(57)【要約】基板(100)と、基板の上に配置された音響ブラッグ反射器(180)と、音響ブラッグ反射器の上に配置された圧電素子(116)と、圧電素子の上に配置されたリモート側電極(114)とを含む圧電薄膜共振器(FBAR)デバイス(100)。音響ブラッグ反射器は、プラスチックブラッグ層(184)に近接配置された金属ブラッグ層(182)を含む。プラスチックブラッグ層のプラスチック材料の音響インピーダンスと金属ブラッグ層の金属の音響インピーダンスの比が大きいため、FBARと基板の間を音響的に十分に分離することができ、FBARと基板の間の望ましくない音響結合によってFBARデバイスの周波数応答に現れることがあるスプリアスアーチファクトを最小限に抑えることができる。
2007514341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に配置された音響ブラッグ反射器であって、金属ブラッグ層と、該金属ブラッグ層に近接配置されたプラスチックブラッグ層とを含む、音響ブラッグ反射器と、
前記音響ブラッグ反射器の上に配置された圧電素子と、
前記圧電素子の上に配置されたリモート側電極と
からなる圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）デバイス。
【請求項２】
前記金属ブラッグ層は、基板側電極を形成するようにパターニングされる、請求項１に記載のＦＢＡＲデバイス。
【請求項３】
前記基板側電極、前記圧電素子、及び、前記リモート側電極は合わせて下側ＦＢＡＲを構成し、
前記ＦＢＡＲデバイスは、
前記下側ＦＢＡＲの上に積み重ねられた上側ＦＢＡＲであって、対向する２枚の平坦な電極、及び、それらの電極間に配置された圧電素子からなる上側ＦＢＡＲと、
前記ＦＢＡＲ間に配置された音響減結合器と
を更に含む、請求項２に記載のＦＢＡＲデバイス。
【請求項４】
前記下側ＦＢＡＲ、前記上側ＦＢＡＲ、及び、前記音響減結合器は、第１の減結合積層型圧電薄膜共振器（ＤＳＢＡＲ）を構成し、
前記ＦＢＡＲデバイスは、
前記プラスチックブラッグ層の上に配置された第２ＤＳＢＡＲであって、下側ＦＢＡＲ、上側ＦＢＡＲ、及び、それらのＦＢＡＲ間に配置された音響減結合器からなる第２のＤＳＢＡＲと、
前記下側ＦＢＡＲ間を相互接続する第１の電気回路と、
前記上側ＦＢＡＲ間を相互接続する第２の電気回路と
を更に含む、請求項３に記載のＦＢＡＲデバイス。
【請求項５】
前記音響ブラッグ反射器と前記圧電素子との間に基板側電極を更に含む、請求項１に記載のＦＢＡＲデバイス。
【請求項６】
前記基板側電極、前記圧電素子、及び、前記リモート側電極は合わせて、下側電極を構成し、
前記ＦＢＡＲデバイスは、
前記下側ＦＢＡＲの上に積み重ねられた上側ＦＢＡＲであって、対向する２枚の平坦な電極、及び、それらの電極間に配置された圧電素子からなる上側ＦＢＡＲと、
前記ＦＢＡＲ間に配置された音響減結合器と
を更に含む、請求項５に記載のＦＢＡＲデバイス。
【請求項７】
前記下側ＦＢＡＲ及び前記音響減結合器は、第１の減結合積層型圧電薄膜共振器（ＤＳＢＡＲ）を構成し、
前記ＦＢＡＲデバイスは、
前記音響ブラッグ反射器の上に配置された第２のＤＳＢＡＲであって、下側ＦＢＡＲ、上側ＦＢＡＲ、及び、それらのＦＢＡＲ間に配置された音響減結合器からなる第２のＤＳＢＡＲと、
前記下側ＦＢＡＲ間を相互接続する第１の電気回路と、
前記上側ＦＢＡＲ間を相互接続する第２の電気回路と
を更に含む、請求項６に記載のＦＢＡＲデバイス。
【請求項８】
前記プラスチックブラッグ層は第１のプラスチックブラッグ層であり、
前記音響ブラッグ反射器は、前記金属ブラッグ層に近接配置された第２のプラスチックブラッグ層を更に含む、請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載のＦＢＡＲデバイス。
【請求項９】
前記金属ブラッグ層は第１の金属ブラッグ層であり、
前記音響ブラッグ反射器は、前記プラスチックブラッグ層に近接配置された第２の金属ブラッグ層を更に含む、請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載のＦＢＡＲデバイス。
【請求項１０】
前記プラスチックブラッグ層は第１のプラスチックブラッグ層であり、
前記音響ブラッグ反射器は、前記第１の金属ブラッグ層に近接配置された第２のプラスチックブラッグ層を更に含む、請求項９に記載のＦＢＡＲデバイス。
【請求項１１】
前記音響ブラッグ反射器の側部は、前記基板の側面から差し込まれる、請求項１〜１０のうちのいずれか一項に記載のＦＢＡＲデバイス。
【請求項１２】
前記ＦＢＡＲデバイスは中心周波数を有するバンドパス特性を有し、
前記ブラッグ層のうちの少なくとも１つは、前記中心周波数に等しい周波数を有する音響信号の、該ブラッグ層の材料中における波長の四分の一に等しい公称厚を有する、請求項１〜１１のうちのいずれか一項に記載のＦＢＡＲデバイス。
【請求項１３】
前記金属ブラッグ層は、前記公称厚よりも薄い、請求項１２に記載のＦＢＡＲデバイス。
【請求項１４】
前記プラスチックブラッグ層はポリイミドからなる、請求項１〜１２のうちのいずれか一項に記載のＦＢＡＲデバイス。
【請求項１５】
前記プラスチックブラッグ層はパリレンからなる、請求項１〜１２のうちのいずれか一項に記載のＦＢＡＲデバイス。
【請求項１６】
前記プラスチックブラッグ層は架橋ポリフェニレンポリマーからなる、請求項１〜１２のうちのいずれか一項に記載のＦＢＡＲデバイス。
【請求項１７】
前記架橋ポリフェニレンポリマーは、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＣｏｍｐａｎｙからＳｉＬＫという登録商標で販売されている前駆体溶液から形成される、請求項１６に記載のＦＢＡＲデバイス。
【請求項１８】
前記金属ブラッグ層は耐火性金属からなる、請求項１〜１７のうちのいずれか一項に記載のＦＢＡＲデバイス。
【請求項１９】
前記プラスチックブラッグ層は、５未満の音響インピーダンスを有するプラスチック材料からなり、前記金属ブラッグ層は、５０よりも大きい大きい音響インピーダンスを有する金属からなる、請求項１〜１８のうちのいずれか一項に記載のＦＢＡＲデバイス。
【請求項２０】
前記プラスチックブラッグ層は、第１の音響インピーダンスを有するプラスチック材料からなり、前記金属ブラッグ層は、第２の音響インピーダンスを有する金属からなり、前記第２の音響インピーダンスと前記第１の音響インピーダンスの比は１０よりも大きい、請求項１〜１９のうちのいずれか一項に記載のＦＢＡＲデバイス。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
背景
１以上の圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）が組み込まれたＦＢＡＲデバイスは、かつてないほど様々な電子製品の一部を形成し、特に無線製品の一部を形成している。例えば、最近の携帯電話は送受切り換え器を内蔵していて、各バンドパスフィルタははしご型回路を含み、はしご型回路の各要素がＦＢＡＲになっている。ＦＢＡＲを内蔵した送受切り換え器は、ブラッドレイ他により、「Duplexer Incorporating Thin-film Bulk Acoustic Resonators (FBARs)」と題する、本願と同じ譲受人の米国特許第６，２６２，６３７号に開示されており、参照によりその内容は本明細書の開示に援用される。こうした送受切り換え器は、送信機の出力とアンテナとの間に直列に接続された送信機バンドパスフィルタと、アンテナと受信機の入力との間に９０度位相シフタと共に直列に接続された受信機バンドパスフィルタとから構成される。送信機バンドパスフィルタと受信機バンドパスフィルタの通過帯域の中心周波数は、互いにオフセットされている。ＦＢＡＲを利用したはしご型フィルタは、他の用途にも使用されている。
【０００２】
図１は、送受切り換え器の送信機バンドパスフィルタとして使用するのに適した、ＦＢＡＲを利用したバンドパスフィルタ１０の一実施形態を示している。送信機バンドパスフィルタは、はしご型回路に接続された直列ＦＢＡＲ１２及び分路ＦＢＡＲ１４から構成される。直列ＦＢＡＲ１２は、分路ＦＢＡＲ１４よりも高い共振周波数を有する。
【０００３】
図２は、ＦＢＡＲの一実施形態３０を示している。ＦＢＡＲ３０は、一対の電極３２及び３４、並びに、それらの電極間に配置された圧電素子３６から構成される。これらの圧電素子と電極は、基板４２に形成されたキャビティ４４の上に浮かんでいる。このようにＦＢＡＲを浮かばせると、電極間に印加される信号に応じて、ＦＢＡＲを機械的に共振させることができる。
【０００４】
米国特許出願第１０／６９９，２８９号は、下側ＦＢＡＲ、下側ＦＢＡＲの上に積み重ねられた上側ＦＢＡＲ、及び、それらのＦＢＡＲ間に配置された音響減結合器から構成される減結合積層型圧電薄膜共振器（ＤＳＢＡＲ）が組み込まれたバンドパスフィルタを開示している。各ＦＢＡＲは、一対の電極、及びそれらの電極間に配置された圧電素子から構成される。下側ＦＢＡＲの電極間に入力信号を印加すると、上側ＦＢＡＲはその電極間にバンドパスフィルタを通して電気出力を出力する。あるいは、入力電気信号は、上側ＦＢＡＲの電極間に印加してもよく、その場合、出力電気信号は下側ＦＢＡＲの電極から出力される。
【０００５】
米国特許出願第１０／６９９，４８１号は、２つの減結合積層型圧電薄膜共振器（ＤＳＢＡＲ）から構成される薄膜音響結合変成器（ＦＡＣＴ）を開示している。第１の電気回路は、ＤＳＢＡＲの下側ＦＢＡＲを直列又は並列に相互接続する。第２の電気回路は、ＤＳＢＡＲの上側ＦＢＡＲを直列又は並列に相互接続する。電気回路の構成に応じて、インピーダンス変換比１：１又は１：４の平衡型または非平衡型のＦＡＣＴ実施形態が得られる。こうしたＦＡＣＴは、第１の電気回路と第２の電気回路の間を流電結合する。
【０００６】
上記のＤＳＢＡＲ及びＦＡＣＴにおいて、各下側ＦＢＡＲは、図２を参照して上で説明したキャビティ４４と同様の基板に形成されたキャビティの上に浮かんでいる。キャビティにより、ＦＢＡＲの１以上における電極間に印加された電気信号に応じて、構成要素であるＦＢＡＲを機械的に共振させることが可能になる。
【０００７】
図２を参照して上で説明したＦＢＡＲ、並びに、はしご型フィルタ、ＤＳＢＡＲ、及び、ＦＡＣＴのような１以上のＦＢＡＲを含むデバイスは、本明細書の開示では、ＦＢＡＲデバイスと呼ばれる。
【０００８】
ＦＢＡＲデバイスの実際的な実施形態は、例えば米国特許出願第１０／６９９，２９８号に記載されているようにシリコン基板のような剛性基板にキャビティを形成し、キャビティに犠牲材料を充填し、基板の表面を平坦化し、犠牲材料の表面にＦＢＡＲデバイスの各層を堆積及びパターニングし、犠牲層の表面の幾つかの部分を露出させたまま残すことによって形成される。圧電素子１１６として機能する圧電材料の層の少なくとも幾つかの部分は、更にキャビティの外側で基板の上に重なる。全ての層を蒸着及びパターニングした後、リリースエッチングを実施し、キャビティから犠牲層を除去する。その結果、図２に示すようなキャビティの上に浮かぶＦＢＡＲデバイスが残る。
【０００９】
製造プロセスの最後にリリースエッチングを実施しなければならないことから、ＦＢＡＲデバイスの基板、電極、及び、圧電素子（複数の場合もあり）の形成に使用可能な材料は、リリースエッチングに適したものに限られる。場合によっては、この制約を受けないことが望ましいことがある。また、エッチングに適した材料を使用する場合であっても、リリースエッチングは、性能の欠陥を伴なうＦＢＡＲデバイスの層間の剥離を引き起こすことがある。従って、リリースエッチングを実施することなくＦＢＡＲデバイスを作成する別の方法が必要とされている。
【００１０】
Ｌａｎｋｉｎは米国特許第６，１０７，７２１号において、ＦＢＡＲデバイスと基板の間に音響反射器を挿入したＦＢＡＲデバイスを開示している。この音響反射器は、ブラッグ反射器に基づくものであり、交互配置された酸化ケイ素の層と非圧電性の窒化アルミニウムの層から構成される。Ｌａｎｋｉｎが開示する例では、音響反射器が９個の層を有し、それより多くの層を使用しても少ない層を使用してもよいことが示されている。
【００１１】
音響反射器を形成するために９以上の材料の層を更に蒸着しなければならない場合、リリースエッチングは不要であっても、ＦＢＡＲデバイスの製造プロセスは非常に複雑になる。また、層の数を減らすことにより製造プロセスの単純化を試みた場合、ＦＢＡＲデバイスの周波数応答に望ましくないスプリアスアーチファクトが現れる。このアーチファクトは、層の数の減少によって分離が低下し、ＦＢＡＲデバイスが基板に機械的に作用することから生じる。
【００１２】
市販のＦＢＡＲデバイスの中には、交互配置された酸化ケイ素の層と金属の層からなる音響反射器が組み込まれたものがある。ただし、そのようなＦＢＡＲデバイスの周波数応答には、停止帯域における更なる伝送ピークのような望ましくないアーチファクトが現れる。
【００１３】
リリースエッチングを必要とせずに、ＦＢＡＲデバイスを基板から分離する方法であって、製造プロセスを過度に複雑化することがなく、ＦＢＡＲデバイスと基板の間を十分に分離し、ＦＢＡＲデバイスの周波数応答に望ましくないスプリアスアーチファクトが現れることのない方法が、必要とされている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
発明の概要
第１の態様において、本発明は、基板と、基板の上に配置された音響ブラッグ反射器と、音響ブラッグ反射器の上に配置された圧電素子と、該圧電素子の上に配置されたリモート側電極とからなる圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）デバイスを提供する。音響ブラッグ反射器は、金属ブラッグ層と、該金属ブラッグ層に近接配置されたプラスチックブラッグ層とを含む。
【００１５】
ＦＢＡＲデバイスの一例は、はしご型フィルタの一要素として機能するＦＢＡＲのようなＦＢＡＲと、積層型圧電薄膜共振器（ＳＢＡＲ）と、減結合積層型圧電薄膜共振器（ＤＳＢＡＲ）と、バンドパスフィルタと、薄膜音響結合変成器（ＦＡＣＴ）とを含む。
【００１６】
一実施形態において、金属ブラッグ層は、基板側電極を画定するようにパターニングされる。他の実施形態において、金属ブラッグ層は第１の金属ブラッグ層であり、音響ブラッグ反射器は、プラスチックブラッグ層に近接配置された第２の金属ブラッグ層を更に含み、ＦＢＡＲデバイスは、音響ブラッグ反射器と圧電素子の間に配置された基板側電極を更に含む。
【００１７】
金属ブラッグ層の金属の音響インピーダンスと、プラスチックブラッグ層のプラスチック材料の音響インピーダンスの比が大きいため、ＦＢＡＲと基板との間が十分に音響的に分離され、ＦＢＡＲと基板の間の望ましくない音響結合によって生じることがあるスプリアスアーチファクトが、ＦＢＡＲデバイスの周波数応答に現れることがない。
【００１８】
金属ブラッグ層の金属の音響インピーダンスと、プラスチックブラッグ層のプラスチック材料の音響インピーダンスの比が大きいことは、ＦＢＡＲデバイスが通常、ＦＢＡＲ自体を構成する層の他に１〜４つのブラッグ層から構成される場合があることを意味する。つまり、本発明によるＦＢＡＲデバイスの製造方法によれば、同じタイプの従来のＦＢＡＲデバイスの製造方法に比べて、複雑度を可能な限り最小限に抑えることができる。特に、本製造プロセスは、上記のリリースエッチング処理を必要としない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
詳細な説明
図３Ａ及び図３Ｂはそれぞれ、本発明によるＦＢＡＲデバイスの第１の例示的実施形態１００の平面図及び断面図である。ＦＢＡＲデバイス１００は単一のＦＢＡＲ１１０を含む。単一のＦＢＡＲ１１０は通常、図１に示したようなＦＢＡＲはしご型フィルタ、又は、送受切り換え器の一要素である。ただし、図を簡略化するために、はしご型フィルタ又は送受切り換え器の残りの要素は省略してある。
【００２０】
図３Ｂを参照すると、ＦＢＡＲデバイス１００は、基板、基板の上に配置された音響ブラッグ反射器１８０、音響ブラッグ反射器の上に配置された圧電素子１１６、及び、圧電素子１１６の上に配置されたリモート側電極１１４を含む。音響ブラッグ反射器１８０は、第１のプラスチックブラッグ層１８４に近接配置された第１の金属ブラッグ層１８２を含む。図示のように、第１の金属ブラッグ層１８２は基板に近接配置され、音響ブラッグ反射器１８０は、第１のプラスチックブラッグ層１８４に近接配置された第２の金属ブラッグ層１８６と、第２の金属ブラッグ層１８６に近接配置された第２のプラスチックブラッグ層１８８とを有する。また、図示のように、ＦＢＡＲデバイス１００は、音響ブラッグ反射器１８０と圧電素子１１６との間に配置された基板側電極１１２を更に含む。基板側電極１１２、圧電素子１１６、及び、リモート側電極１１４はあわせて、圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）１１０を構成する。音響ブラッグ反射器１８０は、ＦＢＡＲ１１０を基板１０２から音響的に分離する。
【００２１】
本明細書に「近接配置」されるものとして記載されるブラッグ層は通常、図３Ｂに示すように互いに物理的に接触している。ただし、近接配置されるブラッグ層は、その近接配置されるブラッグ層の音響特性に小さな影響しか与えない介在層のような介在層によって分離される場合もある。
【００２２】
ＦＢＡＲデバイス１００は、中心周波数を有するバンドパス周波数応答を有する。本明細書の開示に使用されるように、ブラッグ層という用語は、中心周波数に等しい周波数の音響信号の、ブラッグ層の材料中における波長λｎの四分の一の奇数倍の公称厚ｔを有する層を意味する。すなわち、ｔ＝（２ｍ＋１）λｎ／４である。ただし、ｍはゼロ以上の整数である。整数ｍがゼロであるブラッグ層は通常、ＦＢＡＲデバイスの周波数応答にスプリアスアーチファクトが現れる可能性を低下させる。そのようなブラッグ層は、ブラッグ層の公称厚が、上述の音響信号のその層の材料中における波長の四分の一、すなわち、ｔ＝λｎ／４である。また、以下で詳しく説明するように、少なくとも金属ブラッグ層が四分の一波長よりも薄く、例えば、λｎ／１６のようなものである実施形態では、種々の用途において十分な音響分離が得られるであろう。
【００２３】
本発明者らは、音響ブラッグ反射器によって提供される音響分離が、その音響ブラッグ反射器を構成するブラッグ層の材料の音響インピーダンスの比によって決まることを発見した。他の層に近接配置された厚さλｎ／４の第１のブラッグ層によって示される有効音響インピーダンスＺｅｆｆ１は、その他の層から離れたところにある第１のブラッグ層の表面において観察される音響インピーダンスである。第１のブラッグ層によって示される音響インピーダンスは、第１のブラッグ層の音響インピーダンス、及び、他の層によって第１のブラッグ層に対して示される有効音響インピーダンスに依存する。第１のブラッグ層によって示される有効音響インピーダンスは次のように表わされる。
【００２４】
Ｚｏｆｆ１＝Ｚｐ２／Ｚｍ    ・・・  （１）
ただし、Ｚｐは第１のブラッグ層の材料の音響インピーダンス、Ｚｍは他の層の音響インピーダンスである。
【００２５】
例えば、基板１０２から離れたところにある第１の金属ブラッグ層１８２の表面における有効音響インピーダンスは、第１の金属ブラッグ層１８２の材料の音響インピーダンス、及び、基板１０２の材料の音響インピーダンスに依存する。この例において、Ｚｅｆｆ１は、基板１０２から離れたところにある第１の金属ブラッグ層１８２の表面において示される有効音響インピーダンスであり、Ｚｐは第１の金属ブラッグ層１８２の材料の音響インピーダンスであり、Ｚｍは基板１０２の材料の音響インピーダンスである。
【００２６】
各ブラッグ層と、先行するブラッグ層との間には、式（１）によって定義される関係がある。式（１）において、Ｚｍは、先行するブラッグ層によってブラッグ層に対して示される有効音響インピーダンスである。
【００２７】
例えば、第１の金属ブラッグ層１８２は、第１のプラスチックブラッグ層に対して有効音響インピーダンスＺｅｆｆ１を示す。第１のプラスチックブラッグ層１８４は、有効音響インピーダンスＺｍを他の音響インピーダンスＺｅｆｆ２に変換し、第２の金属ブラッグ層１８６に対して有効音響インピーダンスＺｅｆｆ２を示す。第２の金属ブラッグ層１８６は、有効音響インピーダンスＺｅｆｆ２を他の有効音響インピーダンスＺｅｆｆ３に変換し、第２のプラスチックブラッグ層１８８に対して有効音響インピーダンスＺｅｆｆ３を示す。第２のプラスチックブラッグ層１８８は、有効音響インピーダンスＺｅｆｆ３を他の有効音響インピーダンスＺｅｆｆ４に変換し、ＦＢＡＲ１１０に対して有効音響インピーダンスＺｅｆｆ４を示す。有効音響インピーダンスＺｅｆｆ４は、音響ブラッグ反射器１８０の有効音響インピーダンスでもある。
【００２８】
ＦＢＡＲ１００と、第２のプラスチックブラッグ層１８８において音響ブラッグ反射器１９０によって示される有効音響インピーダンスとの間の音響インピーダンス不整合により、ＦＢＡＲ１１０と基板１０２が音響的に分離される。ブラッグ層１８２、１８４、１８６及び１８８によって示される有効音響インピーダンスはそれぞれ交互に低又は高であり、高インピーダンスは第１の金属ブラッグ層１８２から第２のプラスチックブラッグ層１８８まで増加し、低インピーダンスは第１の金属ブラッグ層１８２から第２のプラスチックブラッグ層１８８まで減少する。
【００２９】
音響ブラッグ反射器１８０における有効な音響分離を可能にするために、音響ブラッグ反射器１８０がＦＢＡＲ１１０に対して示す有効音響インピーダンスは、ＦＢＡＲの音響インピーダンスよりも大きくするか、又は小さくする場合がある。音響ブラッグ反射器１８０によって提供される音響分離は、ブラッグ反射器１８０の有効音響インピーダンスと、ＦＢＡＲ１１０の音響インピーダンスの比の絶対値をデシベルで表わしたもの（比の対数の２０倍）によって定量化される場合がある。音響分離を増加させると、ＦＢＡＲと基板との間の望ましくない音響結合によってＦＢＡＲの周波数応答に望ましくないスプリアスアーチファクトが現れる可能性は低下する。
【００３０】
本発明によれば、音響ブラッグ反射器１８０は、プラスチック材料からなるプラスチックブラッグ層１８４及び１８８と交互に配置された金属ブラッグ層１８２及び１８６から構成される。一実施形態において、その金属は、タングステンやモリブデンのような耐火性金属である。金属ブラッグ層の音響インピーダンスは高く、プラスチックブラッグ層の音響インピーダンスは低い。金属の音響インピーダンスとプラスチック材料の音響インピーダンスの比が大きため、音響ブラッグ反射器１８０は、比較的少数のブラッグ層を使用して、数十デシベルの音響分離を行うことが可能である。５０メガレーリーよりも大きな音響インピーダンスを有し、一般的なＦＢＡＲ製造プロセスにおいて使用されるエッチング液に適合する幾つかの耐火性金属が市販されている。例えば、モリブデンは約６３レーリーの音響インピーダンスを有する。５メガレーリーよりも小さな音響インピーダンスを有し、一般的なＦＢＡＲ製造プロセスにおいて使用される高温及びエッチング液に適合する幾つかのプラスチック材料が市販されている。そのような幾つかのプラスチック材料の音響インピーダンスは、約２メガレーリー程度である。従って、１０よりも大きな音響インピーダンス比を有する金属とプラスチックの幾つかの組み合わせが可能である。以下で説明するモリブデンと架橋ポリフェニレンポリマーによれば、音響インピーダンス比が約３０になる。
【００３１】
高温（＞４００℃）に適合し、且つ、その後のＦＢＡＲ１１０の製造の際に第１のプラスチックブラッグ層１８４及び第２のプラスチックブラッグ層１８８をさらすエッチング液に適合する材料としては、約２メガレーリー〜約４メガレーリーの範囲の音響インピーダンスを有するものが市販されている。
【００３２】
第１の金属ブラッグ層１８２及び第２の金属ブラッグ層１８６の材料として、約５０メガレーリーよりも大きな音響インピーダンスを有する耐火性金属のような金属を使用し、第１のプラスチックブラッグ層１８４及び第２のプラスチックブラッグ層１８８の材料として、約５メガレーリー未満の音響インピーダンスを有するプラスチック材料を使用すると、ＦＢＡＲ１１０に対して約０．１キロレーリーの有効音響インピーダンスを有する音響ブラッグ反射器１８０が得られる。ＦＢＡＲ１１０の有効音響インピーダンスが約５０メガレーリーであると仮定した場合、そのような材料から構成される音響ブラッグ反射器１８０の一実施形態は、１００ｄＢを超える音響分離が可能になるであろう。比較として、図２に示すＦＢＡＲデバイス３０のキャビティ４４内の空気の音響インピーダンスは約１キロレーリーであり、計算上は、約９０ｄＢ未満の音響分離が可能である。従って、音響ブラッグ反射器１８０によれば、ＦＢＡＲ１１０と基板１０２の間を十分に音響的に分離し、ＦＢＡＲ１１０の周波数応答にスプリアスアーチファクトが実質的に現れないようにすることができる。プラスチック材料の音響インピーダンスが約２メガレーリーである実施形態では、計算上、１２０ｄＢを越える音響分離が可能である。
【００３３】
ＦＢＡＲ１０１と基板１０２の間に更に大きな音響分離が必要な実施形態は、第１の金属ブラッグ層１８２と基板１０２の間に、プラスチックと金属のブラッグ層のペアを更に挿入する場合がある。ただし、図示の実施形態の音響ブラッグ反射器１８０によって得られる音響分離は、多くの用途において十分なものである。
【００３４】
基板側電極１１２、リモート側電極１１４、及び、圧電素子１１６は、ＦＢＡＲ１１０の通過帯域の中心周波数を決める機械的共振を有する機械的構造を形成する。基板側電極１１２、リモート側電極１１４、及び、圧電素子は、同じ中心周波数の通過帯域周波数応答を有する従来のＦＢＡＲの対応する要素と同様の厚さを有する。そのため、ＦＢＡＲデバイス１００の電気特性は、従来のＦＢＡＲデバイスのものと同様である。
【００３５】
ＦＢＡＲデバイス１００は、端子パッド１３２、端子パッド１３４、端子パッド１３２を基板側電極１１２に電気的に接続する電気トレース１３３、及び、端子パッド１３４をリモート側電極１１４に電気的に接続する電気トレース１３５を更に有する。端子パッド１３２及び１３４は、ＦＢＡＲデバイス１００から外部電気回路（図示せず）への電気的接続の形成に使用される。
【００３６】
ＦＢＡＲデバイス１００の製造の複雑さは、図２に示した従来の空気絶縁型ＦＢＡＲデバイス３０のものと同様である。キャビティ４４を形成し、充填する処理、及び、リリースエッチングの実施は省略され、金属、プラスチック、金属、及び、プラスチックからなる４つのブラッグ層をそれぞれ蒸着する処理が追加される。ＦＢＡＲ１００の製造の複雑さは、必要な音響分離を得るために音響インピーダンスが少しづつ異なる多数の材料の層を使用する従来の音響ブラッグ反射器を有する従来のＦＢＡＲデバイスに比べて実質的に低い。例えば、例えば、下側音響インピーダンス材料としてＳｉＯ２を使用する音響ブラッグ反射器は、１００ｄＢの音響分離を得るために８個のブラッグ層を必要とする。また、ＳｉＯ２ブラッグ層の厚さは、プラスチックブラッグ層の約３倍である。そのため、音響ブラッグ反射器の全体的厚さは更に薄くなり、ステップ範囲問題が改善される。
【００３７】
本明細書に開示する種々の実施形態では、プラスチックブラッグ層の材料として、ポリイミドが使用される。ポリイミドは、ポリイミドは、Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙから、Ｋａｐｔｏｎという商標で販売されている。そのような実施形態では、プラスチックブラッグ層１８４及び１８８はそれぞれ、スピンコーティングによって塗布されるポリイミドからなる。ポリイミドの音響インピーダンスは約４メガレーリーである。
【００３８】
他の実施形態では、プラスチックブラッグ層の材料として、ポリ（パラキシレン）が使用される。そのような実施形態では、プラスチックブラッグ層１８４及び１８８はそれぞれ、真空蒸着によって塗布されるポリ（パラキシレン）からなる。当該技術分野において、ポリ（パラキシレン）はパリレンとも呼ばれる。パリレンを作成する元になるダイマー型前駆体のジパラキシレン、及び、パリレンの層の真空蒸着を実施するための装置は、多数のサプライヤから入手することができる。パリレンの音響インピーダンスは、約２．８メガレーリーである。
【００３９】
更に他の実施形態では、プラスチックブラッグ層の材料として、架橋ポリフェニレンポリマーが使用される。そのような実施形態では、プラスチックブラッグ層１８４及び１８８はそれぞれ、スピンコーティングによって塗布される架橋ポリフェニレンポリマーからなる。架橋ポリフェニレンポリマーは、集積回路に使用する低誘電率の誘電体材料として開発されたものであるため、その後のＦＢＡＲ１１０の製造の際に受ける高温においても、安定状態を保つことができる。本発明者らは、架橋ポリフェニレンポリマーが、計算上、約２メガレーリーの音響インピーダンスを更に有することを発見した。この音響インピーダンスにより、特に高い音響分離が可能になる。
【００４０】
重合によって架橋ポリフェニレンポリマーを形成する種々のオリゴマーを含む前駆体溶液は、米国ミシガン州ミッドランドにあるＴｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＣｏｍｐａｎｙからＳｉＬＫという登録商標で市販されている。この前駆体溶液はスピンコーティングによって塗布される。ＳｉＬＫ  Ｊとして指定されるこれらの前駆体溶液の１つから得られる架橋ポリフェニレンポリマーは、接着促進剤を更に含み、計算上２．１メガレーリー、すなわち約２メガレーリーの音響インピーダンスを有する。
【００４１】
重合によって架橋ポリフェニレンポリマーを形成するオリゴマーは、ビスシンクロペンタジエノン含有モノマーや芳香族アセチレン含有モノマーから作成される。これらのモノマーを使用すれば、過度の置換を行うことなく、可溶性オリゴマーを形成することができる。前駆体溶液は、ガンマブチロラクトン溶液やシクロヘキサノン溶液に溶かされた特定のオリゴマーを含む。溶液を塗布し、熱を加えて蒸発させた後、オリゴマーを硬化させて、架橋ポリマーを形成する。ビスシンクロペンタジエノンは、４＋２付加還化反応によってアセチレンと反応し、新たな芳香環を形成する。更に、硬化により、架橋ポリフェニレンポリマーが得られる。上述した架橋ポリフェニレンポリマーは、Godschalx他による米国特許第５，９６５，６７９号に開示されており、この文献は参照により本明細書に援用される。さらなる実用的な詳細は、Martin他著、「Development of Low-Dielectric Constant Polymer for the Fabrication of Integrated Circuit Interconnect」12 Advanced Materials、1769（2000年）に説明されており、この文献も参照により本明細書に援用される。架橋ポリフェニレンポリマーは、ポリイミドと比較して、より低い音響インピーダンス、より低い音響減衰、及びより低い誘電率を有する。さらに、スピンコーティングにされた前駆体溶液の層は、プラスチックブラッグ層１８４及び１８８の典型的な厚さである約２００ｎｍの厚さを有する架橋ポリフェニレンポリマーの高品質の薄膜を作成することができる。
【００４２】
各ブラッグ層１８２、１８４、１８６及び１８８は、ＦＢＡＲ１１０の通過帯域の中心周波数に等しい周波数の音響信号の、ブラッグ層の材料中における波長の四分の一の公称厚を有する。四分の一波長厚のブラッグ層を使用する場合、音響ブラッグ反射器１８０は、ポリイミドのプラスチックブラッグ層を使用した場合は計算上約３１０レーリーの音響インピーダンスを、架橋ポリフェニレンポリマーのプラスチックブラッグ層を使用した場合は計算上約１９レーリーの音響インピーダンスを示す。これらの音響インピーダンスはそれぞれ、約１０４ｄＢ及び１２８ｄＢの音響分離に対応する。
【００４３】
約２ＧＨｚで動作するように構成された音響ブラッグ反射器１８０の一実施形態において、プラスチックブラッグ層１８４及び１８８の材料は架橋ポリフェニレンポリマーであり、金属ブラッグ層１８２及び１８６の金属はモリブデンであり、プラスチックブラッグ層の厚さは約１９０ｎｍであり、金属ブラッグ層の厚さは約８００ｎｍである。スピンコーティングによって厚さ約１９０ｎｍに成形される架橋ポリフェニレンポリマーの前駆体溶液は市販されている。また、この厚さの層としてポリイミドをスピンコーティングしてもよい。従って、プラスチックブラッグ層１８４及び１８８は公称四分の一波長層として形成することが、分かりやすい。一方、高い材料品質のモリブデンを厚さ８００ｎｍでスパッタ蒸着し、その層をパターニングすることは、現在の製造技術を使用して行うことが難しい。ただし、プラスチックブラッグ層を耐火性金属ブラッグ層手段に近接配置することによって得られる大きな有効音響インピーダンス比は、四分の一波長層よりも実質的に薄い金属ブラッグ層を使用して、十分に大きな有効音響インピーダンスを得ることが実質的に可能であることを意味する。２２０ｎｍ程度の（１６番目の波よりも少しだけ厚い）厚さの金属ブラッグ層を使用したテスト構造によれば、許容可能な結果が得られる。約２ＧＨｚで動作する構造を有する実施形態の場合、ＦＢＡＲ１１０の電極１１２及び１１４と同じ厚さの約３００ｎｍの金属ブラッグ層を使用すると、良好な結果が得られる。
【００４４】
四分の一波長よりも薄い金属ブラッグ層を使用すると、ブラッグ層の数を減らしたときの音響分離の度合いが大きくなる。現在の製造技術を使用する場合、一般に、金属ブラッグ層を四分の一波長層よりも薄くして多数のブラッグ層を使用した方が、金属ブラッグ層を四分の一波長層にして少数のブラッグ層を使用する場合に比べて、よい結果及び低コストが得られる。
【００４５】
望ましくない音響モードを低減するために、音響ブラッグ反射器１８０の側部は、基板１０２の側面から水平に差し込まれる。
【００４６】
図３Ｃ〜図３Ｆは、音響ブラッグ反射器が図３Ｂに示すブラッグ反射器１８０に比べて小数のブラッグ層から構成される、本発明の実施形態によるＦＢＡＲデバイス１００の単純化された例を示す断面図である。図３Ｃ〜図３Ｆに示すＦＢＡＲデバイスは、図３Ａに示したＦＢＡＲデバイス１００と同様の平面図に示されている。
【００４７】
図３Ｃに示すＦＢＡＲデバイスでは、第２のプラスチックブラッグ層１８８（図３Ｂ）が省略され、音響ブラッグ反射器１８１は、第１のプラスチックブラッグ層１８４に近接配置された第１の金属ブラッグ層１８２と、第１のプラスチックブラッグ層１８４に近接配置された第２の金属ブラッグ層１８６とから構成される。ＦＢＡＲ１１０は、第２の金属ブラッグ層１８６の表面に配置される。基板側電極１１２は、四分の一波長層よりも実質的に薄い絶縁層によって、第２の金属ブラッグ層１８６から絶縁される場合がある。ブラッグ層よりも厚い四分の一波長厚を使用した場合、音響ブラッグ反射器１８１は計算上、ポリイミドのプラスチックブラッグ層を使用した場合は約５１ギガレーリーの実効音響インピーダンスを示し、架橋ポリフェニレンポリマーのプラスチックブラッグ層を使用した場合は約２０７ギガレーリーの実効音響インピーダンスを示す。これらの音響インピーダンスはそれぞれ、約６０ｄＢ及び約７２ｄＢに対応する。図３Ｃに示すＦＢＡＲデバイスの実施形態に似たテスト構造の電気特性については、後で図８Ｂを参照して説明する。
【００４８】
図３Ｄに示すＦＢＡＲデバイスでは、第２のプラスチックブラッグ層１８８及び第２の金属ブラッグ層１８６（図３Ｂ）が省略され、音響ブラッグ反射器１８３は、第１のプラスチックブラッグ層１８４に近接配置された第１の金属ブラッグ層１８２から構成される。ＦＢＡＲ１１０は、第１のプラスチックブラッグ層１８４の表面に配置される。四分の一波長厚のブラッグ層を使用した場合、音響ブラッグ反射器１８３は計算上、ポリイミドのプラスチックブラッグ層を使用した場合は約７７キロレーリーの実効音響インピーダンスを示し、架橋ポリフェニレンポリマーのプラスチックブラッグ層を使用した場合は約１９キロレーリーの実効音響インピーダンスを示す。これらの音響インピーダンスはそれぞれ、約５６ｄＢ及び約６８ｄＢの音響分離に対応する。図３Ｄに示すＦＢＡＲデバイスの実施形態に似たテスト構造の電気特性については、後で図８Ａを参照して説明する。
【００４９】
基板１０２の材料であるシリコンの音響インピーダンスは約１９メガレーリーであり、この音響インピーダンスは、金属の音響インピーダンスとプラスチックの音響インピーダンスの中間にあたる。従って、第１のプラスチックブラッグ層１８４が基板１０２に近接配置される音響ブラッグ反射器１８０の実施形態もまた、良好な音響分離が可能である。そのような実施形態の例が図３Ｅ及び図３Ｆに示されている。これらの実施形態では、第１の金属ブラッグ層１８２と第１の金属ブラッグ層１８２が逆になっている。すなわち、第１のプラスチックブラッグ層１８４が基板１０２に近接配置され、第１の金属ブラッグ層１８２が第１のプラスチックブラッグ層１８４に近接配置されている。基板１０２がプラスチック材料のような低音響インピーダンスの材料であるＦＢＡＲデバイス１００の実施形態の場合、第１の金属ブラッグ層１８２が基板１０２に近接配置される図３Ｂ〜図３Ｄに示す実施形態は、図３Ｅ及び図３Ｆに示す実施形態に比べて、より多くの音響分離が可能である。基板１０２が高音響インピーダンスであるＦＢＡＲデバイス１００の実施形態の場合、第１のプラスチックブラッグ層１８４が基板１０２に近接配置される図３Ｅ及び図３Ｆの実施形態は、図３Ｂ〜図３Ｄに示す実施形態に比べて、より多くの音響分離が可能である。
【００５０】
図３Ｅに示す実施形態では、第２の金属ブラッグ層（図３Ｂ）が省略され、音響ブラッグ反射器１８５は、第１のプラスチックブラッグ層１８４に近接配置された第１の金属ブラッグ層１８２、及び、第１の金属ブラッグ層１８２に近接配置された第２のプラスチックブラッグ層１８８から構成される。ＦＢＡＲ１１０は、第２のプラスチックブラッグ層１８８の表面に配置される。四分の一波長厚のブラッグ層を使用することにより、音響ブラッグ反射器１８５は計算上、ポリイミドのプラスチックブラッグ層を使用した場合は約３．４キロレーリーの実効音響インピーダンスを示し、架橋ポリフェニレンポリマーのプラスチックブラッグ層を使用した場合は約０．２キロレーリーの実効音響インピーダンスを示す。これらの音響インピーダンスはそれぞれ、約８３ｄＢ及び約１０７ｄＢの音響分離に対応する。
【００５１】
図３Ｆに示す実施形態では、第２のプラスチックブラッグ層及び第２の金属ブラッグ層（図３Ｂ）が省略され、音響ブラッグ反射器１８７は、第１のプラスチックブラッグ層１８４に近接配置された第１の金属ブラッグ層１８２から構成される。ＦＢＡＲ１１０は、第１の金属ブラッグ層１８２の表面に配置される。基板側電極１１２は、四分の一波長層よりも実質的に薄い絶縁層によって、第１の金属ブラッグ層１８２から絶縁される場合がある。四分の一波長厚のブラッグ層を使用することにより、音響ブラッグ反射器１８７は計算上、ポリイミドのプラスチックブラッグ層を使用した場合は約４．７ギガレーリーの実効音響インピーダンスを示し、架橋ポリフェニレンポリマーのプラスチックブラッグ層を使用した場合は約１８ギガレーリーの実効音響インピーダンスを示す。これらの音響インピーダンスはそれぞれ、約４０ｄＢ及び約５１ｄＢに対応する。
【００５２】
図４は、本発明によるＦＢＡＲデバイスの第２の例示的実施形態２００を示す断面図である。ＦＢＡＲデバイス２００は、図３Ａに示したＦＢＡＲデバイス１００と同様の平面図に示されている。ＦＢＡＲデバイス２００は、単一のＦＢＡＲ２１０を含む。単一のＦＢＡＲ２１０は通常、図１に示したようなＦＢＡＲはしご型フィルタや、送受切り換え器の一要素である。ただし、図を単純化するために、はしご型フィルタや送受切り換え器の残りの要素は省略してある。
【００５３】
ＦＢＡＲデバイス２００は、図３Ａ及び図３Ｂを参照して上で説明したＦＢＡＲデバイス１００に比べて構造が簡単であり、且つ、ＦＢＡＲと基板との間の音響分離が少ない。従って、ＦＢＡＲデバイス２００の周波数応答に現れるスプリアスアーチファクトは通常、ＦＢＡＲデバイス１００のものに比べて多くなる。ただし、スプリアスアーチファクトの程度は、多くの用途において許容できるものである。
【００５４】
ＦＢＡＲデバイス２００は、基板１０２、基板の上に配置された音響ブラッグ反射器２８０、音響ブラッグ反射器２８０の上に配置された圧電素子２１６、及び、圧電素子２１６の上に配置されたリモート側電極２１４から構成される。音響ブラッグ反射器２８０は、プラスチックブラッグ層１８４に近接配置された金属ブラッグ層２８２から構成される。プラスチックブラッグ層１８４は、基板１０２に近接配置され、金属ブラッグ層２８２は、ＦＢＡＲ２１０の基板側電極２１２を画定するようにパターニングされる。ブラッグ層２８２及び１８４はそれぞれ、ＦＢＡＲデバイス２００の中心周波数に等しい周波数の音響波の層の材料の波長の四分の一の公称厚を有する。リモート側電極２１４は、基板側電極２１２と同じ公称厚を有する。
【００５５】
金属ブラッグ層２８２に画定された基板側電極２１２、圧電素子２１６、及び、リモート側電極２１４は合わせて、ＦＢＡＲ２１０を構成する。音響ブラッグ反射器２８０は、ＦＢＡＲ２１０を基板１０２から音響的に分離する。
【００５６】
ＦＢＡＲデバイス２００は、端子パッド２３２、端子パッド２３４、端子パッド２３２を基板側電極２１２に電気的に接続する電気トレース２３３、及び、端子パッド２３４をリモート側電極２１４に電気的に接続する電気トレース２３５を更に有する。端子パッド２３２及び２３４は、ＦＢＡＲデバイス２００から外部電気回路（図示せず）への電気接続の形成に使用される。
【００５７】
プラスチックブラッグ層１８４が約２メガレーリー程度の低い音響インピーダンスのプラスチック材料から構成される場合であっても、プラスチックブラッグ層１８４及び金属ブラッグ層２８２から構成される音響ブラッグ反射器２８０によって得られる音響分離は通常、ＦＢＡＲ２１０の周波数応答における全てのスプリアスアーチファクトを抑制するのに十分なものではない。しかしながら、上記のように、ＦＢＡＲデバイス２００は、幾らかのスプリアスアーチファクトが許容できる用途に使用される場合がある。
【００５８】
ＦＢＡＲデバイス２００は、その製造が最大限に簡単であり、単一のプラスチックブラッグ層１８４の他、ＦＢＡＲ２１０を構成する金属や圧電材料の層を蒸着するだけで足りるという利点を有する。また、ＦＢＡＲデバイス２００の製造には、上述のリリースエッチングも必要ない。
【００５９】
ＦＢＡＲ２１０の電気特性は、他の同様の従来のＦＢＡＲのものとは少し異なる。基板側電極２１２及びリモート側電極２１４が両方とも四分の一波長厚の層であり、そのため、従来のＦＢＡＲの電極の２倍程度の厚さを有する。基板側電極２１２、リモート側電極２１４、及び、圧電層２１６は、ＦＢＡＲ２１０の中心周波数を決める機械的共振を有する機械的構造を形成する。比較的厚い電極２１２及び２１４を有する従来のＦＢＡＲと同じ中心周波数を得るために、圧電素子２１６は、従来のＦＢＡＲのものよりも厚くし、圧電素子両端の位相変化がπラジアンになるようにしなければならない。その結果、ＦＢＡＲ２１０全体の位相変化は３πラジアンとなる。これに対し、従来のＦＢＡＲの合計位相変化はπラジアンである。従って、ＦＢＡＲ２１０は、従来のＦＢＡＲのものとは実質的に異なる電気音響特性及び電気特性を有する。例えば、ＦＢＡＲ２１０は、従来のＦＢＡＲ１１０に比べて、高いＱ（狭い帯域）、及び、低い有効結合定数を有する場合がある。このような特性は、多くの用途において有用である。
【００６０】
図５Ａ及び図５Ｂはそれぞれ、本発明によるＦＢＡＲデバイスの第３の例示的実施形態３００の平面図及び断面図である。ＦＢＡＲデバイス３００は、単一の減結合積層型圧電薄膜共振器（ＤＳＢＡＲ）が組み込まれたバンドパスフィルタである。以下で説明するＦＢＡＲデバイス３００の例は、図３Ｂを参照して上で説明した音響ブラッグ反射器１８０と同様の構造を有する音響ブラッグ反射器を含む。あるいは、この音響ブラッグ反射器は、図３Ｃ〜図３Ｆを参照して上で説明したような構造を有するものであってもよい。また、ＦＢＡＲデバイス３００は、図４を参照して上で説明したものと同様の音響ブラッグ反射器を代わりに含む場合もある。
【００６１】
ＦＢＡＲデバイス３００において、ＤＳＢＡＲ１０６は、下側ＦＢＡＲ１１０、下側ＦＢＡＲ１１０の上に積み重ねられた上側ＦＢＡＲ１２０、及び、それらのＦＢＡＲ間に配置された音響減結合器１３０から構成される。ＦＢＡＲ１１０は、対向する２枚の平坦な電極１１２及び１１４、並びにそれらの電極間に配置された圧電素子１１６から構成される。ＦＢＡＲ１２０は、対向する２枚の平坦な電極１２２及び１２４、並びにそれらの電極間に配置された圧電素子１２６から構成される。
【００６２】
音響減結合器１３０はＦＢＡＲ１１０とＦＢＡＲ１２０の間に配置され、詳しくは、ＦＢＡＲ１１０の電極１１４とＦＢＡＲ１２０の電極１２２の間に配置される。音響減結合器は、ＦＢＡＲ１１０とＦＢＡＲ１２０の間の音響エネルギーの結合を制御する。音響減結合器は、それらのＦＢＡＲ間を直接接触させる場合に比べて、少ない音響エネルギーでＦＢＡＲ間を結合する。図５に示す例において、音響減結合器１３０は、米国特許出願第１０／６９９，２９８号に記載されているような音響減結合材料からなる音響減結合層１３１から構成される。あるいは、音響減結合器１３０は、Ｊｏｈｎ  Ｄ．Ｌａｒｓｏｎ他による「Ｐａｓｓ  Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｉｎ  Ｄｅｃｏｕｐｌｅｄ  Ｓｔａｃｋｅｄ  Ｂｕｌｋ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」と題する本願と同じ譲受人の米国特許出願第１０／ＸＸＸ，ＸＸＸ号（アジレント整理番号１００４０９５５−１）に記載されているような種々の音響インピーダンスを有する音響減結合材料からなる音響減結合層から構成される場合もある。
【００６３】
図示の例において、音響ブラッグ反射器１８０は、ＤＳＢＡＲ１０６と基板１０２の間に配置され、ＤＳＢＡＲを基板から音響的に分離する。音響ブラッグ反射器１８０については、図３Ｂを参照して上で説明した。金属ブラッグ層１８２及び１８６の金属とプラスチックブラッグ層１８４及び１８８のプラスチック材料の間の音響インピーダンス比が大きいため、音響ブラッグ反射器１８０は、ＤＳＢＡＲ１０６に対して高い実効音響インピーダンスを示す。音響ブラッグ反射器１８５とＤＳＢＡＲ１０６の間の音響インピーダンス比が大きいため、音響ブラッグ反射器１８０は、ＤＳＢＡＲ１０６と基板１０２の間を音響的に十分に分離することができ、ＦＢＡＲ１１０と１２０のうちの一方の電極間に印加された入力信号に応じてそれらの電極を機械的に共振させることができる。入力電気信号を受信する方のＦＢＡＲで生成された音響エネルギーは、音響減結合器１３０を通して他方のＦＢＡＲに達する。音響エネルギーを受信する方のＦＢＡＲは、その音響エネルギーの一部を電気出力信号に変換し、その電極間に出力する。音響エネルギーを受信する方のＦＢＡＲの電極間に出力される電気信号出力は、望ましくないスプリアスアーチファクトを実質的に持たないバンドパス周波数応答特性を有する。
【００６４】
図示の実施形態において、ＦＢＡＲ１１０の電極１１２及び１１４は、電気トレース１３３及び１３５によって端子パッド１３２及び１３４にそれぞれ電気的に接続される。また、ＦＢＡＲ１２０の電極１２２及び１２４は、電気トレース１３７及び１３９によって端子パッド１３４及び１３８にそれぞれ電気的に接続される。入力と出力の間を絶縁する実施形態では、電気トレース１３７を端子パッド１３４に接続する代わりに、更に別の端子パッド（図示せず）に接続する場合がある。端子パッド１３２、１３４及び１３８は、ＦＢＡＲデバイス３００から外部電気回路（図示せず）への電気接続の形成に使用される。
【００６５】
図示の実施形態において、第１の音響減結合層１３１は、音響減結合器１３０として機能する。音響減結合層１３１は、プラスチック材料の四分の一波長層でもある。音響減結合層１３１と、プラスチックブラッグ層１８４及び１８８には、同じプラスチック材料を使用してもよい。音響減結合層１３１のプラスチック材料の音響インピーダンスは、ＦＢＡＲデバイス３００の通過帯域を決める。指定された通過帯域幅が必要な場合、音響減結合層１３１は、プラスチックブラッグ層１８４及び１８８とは異なるプラスチック材料から構成される場合がある。
【００６６】
代替実施形態（図示せず）として、音響ブラッグ反射器１８０の代わりに、図４を参照して上で説明した音響ブラッグ反射器２８０に似た構造の音響ブラッグ反射器を有する実施形態もある。そのような実施形態では、第２の金属ブラッグ層１８６と第２のプラスチックブラッグ層１８８は省略され、第１の金属ブラッグ層１８２と第１のプラスチックブラッグ層の順番が逆にされ、第１の金属ブラッグ層１８２は、基板側電極１１２を画定するようにパターニングされ、リモート側電極１１４は四分の一波長厚の金属の層に画定され、圧電素子１１６の厚さは、ＦＢＡＲ１１０全体の位相変化が３πラジアンになるように規定される。ＦＢＡＲ１２０は、ＦＢＡＲ１１０と同じ共振周波数になるような構造に形成される。
【００６７】
図６Ａは、本発明によるＦＢＡＲデバイスの第４の例示的実施形態４００を示す平面図である。ＦＢＡＲデバイス４００は、２つの減結合積層型圧電薄膜共振器（ＤＳＢＡＲ）が組み込まれた薄膜共振器結合変成器（ＦＡＣＴ）である。図６Ｂ及び図６Ｃはそれぞれ、図６Ａにおいてライン６Ｂ−６Ｂ及びライン６Ｃ−６Ｃに沿って切断してみたときの断面図である。図６Ｄは、図６Ａに示すＦＡＣＴ４００の例の電気回路を示す概略図である。以下で説明するＦＢＡＲデバイス４００の例は、図３Ｂを参照して上で説明した音響ブラッグ反射器１８０と同様の構造の音響ブラッグ反射器を含む。この音響ブラッグ反射器は代わりに、図３Ｃ〜図３Ｆを参照して上で説明したような構造に形成してもよい。ＦＢＡＲデバイス４００は、図４を参照して上で説明したものと同様の音響ブラッグ反射器を代わりに含む場合がある。
【００６８】
ＦＡＣＴ４００は、基板１０２、減結合積層型圧電薄膜共振器（ＤＳＢＡＲ）１０６及び１０８、並びに、ＤＳＢＡＲと基板の間に配置された音響ブラッグ反射器１８０を有する。各ＤＳＢＡＲは、下側圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）、上側ＦＢＡＲ、及び、それらのＦＢＡＲ間に配置された音響減結合器から構成される。ＦＡＣＴ４００は、ＤＳＢＡＲ１０６及び１０８のそれぞれの下側ＦＢＡＲ１１０と１５０を相互接続する電気回路と、ＤＳＢＡＲ１０６及び１０８のそれぞれの上側ＦＢＡＲ１２０と１６０を相互接続する電気回路とを更に含む。図６Ｄは、電気回路１４１によってＤＳＢＡＲ１０６の下側ＦＢＡＲ１１０とＤＳＢＡＲ１０８の下側ＦＢＡＲ１５０を逆並列に接続し、電気回路１４２によってＤＳＢＡＲ１０６の上側ＦＢＡＲ１２０とＤＳＢＡＲ１０８の上側ＦＢＡＲ１６０を直列に接続する例を示している。
【００６９】
ＤＳＢＡＲ１０６において、下側ＦＢＡＲ１１０は、対向する２枚の平坦な電極１１２及び１１４、並びにそれらの電極間に配置された圧電素子１１６から構成され、上側ＦＢＡＲ１２０は、対向する２枚の平坦な電極１２２及び１２４、並びにそれらの電極間に配置された圧電素子１２６から構成される。ＤＳＢＡＲ１０８において、下側ＦＢＡＲ１５０は、対向する２枚の平坦な電極１５２及び１５４、並びにそれらの電極間に配置された圧電素子１５６から構成され、上側ＦＢＡＲ１６０は、対向する２枚の平坦な電極１６２及び１６４、並びにそれらの電極間に配置された圧電素子１６６から構成される。
【００７０】
ＦＡＣＴ４００において、ＤＳＢＡＲ１０６の音響減結合器１３０は、下側ＦＢＡＲ１１０と上側ＦＢＡＲ１２０の間に配置され、詳しくは、下側ＦＢＡＲ１１０の電極１１４と上側ＦＢＡＲ１２０の電極１２２の間に配置される。音響減結合器１３０は、従来の積層型薄膜共振器（ＳＢＡＲ）のようにＦＢＡＲ１１０とＦＢＡＲ１２０を直接接触させた場合に比べて少ない音響エネルギーでそれらのＦＢＡＲ間を結合する。また、ＤＳＢＡＲ１０８の音響減結合器１７０は、ＦＢＡＲ１５０とＦＢＡＲ１６０の間に配置され、詳しくは、下側ＦＢＡＲ１５０の電極１５４と上側ＦＢＡＲ１６０の電極１６２の間に配置される。音響減結合器１７０は、ＦＢＡＲ１５０とＦＢＡＲ１６０を互いに直接接触させた場合に比べて少ない音響エネルギーでそれらのＦＢＡＲ間を結合する。ＦＡＣＴ４００の通過帯域幅は、音響減結合器１３０及び１７０によって規定される音響エネルギーの結合によって決まる。
【００７１】
図６Ａ〜図６Ｃに示す例において、音響減結合器１３０及び１７０はそれぞれ、音響減結合層１３１の対応する部分である。他の実施形態において、音響減結合器１３０及び１７０はそれぞれ、Ｊｏｈｎ  Ｄ．Ｌａｒｓｏｎ他による「Ｐａｓｓ  Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｉｎ  Ｄｅｃｏｕｐｌｅｄ  Ｓｔａｃｋｅｄ  Ｂｕｌｋ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」と題する米国特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号（アジレント整理番号１００４０９５５−１）に記載されているような種々の音響インピーダンスを有する音響減結合材料の音響減結合層から構成される。他の実施形態において、音響減結合器１３０及び１７０は独立した構造を有する場合がある。
【００７２】
ＤＳＢＡＲ１０６及び１０８と、基板１０２との間に配置される音響ブラッグ反射器１８０は、それらのＤＳＢＡＲを基板から音響的に分離する。音響ブラッグ反射器１８０の構造については、図３Ｂを参照して上で説明した。金属ブラッグ層１８２及び１８６と、プラスチックブラッグ層１８４及び１８８のプラスチック材料との間の音響インピーダンス比が大きいため、音響ブラッグ反射器１８０は、ＤＳＢＡＲ１０６及びＤＳＢＡＲ１０８に対して非常に高い有効インピーダンスを示す。音響ブラッグ層１８０とＤＳＢＡＲ１０６及び１０８との間の音響インピーダンス比が大きいため、音響ブラッグ反射器１８０は、ＤＳＢＡＲ１０６と基板１０２の間を音響的に十分に分離することができ、ＦＢＡＲ１１０及び１２０のうちの一方の電極間に印加された入力電気信号に応じてそれらのＦＢＡＲを機械的に共振させ、また、ＦＢＡＲ１５０及び１６０のうちの一方の電極間に印加された入力電気信号に応じてそれらのＦＢＡＲを機械的に共振させることができる。各ＤＳＢＡＲにおいて、入力電気信号を受信する方のＦＢＡＲにおいて生成された音響エネルギーは、対応する音響減結合器１３０又は１７０を通して他方のＦＢＡＲに達する。その音響エネルギーを受信する方のＦＢＡＲは、その音響エネルギーの一部を電気出力信号に変換し、その電極間に出力する。音響エネルギーを受信する方のＦＢＡＲの電極間に出力される電気信号は、望ましくないスプリアスアーチファクトを実質的に持たないバンドパス周波数応答を有する。
【００７３】
図６Ｄは、ＤＳＢＡＲ１０６とＤＳＢＡＲ１０８を相互接続する電気回路、並びに、ＤＳＢＡＲ１０６及び１０８を外部電気回路（図示せず）に節夫ｚ句する電気回路の例を概略的に示している。電気回路１４１は、下側ＦＢＡＲ１１０及び１５０を逆並列に接続し、信号端子１４３及びグラウンド端子１４４に接続される。図６Ａ〜図６Ｃに示す実施形態において、端子パッド１３８は信号端子１４３として機能し、端子パッド１３２及び１７２はグラウンド端子１４４として機能する。この実施形態において、電気回路１４１（図６Ｄ）は、端子パッド１３２からＦＢＡＲ１０の電極１１２まで延びる電気トレース１３３、ＦＢＡＲ１１０の電極１１４から相互接続パッド１７６に電気的に接触する相互接続パッド１３６まで延びる電気トレース１３７、相互接続パッド１７６から信号パッド１３８まで延びる電気トレース１３９、相互接続パッド１７６からＦＢＡＲ１５０の電極１５２まで延びる電気トレース１７７、ＦＢＡＲ１５０の電極１５４から端子パッド７２まで延びる電気トレース１７３、及び、端子パッド１３２と１７２を相互接続する電気トレース１６７によって形成される。
【００７４】
図６Ｄに示す電気的概略図において、電気回路１４２は、上側ＦＢＡＲ１２０と１６０を直列に接続し、信号端子１４５及び１４６に接続され、任意選択で更にセンタータップ端子１４７にも接続される場合がある。図６Ａ〜図６Ｃに示す実施形態において、端子パッド１３４及び１７４は信号パッド１４５及び１４６として機能し、端子パッド１７８はセンタータップ端子１４７として機能する。この実施形態において、電気回路１４２は、端子パッド１３４からＦＢＡＲ１２０の電極１２４まで延びる電気トレース１３５、ＦＢＡＲ１２０の電極１２２からＦＢＡＲ１６０の電極１６２まで延びる電気とレース１７１、トレース１７１からセンタータップ１３７まで延びる電気トレース１７９、及び、ＦＢＡＲ１６０の電極１６４から端子パッド１７４まで延びる電気トレース１７５によって形成される。また、この図には、端子パッド１３４及び１７４の局部グラウンドとして機能する電気トレース１６９によって相互接続された端子パッド１６３及び端子パッド１６８も示されている。図示の例において、電気トレース１６９は更に、端子１７８まで延びる。他の例において、端子パッド１７８は浮いたままの状態にされる。
【００７５】
図６Ｄに示す電気接続によれば、一次側が平衡状態の４：１のインピーダンス変換比を有するＦＡＣＴ、又は、二次側が平衡状態の１：４のインピーダンス変換比を有するＦＡＣＴが形成される。代替として、下側ＦＢＡＲ間は並列、直列又は逆直列で相互接続することもでき、また、上側ＦＢＡＲ間は並列、逆並列又は逆直列で相互接続することもでき、その結果、下記の表１に示すような他のインピーダンス変換比が実現される。
【００７６】
【表１】
2007514341.tif 000003
【００７７】
表１において、行見出しは電気回路１４１の構成を示し、列見出しは電気回路１４２の構成を示す。ＢはＦＡＣＴが電気的に平衡していることを意味し、ＵはＦＡＣＴが比平衡であることを意味し、ＸはＦＡＣＴが機能しないことを意味する。表に示したインピーダンス変換比は、行見出しに示す電気回路１４１の構成と、列見出しに示す電気回路１４２の構成によって得られるインピーダンス変換比である。１：１のインピーダンス変換比を有する構成の場合、「低」は、ＦＡＣＴが並列な２つのＦＢＡＲのインピーダンスと同等の低インピーダンスであることを意味し、「高」は、ＦＡＣＴが直列な２つのＦＢＡＲのインピーダンスと同等の高インピーダンスであることを意味する。
【００７８】
代替実施形態（図示せず）として、音響ブラッグ反射器１８０の代わりに、図４を参照して上で説明した音響ブラッグ反射器に似た構造の音響ブラッグ反射器２８０を有する実施形態もある。そのような実施形態では、第２の金属ブラッグ層１８６と第２のプラスチックブラッグ層１８８は省略され、第１の金属ブラッグ層１８２と第１のプラスチックブラッグ層の順番が逆にされ、第１の金属ブラッグ層１８２は、基板側電極１１２及び１５２を画定するようにパターニングされ、リモート側電極１１４及び１５４は四分の一波長厚の金属の層に画定され、圧電素子１１６及び１５６の厚さは、ＦＢＡＲ１１０及び１５０全体の位相変化が３πラジアンになるように規定される。ＦＢＡＲ１２０及び１６０は、ＦＢＡＲ１１０及び１５０と同じ共振周波数になるような構造に形成される。
【００７９】
ウェーハスケールの製造を使用すれば、上で説明したＦＢＡＲデバイス１００、２００、３００又は４００に似た数千ものＦＢＡＲデバイスを一度に製造することができる。そのようなウェーハスケールの製造によれば、ＦＢＡＲデバイスの製造が安価になる。次に、図５Ａ及び図５Ｂを参照して上で説明したＦＢＡＲデバイスの一実施形態３００の製造に使用される製造方法の一例について、図７Ａ〜図７Ｋの平面図及び図７Ｌ〜図７Ｖの断面図を参照して説明する。別のマスクを使用することで、このプロセスは、ＦＢＡＲデバイス１００、２００及び４００の実施形態の製造にも使用することが可能である。ＦＢＡＲデバイス１００及び２００の実施形態の製造を省略する処理は、以下の説明から分かるであろう。これから製造方法を説明するＦＢＡＲデバイス３００の通過帯域の公称中心周波数は約１．９ＧＨｚである。他の周波数で動作させる実施形態も、同様の構造を有し、同様に製造されるが、以下に記載するものとは厚さ及び水平方向の寸法が異なる。以下に製造方法を説明するＦＢＡＲ３００の例は、図３Ｂを参照して上で説明した音響ブラッグ反射器１８０と似たような構造の音響ブラッグ反射器を有する。説明するプロセスに変更を加え、蒸着するブラッグ層の数を減らすことにより、図３Ｃ〜図３Ｆを参照して上で説明したような構造の音響ブラッグ反射器を製造することも可能である。
【００８０】
単結晶シリコンのウェーハを用意する。各ＦＢＡＲが製造されるウェーハの部分に、ＦＢＡＲデバイス３００の基板１０２に対応する基板が形成される。図７Ａ〜図７Ｋ及び図７Ｌ〜図７Ｖ並びに下記の説明は、ウェーハの一部におけるＦＢＡＲデバイス３００の製造を示すものである。ＦＢＡＲデバイス３００を製造する際に、残りのＦＢＡＲデバイスも同様にウェーハ上に製造される。
【００８１】
図７Ａ及び図７Ｌに示すように、基板１０２の表面に第１の金属層を蒸着及びパターニングし、第１の金属ブラッグ層１８２を形成する。
【００８２】
一実施形態において、後で蒸着方法を説明する第１のプラスチック材料の層及び第２のプラスチック材料の層はそれぞれ、厚さ約２００ｎｍ、すなわち、すなわち、ポリイミドにおける中心周波数波長の四分の一のポリイミドの層であった。第１のプラスチック層及び第２のプラスチック層はそれぞれ、第１の金属ブラッグ層１８２及び第２の金属ブラッグ層１８６にスピンコーティングされ、硬化され、層を形成する。各蒸着の後、ウェーハを約２５０℃の温度の空気中で焼き、更なる処理を実施する前に、最後に、約４１５℃の窒素雰囲気のような不活性雰囲気中で焼く。焼くことにより、ポリイミドの揮発成分は蒸発し、そのように揮発成分を蒸発させることで、次に蒸着される層のその後の処理における剥離を防止することができる。次に、各プラスチック層をパターニングし、各プラスチックブラッグ層を形成する。ポリイミドは、フォトリソグラフィによってパターニングされる。ポリイミドは感光性であるため、フォトレジストが必要ない。各プラスチックブラッグ層は、層の側部を基板１０２の側面から差し込めるようにパターニングされる。
【００８３】
他の実施形態において、第１のプラスチック層及び第２のプラスチック層のそれぞれを形成するように蒸着されるプラスチック材料は、ダイマー型前駆体のジパラキシレンから真空蒸着によって蒸着されるパリレンであった。音響減結合器１３０を形成する架橋ポリフェニレンポリマーの層のパターニングに対して、第１のプラスチック層及び第２のプラスチック層はそれぞれ、下記のようにして対応するプラスチックブラッグ層としてパターニングされる。
【００８４】
他の実施形態において、架橋ポリフェニレンポリマーの前駆体溶液をスピンコーティングすることにより、厚さ約１８７ｎｍ、すなわち、架橋ポリフェニレンポリマーにおける中心周波数波長の四分の一の厚さの第１のプラスチック層及び第２のプラスチック層を形成した。例えば、架橋ポリフェニレンポリマーの前駆体溶液は、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＣｏｍｐａｎｙからＳｉＬＫ    Ｊという登録商標で販売されているものであった。あるいは、この前駆体溶液は、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＣｏｍｐａｎｙからＳｉＬＫという登録商標で現在販売されている、又は将来販売されるであろう前駆体溶液のうちの任意の適当なものであってよい。一実施形態では、前駆体溶液をスピンコーティングする前に、接着促進剤を蒸着した。硬化させることにより、約２メガレーリーの音響インピーダンスを有する架橋ポリフェニレンポリマーが形成されるオリゴマーを含む前駆体溶液は、他のサプライヤから現在又は将来入手することができ、それらも同様に使用することができる。更なる処理を実施する前に、ウェーハを約３８５℃〜約４５０℃の真空雰囲気や窒素雰囲気のような不活性雰囲気中で焼いた。焼くことによって、最初に前駆体溶液から有機成分が除去され、上記のようにオリゴマーが交差結合され、架橋ポリフェニレンポリマーが形成される。第１のプラスチック層及び第２のプラスチック層はそれぞれ下記のようにパターニングされ、プラスチックブラッグ層が形成される。
【００８５】
上で説明し、図７Ｃ及び図７Ｎに示したように、第１のプラスチックブラッグ層１８４の表面に第２の金属層を蒸着し、パターニングして、第２の金属ブラッグ層１８６を形成する。
【００８６】
上で説明し、図７Ｄ及び図７Ｏに示したように、上記の第２のプラスチック材料の層を第２の金属ブラッグ層１８６の表面に蒸着し、パターニングして、第２のプラスチックブラッグ層１８８を形成する。第２のプラスチック材料の層を蒸着し、パターニングして、第２のプラスチックブラッグ層１８８を形成することにより、音響ブラッグ反射器１８０の製造は完了する。
【００８７】
端子パッド１３２、１３４及び１３８（図５Ａ）を基板１０２に蒸着された層の表面に配置するのではなく、基板１０２の表面に配置しなければならないという設計ルールがある製造環境では、上で蒸着方法を説明した各ブラッグ層の上記のパターニングにより、端子パッド１３２、１３４及び１３８の位置にウィンドウが形成される。これらのウィンドウは、基板１０２の表面へのアクセス手段として機能する。
【００８８】
図７Ｅ及び図７Ｐに示すように、第２のプラスチックブラッグ層１８８の表面に第３の金属層を蒸着し、パターニングして、電極１１２、端子パッド１３２、及び、電極１１２と端子パッド１３２の間に延びる電気トレース１３を形成する。
【００８９】
電極１１２は通常、ウェーハの主表面に対して平行な面において非対称な形を有する。Ｌａｒｓｏｎ  III他の米国特許第６，２１５，３７５号に記載されているように、非対称形によれば、電極１１２によって一部が形成されるＦＢＡＲ１１０（図４Ｂ）の横モードを最小限に抑えることができる。この文献は、参照により本明細書に援用される。
【００９０】
更に図５を参照すると、詳細を以下で説明するように、電極１１４は第４の金属層に形成され、電極１２２は第５の金属層に形成され、電極１２４は第６の金属層に形成される。これらの電極が形成される金属層は、ウェーハの主表面に対して平行な面において、ＦＢＡＲ１１０の電極１１２と電極１１４が同じ形、同じサイズ、同じ向き、及び、同じ位置になり、ＦＢＡＲ１２０の電極１２２と電極１２４が、同じ形、同じサイズ、同じ向き、及び、同じ位置になるようにパターニングされる。一般的には更に、電極１１４と電極１２２も、同じ形、同じサイズ、同じ向き、及び、同じ位置を有する。
【００９１】
一実施形態において、各金属層の材料はスパッタリングによって蒸着されるモリブデンであった。各金属層はドライエッチングによってパターニングされた。第３〜第６の金属層のそれぞれに形成される電極は、面積約１２，０００平方μｍ、厚さ約３００ｎｍの五角形であった。電極面積が他の面積であれば、別の特性インピーダンスが得られる。
【００９２】
第１〜第６の金属層の材料として、タングステン、ニオビウム、及び、チタニウムのような耐火性金属を代わりに使用してもよい。これらの金属層はそれぞれ、代替的に２以上の材料の層から構成されるものであってもよい。ＦＢＡＲデバイス３００の電極や金属ブラッグ層の材料を選択する際に考慮すべき要素は、電極や金属ブラッグ層の材料の音響特性である。すなわち、ＦＢＡＲデバイス３００の残りの金属部分の材料（複数の場合もあり）の音響特性は、導電性のような他の特性に比べてあまり重要でない。従って、ＦＢＡＲデバイス３００の残りの金属部分の材料（複数の場合もあり）は、電極や金属ブラッグ層の材料とは異なるものであってよい。
【００９３】
図７Ｆ及び図７Ｑに示すように、圧電材料の第１の圧電層１１７を蒸着し、パターニングして、圧電素子１１６を形成する。第１の圧電層１１７は、電極１１２に接続された端子パッド１３２を露出させるようにパターニングされる。
【００９４】
一実施形態において、以下で説明する第１の圧電層１１７及び第２の圧電層１２７を形成するように蒸着される圧電材料は、窒化アルミニウムであり、スパッタリングにより厚さ約１．４μｍに蒸着された。この圧電材料は、水酸化カリウムによるウェットエッチング、又は、塩素系ドライエッチングによってパターニングされた。圧電層１１７及び１２７の代替材料には、酸化亜鉛、硫化カドミウム、並びに、チタン酸ジルコン酸塩、メタニオブ酸鉛、及び、チタン酸バリウムなどのペロブスカイト型強誘電体材料のような分極強誘電体材料がある。
【００９５】
図７Ｇ及び図７Ｒに示すように、第４の金属層を蒸着及びパターニングし、電極１１４、端子パッド１３４、及び、電極１１４と端子パッド１３４の間に延びる電気とレース１３５を形成する。
【００９６】
次に、図７Ｈ及び図７Ｓに示すように、音響減結合材料の層を蒸着し、パターニングし、音響減結合器１３０を形成する。音響減結合器１３０は、少なくとも電極１１４を覆うようにパターニングされ、更に、端子パッド１３２及び１３４を露出させるようにパターニングされる。音響減結合層１３１は通常、プラスチック材料からなる第３の四分の一波長層である。ＦＢＡＲデバイス１００の製造では、この処理は省略される。
【００９７】
一実施形態において、音響減結合層１３１の音響減結合材料は、厚さ約２００ｎｍ、すなわち、ポリイミドにおける中心周波数の四分の一の厚さのポリイミドであった。ポリイミドはスピンコーティングによって蒸着され、フォトリソグラフィによってパターニングされた。ポリイミドは感光性であるため、フォトレジストが不要である。上記のように、音響減結合材料として他のプラスチック材料を使用することも可能である。音響減結合材料はスピンコーティング以外の方法で蒸着してもよい。
【００９８】
音響減結合材料がポリイミドである一実施形態において、ポリイミドを蒸着及びパターニングした後、上記のようにウェーハを焼き、ポリイミドの揮発成分を蒸発させることで、その後の処理においてそれらの揮発成分が蒸発し、次に蒸着される層が剥離することを防止することができる。
【００９９】
図７Ｉ及び図７Ｔに示すように、第５の金属層を蒸着及びパターニングし、電極１２２、及び、電極１２２から端子パッド１３４まで延びる電気トレース１３７を形成する。端子パッドは、トレース１３５によって電極１１４にも電気的に接続される。ＦＢＡＲデバイス１００の製造では、この処理は省略される。
【０１００】
圧電材料の第２の層１２７を蒸着及びパターニングし、圧電素子１２６を形成する。図７Ｊ及び図７Ｕに示すように、圧電層１２７は、端子パッド１３２及び１３４を露出させるようにパターニングされる。ＦＢＡＲデバイス１００の製造では、この処理は省略される。
【０１０１】
図７Ｋ及び図７Ｖに示すように、第６の金属層を蒸着及びパターニングし、電極１２４、端子パッド１３８、及び、電極１２４から端子パッド１３８まで延びる電気トレース１３９を形成する。ＦＢＡＲデバイス１００の製造では、この処理は省略される。
【０１０２】
端子パッド１３２、１３４及び１３８の露出面に、金の保護層を蒸着する。
【０１０３】
次に、ウェーハを、ＦＢＡＲデバイス３００を含む個々のＦＢＡＲデバイスに分割する。各ＦＢＡＲデバイスはパッケージに実装され、ＦＢＡＲデバイスの端子パッド１３２、１３４及び１３８と、そのパッケージの一部であるパッドとの間に、電気接続が形成される。
【０１０４】
上記のように、音響減結合器１３１の音響減結合材料の１つの代替音響減結合層は、交差ポリフェニレンポリマーである。図７Ｇ及び図７Ｒを参照して上で説明した様に第４の金属層をパターニングし、電極１１４を形成した後、図７Ｈ及び図７Ｔを参照して上で説明したものと同様のやり方で、架橋ポリフェニレンポリマーの前駆体溶液をスピンコーティングする。ただし、パターニングはしない。前駆体溶液の形成及びスピン速度は、架橋ポリフェニレンポリマーによって厚さ約１８７ｎｍの層が形成されるようなものを選択する。この厚さは、ＦＢＡＲデバイス３００の中心周波数に等しい周波数の音響信号の、架橋ポリフェニレンポリマー中における波長λｎの四分の一に対応する。次に、更なる処理を実施する前に、約３８５℃〜約４５０℃の真空雰囲気又は窒素雰囲気のような不活性雰囲気中でウェーハを焼く。焼くことによって、前駆体溶液から有機溶媒が除去され、上記のようにオリゴマーが交差結合され、架橋ポリフェニレンポリマーが形成される。
【０１０５】
次に、図７Ｉ及び図７Ｔを参照して上で説明したものと同様のやり方で、架橋ポリフェニレンポリマーの層の上に第５の金属層を蒸着し、図７Ｈに示す音響減結合層１３１のパターンと同様に最初にパターニングして、ハードマスクを形成する。このハードマスクは、後で音響減結合層を形成するための架橋ポリフェニレンポリマーの層のパターニングに使用される。最初にパターニングされる第５の金属層は、音響減結合層１３１と同じ大きさを有し、端子パッド１３２及び１３４を露出する。
【０１０６】
次に最初にパターニングされた第５の金属層をハードエッチマスクとして使用し、図７Ｈに示すように、架橋ポリフェニレンポリマーの層をパターニングする。架橋ポリフェニレンポリマーの層をパターニングすることにより、音響減結合層の大きさが決まる。音響減結合層は、端子パッド１３２及び１３４を露出する。このパターニングは、酸素プラズマエッチングによって実施される。
【０１０７】
次に、図７Ｉ及び図７Ｔに示すように第５の金属層をパターニングし、電極１２２、及び、電極１２２と端子パッド１３４の間に延びる電気トレース１３７を形成する。
【０１０８】
音響減結合器として架橋ポリフェニレンポリマーの層を有するＦＢＡＲデバイス３００の実施形態の製造は、図７Ｊ、７Ｋ、７Ｕ及び７Ｖを参照して上で説明した処理を実施することにより完了する。
【０１０９】
第１のプラスチックブラッグ層１８４及び第２のプラスチックブラッグ層１８８が架橋ポリフェニレンポリマー又はパリレンである実施形態において、それらのプラスチックブラッグ層は、同様のプロセスを使用してパターニングすることができる。第２の金属ブラッグ層１８６を形成するための第２の金属層を最初にパターニングして、第１のプラスチック層に第１のプラスチックブラッグ層１８４を形成し、電極１１２を形成するための第３の金属層を最初にパターニングして、第２のプラスチック層に第２のプラスチックブラッグ層１８８を形成する。
【０１１０】
音響ブラッグ反射器が２以上のプラスチックブラッグ層を持たない、ＦＢＡＲデバイス２００及び他のＦＢＡＲデバイスの製造では、第１のプラスチック層と第２のプラスチック層の蒸着順序が逆になる。第１の金属層を第１のプラスチック層に蒸着する前に、基板１２０の主表面に第１のプラスチック材料の層が蒸着される。次に、図７Ｅ及び図７Ｐを参照して上で説明したように、第１の金属層をパターニングし、電極１１２、端子パッド１３２、及び、電極１１２と端子パッド１３２の間に延びる電気トレース１３３を形成する。なお、第２の金属層及び第３の金属層の蒸着は省略される。金属層は、四分の一波長厚に対応する８００ｎｍの厚さに蒸着される。圧電層は、所望の共振周波数が得られるような厚さに蒸着される。
【０１１１】
図８Ａは、約１．７ＧＨｚ〜約２．１ＧＨｚの周波数範囲にわたる、第１のテスト構造の反射係数ベクトルを示すスミスチャートである。第１のテスト構造は、図３Ｄに示すＦＢＡＲデバイス１００の実施形態に似ている。ＦＢＡＲ１１０は、２つの４４０ｎｍ厚のモリブデン電極、及び、それらの電極間に配置された７６０ｎｍ厚の窒化アルミニウムの圧電素子から構成され、音響ブラッグ反射器１８３は、第１の金属ブラッグ層１８２としての４４０ｎｍ（約λｎ／８）厚のモリブデンの層、及び、第１のプラスチックブラッグ層１８４としての８００ｎｍ（約３λｎ／４）厚のポリイミドの層から構成された。このチャートは、ＦＢＡＲと基板との間の音響結合によって生じる複数のスプリアスアーチファクトを示している。
【０１１２】
図８Ｂは、上記周波数範囲にわたる第２のテスト構造の反射係数ベクトルを示すスミスチャートである。第２のテスト構造は、図３Ｅに示すＦＢＡＲデバイス３００の実施形態に似ている。ＦＢＡＲ１１０は、２つの２２０ｎｍ厚のモリブデン電極、及び、それらの電極間に配置された１．５μｍ厚の窒化アルミニウムの圧電素子から構成され、音響ブラッグ反射器１８５は、第１のプラスチックブラッグ層１８４としての２２０ｎｍ厚（約λｎ／４）のポリイミドの層、第１の金属ブラッグ層１８２としての２２５ｎｍ厚（約λｎ／１６）のモリブデンの層、及び、第２のプラスチックブラッグ層１８８としての２２０ｎｍ厚のポリイミドの層から構成された。このチャートにはスプリアスアーチファクトがほとんどなく、このチャートは、音響ブラッグ反射器１８５によれば、第１のブラッグ層１８２の厚さが四分の一波長厚よりも実質的に薄くても、十分な音響分離が可能であることを示している。
【０１１３】
本明細書では、幾つかの例示的実施形態を使用して、本発明を詳細に開示している。しかしながら、本発明は特許請求の範囲によって規定されるものであり、記載した実施形態に厳密に制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】従来技術によるＦＢＡＲが組み込まれたはしご型フィルタを示す概略図である。
【図２】従来技術によるＦＢＡＲの断面図である。
【図３Ａ】本発明によるＦＢＡＲデバイスの第１の実施形態を示す平面図である。
【図３Ｂ】図３Ａにおいてライン３Ｂ−３Ｂに沿って切断して見たときのＦＢＡＲデバイスの第１の実施形態を示す断面図である。
【図３Ｃ】図３Ａに示すＦＢＡＲデバイスの音響ブラッグ反射器の代替構造を示す断面図である。
【図３Ｄ】図３Ａに示すＦＢＡＲデバイスの音響ブラッグ反射器の代替構造を示す断面図である。
【図３Ｅ】図３Ａに示すＦＢＡＲデバイスの音響ブラッグ反射器の代替構造を示す断面図である。
【図３Ｆ】図３Ａに示すＦＢＡＲデバイスの音響ブラッグ反射器の代替構造を示す断面図である。
【図４】本発明によるＦＢＡＲデバイスの第２の実施形態を示す断面図である。
【図５Ａ】本発明によるＦＢＡＲデバイスの第３の実施形態を示す平面図である。
【図５Ｂ】図５Ａにおいてライン５Ｂ−５Ｂに沿って切断してみたときの、ＦＢＡＲデバイスの第３の実施形態を示す断面図である。
【図６Ａ】本発明によるＦＢＡＲデバイスの第４の実施形態を示す平面図である。
【図６Ｂ】図６Ａにおいてライン６Ｂ−６Ｂに沿って切断してみたときの、ＦＢＡＲデバイスの第４の実施形態を示す断面図である。
【図６Ｃ】図６Ａにおいてライン６Ｃ−６Ｃに沿って切断してみたときの、ＦＢＡＲデバイスの第４の実施形態を示す断面図である。
【図６Ｄ】本発明によるＦＢＡＲデバイスの第４の実施形態の電気回路を示す概略図である。
【図７Ａ】本発明によるＦＢＡＲデバイスの一実施形態を作成するプロセスを示す平面図である。
【図７Ｂ】本発明によるＦＢＡＲデバイスの一実施形態を作成するプロセスを示す平面図である。
【図７Ｃ】本発明によるＦＢＡＲデバイスの一実施形態を作成するプロセスを示す平面図である。
【図７Ｄ】本発明によるＦＢＡＲデバイスの一実施形態を作成するプロセスを示す平面図である。
【図７Ｅ】本発明によるＦＢＡＲデバイスの一実施形態を作成するプロセスを示す平面図である。
【図７Ｆ】本発明によるＦＢＡＲデバイスの一実施形態を作成するプロセスを示す平面図である。
【図７Ｇ】本発明によるＦＢＡＲデバイスの一実施形態を作成するプロセスを示す平面図である。
【図７Ｈ】本発明によるＦＢＡＲデバイスの一実施形態を作成するプロセスを示す平面図である。
【図７Ｉ】本発明によるＦＢＡＲデバイスの一実施形態を作成するプロセスを示す平面図である。
【図７Ｊ】本発明によるＦＢＡＲデバイスの一実施形態を作成するプロセスを示す平面図である。
【図７Ｋ】本発明によるＦＢＡＲデバイスの一実施形態を作成するプロセスを示す平面図である。
【図７Ｌ】図Ａにおいてライン７Ｌ−７Ｌに沿って切断してみたときの断面図である。
【図７Ｍ】図Ｂにおいてライン７Ｍ−７Ｍに沿って切断してみたときの断面図である。
【図７Ｎ】図Ｃにおいてライン７Ｎ−７Ｎに沿って切断してみたときの断面図である。
【図７Ｏ】図Ｄにおいてライン７Ｏ−７Ｏに沿って切断してみたときの断面図である。
【図７Ｐ】図Ｅにおいてライン７Ｐ−７Ｐに沿って切断してみたときの断面図である。
【図７Ｑ】図Ｆにおいてライン７Ｑ−７Ｑに沿って切断してみたときの断面図である。
【図７Ｒ】図Ｇにおいてライン７Ｒ−７Ｒに沿って切断してみたときの断面図である。
【図７Ｓ】図Ｈにおいてライン７Ｓ−７Ｓに沿って切断してみたときの断面図である。
【図７Ｔ】図Ｉにおいてライン７Ｔ−７Ｔに沿って切断してみたときの断面図である。
【図７Ｕ】図Ｊにおいてライン７Ｕ−７Ｕに沿って切断してみたときの断面図である。
【図７Ｖ】図Ｋにおいてライン７Ｖ−７Ｖに沿って切断してみたときの断面図である。
【図８Ａ】約１．７ＧＨｚ〜約２．１ＧＨｚの周波数範囲にわたって本発明を実現する第１のテスト構造の反射係数ベクトルを示すスミスチャートである。
【図８Ｂ】約１．７ＧＨｚ〜約２．１ＧＨｚの周波数範囲にわたって本発明を実現する第２のテスト構造の反射係数ベクトルを示すスミスチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図７Ｈ】
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【図７Ｉ】
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【図７Ｊ】
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【図７Ｋ】
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【図７Ｌ】
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【図７Ｍ】
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【図７Ｎ】
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【図７Ｏ】
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【図７Ｐ】
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【図７Ｑ】
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【図７Ｒ】
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【図７Ｓ】
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【図７Ｔ】
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【図７Ｕ】
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【図７Ｖ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【国際調査報告】
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