KR20060044921A - 공진자, 필터 및 공진자의 제조 방법 - Google Patents

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마사노리 우에다
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Abstract

압전 박막 공진자의 정밀한 Δf 조정을 가능하게 하고, 또한 이들 압전 박막 공진자로 구성된 필터의 중심 주파수를 고정밀도로 조정하기 위해, 기판(11) 상에, Ru/Cr의 2층 구조의 하부 전극막(12), AlN의 압전막(13), 및 Ru의 상부 전극막(14)을 구비하고 있고, 또한 상부 전극막(14) 상의 하부 전극막(12)과 대향하는 영역에는, SiO2의 제2 조정층(16)을 그 위에 갖는 Ti의 제1 조정층(15)이 형성되어 있다. 또한, SiO2의 제2 조정층(16)은, 하부 전극막(12) 또는 상부 전극막(14)으로 피복되어 있지 않은 기판(11) 표면상 및 압전막(13) 표면상에도 형성되어 있다. 또한, 상부 전극막(14)과 하부 전극막(12)의 대향 영역에 대략 대응하는 기판(11)의 이면측에는, 기판(11)의 이면측으로부터 Si를 불소계 가스로 에칭하는 것에 의해, 탄성 에너지를 제한하는 캐비티로서의 공극(17)이 형성되어 있다.
하부전극막, 압전막, 레지스트, 공극, 주파수 조정층

Description

공진자, 필터 및 공진자의 제조 방법{RESONATOR, FILTER AND FABRICATION OF RESONATOR}
도 1은 본 발명의 압전 박막 공진자의 제1 구성예를 설명하기 위한 도면으로서, 도 1의 (a)는 상부 평면도, 도 1의 (b) 및 도 1의 (c)는 각각 본 발명의 압전 박막 공진자를 직렬 공진자 또는 병렬 공진자로 한 경우의 도 1의 (a) 중의 A-A선을 따라 취한 단면도.
도 2는 필터의 통과특성을 도시하는 도면으로서, 도 2의 (a)는 FBAR 공진자를 1개 직렬 접속한 필터의 통과 특성, 도 2의 (b)는 FBAR 공진자를 1개 병렬 접속한 필터의 통과 특성, 그리고 도 3의 (c)는 FBER 공진자를 직렬 암 및 병렬암에 1개씩 배치하여 구성한 필터의 통과특성을 도시하는 도면.
도 3은 도 1에 도시한 본 발명의 압전 박막 공진자를, 직렬 암과 병렬 암에 복수개 배치하여 구성한 필터의 일례를 설명하기 위한 도면으로서, 도 3의 (a)는 상부 평면도, 도 3의 (b)는 도 3의 (a) 중의 A'-A'선을 따라 취한 단면도, 도 3의 (c)는 필터의 회로도.
도 4는 제1 실시예에 있어서의 공진자(및 필터)의 제작 프로세스의 예에 대해서 설명하기 위한 도면.
도 5는 제1 실시예에 있어서의 공진자(및 필터)의 제작 프로세스의 예에 대 해서 설명하기 위한 도면.
도 6은 제1 실시예에 있어서의 공진자(및 필터)의 제작 프로세스의 예에 대해서 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 필터의 중심 주파수 조정 전후의 특성을 설명하기 위한 도면
도 8은 필터의 중심 주파수 변동량(Δω)의 제2 조정층의 에칭 시간 의존성을 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 압전 박막 공진자의 제2 구성예를 설명하기 위한 도면으로서, 도 9의 (a)는 상부 평면도, 도 9의 (b) 및 도 9의 (c)는 각각 본 발명의 압전 박막 공진자를 직렬 공진자 또는 병렬 공진자로 한 경우의 도 9의 (a) 중의 A-A선을 따라 취한 단면도.
도 10은 도 9에 도시한 본 발명의 압전 박막 공진자를, 직렬 암과 병렬 암에 복수개 배치하여 구성한 필터의 일례를 설명하기 위한 도면으로서, 도 10의 (a)는 상부 평면도, 도 10의 (b)는 도 10의 (a) 중의 A'-A'선을 따라 취한 단면도.
도 11은 제2 실시예에 있어서의 공진자(및 필터)의 제작 프로세스의 예에 대해서 설명하기 위한 도면.
도 12는 제2 실시예에 있어서의 공진자(및 필터)의 제작 프로세스의 예에 대해서 설명하기 위한 도면.
도 13은 제2 실시예에 있어서의 공진자(및 필터)의 제작 프로세스의 예에 대해서 설명하기 위한 도면.
도 14는 본 발명의 압전 박막 공진자의 제3 구성예를 설명하기 위한 도면으로서, 도 14의 (a)는 상부 평면도, 도 14의 (b) 및 도 14의 (c)는 각각 본 발명의 압전 박막 공진자를 직렬 공진자 또는 병렬 공진자로 한 경우의 도 14의 (a) 중의 A-A선을 따라 취한 단면도.
도 15는 도 14에 도시한 본 발명의 압전 박막 공진자를, 직렬 암과 병렬 암에 복수개 배치하여 구성한 필터의 일례를 설명하기 위한 도면으로서, 도 15의 (a)는 상부 평면도, 도 15의 (b)는 도 15의 (a) 중의 A'-A'선을 따라 취한 단면도.
도 16은 제3 실시예에 있어서의 공진자(및 필터)의 제작 프로세스의 예에 대해서 설명하기 위한 도면.
도 17은 제3 실시예에 있어서의 공진자(및 필터)의 제작 프로세스의 예에 대해서 설명하기 위한 도면.
도 18은 제3 실시예에 있어서의 공진자(및 필터)의 제작 프로세스의 예에 대해서 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11, 51, 101 기판
12, 52, 102 하부 전극막
12a, 52a, 102a Ru막
12b, 52b, 102b Cr막
13, 53, 103 압전막
14, 54, 104 상부 전극막
15, 55, 105 제1 조정층
16, 56, 106 제2 조정층
17, 57, 107 공극
18, 58, 108 레지스트
109 주파수 조정층
본 발명은, 공진자, 필터 및 공진자의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 압전 박막 공진자 및 이것을 이용하여 구성되는 고주파 필터와 공진자의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 공진 주파수의 조정 기술에 관한 것이다.
휴대 전화기로 대표되는 무선 기기가 급속히 보급됨에 따라서, 이들 무선 기기에 탑재되는 소형이고 경량인 공진자 및 그 공진자를 조합해서 구성된 필터의 수요가 증대되고 있다. 지금까지의 공진자나 필터로서는, 압전체의 표면에서 발생하는 탄성 표면파(Surface Acoustic Wave:SAW)를 활용하여 특정한 공진 주파수를 전기 신호로서 추출하는 압전 소자인 SAW 공진자 및 그 SAW 공진자를 이용하여 구성된 SAW 필터가 사용되어 왔지만, 최근에는, 고주파 특성이 양호하고 또한 소형화·모놀리식화가 가능한 소자인 압전 박막 공진자 및 이것을 이용한 필터가 주목받고 있다.
이러한 압전 박막 공진자는, FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator) 타입과 SMR(Solidly Mounted Resonator) 타입의 2가지의 타입으로 분류된다. 이 중 전자(FBAR 타입)는, Si나 유리 등의 기판 상에 상부 전극막/압전막/하부 전극막의 적층 구조를 갖는 주요 구성 요소를 구비하고, 상부 전극막과 대향하는 하부 전극막 부분의 바로 아래에 탄성 에너지를 제한하기 위한 공극(캐비티)이 형성되어 있다. 또한, 이 공극은, 기판 표면에 형성한 희생층을 웨트 에칭하거나, 혹은 Si 기판 이면으로부터의 에칭(웨트 또는 드라이) 등의 방법에 의해 형성된다. 한편, 후자(SMR 타입)는, 상기한 공극 대신에, 음향 임피던스가 높은 막과 낮은 막을 λ/4(여기에서 λ는 탄성파의 파장)의 막 두께로 교대로 적층시켜 음향 반사막으로 한 구조의 압전 박막 공진자이다.
또한, 이러한 압전 박막 공진자의 전극막으로서는, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 이리듐(Ir) 등을 이용할 수 있다. 또, 압전막으로서는, 질화 알루미늄(AlN), 산화아연(ZnO), 티탄산 지르콘산연(PZT), 티탄산연(PbTiO3) 등을 이용할 수 있다.
압전 박막 공진자의 상부 전극과 하부 전극 사이에 전기 신호로서의 고주파 전압을 인가하면, 상부 전극과 하부 전극 사이에 끼워진 압전막 내부에 역 압전 효과에 기인하는 탄성파가 여진된다. 또, 탄성파에 의해서 발생하는 왜곡은 압전 효과에 의해 전기 신호로 변환된다. 이러한 탄성파는, 상부 전극막과 하부 전극막이 각각 공기와 접하고 있는 면에서 전반사되기 때문에, 압전막의 두께 방향에 주변위 를 갖는 세로 진동파로 된다. 이러한 공진 현상을 이용함으로써, 원하는 주파수 특성을 갖는 공진자(혹은 필터)를 얻을 수 있다.
예를 들면 FBAR 타입의 압전 박막 공진자에서는, 공극 상에 형성된 상부 전극막/압전막/하부 전극막을 주요한 구성 요소로 하는 적층 구조 부분의 총 막 두께 H가, 탄성파의 파장 λ의 1/2(1/2 파장)의 정수배(n배)로 되는 주파수(H=nλ/2)에 있어서 공진이 발생한다. 여기서, 압전막의 재질에 의해서 결정되는 탄성파의 전파 속도를 V라고 하면, 공진 주파수 F는 F=nV/(2H)로 되기 때문에, 적층 구조의 총 막 두께 H에 의해 공진 주파수 F를 제어할 수 있다.
이러한 압전 박막 공진자를 복수 배열시켜 필터를 설계하는 경우에는, 이하와 같은 점이 중요하게 된다. 첫째로, 단일의 기판(혹은 웨이퍼) 상에 제작되는 압전 박막 공진자의 공진 주파수를, 서로 약간 다른 주파수(통상은 수 %정도)로 되도록 설계할 필요가 있다. 또한, 이러한 각 압전 박막 공진자의 공진 주파수의 조정 공정을 「Δf 조정 공정」이라고 부른다. 또, 이 Δf 조정 공정에서 공진 주파수가 변화하는 공진자를 제1 공진자, 변화하지 않는 공진자를 제2 공진자로 한다. 둘째로, 이들 공진자의 주파수를 조정함으로써 필터의 중심 주파수가 정밀도 좋게 조정되어 있는 것이 필요하다. 예를 들면, 이들 제1 및 제2 공진자를 복수개 접속하여 필터를 구성한 경우에는, 박막의 적층 구조 부분의 형성 정밀도 등에 기인하여 중심 주파수에 설계값으로부터의 어긋남이 발생하기 때문에, 필터의 중심 주파수가 설계값으로 되도록 조정할 필요가 있다.
이와 같이, 복수의 압전 박막 공진자를 이용하여 고정밀도의 필터를 제작하 는 경우에는, 적어도 2회의 공진 주파수의 조정을 행할 필요가 있다.
[특허 문헌1] 일본국 특허공개 2002-335141호 공보
[특허 문헌2] 일본국 특허공개 2002-359539호 공보
[특허 문헌3] 미국 특허 제5,894,647호 명세서
상술한 바와 같이, 압전 박막 공진자(및 그것을 이용하여 구성되는 필터)의 제작시에는, 첫째로, 단일의 기판(혹은 웨이퍼) 상에 제1 공진자와 제2 공진자를 만들어 넣고, 또한 Δf 조정 공정에 있어서 각 제1 공진자의 공진 주파수를 정밀하게 조정하는 것, 둘째로, 제1 공진자와 제2 공진자를 복수개 접속하여 구성되는 필터의 중심 주파수를 정밀도 좋게 조정하는 것이 중요한 포인트로 된다.
그런데, 공진자의 공진 주파수가 박막 적층 구조부의 두께(중량)에 반비례하는 것은 잘 알려져 있다. 즉, 해당 부분의 두께가 두꺼워지면(중량이 무거워지면) 공진 주파수는 저주파수 측으로 시프트하고, 해당 부분의 두께가 얇아지면(중량이 가벼워지면) 공진 주파수는 고주파수 측으로 시프트한다.
종래, 단일 기판 상에 서로 다른 공진 주파수의 공진자를 다수 만들어 넣기 위한 Δf 조정 방법으로서 이하와 같은 방법이 알려져 있다.
제1 방법은, 상부 전극막의 두께를 얇게 해서 공진 주파수를 고주파수측으로 시프트시킴으로써 조정을 행하는 방법이다(특허 문헌1 참조). 그러나, 이 방법에서는, 전극 박막화 공정에서 전극 표면이 화학적으로 활성화되어 버리기 때문에 분위기 중의 산소와 화학 반응해서 산화되어 버리는 등의 문제가 있어, 안정된 공진 특성을 얻는 것은 어렵다. 또, 제1 공진자와 제2 공진자의 상부 전극의 표면 상태는 Δf 조정 공정 후에 서로 다른 것으로 되기 때문에, 양자의 공진 주파수를 균일하게 조정할 수 없어, 필터 특성을 유지한 채로 그의 중심 주파수를 안정적으로 조정하는 것은 곤란하다.
제2 방법은, 상부 전극 표면을 산화시켜 주파수를 조정하는 방법이다(특허 문헌2 참조). 그러나, 이 방법도 제1 방법과 마찬가지로, 서로 다른 표면 상태를 갖는 상부 전극을 균등하게 산화시키는 것은 어려워, 안정적으로 중심 주파수를 조정하는 것은 곤란하다.
제3 방법은, 상부 전극막의 두께를 두껍게 하여 공진 주파수를 저주파수 측으로 시프트시킴으로써 조정을 행하는 방법이다(특허 문헌3 참조). 그러나, 이 방법에서는, 단일 기판 상의 일부에만 새롭게 막을 추가하기 위해 기판(웨이퍼)을 일단 진공장치로부터 빼내는 것이 필요하게 되고, 이 때에 상부 전극막 상에 자연 산화막이 형성되어 새롭게 추가한 막과의 사이의 밀착성이 나빠져, 양호한 공진 특성을 얻는 것 및 중심 주파수의 정밀도가 높은 조정을 행하는 것이 곤란하다. 또, 단일 기판 상에 형성된 다수의 공진자 중의 일부만의 상부 전극막의 두께를 두껍게 할 필요가 있기 때문에, 제조 공정수가 많아져 코스트도 상승하게 되는 문제가 있다.
이와 같이, 종래의 Δf 조정 방법은 모두 공진자의 공진 주파수 및 필터의 중심 주파수를 양호한 정밀도로 조정하는 데에 불충분하였다.
본 발명은 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것 은, 단일의 기판(혹은 웨이퍼) 상에 만들어 넣어진 다수의 압전 박막 공진자의 정밀한 Δf 조정을 가능하게 하고, 또한 이들 압전 박막 공진자로 구성된 필터의 중심 주파수를 고정밀도로 조정하기 위한 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 이러한 과제를 해결하기 위해, 제1 양태의 발명은, 기판 주면 상에, 압전 박막의 한쪽 주면 상에 형성된 제1 전극막과, 상기 압전 박막의 다른쪽 주면 상에 형성된 제2 전극막과, 상기 제1 또는 제2 전극막 상에 형성된 주파수 조정층을 구비하고, 상기 주파수 조정층은, 상기 전극막 상에 형성된 제1 조정층과 그 제1 조정층 상에 형성된 제2 조정층의 적층막인 것을 특징으로 한다.
제2 양태의 발명은, 제1 양태의 공진자에 있어서, 상기 제2 조정층은, 상기 제1 조정층과는 재질을 달리하는 것을 특징으로 한다.
제3 양태의 발명은, 제1 양태의 공진자에 있어서, 상기 제2 조정층은, 상기 제1 조정층과는 재질을 달리하는 절연체막인 것을 특징으로 한다.
제4 양태의 발명은, 기판 주면 상에, 압전 박막의 한쪽 주면 상에 형성된 제1 전극막과, 상기 압전 박막의 다른쪽 주면 상에 형성된 제2 전극막과, 상기 제1 또는 제2 전극막 상에 형성된 주파수 조정층을 구비하고, 상기 주파수 조정층은 난산화성의 절연체막인 것을 특징으로 한다.
제5 양태의 발명은, 제1 내지 제4 양태 중의 하나의 공진자에 있어서, 상기 제1 조정층은, 서로 다른 에칭 선택성을 갖는 적어도 2종의 막이 적층되어 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
제6 양태의 발명은, 제1 내지 제5 양태 중의 하나의 공진자에 있어서, 상기 기판은 캐비티를 구비하고, 상기 주파수 조정층은 적어도 상기 캐비티 상부의 전역을 피복하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
제7 양태의 발명은, 제1 내지 제5 양태 중의 하나의 공진자에 있어서, 상기 기판은 캐비티를 구비하고, 상기 주파수 조정층은 적어도 상기 캐비티 상부의 전역을 피복하도록, 상기 제1 또는 제2 전극막 상에 부분적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
제8 양태의 발명은, 제6 또는 제7 양태의 공진자에 있어서, 상기 캐비티는 상기 기판 이면측에 형성된 공극인 것을 특징으로 한다.
제9 양태의 발명은, 단일 기체 상에 형성된 상기 양태 중의 어느 하나의 공진자를 복수 조합해서 구성된 필터이다.
제10 양태의 발명은, 제9 양태의 필터에 있어서, 상기 필터는 서로 다른 두께의 상기 주파수 조정층을 갖는 공진자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
제11 양태의 발명은, 제9 또는 제10 양태의 필터에 있어서, 상기 필터는, 상기 복수의 공진자를 사다리형으로 조합해서 구성된 래더 필터로서, 상기 공진자 중의 병렬 접속된 공진자의 상기 주파수 조정층의 두께는, 직렬 접속된 공진자의 상기 주파수 조정층의 두께보다 큰 것을 특징으로 한다.
제12 양태의 발명은, 제 9 또는 제10 양태의 필터에 있어서, 상기 필터는, 상기 복수의 공진자를 사다리형으로 조합해서 구성된 래더 필터로서, 상기 공진자 중의 병렬 접속된 공진자의 공진 주파수는, 직렬 접속된 공진자의 공진 주파수보다 저주파수로 되도록 조정되어 있는 것을 특징으로 한다.
제13 양태의 발명은, 제9 양태의 필터에 있어서, 상기 직렬 접속되어 있는 공진자가 구비하고 있는 제1 조정층은 단일층이고, 상기 병렬 접속되어 있는 공진자가 구비하고 있는 제1 조정층은 서로 다른 에칭 선택성을 갖는 2종의 막이 적층되어 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
제14 양태의 발명은, 제9 양태의 필터에 있어서, 상기 주파수 조정층의 막 두께에 따라서 상기 공진자의 각각의 공진 주파수 및 상기 필터의 중심 주파수가 조정되어 있는 것을 특징으로 한다.
제15 양태의 발명은, 제9 양태의 필터에 있어서, 상기 공진 주파수는 상기 제1 조정층의 막 두께에 의해 조정되고, 상기 중심 주파수는 상기 제2 조정층의 막 두께에 의해 조정되어 있는 것을 특징으로 한다.
제16 양태의 발명은, 압전 박막의 한쪽 주면 상의 제1 전극막과, 상기 압전 박막의 다른쪽 주면 상의 제2 전극막과, 상기 제1 또는 제2 전극막 상에 주파수 조정층을 형성하는 제1 단계와, 상기 주파수 조정층의 원하는 영역의 막 두께를 제어하여 상기 압전 박막의 공진 주파수를 조정하는 제2 단계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 공진자의 제조 방법이다.
제17 양태의 발명은, 압전 박막의 한쪽 주면 상의 제1 전극막과, 상기 압전 박막의 다른쪽 주면 상의 제2 전극막과, 상기 제1 또는 제2 전극막 상에 제1 주파수 조정층을 형성하는 제1 단계와, 상기 제1 주파수 조정층의 원하는 영역의 막 두께를 제어하여 상기 압전 박막의 제1 공진 주파수를 조정하는 제2 단계와, 상기 제 1 주파수 조정층 상에 제2 주파수 조정층을 형성하는 제3 단계와, 상기 제2 주파수 조정층의 원하는 영역의 막 두께를 제어하여 상기 압전 박막의 제2 공진 주파수를 조정하는 제4 단계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 공진자의 제조 방법이다.
제18 양태의 발명은, 제16 또는 제17 양태의 공진자의 제조 방법에 있어서, 상기 주파수 조정층의 막 두께 제어는, 에칭에 의해 실행되는 것을 특징으로 한다.
제19 양태의 발명은, 제18 양태의 공진자의 제조 방법에 있어서, 상기 에칭은, 이온 밀링, 반응성 이온 에칭, 또는 펄스 레이저에 의해 실행되는 것을 특징으로 한다.
상기 발명에 있어서, 상기 절연체막을 금속 산화막 또는 금속 질화막으로 할 수 있다. 또, 상기 발명에 있어서, 상기 금속 산화막을 실리콘 산화물(SiO2)이고, 상기 금속 질화물은 실리콘 질화물(SiN) 또는 알루미늄 질화물(AlN)로 구성할 수 있다. 또한, 상기 발명에 있어서, 상기 제1 조정층은 적어도 1종의 도전막을 포함하는 구성으로 할 수 있다. 또한, 상기 발명은, 상기 도전막을 금속막 또는 합금막으로 구성할 수 있다. 또한, 상기 발명에 있어서, 상기 제1 조정층을 적어도 1종의 절연막을 포함하는 구성으로 할 수 있다.
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
이하, 본 발명의 실시예를 설명한다.
[제1 실시예]
도 1은, 본 발명의 압전 박막 공진자의 제1 구성예를 설명하기 위한 도면으 로서, 도 1의 (a)는 상부 평면도, 도 1의 (b) 및 도 1의 (c)는 각각 본 발명의 압전 박막 공진자를 직렬 공진자 또는 병렬 공진자로 한 경우의 도 1의 (a) 중의 A-A선을 따라 취한 단면도이다.
이 압전 박막 공진자는, 기판(11)으로서 Si 기판을 이용하고, Ru막(12a)과 Cr막(12b)을 적층시킨 Ru/Cr의 2층 구조의 하부 전극막(12), AlN의 압전막(13), 및 Ru의 상부 전극막(14)을 구비하고 있고, 또한 상부 전극막(14) 상의 하부 전극막(12)과 대향하는 영역에는, SiO2의 제2 조정층(16)을 그 위에 갖는 Ti의 제1 조정층(15)이 형성되어 있다. 또, SiO2의 제2 조정층(16)은, 하부 전극막(12) 또는 상부 전극막(14)으로 피복되어 있지 않은 기판(11) 표면상 및 압전막(13) 표면상에도 형성되어 있다. 또한, 제2 조정층(16)의 재료는 SiO2에 한정되는 것이 아니고, 산화되기 어려운 재료(예를 들면 SiO2 이외의 금속 산화물 혹은 SiN이나 AlN 등의 금속 질화물)라도 된다. 하부 전극막(12)은, 압전막(13)에 형성된 컨택트 창(19)을 통하여 노출되어 있다.
또한, 상부 전극막(14)과 하부 전극막(12)의 대향 영역에 대략 대응하는 기판(11) 이면측에는, 기판(11)의 이면측으로부터 Si를 불소계 가스로 에칭하는 것에 의해, 탄성 에너지를 제한하는 캐비티로서의 공극(17)이 형성되어 있다. 여기서, 공극(17)부의 상측 개구부는 그의 전체면이 주파수 조정용의 층(15,16)으로 피복되어 있다. 바꾸어 말하면, 주파수 조정용의 층(15,16)은, 적어도 공극(17)의 상측 개구부 전부를 피복하도록 형성되어 있고, 상부 전극막(14)의 표면의 일부에 형성 되어 있다. 이러한 공극(17)의 형성 방법은 이하의 실시예에 있어서도 마찬가지이다.
또한, 상기한 각 막의 두께는, 예를 들면, 5.2GHz의 공진 주파수의 압전 박막 공진자로 하는 경우에는, 하부 전극막(12)의 Ru막(12a)이 100nm, Cr막(12b)이 50nm, 압전막(13)의 AlN이 400nm, 상부 전극막(14)의 Ru막이 100nm로 된다.
다음에, 공진자를 래더로 조합하여 필터를 구성한 경우의 사다리형 필터의 통과 특성에 대한 일반적인 설명을 해 둔다. 또한, 여기서는 공진자로서 FBAR 타입의 것을 예로서 설명한다.
도 2는, 필터의 통과특성을 도시하는 도면으로서, 도 2의 (a)는 FBAR 공진자를 1개 직렬 접속한 필터의 통과 특성, 도 2의 (b)는 FBAR 공진자를 1개 병렬 접속한 필터의 통과 특성, 그리고 도 2의 (c)는 FBER 공진자를 직렬 암 및 병렬 암에 1개씩 배치하여 구성한 필터의 통과특성을 도시하는 도면이다.
이들 도면에 도시되어 있는 바와 같이, FBAR 공진자는 공진 주파수와 반공진 주파수의 이중 공진 특성을 갖는다. 도 2의 (a)에 도시되는 바와 같이, FBAR 공진자를 직렬로 접속한 경우에는, 삽입 손실은 공진 주파수(frs)에서 최소로 되고 반공진 주파수(fas)에서 최대로 된다. 한편, 도 2의 (b)에 도시되는 바와 같이, FBAR 공진자를 병렬로 접속한 경우에는, 삽입 손실은 공진 주파수(frp)에서 최대로 되고 반공진 주파수(fap)에서 최소로 된다. 또, 도 2의 (c)에 도시되는 바와 같이, 직렬 암과 병렬 암에 각각 1개씩의 공진자를 배치하고, 직렬 공진자의 공진 주파수(frs)와 병렬 공진자의 반공진 주파수(fap)가 거의 동일할 때에는, 중심 주파 수(fc)의 밴드 패스 필터가 1조 형성되고, 직렬 공진자와 병렬 공진자의 공진 특성과 도 2의 (c)에 도시되는 사다리형의 조합 방법을 최적화함으로써, 원하는 필터 특성을 얻을 수 있다.
도 3은, 도 1에 도시한 본 발명의 압전 박막 공진자를, 직렬 암과 병렬 암에 복수개 배치하여 구성한 필터의 일례를 설명하기 위한 도면으로, 도 3의 (a)는 상부 평면도, 도 3의 (b)는 도 3의 (a) 중의 A'-A'선을 따라 취한 단면도, 도 3의 (c)는 도 3의 (a)에 도시하는 필터의 회로도이다. 이 도면에는, 4개의 직렬 공진자(S)와 3개의 병렬 공진자(P)가 도시되어 있다. 또한, 이들 압전 박막 공진자의 기본 구조는 도 1에 도시한 압전 박막 공진자의 기본 구조와 대략 동일하지만, 필터로서 구성하는 경우에는, 병렬 공진자의 공진 주파수를 낮게 해서 밴드 패스 필터 특성을 얻기 위해서, 직렬 공진자의 제1 조정층(15)의 막 두께는, 병렬 공진자의 제1 조정층(15)의 막 두께보다 얇게 할 필요가 있다.
이하에, 도 4~도 6을 이용하여, 이러한 공진자(및 필터)의 제작 프로세스의 예에 대해서 설명한다. 우선, 예를 들면 300μm의 두께의 Si의 기판(11)(도 4의 (a)) 상에, 하부 전극막(12)으로서, Ru막(12a)과 Cr막(12b)의 적층막(Ru/Cr막)을 스퍼터링법에 의해 성막한다(도 4의 (b)). 다음으로, 포토리소그래피 기술과 에칭 기술(웨트 에칭 또는 드라이 에칭)에 의해, 하부 전극막(12)을 원하는 형상으로 패터닝한다(도 4의 (c)). 계속해서, 압전막(13)으로서 AlN 박막을 성막하고(도 4의 (d)), 또한 상부 전극막(14)으로서 Ru막, 제1 조정층(15)으로서 Ti막을, 각각 스퍼터링법에 의해 성막한다(도 4의 (e)).
다음으로, 포토리소그래피 기술과 에칭 기술(웨트 에칭 또는 드라이 에칭)에 의해, 제1 조정층(15)과 상부 전극막(14)을 원하는 형상으로 패터닝한다(도 5의 (a)). 또한, 이 제1 조정층(15)과 상부 전극막(14)의 패터닝을 리프트-오프에 의해 실행하는 것으로 해도 된다.
포토리소그래피 기술에 의해 제1 조정층(15)의 일부를 레지스트(18)에 의해 마스킹한 후(도 5의 (b)), 드라이 에칭에 의해, 제1 조정층(15)의 일부의 막 두께를 점차적으로 감소시켜, 제1 조정층(15)의 중량을 조정하여 레지스트(18)를 제거한다(도 5의 (c)). 또한, 제1 조정층(15) 및 상부 전극막(14)의 패터닝 공정과, 제1 조정층(15)의 일부의 막 두께를 점차적으로 감소시키는 공정의 순서를 반대로 해도 상관없다.
다음으로, 포토리소그래피 기술과 에칭 기술(웨트 에칭 또는 드라이 에칭)에 의해 압전막(13)을 원하는 형상으로 패터닝하고(도 5의 (d)), SiO2의 제2 조정층(16)을 스퍼터링법으로 성막한 후(도 6의 (a)), 포토리소그래피 기술과 에칭 기술(웨트 에칭 또는 드라이 에칭)에 의해, 상부 전극막(14) 상에 있는 제1 조정층(15)과 제2 조정층(16)의 여분의 부분을 제거하고, 그 부분에 범프 패드(도시 생략)를 형성한다(도 6의 (b)).
마지막으로, Si 기판(11)의 이면에, 포토리소그래피 기술에 의해, 공극(17)을 형성하기 위한 드라이 에칭용의 레지스트를 패터닝하고, Si 기판(11)의 이면으로부터 드라이 에칭함으로써 상부 전극막(14)과 하부 전극막(12)이 대향하는 영역 에 대응하는 기판(11)의 이면측에 공극(17)을 형성한다(도 6의 (c)). 이것에 의해, 도 1에 도시하는 바와 같은 압전 박막 공진자(및 도 3에 도시하는 바와 같은 필터)가 제작된다(도 6의 (d)).
여기서, 공극 형성을 위한 드라이 에칭은, SF6 가스에 의한 에칭과 C4F8 가스에 의한 공극(17)의 측벽 보호막 형성을 교대로 반복하는 조건에서 실행하고 있다. 이러한 에칭 조건으로 하는 것에 의해, 공극(17)의 측벽 형상이 Si 기판(11)의 주면에 대해서 대략 수직인 공극(17)을 형성할 수 있다.
또한, 상술한 기판(11), 전극막(12) 및 (14), 및 압전막(13)의 각 재료는 예시에 불과하며, 종래부터 일반적으로 이용되고 있는 재료로서도 본 발명의 공진자 및 필터가 발휘하는 작용·효과를 얻을 수 있다. 또, 제1 조정층(15)의 재료도 상기한 Ti에 한정되지 않고, 에칭을 위한 여기 에너지를 조사하여 그의 일부의 막 두께를 점차적으로 감소할 수 있는 도전막(금속막이나 합금막)이나 절연막(예를 들면 SiO2, SiN이나 AlN 등)이면 된다. 또한, 이러한 에칭 방법으로서는, 이온 밀링, 반응성 이온 에칭, 펄스 레이저 등이 있다. 또한, 제2 조정층(16)도 상기 SiO2일 필요는 없고, 마찬가지로 에칭을 위한 여기 에너지를 조사하여 그의 일부의 막 두께를 점차적으로 감소할 수 있는 절연막(예를 들면 SiO2, SiN이나 AlN 등)이라도 상관없다. 또한, 하부 전극막(12)의 하측에 공극(17)을 형성할 때에는, 희생층을 이용하는 방법에 의한 것으로 해도 된다. 또, 공극(17) 대신에, 음향 임피던스가 높은 막과 낮은 막을 교대로 λ/4(λ는 탄성파의 파장)의 막 두께로 적층시킨 음향 반사 막을 형성한 구조로 할 수도 있다(SMR 타입).
도 7은, 상술한 수순에 따라서 제작된 본 발명의 필터의 중심 주파수 조정 전후의 특성을 설명하기 위한 도면으로, 횡축은 주파수(GHz), 종축은 통과 대역 내의 삽입 손실(억압도: dB)이다. 여기서, 중심 주파수의 조정은 제2 조정층인 SiO2를 드라이 에칭하여, 그의 일부의 막 두께를 점차적으로 감소하는 것에 의해서 실행하였다. 이 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 제2 조정층의 막 두께(즉 중량)에 따라서 주파수 특성이 변화하여, 중심 주파수의 조정이 가능하다는 것을 알 수 있다.
도 8은, 필터의 중심 주파수 변동량(Δω)의 제2 조정층의 에칭 시간 의존성을 설명하기 위한 도면이다. 이 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 중심 주파수 변동량 Δω은 제2 조정층의 에칭 시간(즉 에칭량)에 대략 선형적으로 변화한다.
이와 같이, 제1 조정층의 막 두께(중량) 조정에 의해 각 압전 박막 공진자의 공진 주파수를 조정하기 위한 Δf 조정을 실행하고, 제2 조정층(중량) 조정에 의해 필터의 중심 주파수의 Δω 조정을 실행하는 것으로 하면, Δf 조정과 필터의 중심 주파수 조정을 독립적으로 실행하는 것이 가능해져, 필터 특성을 악화시키지 않고 중심 주파수의 어긋남을 보정할 수 있다.
[제 2실시예]
도 9는, 본 발명의 압전 박막 공진자의 제2 구성예를 설명하기 위한 도면으로, 도 9의 (a)는 상부 평면도, 도 9의 (b) 및 도 9의 (c)는 각각 본 발명의 압전 박막 공진자를 직렬 공진자 또는 병렬 공진자로 한 경우의 도 9의 (a) 중의 A-A선을 따라 취한 단면도이다.
이 압전 박막 공진자는, 기판(51)으로서 Si 기판을 이용하고, Ru막(52a)과 Cr막(52b)을 적층시킨 Ru/Cr의 2층 구조의 하부 전극막(52), AlN의 압전막(53), 및 Ru의 상부 전극막(54)을 구비하고 있고, 또한 상부 전극막(54) 상의 하부 전극막(52)과 대향하는 영역에는, SiO2의 제2 조정층(56)을 그 위에 갖는 Cr막(55b)(직렬 공진자의 경우), 또는 서로 다른 에칭 선택성을 갖는 Ti막(55a)과 Cr막(55b)의 Ti/Cr 적층막(병렬 공진자의 경우)으로 이루어지는 제1 조정층(55)이 형성되어 있다. 또, SiO2의 제2 조정층(56)은, 하부 전극막(52) 또는 상부 전극막(54)으로 피복되어 있지 않은 기판(51) 표면상 및 압전막(53) 표면상에도 형성되어 있다. 또한, 제2 조정층(56)의 재료는 SiO2에 한정되는 것이 아니고, 산화되기 어려운 재료(예를 들면 SiO2 이외의 산화물 혹은 SiN이나 AlN 등의 질화물)이어도 된다. 하부 전극막(52)은, 압전막(53)에 형성된 컨택트 창(59)을 통하여 노출되어 있다.
또한, 상부 전극막(54)과 하부 전극막(52)의 대향 영역에 대응하는 기판(51)에는, 기판(51)의 이면측으로부터 Si를 불소계 가스로 에칭하는 것에 의해, 탄성 에너지를 제한하는 캐비티로서의 공극(57)이 형성되어 있다.
또한, 상기한 각막의 두께는, 예를 들면, 5.2GHz의 공진 주파수의 압전 박막 공진자로 하는 경우에는, 하부 전극막(52)의 Ru막(52a)이 100nm, Cr막(52b)이 50nm, 압전막(53)의 AlN이 400nm, 상부 전극막(54)의 Ru막이 100nm로 된다.
도 10은, 도 9에 도시한 본 발명의 압전 박막 공진자를 직렬 암과 병렬 암에 복수개 배치하여 구성한 필터의 일례를 설명하기 위한 도면으로, 도 1 O의 (a)는 상부 평면도, 도 1O의 (b)는 도 10의 (a) 중의 A'-A'선을 따라 취한 단면도이다. 이 도면에는, 4개의 직렬 공진자(S)와 3개의 병렬 공진자(P)가 도시되어 있다. 또한, 이들 압전 박막 공진자의 기본 구조는 도 9에 도시한 압전 박막 공진자의 기본 구조와 대략 동일하지만, 필터로서 구성하는 경우에는, 병렬 공진자의 공진 주파수를 낮게 해서 밴드 패스 필터 특성을 얻기 위해서, 직렬 공진자의 제1 조정층을 Cr층(55b)만으로 하고, 병렬 공진자의 제1 조정층을 Ti층(55a)과 Cr층(55b)의 Ti/Cr 적층막으로 한다. 여기서, Cr층(55b)은 상부 전극막(54)과 제2 조정층(56)의 밀착층으로서의 역할도 한다.
이하에, 도 11~도 13을 이용하여, 이러한 공진자(및 필터)의 제작 프로세스의 예에 대해서 설명한다. 우선, 예를 들면 300μm의 두께의 Si의 기판(51)(도 11의 (a))상에, 하부 전극막(52)으로서, Ru막(52a)과 Cr막(52b)의 적층막(Ru/Cr막)을 스퍼터링법에 의해 성막한다(도 11의 (b)). 다음으로, 포토리소그래피 기술과 에칭 기술(웨트 에칭 또는 드라이 에칭)에 의해, 하부 전극막(52)을 원하는 형상으로 패터닝한다(도 11의 (c)). 계속해서, 압전막(53)으로서 AlN 박막을 성막하고(도 11의 (d)), 또한, 상부 전극막(54)으로서 Ru막, 제1 조정층(55)으로서 Ti막(55a) 및 Cr막(55b)을, 각각 스퍼터링법에 의해 성막한다(도 11의 (e)).
다음으로, 포토리소그래피 기술과 에칭 기술(웨트 에칭 또는 드라이 에칭)에 의해, 제1 조정층(55)과 상부 전극막(54)을 원하는 형상으로 패터닝한다(도 12의 (a)). 또한, 이 제1 조정층(55)과 상부 전극막(54)의 패터닝을 리프트-오프에 의해 실행하는 것으로 하여도 된다.
포토리소그래피 기술에 의해 제1 조정층(55)의 일부를 레지스트(58)에 의해 마스킹한 후(도 12의 (b)), 웨트 에칭 또는 드라이 에칭에 의해, 제1 조정층(55)의 Cr막(55b)은 모두를 잔존시키는 상태에서 Ti막(55a)의 일부 영역을 제거한다(도 12의 (c)). 즉, 제1 조정층(55)의 일부의 막 두께를 점차적으로 감소시킨다. 여기서, 잔존하는 Cr막(55b)은 상부 전극막(54)과 제2 조정층(56)의 밀착층으로서의 역할도 한다. 또한, 제1 조정층(55) 및 상부 전극막(54)의 패터닝 공정과, 제1 조정층(55)의 일부의 막 두께를 점차적으로 감소시키는 공정의 순서를 반대로 해도 상관없다. 또한, Ti막(55a)과 Cr막(55b)을 반대로 적층시켜 Cr/Ti 적층 구조로 하도록 해도 된다. 또한, 제1 조정층(55)의 재료는 Ti 및 Cr에 한정되는 것이 아니고, 이들 이외의 에칭 선택성이 있는 2종류의 도전막이나 절연막(예를 들면 SiO2, SiN이나 AlN 등)을 이용하는 것으로 해도 된다.
다음으로, 포토리소그래피 기술과 에칭 기술(웨트 에칭 또는 드라이 에칭)에 의해 압전막(53)을 원하는 형상으로 패터닝하고(도 12의 (d)), SiO2의 제2 조정층(56)을 스퍼터링법으로 성막한 후(도 13의 (a)), 포토리소그래피 기술과 에칭 기술(웨트 에칭 또는 드라이 에칭)에 의해, 상부 전극막(54) 상에 있는 제1 조정층(55)과 제2 조정층(56)의 여분의 부분을 제거하고, 그 부분에 범프 패드(도시 생략)를 형성한다(도 13의 (b)). 또한, 제2 조정층(56)은 상기 SiO2일 필요는 없고, 에칭을 위한 여기 에너지를 조사하여 그의 일부의 막 두께를 점차적으로 감소할 수 있는 절연막(예를 들면 SiO2, SiN이나 AlN 등)이라도 상관없다.
마지막으로, Si 기판(51)의 이면에, 포토리소그래피 기술에 의해, 공극(57)을 형성하기 위한 드라이 에칭용의 레지스트를 패터닝하고, Si 기판(51)의 이면으로부터 드라이 에칭함으로써 상부 전극막(54)과 하부 전극막(52)이 대향하는 영역에 대응하는 기판(51)의 이면측에 공극(57)을 형성한다(도 13의 (c)). 이것에 의해, 도 9에 도시하는 바와 같은 압전 박막 공진자(및 도 10에 도시하는 바와 같은 필터)가 제작된다(도 13의 (d)).
여기서, 공극 형성을 위한 드라이 에칭은, SF6 가스에 의한 에칭과 C4F8 가스에 의한 공극(57)의 측벽 보호막 형성을 교대로 반복하는 조건에서 실행하고 있다. 이러한 에칭 조건으로 하는 것에 의해, 공극(57)의 측벽 형상이 Si 기판(51)의 주면에 대해서 대략 수직인 공극(57)을 형성할 수 있다.
또한, 상술한 기판(51), 전극막(52) 및 (54), 및 압전막(53)의 각 재료는 예시에 불과하며, 종래부터 일반적으로 이용되고 있는 재료로서도 본 발명의 공진자 및 필터가 발휘하는 작용·효과를 얻을 수 있다. 또한, 하부 전극막(52)의 하측에 공극(57)을 형성할 때에는, 희생층을 이용하는 방법에 의한 것으로 해도 된다. 또, 공극(57) 대신에, 음향 임피던스가 높은 막과 낮은 막을 교대로 λ/4(λ는 탄성파의 파장)의 막 두께로 적층시킨 음향 반사막을 형성한 구조로 할 수도 있다.
이러한 공진자의 제작 방법에 따르면, 공진 주파수의 어긋남량은 제1 조정층 (55)의 Ti막(55a)의 두께로 제어 가능하고, 종래부터 이용되고 있는 전극막의 에칭에 의한 조정 방법보다 높은 정밀도로 공진 주파수를 어긋나게 하는 것이 가능하다. 또, 상부 전극막(54)과 제2 조정층(56)과의 밀착력이 높아져 필터 특성이 향상한다. 나아가서는, 필터의 중심 주파수는 제1 조정층(55)과는 다른 재료로 구성되는 제2 조정층의 막 두께(중량)로 행해지기 때문에, 안정적으로 중심 주파수 조정을 실행할 수 있다.
[제3 실시예]
도 14는, 본 발명의 압전 박막 공진자의 제3 구성예를 설명하기 위한 도면으로, 도 14의 (a)는 상부 평면도, 도 14의 (b) 및 도 14의 (c)는 각각 본 발명의 압전 박막 공진자를 직렬 공진자 또는 병렬 공진자로 한 경우의 도 14의 (a) 중의 A-A선을 따라 취한 단면도이다.
이 압전 박막 공진자는, 기판(101)으로서 Si 기판을 이용하고, Ru막(102a)과 Cr막(102b)을 적층시킨 Ru/Cr의 2층 구조의 하부 전극막(102), AlN의 압전막(103), 및 Ru의 상부 전극막(104)을 구비하고 있고, 또한 상부 전극막(104) 상의 하부 전극막(102)과 대향하는 영역에는, SiO2의 제2 조정층(106)을 그 위에 갖는 SiO2의 제1 조정층(105)이 형성되어 있다. 즉, 본 실시예의 제1 및 제2 조정층은 모두 SiO2의 막으로 구성되어 있다. 이하에서는 이들 2층을 합쳐서 주파수 조정층(109)이라고 부르는 경우가 있다. 하부 전극막(102)은, 압전막(103)에 형성된 컨택트 창(129)을 통하여 노출되어 있다.
또한, 이 주파수 조정층(109)은, 하부 전극막(102) 또는 상부 전극막(104)으로 피복되어 있지 않은 기판(101) 표면상 및 압전막(103) 표면상에도 형성되어 있다. 또한, 상부 전극막(104)과 하부 전극막(102)의 대향 영역에 대응하는 기판(101)에는, 기판(101)의 이면측으로부터 Si를 불소계 가스로 에칭하는 것에 의해, 탄성 에너지를 제한하는 캐비티로서의 공극(107)이 형성되어 있다.
또한, 상기한 각 막의 두께는, 예를 들면, 5.2GHz의 공진 주파수의 압전 박막 공진자로 하는 경우에는, 하부 전극막(102)의 Ru막(102a)이 100nm, Cr막(102b)이 50nm, 압전막(103)의 AlN이 400nm, 상부 전극막(104)의 Ru막이 100nm로 된다.
도 15는, 도 14에 도시한 본 발명의 압전 박막 공진자를 직렬 암과 병렬 암에 복수개 배치하여 구성한 필터의 일례를 설명하기 위한 도면으로, 도 15의 (a)는 상부 평면도, 도 15의 (b)는 도 15의 (a) 중의 A'-A'선을 따라 취한 단면도이다. 이 도면에는, 4개의 직렬 공진자(S)와 3개의 병렬 공진자(P)가 도시되어 있다. 또한, 이들 압전 박막 공진자의 기본 구조는 도 14에 도시한 압전 박막 공진자의 기본 구조와 대략 동일하지만, 필터로서 구성하는 경우에는, 병렬 공진자의 공진 주파수를 낮게 해서 밴드 패스 필터 특성을 얻기 위해서, 병렬 공진자의 주파수 조정층(109)을 직렬 공진자의 주파수 조정층(109)보다 두껍게 해서 그의 중량을 무겁게 한다. 또한, 도시하지 않지만, 상부 전극막(104)과 주파수 조정층(109) 사이에 밀착성을 높이기 위한 얇은 층을 형성하도록 해도 된다.
이하에, 도 16~도 18을 이용하여, 이러한 공진자(및 필터)의 제작 프로세스의 예에 대해서 설명한다. 우선, 예를 들면 300μm의 두께의 Si의 기판(101)(도 16의 (a)) 상에, 하부 전극막(102)으로서, Ru막(102a)과 Cr막(102b)의 적층막(Ru/Cr 막)을 스퍼터링법에 의해 성막한다(도 16의 (b)). 다음으로, 포토리소그래피 기술과 에칭 기술(웨트 에칭 또는 드라이 에칭)에 의해, 하부 전극막(102)을 원하는 형상으로 패터닝한다(도 16의 (c)). 계속해서, 압전막(103)으로서 AlN 박막을 성막하고(도 16의 (d)), 또한, 상부 전극막(104)으로서 Ru막, 제1 조정층(105) 및 제2 조정층(106)으로서의 SiO2를 스퍼터링법에 의해 성막하여 주파수 조정층(109)을 형성한다(도 16의 (e)). 이 때, 상부 전극막(104)과 주파수 조정층(109) 사이에 양 층의 밀착성을 높이기 위한 박막층을 형성하도록 해도 된다.
다음으로, 포토리소그래피 기술과 에칭 기술(웨트 에칭 또는 드라이 에칭)에 의해, 주파수 조정층(109)과 상부 전극막(104)을 원하는 형상으로 패터닝한다(도 17의 (a)). 또한, 이 주파수 조정층(109)과 상부 전극막(104)의 패터닝을 리프트-오프에 의해 실행하는 것으로 해도 된다.
포토리소그래피 기술에 의해 주파수 조정층(109)의 일부를 레지스트(108)에 의해 마스킹한 후(도 17의 (b)), 웨트 에칭 또는 드라이 에칭에 의해, 주파수 조정층(109)의 SiO2의 일부 영역을 제거하여 주파수 조정층(109)의 일부의 막 두께를 점차적으로 감소시킨다(도 17의 (c)). 또한, 주파수 조정층(109) 및 상부 전극막(104)의 패터닝 공정과, 주파수 조정층(109)의 일부의 막 두께를 점차적으로 감소시키는 공정의 순서를 반대로 해도 상관없다.
다음으로, 포토리소그래피 기술과 에칭 기술(웨트 에칭 또는 드라이 에칭)에 의해 압전막(103)을 원하는 형상으로 패터닝하고(도 17의 (d)), 포토리소그래피 기술과 에칭 기술(웨트 에칭 또는 드라이 에칭)에 의해, 상부 전극막(104) 상에 있는 주파수 조정층(109)의 여분의 부분을 제거하고, 그 부분에 범프 패드(도시 생략)를 형성한다(도 18의 (a)).
마지막으로, Si 기판(101)의 이면에, 포토리소그래피 기술에 의해, 공극(107)을 형성하기 위한 드라이 에칭용의 레지스트를 패터닝하고, Si 기판(101)의 이면으로부터 드라이 에칭함으로써 상부 전극막(104)과 하부 전극막(102)이 대향하는 영역에 대응하는 기판(101)의 이면측에 공극(107)을 형성한다(도 18의 (b)). 이것에 의해, 도 14에 도시하는 바와 같은 압전 박막 공진자(및 도 15에 도시하는 바와 같은 필터)가 제작된다(도 18의 (c)).
여기서, 공극 형성을 위한 드라이 에칭은, SF6 가스에 의한 에칭과 C4F8 가스에 의한 공극(107)의 측벽 보호막 형성을 교대로 반복하는 조건에서 실행하고 있다. 이러한 에칭 조건으로 하는 것에 의해, 공극(107)의 측벽 형상이 Si 기판(101)의 주면에 대해서 대략 수직인 공극(107)을 형성할 수 있다.
또한, 상술한 기판(101), 전극막(102) 및 (104), 및 압전막(103)의 각 재료는 예시에 불과하며, 종래부터 일반적으로 이용되고 있는 재료로서도 본 발명의 공진자 및 필터가 발휘하는 작용·효과를 얻을 수 있다. 또, 주파수 조정층(109)의 재료는 SiO2에 한정되는 것이 아니고, 산화되기 어려운 재료(예를 들면 SiO2 이외의 산화물 혹은 SiN이나 AlN 등의 질화물)라도 된다. 또한, 하부 전극막(102)의 하측 에 공극(107)을 형성할 때에는, 희생층을 이용하는 방법에 의한 것으로 하여도 되고, 공극(107) 대신에, 음향 임피던스가 높은 막과 낮은 막을 교대로 λ/4(λ는 탄성파의 파장)의 막 두께로 적층시킨 음향 반사막을 형성한 구조로 할 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 공진자는 주파수 조정용의 층을 2개 구비하는 것으로 하고, 이들 2층을, Δf 조정에 이용하는 제1 조정층과, 필터 제조 과정에서 발생한 각 공진자의 공진 주파수의 어긋남을 보정하기 위해 이용하는 제2 조정층으로서 이용한다. 공진자에 이러한 2개의 주파수 조정층을 미리 형성하여 두는 것에 의해 Δf 조정과 필터의 중심 주파수 조정을 독립적으로 실행하는 것이 가능해져, 단일의 기판(혹은 웨이퍼) 상에 서로 다른 공진 주파수를 갖는 압전 박막 공진자를 다수 만들어 넣는 것이 가능하게 됨과 동시에, 이들 공진자를 복수개 접속하여 구성되는 필터의 중심 주파수를 정밀하게 조정할 수 있다.
또, 상기 제2 조정층은, 산화되기 어려운 재질(예를 들면 산화물이나 질화물 등)의 절연막이고, 또한 상부 전극막과는 다른 재질로 형성된다. 이러한 재질 선택에 의해, Δf 조정 공정에서 발생한 상부 전극막 표면의 산화 등에 의한 공진 특성의 열화나 해당 공진 특성의 열화가 필터의 중심 주파수 조정 공정에 미치는 악영향을 억제할 수 있고, 나아가서는, 범프나 와이어 접속을 위한 도전성 기초층과의 밀착성 저하에 기인하는 수율 저하 등의 문제를 회피할 수 있다.
본 발명에 따르면, 단일의 기판(혹은 웨이퍼) 상에 만들어 넣어진 다수의 압전 박막 공진자의 정밀한 Δf 조정을 가능하게 하고, 또한 이들 압전 박막 공진자로 구성된 필터의 중심 주파수를 고정밀도로 조정하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 필터는, 단일의 통과 대역을 갖는 필터에 한정되지 않고, 복수의 통과 대역을 갖는 듀플렉서나 듀얼 밴드 필터를 포함한다. 예를 들면, 본 발명의 듀플렉서는, 안테나에 접속되어, 근접하는 송신 신호와 수신 신호를 분파한다. 본 발명의 듀플렉서는, 단일의 기판 또는 개별의 기판을 이용하여 형성된 송신측 필터와 수신측 필터를 포함한다. 송신측 필터와 수신측 필터는 각각, 복수의 공진자를 사다리형으로 접속한 구성이며, 근접하는 송신 신호 통과 대역과 수신 신호 통과 대역을 갖는다.
본 발명의 공진자는 주파수 조정용의 층을 2개 구비하는 것으로 하고, 이들 2층을, Δf 조정에 이용하는 제1 조정층과, 필터 제조 과정에서 발생한 각 공진자의 공진 주파수의 어긋남을 보정하기 위해 이용하는 제2 조정층으로서 이용하는 것으로 했으므로, Δf 조정과 필터의 중심 주파수 조정을 독립적으로 실행하는 것이 가능해지고, 단일의 기판(혹은 웨이퍼) 상에 서로 다른 공진 주파수를 갖는 압전 박막 공진자를 다수 만들어 넣는 것이 가능하게 됨과 동시에, 이들 공진자를 복수개 접속하여 구성되는 필터의 중심 주파수를 정밀하게 조정할 수 있다.
또, 주파수 조정층을 산화되기 어려운 재질(예를 들면 산화물이나 질화물 등)의 절연막으로 구성하는 것에 의해, Δf 조정 공정에서 발생한 상부 전극막 표면의 산화 등에 의한 공진 특성의 열화나 해당 공진 특성의 열화가 필터의 중심 주파수 조정 공정에 미치는 악영향을 억제할 수 있고, 나아가서는, 범프나 와이어 접속을 위한 도전성 기초층과의 밀착성 저하에 기인하는 수율 저하 등의 문제를 회피할 수 있다.

Claims (19)

  1. 기판 주면 상에, 압전 박막의 한쪽 주면 상에 형성된 제1 전극막과, 상기 압전 박막의 다른쪽 주면 상에 형성된 제2 전극막과, 상기 제1 또는 제2 전극막 상에 형성된 주파수 조정층을 구비하고, 상기 주파수 조정층은, 상기 전극막 상에 형성된 제1 조정층과 그 제1 조정층 상에 형성된 제2 조정층의 적층막인 것을 특징으로 하는 공진자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 조정층은, 상기 제1 조정층과는 재질을 달리하는 것을 특징으로 하는 공진자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 조정층은, 상기 제1 조정층과는 재질을 달리하는 절연체막인 것을 특징으로 하는 공진자.
  4. 기판 주면 상에, 압전 박막의 한쪽 주면 상에 형성된 제1 전극막과, 상기 압전 박막의 다른쪽 주면 상에 형성된 제2 전극막과, 상기 제1 또는 제2 전극막 상에 형성된 주파수 조정층을 구비하고, 상기 주파수 조정층은 난산화성의 절연체막인 것을 특징으로 하는 공진자.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 조정층은, 서로 다른 에칭 선택성을 갖는 적어도 2종의 막이 적층되어 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 공진자.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 캐비티를 구비하고, 상기 주파수 조정층은 적어도 상기 캐비티 상부의 전역을 피복하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 공진자.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 캐비티를 구비하고, 상기 주파수 조정층은 적어도 상기 캐비티 상부의 전역을 피복하도록, 상기 제1 또는 제2 전극막 상에 부분적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 공진자.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 캐비티는 상기 기판 이면측에 형성된 공극인 것을 특징으로 하는 공진자.
  9. 단일 기체 상에 형성된 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 공진자를 복수 조합해서 구성된 필터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 필터는 서로 다른 두께의 상기 주파수 조정층을 갖는 공진자를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 필터는, 상기 복수의 공진자를 사다리형으로 조합해서 구성된 래더 필터로서, 상기 공진자 중의 병렬 접속된 공진자의 상기 주파수 조정층의 두께는, 직렬 접속된 공진자의 상기 주파수 조정층의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 필터.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 필터는, 상기 복수의 공진자를 사다리형으로 조합해서 구성된 래더 필터로서, 상기 공진자 중의 병렬 접속된 공진자의 공진 주파수는, 직렬 접속된 공진자의 공진 주파수보다 저주파수로 되도록 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 필터.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 직렬 접속되어 있는 공진자가 구비하고 있는 제1 조정층은 단일층이고, 상기 병렬 접속되어 있는 공진자가 구비하고 있는 제1 조정층은 서로 다른 에칭 선택성을 갖는 2종의 막이 적층되어 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 필터.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 주파수 조정층의 막 두께에 따라서 상기 공진자의 각각의 공진 주파수 및 상기 필터의 중심 주파수가 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 필터.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 공진 주파수는 상기 제1 조정층의 막 두께에 의해 조정되고, 상기 중심 주파수는 상기 제2 조정층의 막 두께에 의해 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 필터.
  16. 압전 박막의 한쪽 주면 상의 제1 전극막과, 상기 압전 박막의 다른쪽 주면 상의 제2 전극막과, 상기 제1 또는 제2 전극막 상에 주파수 조정층을 형성하는 제1 단계와,
    상기 주파수 조정층의 원하는 영역의 막 두께를 제어하여 상기 압전 박막의 공진 주파수를 조정하는 제2 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 공진자의 제조 방법.
  17. 압전 박막의 한쪽 주면 상의 제1 전극막과, 상기 압전 박막의 다른쪽 주면 상의 제2 전극막과, 상기 제1 또는 제2 전극막 상에 제1 주파수 조정층을 형성하는 제1 단계와,
    상기 제1 주파수 조정층의 원하는 영역의 막 두께를 제어하여 상기 압전 박 막의 제1 공진 주파수를 조정하는 제2 단계와,
    상기 제1 주파수 조정층 상에 제2 주파수 조정층을 형성하는 제3 단계와,
    상기 제2 주파수 조정층의 원하는 영역의 막 두께를 제어하여 상기 압전 박막의 제2 공진 주파수를 조정하는 제4 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 공진자의 제조 방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 주파수 조정층의 막 두께 제어는, 에칭에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 공진자의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 에칭은, 이온 밀링, 반응성 이온 에칭, 또는 펄스 레이저에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 공진자의 제조 방법.
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