(57)【要約】【課題】本明細書は単一のハンド・ヘルド・デバイスにおいて携帯ＲＦおよびＷｉ−Ｆｉ  ＲＦの実行を可能にするように設計された集積化受動素子（ＩＰＤ）を提供すること。【解決手段】ＲＦ干渉の問題に対処するために、薄膜ＲＦ高消去バンドパス・フィルタをＩＰＤインプルメンテーションに形成する。ＩＰＤインプルメンテーションは基板材料としてシリコンを使用することが好ましい。これによってシリコン加工技術を用いて薄膜ＲＦ高消去バンドパス・フィルタを作成することが可能となるので、共存するＲＦユニットのために要求される厳しい性能用件を依然として満たす低コストのフィルタを製造することが可能となる。本発明の好適な実施形態では、シリコン基板を用いたウエハ・レベルの加工により、高機能のＩＰＤの費用効率の高い製造が達成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の周波数でＲＦ信号を、かつ第２の周波数でＲＦ信号を同時に送信および受信するように適合された送受信器を備えたモバイル通信デバイスであって、
前記送受信器は、絶縁基板と該基板上の薄膜フィルタとを含んだＲＦバンドパス・フィルタをさらに有するモバイル通信デバイス。
【請求項２】
前記薄膜フィルタは薄膜インダクタ部品および薄膜キャパシタ部品を備えるモバイル通信デバイス。
【請求項３】
前記基板上の薄膜フィルタに加えて、薄膜キャパシタ部品をさらに含む請求項２に記載のモバイル通信デバイス。
【請求項４】
前記送受信器を起動して前記第１および第２の周波数でＲＦ信号を同時に受信するスイッチング要素を含む請求項２に記載のモバイル通信デバイス。
【請求項５】
前記薄膜フィルタは少なくとも２つの金属レベルを含む請求項２に記載のモバイル通信デバイス。
【請求項６】
前記薄膜フィルタを含む少なくとも２つの異なる部品は単一の金属レベルから形成される請求項２に記載のモバイル通信デバイス。
【請求項７】
少なくとも２つの部品は共通の複数の金属層によって形成される請求項１に記載のモバイル通信デバイス。
【請求項８】
前記インダクタは絶縁材料によって分離された螺旋状のインダクタを含む請求項２に記載のモバイル通信デバイス。
【請求項９】
前記バンドパス・フィルタは１６００を超える少なくとも１つの周波数において、少なくとも３０ｄＢの消去を有する請求項１に記載のモバイル通信デバイス。
【請求項１０】
前記バンドパス・フィルタはＫＰＣＳ１７００帯、ＧＳＭ１８００帯、ＰＣＳ１９００帯、およびＵＭＴＳ２１００帯において少なくとも３０ｄＢの消去を提供する請求項９に記載のモバイル通信デバイス。
【請求項１１】
前記基板はシリコンである請求項１に記載のモバイル通信デバイス。
【請求項１２】
前記基板はポリシリコンである請求項１１に記載のモバイル通信デバイス。
【請求項１３】
前記金属レベルの少なくとも１つは銅を含む請求項５に記載のモバイル通信デバイス。
【請求項１４】
前記金属レベルの少なくとも１つはアルミニウムを含む請求項５に記載のモバイル通信デバイス。
【請求項１５】
前記基板にボンディングされた少なくとも１つのＲＦ  ＩＣチップをさらに含む請求項１に記載のモバイル通信デバイス。
【請求項１６】
少なくとも１つのデジタルＩＣチップを含む請求項１５に記載のモバイル通信デバイス。
【請求項１７】
集積化受動素子（ＩＰＤ）を製造する方法であって、
ａ．複数のＩＰＤ場所を有する絶縁性ウエハ基板を提供する工程と、
ｂ．前記ＩＰＤ場所の上に少なくとも１つの薄膜ｐｄを形成する工程と、
ｃ．少なくとも１つの薄膜キャパシタと少なくとも１つの薄膜インダクタとを含む前記ＩＰＤ場所の上に薄膜フィルタを形成する工程とを含んだ方法。
【請求項１８】
前記絶縁性ウエハ基板はシリコンを含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記薄膜フィルタはサブトラクティブ加工を用いて形成される請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は携帯（セルラー）機能およびＷｉ−Ｆｉ機能の両方を含んだモバイル通信デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
（本願明細書に含まれる技術資料の一部は先行技術でないかもしれない。）
携帯（セルラー）電話は無線ネットワークと対話し、そのインタラクションを実行するための無線周波数（ＲＦ）送受信器およびアンテナを含む。ＲＦ回路は監督機関によって割り当てられた搬送周波数に基づいて動作するように設計される。したがって、携帯電話はＲＦ動作を割り当てられた帯域に制限するためのＲＦフィルタ・デバイスを備える。
【０００３】
移動通信技術の進歩はＷｉ−Ｆｉ能力を有する携帯電話の新たな需要を創出した。この要件を実現するには、単一のハンド・ヘルド・デバイス内に２つのＲＦユニットが必要である。２つのＲＦユニットが同時に操作されるとき、無線ネットワークと対話するＲＦ信号とＷｉ−Ｆｉユニットの信号との間に衝突が生じる。
【特許文献１】米国特許出願シリアル番号１０／８３５３３８
【特許文献２】米国特許第６０７５６９１号
【特許文献３】米国特許第号６００５１９７号
【非特許文献１】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｙｃｈｉｐ．ｃｏｍ／ＰＵＢ／ＩＰＤ．ｐｄｆ
【非特許文献２】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｙｃｈｉｐ．ｃｏｍ／ＰＵＢ／ＷＬＡＮ６１００ＥＢ．ｐｄｆ
【非特許文献３】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｙｃｈｉｐ．ｃｏｍ／ＰＵＢ／ＷＬＡＮ６０６１ＥＢ．ｐｄｆ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
携帯（セルラー）電話市場はより小型のハンド・ヘルド・デバイスを要求し続ける。したがって、ＲＦ回路の小型化がＲＦ技術の重要な目標である。特に関心があるのはＲＦ回路における受動素子である。最先端の高周波（ＲＦ）電気回路は大量の受動素子を使用する。新しいＷｉ−ＦｉＲＦ回路が新しいサービス・フィーチャを実施するために加えられる場合、小型化の問題はさらに一層困難なものとなる。
【０００５】
小型化は著しい進歩を遂げた。多くの場合、これらの進歩には表面実装技術（ＳＭＴ）を含む。多数の受動部品を含んだ小さな基板は通常、表面実装技術を用いて製造される。
【０００６】
さらに最近の進歩にはＲＦ部品を単一のプラットフォーム上に形成した集積化受動素子（ＩＰＤ）を含む。例えば、非常に効率的な集積化されたＩＰＤデバイスを記載し請求する米国特許出願シリアル番号１０／８３５３３８を参照されたい。この出願を全体的に本願明細書に援用している。ＩＰＤ技術の進歩にもかかわらず、ＲＦデバイスはＲＦユニットを製造するためにＩＣチップ、ＩＰＤ、および個々のＲＦ部品が個別に組み立てられるハイブリッド積分回路を用いたアプローチを使用し続ける。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
われわれは単一のハンド・ヘルド・デバイスにおいて携帯（セルラー）ＲＦユニットおよびＷｉ−Ｆｉ  ＲＦユニットの同時動作を可能にするＲＦデバイス用のＩＰＤを設計した。ＲＦ干渉の問題に対処するために、薄膜ＲＦ高消去バンドパス・フィルタをＩＰＤインプルメンテーションに形成する。ＩＰＤは基板材料としてシリコンを使用することが好ましい。これによってシリコン加工技術を用いて薄膜ＲＦ高消去バンドパス・フィルタを作成することが可能となるので、共存するＲＦユニットのために携帯電話が要求する依然として厳しい性能用件を満たす低コストのフィルタを製造することが可能となる。好適な実施形態では、シリコン基板を用いたウエハ・レベルの加工により、これら高機能のＩＰＤの費用効率の高い製造が達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は単一の基板１１上に集積化された主要な３つの受動部品を示している。基板１１は任意の絶縁基板であってよいが、以下に記載する理由のために、シリコンまたはポリシリコンであることが好ましい。ＩＰＤ技術の重要な利点は、ＩＰＤをウエハ・レベルで製造することができる点にある。このことは多数の受動部品をプリント基板（ＰＣＢ）上に組み立てる従来のアプローチよりも非常に有効で、費用効率が高い。しかし、ＩＰＤのウエハ・レベルの製造は比較的最近開発されたものである。これは一部には、受動素子が比較的大きく、受動素子を小型化することのできる程度に固有の制限があることが原因である。したがって、３インチまたは４インチのシリコン・ウエハを用いて、集積化受動素子回路のウエハ・レベルの製造を用いることは市場的に魅力のあるものでないかもしれないが、８インチまたは１２インチのシリコン・ウエハの市場に到達することは、ＩＰＤのウエハ・レベルの製造を実行可能にするだけでなく、市場的に魅力的なものにもする。この新しい技術の成功の鍵はＩＰＤ基板材料としてシリコンを用いることである。
【０００９】
本発明のＩＰＤインプルメンテーションにおけるシリコンは受動的、すなわち、ＩＰＤが従来のシリコン集積化回路の場合のような能動送受信器要素を含んでいないことを認識しているので、基板材料として種々の新しい選択肢が利用可能である。その１つは所謂ジャンク・ウエハを使用することである。ウエハ製造施設では、ウエハを切断、研磨後、ウエハの各々は品質管理を受け、ウエハは物理的寸法および電気的特性に関する厳しい規格との適合性について測定される。典型的には、切り屑または引っかき傷のあるウエハは不良品とされる。過剰なまたは不均一な導電性を有するウエハも不良品とされる。多くの場合、不良品とされたウエハは廃棄され、「ジャンク・ウエハ」と呼ばれることもある。この説明では、「廃棄」ウエハにはブールから切断され、１つまたは複数の物理的または電気的試験によって測定され、かつ試験に失敗するために拒絶されたウエハを含む。廃棄ウエハの市場価値は比較的低い。廃棄ウエハは許容可能なウエハの価値の５０％未満、より典型的には１０％未満の価値を有するものと想定され得る。ＩＰＤのために比較的高い抵抗率の表面を得るために、厚い二酸化シリコン層、または他の適した絶縁層をシリコン・ウエハ表面上に形成することができる。
【００１０】
シリコン基板の別の選択肢にはポリシリコン基板の使用がある。上で参照した特許出願に記載されるように、ポリシリコンは別のウエハ、例えば、廃棄ウエハの上に付着することができる。ポリシリコンは比較的高い抵抗率、すなわちＩＰＤ基板に所望の特性を有し得る。ポリシリコンの特徴は、層またはボディが粒界によって分離された多数のシリコンの粒から成る粒状構造にある。この粒界は再結合中心として電気的に挙動して、ボディ中の自由キャリヤの寿命を急激に低減させる。電気挙動の点では、この特性は単結晶シリコンからポリシリコンを分離する。単結晶シリコンは半導体であるが、ドープされていないか、または固有状態では、ポリシリコン中の多数の粒界が単結晶シリコンを絶縁体にする。ポリシリコンの抵抗率は一部には、粒界の数、すなわち粒状構造の粒度の関数である。したがって、非常に微小な粒のポリシリコンは非常に高い抵抗率を有し得る。抵抗率が１０ｋΩｃｍを超えるポリシリコンを容易に生成することができる。本発明の文脈では、０．１Ωｃｍを超え、好適には１ｋΩｃｍを超える抵抗率が望ましい。ポリシリコンは、例えば、（参照した出願に記載のような）ＣＶＤによって層になってよい。他のアプローチも有用であろう。例えば、ポリシリコンの電子ビーム蒸着の方法が知られている。厚くて面積の広い低抵抗率のポリシリコン基板または基板層を形成する任意の適した代替的方法が、本発明のこれらの実施形態には適している。ＩＰＤ基板用のポリシリコン・ウエハを加工する際、二酸化シリコンの層をポリシリコンのウエハの表面の上に成長させるか、または付着させることが好ましい。
【００１１】
さらに別の選択肢は単結晶シリコン・ウエハを用いることである。この場合も、まず二酸化シリコンの厚い層を基板の表面上に成長させるか、または付着させる。シリコン技術の進歩は、固有に高い抵抗率を有する単結晶ウエハに将来性があることを示している。単結晶ウエハはＩＰＤ用基板として特に適している。
【００１２】
この説明では、ＩＰＤ基板材料として「シリコン」という用語を用いることは、上に記載のすべての選択肢について一般的であることを理解されたい。
【００１３】
シリコン・ウエハは物理的に薄い（例えば、２００〜５００μｍ）が、比較的物理的に強力であるので、取り扱いおよび加工することができる。シリコン・ウエハは広い面積の上で平坦であり、典型的には高度に研磨された均一に滑らかな表面を有する。また、シリコン・ウエハはシリコン・ウエハの製造プロセスおよびツールに適合することが重要である。
【００１４】
上記のように、好適なＩＰＤ製造アプローチはウエハ・スケールの形成である。このアプローチでは、完成、またはほぼ完成された多数のデバイスがシリコン・ウエハ上に製造される。製造が実質的に完了したら、ウエハはＩＰＤデバイスにダイシングされる。先に述べたように、ウエハの大きさが増大するほど、ウエハ・レベルの製造はより魅力的なものになる。例えば、１２インチ・ウエハは５００個以上のデバイスの場所を提供することができる。各場所は約１ｃｍ２であり、十分に容易にＩＰＤを収容する。
【００１５】
ウエハ・スケールの製造の効果は受動素子を形成するための薄膜製造アプローチを用いて増大することができる。一般的な先行技術は、ウエア・レベルでさえ、個々の受動要素をウエハ基板に実装し、取り付ける。典型的には、これは表面実装技術（ＳＭＴ）を用いて行われる。回路は能動部分および受動部分を有するハイブリッド回路であり得る。しかし、集積化された高性能の高消去フィルタを用いて本発明のＩＰＤを実施するためには、薄膜製造技術が好ましい。
【００１６】
図１を再び参照すると、集積化された受動要素または相互接続された受動要素の組合せが一般的に示されている。基板１１は成長された酸化物層１２を備えている。抵抗は抵抗ボディ１３とコンタクト１４および１５とを備えている。キャパシタは下部キャパシタ板１６、上部キャパシタ板１８、および下部キャパシタ板コンタクト１７を備えている。インダクタは離間された金属ランナー１９を備えている。
【００１７】
ＩＰＤ技術のフィーチャは２つ以上の部品の要素を同じ金属レベルから形成できることにある。例えば、同じ加工工程を用いて抵抗コンタクト１４、１５およびキャパシタ板コンタクト１７を形成することができる。上部キャパシタ板１８、およびインダクタ螺旋１９（コンタクトは示していない）の一方を同じ工程を用いて形成することができる。この構造体はポリイミド層２０で保護されている。
【００１８】
薄膜受動要素は種々の薄膜技術によって形成することができる。これらの技術は十分に開発されており、その詳細はここでは繰り返さない。例えば、２０００年６月１３日に発行された米国特許第６０７５６９１号および１９９９年１２月２１日に発行された米国特許第号６００５１９７号を参照されたい。後者の特許はＰＣＢ用の多層構造体を記載しており、これは本願明細書に記載の用途に容易に適合させることができる。薄膜受動素子を定める便利な方法は、基板上に付着された１つまたは複数の層、典型的には複数の層を用いて基板上に形成される受動素子である。さらに、上記のように、２つ以上の部品の１つまたは複数を同じ加工工程を用いて形成することができる。
【００１９】
本発明のモバイル・デバイスは携帯無線およびＷｉ−Ｆｉ両方の機能的能力を有し、携帯ＲＦ回路およびＷｉ−Ｆｉ  ＲＦ回路の両方を含む。これら回路は送受信器モジュールの一部である。両ＲＦユニットが同じ場所で同時に動作することによって、２つの回路の間に両立製の問題が生じる。搬送周波数の伝送帯を制限するための従来の携帯電話において用いられる標準的なｂｐフィルタは、携帯ＲＦ信号とＷｉ−Ｆｉ  ＲＦ信号との間のＲＦインタラクションを妨げるのには適していない。したがって、本発明の一態様によれば、バンドパス・フィルタは非常に高い消去特性および従来の携帯デバイスのバンドパス・フィルタよりも厳しい仕様を有する。このような要求を満たすために、フィルタ要素の薄膜加工の使用が特に有効である。
【００２０】
適したフィルタ回路の一例を図２に示す。このフィルタ回路内の基本的なビルディング・ブロックを箱３９内に示している。このビルディング・ブロックはキャパシタ（Ｃ）２７および３１ａ、ならびに２９にて接地接続されたインダクタ（Ｌ）２８を含む。図２では、２つの反復ユニットが示されており、他方のＬＣユニットはキャパシタ３６および３１ｂならびにインダクタ３３を含む。帯域通過を狭め、フィルタの帯域外のＲＦ消去を増大させるために、このＬＣの組合せを反復ユニットに用いることができる。
【００２１】
図３は図２に示した高消去フィルタの平面図を示している。この図は図１によって示唆されるようなより大きなＩＰＤの一部分２１を示す。例えば、送受信器の一部である他の受動部品およびユニットを同じＩＰＤの他のパーツ上に形成することができる。図３により記載した実施形態では、２２は薄膜製造プロセスの最初のレベルで形成される接地平面である。この接地平面開口を例えば２３に白色で示している。図２に示したように相互接続されているが、図３に示したように物理的に統合されているＬＣ部品２４、２７、２８、３１ａ、３１ｂおよび３３を図３に示している。キャパシタ３１ａおよび３１ｂは図示の回路およびレイアウトの適した代替例である単一のキャパシタと電気的に等しい。上の高さの金属から接地平面までのバイア接続を２５、２９、３４、および３８に示している。クロスオーバー（または別の場合にはクロスアンダー）を３０および３５に示している。図３のインダクタは絶縁材料によって分離された２つのインダクタ・アーム（図１の１９）を有する螺旋として示している。
【００２２】
薄膜加工に適した種々の材料がよく知られている。一例を挙げれば、電極、相互接続、およびインダクタ螺旋のためのアルミニウム・メタライゼーション技術が十分に開発されている。現在、銅がメタライゼーション・レベルの少なくとも１つ、典型的には「外部」に相互接続される最終レベルに広く使用されている。より新しい技術はすべてのレベルで銅を使用する。ＴａＳｉは有用な薄膜抵抗ボディ材料である。窒化シリコンは有用な薄膜キャパシタ誘電体である。ポリイミドはパッシベーション化材料として広く用いられている。ＲＦ  ＩＣチップをＩＰＤにフリップチップ接合する場合、適したアンダー・バンプ・メタライゼーションへのはんだ接合が有用である。このような選択肢はすべてよく知られており、それらを採用する技術が十分に開発されている。
【００２３】
図３は適したレイアウトの一例を示すに過ぎないことを理解されたい。図２および３の薄膜フィルタは、考えられる多数の薄膜フィルタ設計の一例に過ぎない。図２および３に示したはっきりとした態様は、薄膜デバイスを含んだ少なくともＩＰＤのフィルタ要素、好適にはフィルタ要素に関連する受動部品と共に高消去バンドパス・フィルタをＩＰＤ上に集積化したものである。上記のように、フィルタのＬＣ部品が薄膜要素を含む場合、それらを比較的低コストで製造して厳しい要件および許容性を満たすことができる。
【００２４】
この説明はＩＰＤの受動部品に目を向けたものであるが、受動部品およびバンドパス・フィルタに加えてＩＰＤは能動要素を備えた集積化回路チップを担持することもできることを理解されたい。これらは任意の適した相互接続法、例えば、フリップチップ接合または表面実装を用いて実装することができる。一般に、これらはＲＦ  ＩＣチップ、またはＲＦ  ＩＣチップおよびデジタルＩＣチップ、例えば、ベースバンド・デジタル・プロセッサを含んでよい。
【００２５】
シリコン加工ツールを用いてＩＰＤを製造することができることも理解されよう。受動要素および相互接続を含んだ金属層を光形成するか、またはパタン化された層の正確な寸法制御を行う他の適した薄膜技術によって定める場合、得られるデバイスの電気的特性および性能は従来の薄膜およびディスクリート・ハイブリッド技術を用いて製造されるデバイスよりも優れたものになろう。光形成された要素は最も典型的には、サブストラクティブ法、すなわち、ブランケット層を付着させた後にブランケット層の望ましくない部分を選択的に除去する方法を用いて形成される。望ましくない部分は典型的にはリソグラフィを使用してマスクを形成し、このマスクを用いてブランケット層をエッチングしてパタンを形成することによって除去される。このアプローチによって高性能のフィルタ要素にとって所望の正確なパタンが得られる。
【００２６】
以下の表のフィルタ仕様は、携帯Ｗｉ−Ｆｉ組合せデバイスに適した高消去バンドパス・フィルタの厳しい要件を満たす際の本発明の能力を示している。
【００２７】
【表１】
2006270959.tif 000003
【００２８】
【表２】
2006270959.tif 000004
【００２９】
上記の表から明らかなように、本発明用に製造したバンドパス・フィルタはＧＳＭ携帯帯において高い消去を有するほか、１７００以上のＷｉ−Ｆｉ帯においても高い消去を有する。本発明のフィルタに有用な仕様とは、１６００を超える少なくとも１つの周波数帯において少なくとも３０ｄＢ消去を提供する仕様であり、ＫＰＣＳ１７００帯、ＧＳＭ１８００帯、ＰＣＳ１９００帯、およびＵＭＴＳ２１００帯において少なくとも３０ｄＢを提供する仕様である。
【００３０】
先に述べたように、携帯回路およびＷｉ−Ｆｉ回路と組み合わされた移動デバイスの重要な態様は、２つの回路、すなわち基本的に２つの無線は同時に動作されるように設計されているということである。したがって、移動デバイスは両無線の送受信器を同時に動作させることのできるスイッチング要素を備える。
【００３１】
記載してきた本発明の移動デバイスは、携帯無線およびＷｉ−Ｆｉ無線送受信器の同時動作を有する。しかし、本発明の移動デバイスは他の無線を組み合わせたもの、例えば、異なる周波数帯で同時に動作する２つの携帯無線を含んでもよい。したがって、２つの以上の無線に言及することは、単一の移動デバイスにおいて、同時に異なる周波数で２つ以上のＲＦ回路の任意の組合せを指すであろう。
【００３２】
本発明に従って作製したデバイスに関するさらなる情報は以下で見られるであろう：
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｙｃｈｉｐ．ｃｏｍ／ＰＵＢ／ＩＰＤ．ｐｄｆ
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｙｃｈｉｐ．ｃｏｍ／ＰＵＢ／ＷＬＡＮ６１００ＥＢ．ｐｄｆ
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｙｃｈｉｐ．ｃｏｍ／ＰＵＢ／ＷＬＡＮ６０６１ＥＢ．ｐｄｆ
【００３３】
本発明のデバイスのさらなる詳細のために、これらを本願明細書に援用する。
【００３４】
本発明の種々の付加的な変形が当業者には想起されよう。当該技術が進歩してきた原理およびその均等物に基本的に依存する本願明細書の特定の教示からのあらゆる逸脱は、記載し請求される本発明の範囲にあるものとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は一般的なＩＰＤの略図であり、単一の基板上に集積化された主要な３つのタイプの回路部品を示す。
【図２】高消去ＲＦバンドパス・フィルタを示す回路図である。
【図３】図２の回路用のレイアウト・デザインである。
【図１】
2006270959.tif 000005
【図２】
2006270959.tif 000006
【図３】
2006270959.tif 000007