＡＷ共振子とは、第１圧電材料を有する層の厚みが等しい。
一態様において、ＢＡＷ部品は、更に支持基板と第２ＢＡＷ共振子とを備える。第１ＢＡＷ共振子と第２ＢＡＷ共振子とは、同じ支持基板上に配置される。
一態様において、第１ＢＡＷ共振子の積層体は、第１の厚みを有し、第２ＢＡＷ共振子は、第１の厚みとは異なる第２の厚みを有した圧電材料層を備える。
厚い方の圧電材料層を有したＢＡＷ共振子を、低い方の通過帯域を有するフィルタに用い、薄い方の圧電材料層を有したＢＡＷ共振子を、高い方の通過帯域を有するフィルタに用いることができる。従って、第１ＢＡＷ共振子をＴＸフィルタに用い、第２ＢＡＷ共振子をＲＸフィルタに用いることが可能である。
一態様において、第１圧電材料と第２圧電材料とは、同じエッチング剤に対して異なるエッチング選択比を有する。
これにより、双方の共振子が備える圧電材料を、同一工程で同じ厚さに積層させることが可能となる。第１ＢＡＷ共振子に設けられるもう一方の圧電材料は、両方の共振子の領域に積層させることが可能である。その後に、第１ＢＡＷ共振子の領域をレジスト層で覆い、エッチング剤により食刻することで、このもう一方の圧電材料を第２ＢＡＷ共振子の領域から除去することができる。第１圧電材料は、エッチング剤に対してエッチング停止層として機能する。このエッチング工程の後、双方の共振子の圧電材料の上に、それぞれ上部電極が配置される。
一態様において、エッチング剤は、ウエットエッチング用のエッチング剤である。
一態様において、エッチング剤は、フォトリソグラフィ工程でも使用可能な無金属イオン現像液である。エッチング剤は、湿潤剤に混合された２．３６％の水酸化テトラメチルアンモニウムを含むようにすることが可能である。
一態様において、エッチング剤は、ドライエッチング用のエッチング剤である。
一態様において、第１圧電材料は、Ｓｃ（スカンジウム）ドープＡｌＮ（窒化アルミニウム）であり、第２圧電材料は、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）である。
従って、ＢＡＷ部品の積層体は、ＳｃドープＡｌＮを有する第１層と、ＡｌＮを有する第２層とを備えていてもよい。
これ以外に第１圧電材料または第２圧電材料に使用することが可能な材料は、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、及びＫＮＮ（（Ｋ(1-x)Ｎａx）ＮｂＯ3、但し、Ｋはカリウム、Ｎａはナトリウム、Ｎｂはニオブ、Ｏは酸素）である。
ＳｃドープＡｌＮ（ＳｃxＡｌ(1-y)Ｎ）のドーピングレベルは、ｙが概ねｘと等しい状態で、１％≦ｘ≦２５％とすることができ、特に、５％≦ｘ≦７％とすることが可能である。
一態様において、ＢＡＷ部品は、デュプレクサであり、第１ＢＡＷ共振子は、当該デュプレクサにおけるＴＸフィルタの共振子である。
ＢＡＷ部品は、ブラッグミラー（Bragg Mirror）を基にした部品、または音響エネルギを閉じ込めるために積層体の下方に形成されたキャビティを有するＦＢＡＲ（圧電薄膜共振子）部品とすることが可能である。
例えばレバー構造を有したＭＥＭＳ部品など、更なる変形も可能である。例えば、圧電ＭＥＭＳスイッチを備えた部品とすることも可能である。また、複数のスイッチを有する部品とすることも可能である。２つのスイッチを備えた態様では、両方のスイッチを単一の支持基板に形成することが可能である。第１カンチレバーが１つの圧電材料層を有する一方、第２カンチレバーが２つの圧電材料層を有するようにすることができる。従って、互いに異なる閉動電圧を有した２つのスイッチを、同一の支持基板上に形成することが可能である。
ＢＡＷ部品の製造方法は、
下部電極を用意する工程と、
前記下部電極の上または上方に、第１圧電材料を配置する工程と、
前記第１圧電材料の上または上方に、前記第１圧電材料とは異なる第２圧電材料を配置する工程と、
前記第２圧電材料の上または上方に、上部電極を配置する工程と
を備える。
下部電極を用意する工程と、
前記下部電極の上または上方に、第１圧電材料を配置する工程と、
前記第１圧電材料の上または上方に、前記第１圧電材料とは異なる第２圧電材料を配置する工程と、
前記第２圧電材料の上または上方に、上部電極を配置する工程と
を備える。
これらの工程により、第１ＢＡＷ共振子を形成することが可能である。第１ＢＡＷ共振子に隣接して第２ＢＡＷ共振子を形成することが可能であり、この場合、第１ＢＡＷ共振子を形成するための、
下部電極を用意する工程と、
前記下部電極の上または上方に、第１圧電材料を配置する工程と
の２つの工程を、第２ＢＡＷ共振子の形成にも利用することができる。
下部電極を用意する工程と、
前記下部電極の上または上方に、第１圧電材料を配置する工程と
の２つの工程を、第２ＢＡＷ共振子の形成にも利用することができる。
第１ＢＡＷ共振子の上にだけ第２圧電材料を配置するため、例えばレジスト層を用いるなどして、更にフォトリソグラフィ工程を適用することが可能である。
一態様において、上記の製造方法は、
前記上部電極を配置する前に、予め特定した領域にある第２圧電材料を除去する工程を更に備え、
前記予め特定した領域にある前記第１圧電材料の上または上方、及び前記予め特定した領域に近接する領域における第２圧電材料の上または上方に、前記上部電極を配置する。
前記上部電極を配置する前に、予め特定した領域にある第２圧電材料を除去する工程を更に備え、
前記予め特定した領域にある前記第１圧電材料の上または上方、及び前記予め特定した領域に近接する領域における第２圧電材料の上または上方に、前記上部電極を配置する。
この予め特定した領域は、第２ＢＡＷ共振子の領域であり、予め特定した領域に近接した領域は、第１ＢＡＷ共振子の領域である。
ＢＡＷ部品やＢＡＷデュプレクサを製造するための他の方法に比べ、本発明の方法により、例えば電気音響結合係数κ2などのパラメータが改善されるというような、優れた電気音響特性が得られる、高品質の層を有した積層構造がもたらされる。
このようなＢＡＷ部品は、他の共振子とは異なる共振周波数を有したＢＡＷ共振子を得るために利用することができる。異なる共振周波数は、デュプレクサにおけるＴＸフィルタ及びＲＸフィルタに必要となり得るものである。しかしながら、そのような共振周波数における違いは、直列腕共振子が、並列腕共振子とは異なる共振周波数を有する必要があるようなラダー型フィルタ構成においても必要となり得る。ラダー型フィルタ構成において、並列腕共振子の反共振周波数が、直列腕共振子の共振周波数と概ね一致する場合に、バンドパスフィルタが得られる。並列腕共振子の共振周波数が、直列腕共振子の反共振周波数と一致する場合には、ノッチフィルタからなる帯域阻止フィルタが得られる。
第１圧電材料に関わる積層工程、及び第２圧電材料に関わる積層工程の２つの工程は、それぞれ該当箇所に対して実施することも可能であり、或いは真空破壊を用いて行うことも可能である。それぞれの積層工程の際に真空破壊を用いた場合であっても、良好な層の品質が得られる。
ＢＡＷ部品、積層体、及び製造方法のそれぞれの例、並びにそれぞれの作動原理は、概要図に示されている。
図１は、下部電極ＢＥと上部電極ＴＥとの間に積層体Ｌを備えたＢＡＷ部品ＢＡＷＣを示す図である。積層体Ｌは、第１圧電材料ＰＭ１を有した第１層と、第２圧電材料ＰＭ２を有した第２層とを備える。第２圧電材料ＰＭ２は、第１圧電材料ＰＭ１と上部電極ＴＥとの間に配置されている。第１圧電材料ＰＭ１は、第２圧電材料ＰＭ２とは異なる。これにより、共通の支持基板上に、それぞれの共振周波数が異なる複数のＢＡＷ共振子を有した高品質のＢＡＷ部品を得ることができる。
図２は、第１ＢＡＷ共振子ＢＡＷＲ１が第２ＢＡＷ共振子ＢＡＷＲ２に隣接して配置されたＢＡＷ部品ＢＡＷＣを示す図である。これら２つの共振子は、いずれも１つの支持基板ＣＳの上または上方に配置することが可能である。これら２つの共振子は、いずれも、下部電極ＢＥ、上部電極ＴＥ、及び第１圧電材料ＰＭ１を備え、第１ＢＡＷ共振子ＢＡＷＲ１のみが、第２圧電材料ＰＭ２を備えている。第１ＢＡＷ共振子ＢＡＷＲ１の圧電材料の方が、第２ＢＡＷ共振子ＢＡＷＲ２の圧電材料よりも厚くなっている。従って、これら２つの共振子は、実行が容易な製造工程により、共通の支持基板ＣＳの上または上方に、互いに隣り合うように製造することが可能であるにもかかわらず、互いに異なる共振周波数を有する。
図３は、上部電極を省略し、ＢＡＷ部品ＢＡＷＣの主要構成部材を示す図である。２つの共振子用積層体は、それぞれの音響ミラーＡＭの上に配置されている。音響ミラーＡＭは、高い音響インピーダンスと低い音響インピーダンスとを交互に有した層構造を備えている。音響ミラーＡＭは、音響エネルギを閉じ込めて、それぞれの共振子の共振モードを確立可能とするものである。
図４は、いくつかの製造工程の１つにおける一段階を示す図であって、この工程では、共通の支持基板ＣＳの上に、２つの共振子用積層体が互いに隣り合って配置される。下部電極を積層して構造化した後、それぞれの共振子用積層体に対応する下部電極の上に、第１圧電材料ＰＭ１が積層されて構造化される。
１以上の層を構造化することは、必ずしも必要ではない。
図５は、いくつかの製造工程の更なる一工程を示す図であり、この工程では、第１圧電材料ＰＭ１の上に、第２圧電材料ＰＭ２が配置される。但し、第２圧電材料ＰＭ２は、共振子用積層体の一方のみに必要なものであり、他方の共振子用積層体からは除去する必要がある。
そこで、図６は、第１ＢＡＷ共振子の積層体の上にレジスト膜ＲＥＳが配置される工程を示している。レジスト膜ＲＥＳによって、後に第１ＢＡＷ共振子ＢＡＷＲ１を構成する積層体が保護される一方、図の左側に示すように、後に第２ＢＡＷ共振子ＢＡＷＲ２を構成するもう一方の共振子用積層体から第２圧電材料ＰＭ２が除去される。異なる圧電材料の異なる特性により、エッチング剤が左側の第２圧電材料を食刻し、この第２圧電材料ＰＭ２が完全に除去されると、エッチング処理が終了するようになっている。左側の共振子用積層体の第１圧電材料の上面は、この工程におけるエッチング停止面となる。
図７は、最終の製造工程を示す図であり、この工程では、それぞれの共振子用積層体の上に、上部電極ＴＥが積層され構造化される。
図８は、第１圧電材料ＰＭ１及び第２圧電材料ＰＭ２を備えた積層体が、下部電極ＢＥと上部電極ＴＥとの間に配置されて、カンチレバー状のスイッチＳＷ１を形成しているＢＡＷ部品を示す図である。このようなスイッチＳＷ１は、第２圧電材料ＰＭ２を有していないスイッチＳＷ２に隣接して配置されている。このように２つのスイッチを異なる構成とすることにより、異なる閉動電圧とすることが可能となる。
ＢＡＷ部品、ＢＡＷ部品用の積層体、及びＢＡＷ部品の製造方法のいずれも、上述した実施形態や図中に示す実施形態に限定されるものではない。更なる材料もしくは層を備えた部品、積層体もしくは製造方法、更なる共振子を備えた部品、または更なる積層工程、エッチング工程、もしくはこれら工程の組み合わせを備えた製造方法も、本発明によって構成されるものである。
ＡＭ 音響ミラー
ＢＡＷＣ ＢＡＷ部品
ＢＡＷＲ１ 第１ＢＡＷ共振子
ＢＡＷＲ２ 第２ＢＡＷ共振子
ＢＥ 下部電極
ＣＳ 支持基板
Ｌ 積層体
ＰＭ１ 第１圧電材料
ＰＭ２ 第２圧電材料
ＲＥＳ レジスト膜
ＳＷ１ スイッチ
ＳＷ２ スイッチ
ＴＥ 上部電極
ＢＡＷＣ ＢＡＷ部品
ＢＡＷＲ１ 第１ＢＡＷ共振子
ＢＡＷＲ２ 第２ＢＡＷ共振子
ＢＥ 下部電極
ＣＳ 支持基板
Ｌ 積層体
ＰＭ１ 第１圧電材料
ＰＭ２ 第２圧電材料
ＲＥＳ レジスト膜
ＳＷ１ スイッチ
ＳＷ２ スイッチ
ＴＥ 上部電極
Claims (7)
- 支持基板（ＣＳ）と、
第１の下部電極（ＢＥ）、第１の上部電極（ＴＥ）、及び前記第１の下部電極（ＢＥ）と前記第１の上部電極（ＴＥ）との間に設けられた積層体（Ｌ）を有する第１ＢＡＷ共振子（ＢＡＷＲ１）と、
第２の下部電極（ＢＥ）、第２の上部電極（ＴＥ）、及び前記第２の下部電極（ＢＥ）と前記第２の上部電極（ＴＥ）との間に設けられた圧電材料層を有する第２ＢＡＷ共振子（ＢＡＷＲ２）とを備え、
前記積層体（Ｌ）は、スカンジウムドープ窒化アルミニウムである第１圧電材料（ＰＭ１）を有する第１層、及び窒化アルミニウムである第２圧電材料（ＰＭ２）を有して前記第１層の上に配置された第２層を備え、
前記第１ＢＡＷ共振子（ＢＡＷＲ１）及び前記第２ＢＡＷ共振子（ＢＡＷＲ２）は、前記支持基板（ＣＳ）に配設され、
前記第１ＢＡＷ共振子（ＢＡＷＲ１）の前記積層体（Ｌ）は第１の厚みを有し、
前記圧電材料層は、前記第２圧電材料（ＰＭ２）の層を含まない前記第１圧電材料（ＰＭ１）の層であり、前記第１の厚みとは異なる第２の厚みを有する
ことを特徴とするＢＡＷ部品。 - 前記第１圧電材料（ＰＭ１）と前記第２圧電材料（ＰＭ２）とは、同じエッチング剤に対して異なるエッチング選択比を有することを特徴とする請求項１に記載のＢＡＷ部品。
- 前記エッチング剤は、ウエットエッチング用のエッチング剤であることを特徴とする請求項２に記載のＢＡＷ部品。
- 前記エッチング剤は、湿潤剤に混合された２．３６％の水酸化テトラメチルアンモニウムを含むことを特徴とする請求項３に記載のＢＡＷ部品。
- 前記エッチング剤は、ドライエッチング用のエッチング剤であることを特徴とする請求項２に記載のＢＡＷ部品。
- 前記ＢＡＷ部品（ＢＡＷＣ）は、デュプレクサであり、
前記第１ＢＡＷ共振子（ＢＡＷＲ１）は、前記デュプレクサにおけるＴＸフィルタの共振子である
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のＢＡＷ部品。 - ＢＡＷ部品（ＢＡＷＣ）の製造方法であって、
下部電極（ＢＥ）を用意する工程と、
前記下部電極（ＢＥ）の上または上方に、第１圧電材料（ＰＭ１）を配置する工程と、
前記第１圧電材料（ＰＭ１）の上または上方に、前記第１圧電材料（ＰＭ１）とは異なる第２圧電材料（ＰＭ２）を配置する工程と、
前記第２圧電材料（ＰＭ２）の上または上方に、上部電極（ＴＥ）を配置する工程と、
前記上部電極（ＴＥ）を配置する前に、予め特定した領域にある前記第２圧電材料（ＰＭ２）を除去する工程とを備え、
前記予め特定した領域にある前記第１圧電材料（ＰＭ１）の上または上方、及び前記予め特定した領域に隣接する領域にある前記第２圧電材料（ＰＭ２）の上または上方に、前記上部電極（ＴＥ）を配置する
ことを特徴とする製造方法。
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