(57)【要約】  本発明は薄膜バルク音響波共振器ならびにその製造方法を提供し、薄膜バルク音響波共振器の製造方法は、第１の基板に第１の電極層、圧電材料層、および第２の電極層を順次形成し、第２の電極層に支持層を形成し、前記支持層に上部の開口したキャビティを形成し、第２の基板と支持層を結合させ、第１の基板を除去し、第１の電極層、圧電材料層、および第２の電極層をパターニングし、第１の電極、圧電層、および第２の電極を形成することを含む。本発明は支持層をエッチングするプロセスと結合プロセスにより薄膜バルク音響波フィルタのキャビティ構造を実現でき、したがって、ＣＭＰプロセスを起因とした異なる媒体間の小さな起伏による圧電層の均一性への影響を避け、同時に、犠牲層の不完全な希釈による薄膜バルク音響波共振器のパフォーマンスへの影響を避ける。【選択図】図３Ｋ
2021536160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板を提供し、前記第１の基板に第１の電極層、圧電材料層、および第２の電極層を順次形成することと、
上部で開口するキャビティが貫通して形成される支持層を、前記第２の電極層に形成することと、
第２の基板を提供し、前記第２の基板と前記支持層とを結合させることと、
前記第１の基板を除去することと、
前記第１の電極層、圧電材料層、および第２の電極層をパターニングすることにより、第１の電極、圧電層、および第２の電極を形成することと、を含む、
ことを特徴とする薄膜バルク音響波共振器の製造方法。
【請求項２】
前記第１の電極層を形成する前に、
前記第１の基板に放出層を形成することをさらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜バルク音響波共振器の製造方法。
【請求項３】
前記第２の電極層を形成してから前記支持層を形成する前に、
前記第２の電極層にエッチング停止層を形成することをさらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜バルク音響波共振器の製造方法。
【請求項４】
前記第１の電極層、圧電材料層、および第２の電極層をパターニングすることにより、第１の電極、圧電層、および第２の電極を形成した後、
前記第１の電極、前記圧電層、および前記第２の電極を覆う鈍化層をさらに形成することを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜バルク音響波共振器の製造方法。
【請求項５】
前記第２の基板と前記支持層との結合は、ホットプレス結合またはドライフィルム接着によって行われる、
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜バルク音響波共振器の製造方法。
【請求項６】
前記放出層の材料は、誘電性材料、光硬化性接着剤、ホットメルト接着剤、またはレーザー離型材料を含む、
ことを特徴とする請求項２に記載の薄膜バルク音響波共振器の製造方法。
【請求項７】
前記放出層の材料が誘電性材料である場合、薄化プロセスで前記誘電性材料と前記第１の基板を除去し、
前記放出層の材料が光硬化性接着剤である場合、化学試薬で前記光硬化性接着剤を除去することにより前記第１の基板を除去し、
前記放出層の材料がホットメルト接着剤である場合、熱放出プロセスで前記ホットメルト接着剤の接着性を除去することにより前記第１の基板を除去し、
前記放出層の材料がレーザー離型材料である場合、レーザーで前記放出層をエッチングすることにより前記第１の基板を剥離させる、
ことを特徴とする請求項６に記載の薄膜バルク音響波共振器の製造方法。
【請求項８】
第２の基板と、
キャビティが貫通して形成されるように前記第２の基板に結合された支持層と、
前記支持層に順次設けられる第２の電極、圧電層および第１の電極と、を含む、
ことを特徴とする薄膜バルク音響波共振器。
【請求項９】
前記支持層は、ホットプレス結合またはドライフィルム接着によって前記第２の基板に結合される、
ことを特徴とする請求項８に記載の薄膜バルク音響波共振器。
【請求項１０】
前記第２の基板とホットプレス結合される前記支持層の面には、結合層が設けられる、
ことを特徴とする請求項９に記載の薄膜バルク音響波共振器。
【請求項１１】
前記支持層とドライフィルム接着される前記第２の基板の面には、ドライフィルム層が設けられる、
ことを特徴とする請求項９に記載の薄膜バルク音響波共振器。
【請求項１２】
前記第２の電極と前記支持層との間には、エッチング停止層が設けられる、
ことを特徴とする請求項８に記載の薄膜バルク音響波共振器。
【請求項１３】
前記第１の電極、前記圧電層、および前記第２の電極を覆う鈍化層をさらに含む、
ことを特徴とする請求項８に記載の薄膜バルク音響波共振器。
【請求項１４】
前記キャビティの外側に位置するとともに、それぞれ前記第１の電極及び前記第２の電極に電気的に接続される少なくとも２つのパッドをさらに含む、
ことを特徴とする請求項８に記載の薄膜バルク音響波共振器。
【請求項１５】
前記支持層の厚さは０．５〜３μｍである、
ことを特徴とする請求項８に記載の薄膜バルク音響波共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造の分野、特に薄膜バルク音響波共振器ならびにその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話で使用されるような無線周波数（下記は、「ＲＦ」と略す）通信では、無線周波数フィルタを使用する必要がある。各無線周波数フィルタは、必要な周波数を通過させ、他のすべての周波数を制限できる。モバイル通信技術の発展に伴い、モバイルデータの送信量も急増している。そのため、周波数資源が限られ、モバイル通信機器をなるべく少なく使用できるようという前提に、無線基地局、マイクロ基地局、リピーターなどの無線送信出力装置の送信出力を増加させることが考慮すべき課題となり、モバイル通信機器のフロントエンド回路におけるフィルタの出力へ要求も高まっている。
【０００３】
現在、無線基地局などの装置では高出力フィルタは主にキャビティフィルタであり、その出力は数百ワットに達することができるが、そのようなフィルタのサイズは大きすぎる。一部の装置では誘電体フィルタが使用され、その平均出力は５ワットを超えることができるが、そのフィルタのサイズも大きすぎる。サイズが大きいため、これら２種類のフィルタをＲＦフロントエンドチップには統合することはできない。
【０００４】
ＭＥＭＳ技術がますます成熟するにつれて、バルク音響波共振器で構成されるフィルタは、上記の２種類のフィルタの欠陥を十分に解消できる。薄膜バルク音響波共振器（Ｆｉｌｍ  Ｂｕｌｋ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ、ＦＢＡＲ）には、動作周波数高く、挿入損失小さく、Ｑ値高く、耐久力高く、体積小さいなど、多くのメリットがあり、通信やレーダーなどのような電子システムのＲＦトランシーバーフロントエンドによる高周波数・小型化ＲＦフィルタへの緊迫な需要に満たすことができ、市場のホットスポットになっている。
【０００５】
薄膜バルク音響波共振器のコア構造は、上電極−圧電フィルム層ー下電極からなる積層構造（「サンドイッチ」構造）であり、その動作原理は、圧電フィルム層の逆圧電効果を利用して電気エネルギーを機械エネルギーに変換し、機械的振動がフィルム内で音波を励起して送信し、最終的に圧電効果によって音声信号を電気信号に変換して出力することである。共振器にとって最も重要なものは、圧電フィルム層の圧電パフォーマンスを確保するとともに、音波のエネルギーを圧電フィルム層に閉じ込めることです。したがって、薄膜バルク音響波共振器における下部電極の上部電極に面する領域の下方にキャビティが設定される。
【０００６】
薄膜バルク音響波共振器は堆積法により基板材料に製造することができ、上電極―圧電フィルム層―下電極からなる積層構造を形成した後、該積層構造の下方にキャビティを形成する必要があるので、薄膜バルク音響波共振器の製造は困難である。従来技術には前述課題を解決するための解決策が提案されている。図１Ａ〜１Ｅに示されるように、まず、図１Ａに示されるように、基板１００にトレンチ１１０’が形成される。そして、図１Ｂに示すように、前記トレンチ１１０’に犠牲層材料が充填され、基板１００および犠牲層材料の表面は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）プロセスによって平坦化されて犠牲層１０１が形成される。その後、図１Ｃに示されるように、平坦化された基板１００および犠牲層１０１の表面に第１の電極１０２、圧電フィルム層１０３、および第２の電極１０４が、順次堆積される。次に、図１Ｄに示されるように、圧電フィルム層１０３および第２の電極１０４がパターニングされ、犠牲層１０１の上に圧電フィルム層１０３および第２の電極１０４のみが残される。そして、図１Ｄに示されるように、犠牲層１０１の上であり圧電フィルム層１０３及び第２の電極１０４で覆われていない第１の電極１０２にいくつかの貫通穴１２０が設けられる。最後に、図１Ｅに示されるように、形成された前記デバイスが化学試薬に投入され、化学試薬が貫通穴１２０を通過して犠牲層材料１２０がエッチングし除去され、犠牲層１０１が放出されてキャビティ１１０が形成され、それにより、薄膜バルク音響波共振器の浮遊配置を実現する。
【０００７】
しかしながら、上記の方法には依然として多くの欠点がある。例えば、この方法が基板１００および犠牲材料に対して化学的機械的研磨（ＣＭＰ）プロセスを施す場合、研磨速度の違いにより、犠牲層１０１領域に小さな窪みが形成され、その後の圧電層１０３の成長均一性に影響を与え、それが最終的に薄膜バルク音響波共振器のパフォーマンスに影響を与える。さらに、この方法は犠牲層１０１の製造を必要とし、犠牲層１０１の放出プロセスでは薄膜バルク音響波共振器の関連フィルムに亀裂を生じさせる可能性が非常に高い。さらに、犠牲層１０１がきれいに放出きれず不純物が残っていては、薄膜バルク音響波共振器のＱ値を大幅に低下させ、薄膜バルク音響波共振器の品質に影響を与える。
【発明の概要】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、犠牲層製造過程におけるＣＭＰプロセス及び犠牲層の不完全な放出による、薄膜バルク音響波共振器への影響を効果的に避けられる薄膜バルク音響波共振器ならびにその製造方法を提供する。
【０００９】
本発明によれば、第１の基板を提供し、前記第１の基板に第１の電極層、圧電材料層、および第２の電極層を順次形成することと、
上部で開口するキャビティが貫通して形成される支持層を、前記第２の電極層に形成することと、
第２の基板を提供し、前記第２の基板と前記支持層とを結合させることと、
前記第１の基板を除去することと、
前記第１の電極層、圧電材料層、および第２の電極層をパターニングすることにより、第１の電極、圧電層、および第２の電極を形成することと、を含む薄膜バルク音響波共振器の製造方法が提供される。
【００１０】
好ましくは、前記第１の電極層を形成する前に、さらに、前記第１の基板に放出層を形成することを含む。
【００１１】
好ましくは、前記第２の電極層を形成してから前記支持層を形成する前に、さらに、前記第２の電極層にエッチング停止層を形成することを含む。
【００１２】
好ましくは、前記第１の電極層、圧電材料層、および第２の電極層をパターニングすることにより、第１の電極、圧電層、および第２の電極を形成した後、さらに、前記第１の電極、前記圧電層、および前記第２の電極を覆う鈍化層を形成することを含む。
【００１３】
好ましくは、前記第２の基板と前記支持層との結合は、ホットプレス結合またはドライフィルム接合によって行われる。
【００１４】
好ましくは、前記第１の基板を除去するための方法は、薄化プロセス、熱放出プロセス、および剥離プロセスのうちの１つを含む。
【００１５】
好ましくは、前記放出層の材料は、誘電性材料、光硬化性接着剤、ホットメルト接着剤、またはレーザー離型材料を含む。
【００１６】
好ましくは、前記放出層の材料が誘電性材料である場合、薄化プロセスで前記誘電性材料と前記第１の基板を除去し、前記放出層の材料が光硬化性接着剤である場合、化学試薬で前記光硬化性接着剤を除去することにより、前記第１の基板を除去し、前記放出層の材料がホットメルト接着剤である場合、熱放出プロセスで前記ホットメルト接着剤の接着性を除去することにより、前記第１の基板を除去し、前記放出層の材料がレーザー離型材料である場合、レーザーで前記放出層をエッチングすることにより、前記第１の基板を剥離させる。
【００１７】
また、本発明によれば、キャビティが貫通して形成されるように前記第２の基板に結合された支持層と、
前記支持層に順次設けられる第２の電極、圧電層および第１の電極と、を含む薄膜バルク音響波共振器が提供される。
【００１８】
好ましくは、前記支持層は、ホットプレス結合またはドライフィルム接合によって前記第２の基板に結合される。
【００１９】
好ましくは、前記第２の基板とホットプレス結合される前記支持層の面には、結合層が設けられる。
【００２０】
好ましくは、前記支持層とドライフィルム接合される前記第２の基板の面には、ドライフィルム層が設けられる。
【００２１】
好ましくは、前記第２の電極と前記支持層との間には、エッチング停止層が設けられる。
【００２２】
好ましくは、前記薄膜バルク音響波共振器は、さらに、前記第１の電極、前記圧電層、および前記第２の電極を覆う鈍化層を含む。
【００２３】
好ましくは、前記薄膜バルク音響波共振器は、前記キャビティの外側に位置するとともに、それぞれ前記第１の電極及び前記第２の電極に電気的に接続される少なくとも２つのパッドをさらに含む。
【００２４】
好ましくは、前記支持層の厚さは０．５〜３μｍである。
【００２５】
総じて、本発明は薄膜バルク音響波共振器の製造方法を提供し、当該製造方法は、第１の基板に第１の電極層、圧電材料層、および第２の電極層を順次形成し、前記第２の電極層に支持層を形成し、前記支持層に上部の開口したキャビティを形成し、第２の基板と前記支持層を結合させ、第１の基板を除去し、前記第１の電極層、前記圧電材料層、および前記第２の電極層をパターニングし、第１の電極、圧電層、および第２の電極を形成することを含む。本発明は結合プロセスにより薄膜バルク音響波フィルタのキャビティ構造を実現でき、したがって、ＣＭＰプロセスを起因とした異なる媒体間の小さな起伏による圧電層の均一性への影響を避け、同時に、犠牲層の不完全な希釈による薄膜バルク音響波共振器のパフォーマンスへの影響を避ける。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
本発明の実施形態または従来技術における技術方案をより明確に説明するために、以下に、実施形態または従来技術の説明に使用される必要な図面を簡単に紹介する。言うまでもなく、以下の図面は、本発明のいくつかの実施形態に過ぎなく、当業者にとって、他の図面は、創造的な作業なしに、これらの図面に基づいて得ることができる。
【００２７】
【図１Ａ】薄膜バルク音響波共振器の製造方法に対応する各工程の構造概略図である。
【図１Ｂ】薄膜バルク音響波共振器の製造方法に対応する各工程の構造概略図である。
【図１Ｃ】薄膜バルク音響波共振器の製造方法に対応する各工程の構造概略図である。
【図１Ｄ】薄膜バルク音響波共振器の製造方法に対応する各工程の構造概略図である。
【図１Ｅ】薄膜バルク音響波共振器の製造方法に対応する各工程の構造概略図である。
【図２】本発明の実施形態によって提供される薄膜バルク音響波共振器を製造するための方法の概略フローチャートである。
【図３Ａ】本発明の実施形態によって提供される薄膜バルク音響波共振器の製造方法に対応する各工程の構造概略図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態によって提供される薄膜バルク音響波共振器の製造方法に対応する各工程の構造概略図である。
【図３Ｃ】本発明の実施形態によって提供される薄膜バルク音響波共振器の製造方法に対応する各工程の構造概略図である。
【図３Ｄ】本発明の実施形態によって提供される薄膜バルク音響波共振器の製造方法に対応する各工程の構造概略図である。
【図３Ｅ】本発明の実施形態によって提供される薄膜バルク音響波共振器の製造方法に対応する各工程の構造概略図である。
【図３Ｆ】本発明の実施形態によって提供される薄膜バルク音響波共振器の製造方法に対応する各工程の構造概略図である。
【図３Ｇ】本発明の実施形態によって提供される薄膜バルク音響波共振器の製造方法に対応する各工程の構造概略図である。
【図３Ｈ】本発明の実施形態によって提供される薄膜バルク音響波共振器の製造方法に対応する各工程の構造概略図である。
【図３Ｉ】本発明の実施形態によって提供される薄膜バルク音響波共振器の製造方法に対応する各工程の構造概略図である。
【図３Ｊ】本発明の実施形態によって提供される薄膜バルク音響波共振器の製造方法に対応する各工程の構造概略図である。
【図３Ｋ】本発明の実施形態によって提供される薄膜バルク音響波共振器の製造方法に対応する各工程の構造概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の薄膜バルク音響波共振器および薄膜バルク音響波共振器の製造方法を、添付の図面と具体的実施例を参照してさらに詳細に説明する。以下の説明および図面によれば、本発明の利点および特徴はより明確になるであろうが、本発明の技術方案は、多くの異なる形態で実施することができ、本明細書に記載の特定の実施例に限定されないことに留意されたい。図面は、非常に簡略化された形式であり、すべて精確でない比例を使用し、本発明の実施例を容易かつ明瞭に補助して説明するためのみに使用される。
【００２９】
明細書および特許請求の範囲における「第１」、「第２」などの用語は、類似の要素を区別するために使用され、必ずしも特定の順序または時系列を説明するために使用されるわけではない。適切な状況で、そのように使用されるこれらの用語は、例えば、本明細書に記載または示された以外の順序で本明細書に記載の本発明の実施形態を実施できるように置き換えることができることを理解されたい。同様に、本明細書に記載の方法が一連の工程を含み、本明細書に記載のこれらの工程の順序が必ずしもこれらの工程を実行できる唯一の順序ではなく、記載された工程のいくつかが省略され得るおよび／または本明細書に記載されない他の工程も方法に追加できる。特定の図面の部材が他の図面の部材と同じである場合、これらの部材はすべての図面で簡単に識別できるが、図面の説明を明確にするために、同じ部材の符号をすべて各図に示されるわけではない。
【００３０】
図２は、本実施形態によって提供される薄膜バルク音響波共振器を製造するための方法のフローチャートである。図２に示されるように、本実施形態に提供される薄膜バルク音響波共振器の製造方法は、以下の工程を含む：
Ｓ０１：第１の基板を提供し、前記第１の基板に第１の電極層、圧電材料層、及び第２の電極層を順次形成し；
Ｓ０２：前記第２の電極層に支持層を形成し、前記支持層に上部の開口したキャビティを形成し、前記キャビティが前記支持層を貫通し；
Ｓ０３：第２の基板を提供し、前記第２の基板と前記支持層とを結合させ；
Ｓ０４：前記第１の基板を除去し、及び、
Ｓ０５：前記第１の電極層、前記圧電材料層、および前記第２の電極層をパターニングし、第１の電極、圧電層、および第２の電極を形成する。
【００３１】
図３Ａ〜図３Ｋは、本実施形態によって提供される薄膜バルク音響波共振器の製造方法に対応する各工程の構造概略図である。以下、図２を参照し図３Ａ〜３Ｋに基づき本実施形態に提供される薄膜バルク音響波共振器の製造方法を詳細に説明する。
【００３２】
まず、図３Ａに示されるように、第１の基板２００が提供される。前記第１の基板２００は、当業者に知られている任意の適切な基板であってよく、例えば、以下に記載の材料の少なくとも１つである：シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、シリコンカーボン（ＳｉＣ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅＣ）、インジウムヒ素（ＩｎＡｓ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウムリン（ＩｎＰ）または他のＩＩＩ／Ｖ複合半導体（これらの半導体で構成される多層構造なども含まれる）；またはシリコンオンインシュレーター（ＳＯＩ）、積層シリコンオンインシュレーター（ＳＳＯＩ）、積層シリコンゲルマニウムオンインシュレーター（Ｓ−ＳｉＧｅＯＩ）、シリコンゲルマニウムオンインシュレーター（ＳｉＧｅＯＩ）およびゲルマニウムオンインシュレーター（ＧｅＯＩ）；または両面研磨ウェーハ（Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓｉｄｅ  Ｐｏｌｉｓｈｅｄ  Ｗａｆｅｒｓ，ＤＳＰ）；アルミナなどのセラミック基板、石英またはガラス基板など。
【００３３】
好ましくは、図３Ｂに示されるように、放出層２０１が前記第１の基板２００に形成され、前記放出層２０１は、その後形成される薄膜バルク音響波共振器の圧電積層構造による第１の基板２００への影響を避けられる。同時に、その後の第１の基板２００の除去プロセスにおいて、放出層２０１をエッチングして、前記第１の基板２００をその後に形成される圧電積層構造から分離させることができ、前記第１の基板２００の迅速除去に有利であるため、プロセス効率が改善される。前記放出層の材料には、誘電性材料、光硬化性接着剤、ホットメルト接着剤、またはレーザー離型材料が含まれる。例えば、前記放出層２０１の材料は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）であってよく、化学蒸着、マグネトロンスパッタリングまたは蒸着などの方式によって形成することができる。この実施形態では、前記第１の基板２００はシリコンウェーハであり、前記放出層２０１の材料は二酸化シリコン（ＳｉＯ2）である。
【００３４】
次に、図３Ｃに示すように、圧電積層構造が前記放出層２０１に形成され、前記圧電積層構造は、前記第１の電極層２０２’、圧電材料層２０３’、および第２の電極層２０４を含む。ここで、前記圧電材料層２０３’は、前記第１の電極層２０２’と前記第２の電極層２０４’との間に位置し、また、前記第１の電極層２０２’と前記第２の電極層２０４’とは対向して配置される。第１の電極層２０２’は、無線周波数（ＲＦ）信号などの電気信号を受信または発信する入力電極または出力電極として使用することができる。例えば、第２の電極層２０４’が入力電極として使用される場合、第１の電極層２０２’は出力電極として使用されることができ、また、第２の電極層２０４’が出力電極として使用される場合、第１の電極層２０２’は入力電極として使用されることができる。圧電材料層２０３’は、第１の電極層２０２’または第２の電極層２０４  ’を介して入力された電気信号をバルク音響波に変換する。例えば、圧電材料層２０３’は、物理的振動を通じて電気信号をバルク音響波に変換する。
【００３５】
前記第１の電極層２０２’と前記第２の電極層２０４’は、当分野で周知した任意の適切な導電性材料または半導体材料を使用することができ、ここの導電性材料は、導電性を有する金属材料であってよい。例えば、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、プラチナ（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、レニウム（Ｒｅ）、パラジウム（Ｐｄ）およびその他の金属うちの１つまたは上述金属からなる積層体でできている。前記半導体材料は、たとえば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅＣなどである。第１の電極層２０２’および第２の電極層２０４’は、マグネトロンスパッタリング、蒸着などの物理的蒸着法または化学的蒸着法によって形成されることができる。前記圧電材料層２０３’は、圧電共振層または圧電共振部分と呼ばれることもある。前記圧電材料層２０３’の材料は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、石英（Ｑｕａｒｔｚ）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ3）または、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）などのようなウルツ鉱型結晶構造を有する圧電材料とそれらの組み合わせを使用できる。圧電材料層２０３’が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む場合、圧電材料層２０３’は希土類金属をさらに含むことができ、当該希土類金属は例えば、スカンジウム（Ｓｃ）、エルビウム（Ｅｒ）、イットリウム（Ｙ）およびランタン（Ｌａ）のうちの少なくとも１つである。さらに、圧電材料層２０３’が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む場合、圧電材料層２０３’は遷移金属をさらに含むことができ、当該遷移金属は例えば、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）、およびハフニウム（Ｈｆ）のうちの少なくとも１つである。圧電材料層２０３’は、化学的蒸着、物理的蒸着、または原子層堆積などの当業者に知られている任意の適切な方法によって堆積することができる。好ましくは、この実施形態では、前記第１の電極層２０２’および第２の電極層２０４’は金属モリブデン（Ｍｏ）ででき、前記圧電材料層２０３’は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）でできている。
【００３６】
前記第１の電極層２０２’、圧電材料層２０３’および第２の電極層２０４’の形状は、同じでも同じでなくてもよく、そして、第１の電極層２０２’、圧電材料層２０３’および第２の電極層２０４’の面積は同じでも同じでなくてもよい。この実施形態では、前記第１の電極層２０２’、圧電材料層２０３’、および第２の電極層２０４’は形状も面積も同じで、前記第１の電極層２０２’、圧電材料層２０３’および第２の電極層２０４’はいずれも多角形で、例えば、正方形である。
【００３７】
第１の電極層２０２’を形成する前に、前記放出層２０１にシード層（図３Ｃには示されていない）を形成することができ、前記シード層が前記放出層２０１と前記第１の電極層２０２’の間に形成され、前記シード層は、その後形成される第１の電極層２０２’（圧電材料層２０３’および第２の電極層２０４’）の結晶配向に対し配向性を有し、その後形成される圧電積層構造が特定の結晶配向に沿って成長でき、圧電層の均一性が保証されることになる。前記シード層の材料は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）とすることができるが、シード層は、ＡｌＮに加えて、六方最密充填（ＨＣＰ）構造を持つ金属または誘電性材料で形成することもできる。例えば、前記シード層は金属チタン（Ｔｉ）で形成されることもできる。
【００３８】
次に、工程Ｓ０２を実施する。図３Ｄに示すように、前記第２の電極層２０４’に支持層２０６を形成し、前記支持層２０６に上部の開いたキャビティ２１０を形成し、前記キャビティ２１０は前記支持層２０６を貫通する。具体的には、まず、化学的堆積法により支持層２０６を形成することができる。前記支持層２０６の材料は、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、および窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のうちの一種類または複数種類の組み合わせである。この実施形態では、前記支持層２０６の材料は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）である。次に、エッチングプロセスにより前記支持層２０６をエッチングして開口部２１０’を形成し、前記第２の電極層２０４’の一部を露出させる。当該エッチングプロセスは、湿式エッチングまたは乾式エッチングプロセスであってよい。好ましくは、乾式エッチングプロセスが使用される。乾式エッチングには、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、イオンビームエッチング、プラズマエッチング、またはレーザー切断が含まれるが、これらに限られるものではない。開口部２１０’の深さおよび形状は、製造される薄膜バルク音響波共振器に必要なキャビティの深さおよび形状に依存する。前記薄膜バルク音響波共振器のキャビティの厚さは、共振周波数に関係するので、薄膜バルク音響波共振器に必要な共振周波数に基づき、前記開口部２１０’の深さ、すなわち、支持層２０６の厚さを設定することができる。例示的に、前記開口部２１０’の深さは、０．５μｍから３μｍで、例えば、１μｍまたは２μｍまたは３μｍである。前記開口部２１０’の底面の形状は、長方形または五角形、六角形、八角形などの長方形以外の多角形であってよく、円形または楕円形であってよい。開口部２１０’の側壁は、傾斜しても垂直であってもよい。この実施形態では、開口部２１０’の底面は長方形であり、側壁と底面とは鈍角を形成する（開口部２１０’の縦断面（基板の厚さ方向に沿った断面）の形状は逆台形である）。本発明の他の実施形態において、開口部２１０’の縦断面の形状は所謂「上広下狭」形状の球形キャップであり、すなわち、その縦断面はＵ字形である。
【００３９】
この実施形態では、前記支持層２０６を形成する前に、前記第２の電極層２０４’上にさらにエッチング停止層２０５を形成する。前記エッチング停止層２０５の材料は、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）および酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）を含むが、これに限られるものではない。前記エッチング停止層２０５は、後で形成される支持層２０６よりも低いエッチング速度を有するので、その後前記支持層２０６をエッチングし開口部を形成する際に、オーバーエッチングを防ぐことができ、その下に位置する第２の電極層２０４’を表面損傷から保護することができる。
【００４０】
次に、図３Ｆに示されるように、工程Ｓ０３を実施し、第２の基板３００を提供し、前記第２の基板３００と前記支持層２０６とを結合させ、前記第２の基板３００と第２の電極２０４とは、前記支持層２０６の開口部２１０’にキャビティ２１０を形成する。前記第２の基板３００は、当業者に知られている任意の適切な基板であってよく、例えば、以下に記載の材料の少なくとも１つである：シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、シリコンカーボン（ＳｉＣ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅＣ）、インジウムヒ素（ＩｎＡｓ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウムリン（ＩｎＰ）または他のＩＩＩ／Ｖ複合半導体（これらの半導体で構成される多層構造なども含まれる）；またはシリコンオンインシュレーター（ＳＯＩ）、積層シリコンオンインシュレーター（ＳＳＯＩ）、積層シリコンゲルマニウムオンインシュレーター（Ｓ−ＳｉＧｅＯＩ）、シリコンゲルマニウムオンインシュレーター（ＳｉＧｅＯＩ）およびゲルマニウムオンインシュレーター（ＧｅＯＩ）；または両面研磨ウェーハ（Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓｉｄｅ  Ｐｏｌｉｓｈｅｄ  Ｗａｆｅｒｓ，ＤＳＰ）；アルミナなどのセラミック基板、石英またはガラス基板など。前記第２の基板３００と前記支持層２０６との結合は、ホットプレス結合によって実現することができる。前記支持層２０６と前記第２の基板３００との結合能力を高めるために、前記支持層２０６のホットプレス結合が行われる面に結合層が形成され、前記結合層は、例えば、二酸化ケイ素層であってよい。本発明の他の実施形態では、他の結合方法で結合することができる。例えば、ドライフィルム接合により第２の基板３００と前記支持層２０６とを一体に結合させる。例えば、前記第２の基板３００のドライフィルム接合の行われる面にドライフィルム層を形成し、ドライフィルムにより前記第２の基板３００と前記支持層２０６とを一体に結合させる。結合工程が完了した後、結合後の上記薄膜バルク音響波共振器を裏返して、図３Ｇに示す構造を得られる。
【００４１】
次に、図３Ｈに示すように、工程Ｓ０４を実行して、前記第１の基板２００を除去する。前記第１の基板２００は、薄化プロセス、熱放出プロセス、および剥離プロセスによって除去することができる。例えば、前記放出層２０１の材料が誘電性材料を含む場合、機械的研磨などの薄化プロセスによって前記放出層２０１および前記第１の基板２００を除去することができる。前記放出層２０１が光硬化性接着剤である場合、化学試薬によって前記光硬化性接着剤を除去することにより前記第１の基板２００を除去することができる。前記放出層がホットメルト接着剤である場合、熱放出プロセスにより前記ホットメルト接着剤に接着性を失わせ、前記第１の基板２００を除去するようにする。本発明の他の実施形態では、他の方法で前記第１の基板２００を除去することができるが、ここで一々列挙しないこととする。
【００４２】
次に、図３Ｉに示すように、工程Ｓ０５を実行して、前記第１の電極層２０２’、前記圧電材料層２０３’、および前記第２の電極層２０４’をパターニングして、第１の電極２０２、圧電層２０３及び第２の電極２０４を形成し、前記第１の電極２０２、前記圧電層２０３、および前記第２の電極２０４の垂直方向（すなわち、厚さ方向）におけるオーバーラップ領域は、少なくとも部分的に前記キャビティ２１０の上に位置する。
【００４３】
パターニングした後、前記第２の電極２０４は、キャビティ２１０の開口部を覆うだけでなく、開口部２１０の周りの支持層２０６の一部を覆うように延びる（具体的には、支持層２０６の上のエッチング停止層２０５の表面を直接に覆う）。すなわち、前記第２の電極２０４は、キャビティ２１０を完全に封じるだけでなく、前記支持層２０６にも掛けている。前記第２の電極２０４の支持層２０６に掛けた部分は、前記キャビティ２１０の開口部を取り囲みクローズループ構造を形成することができる。本発明の他の実施形態では、前記第２の電極２０４は、前記支持層２０６の縁と同一平面に保たれる。
【００４４】
前記第１の電極層２０２’、前記圧電材料層２０３’、および前記第２の電極層２０４’をパターニングすることにより形成される第１の電極２０２および圧電層２０３の形状は、第２の電極２０４の形状と同じでも同じでなくてもよく、その上面図の形状は、五角形、または四辺形、六角形、七角形、八角形などの他の多角形にすることができる。この実施形態では、パターニング後、前記第１の電極２０２と圧電層２０３の面積は等しく完全にオーバーラップし、第２の電極２０４は、キャビティ２１０の開口部の面積よりも大きい。
【００４５】
具体的には、リソグラフィー、エッチングプロセスによって、前記第１の電極層２０２’、前記圧電材料層２０３’、および前記第２の電極層２０４’をパターニングできる。例えば、図３Ｉを参照して示されるように、リソグラフィーにより第１の電極２０２の電極パターンを定義し、乾式エッチングまたは湿式エッチングによって第１の電極２０２の形状を形成し、次いで、第１の電極２０２をマスクとし、乾式エッチングまたは湿式エッチングによって前記圧電材料層２０３’をエッチングして、次に、図３Ｊに示されるように、リソグラフィーにより第２の電極２０４の電極パターンを定義し、乾式エッチングまたは湿式エッチングによって第２の電極２０４の形状を形成する。ここで、パターニングされた第１の電極２０２、前記圧電層２０３、および前記第２の電極２０４は、垂直方向にオーバーラップ領域を有し、従って、前記第１の電極２０２および第２の電極２０４に電圧が印加されたら、両者の間に電場を形成することができ、前記電場は前記圧電層２０３に機械的振動を発生させることができる。さらに、前記オーバーラップ領域は、少なくとも部分的に前記キャビティ２１０の上に位置し、前記キャビティ２１０の上の第２の電極２０４の一部領域が露出している。即ち、前記キャビティ２１０の上に位置する前記第１の電極２０２、前記圧電層２０３及び前記第２の電極２０４の厚さ方向におけるオーバーラップ領域が、バルク音響波共振器が動作するアクティブ領域（有効動作領域）である。この配置は、音響波エネルギーの散逸を比較的低減し、バルク音響波共振器の品質係数を改善できる。
【００４６】
さらに、本発明によって提供される薄膜バルク音響波共振器を製造する方法において、図３Ｋに示される、前記第１の電極２０２’、前記圧電材料層２０３’および前記第２の電極層２０４’をパターニングし第１の電極２０２、圧電層２０３および第２の電極２０４を形成した後、さらに、鈍化層２０７を形成する工程を含む。前記鈍化層２０７は、前記第１の電極２０２、前記圧電層２０３、および第２の電極２０４を覆い、前記鈍化層２０７は、さらに前記支持層２０６を覆ってよい。前記支持層２０６の上の鈍化層２０７および前記第２の電極２０４の上の鈍化層２０７において、それぞれ、鈍化層開口部が形成され、一部の鈍化層開口部が前記第２の電極２０４を露出し、別の一部の鈍化層開口部が第２の電極２０２を露出する。前記鈍化層開口部に、それぞれ前記第１の電極２０２および前記第２の電極２０４に電気的に接続される第１のパッド２０８ａと第２のパッド２０８ｂが形成される。具体的には、鈍化層２０７は、化学的堆積または熱酸化によって形成することができ、前記鈍化層２０７の材料は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、窒化アルミニウム（Ａ１Ｎ）、酸化アルミニウム（Ａ１2Ｏ3）等であってよい。そして、前記鈍化層２０７をエッチングし、前記第１の電極２０２および前記第２の電極２０４の上に電極引出窓として鈍化層開口部が形成される。最後に、前記鈍化層開口部に金属などの導電性材料を充填し、それぞれ前記第１の電極２０２および前記第２の電極２０４に電気的に接続される第１のパッド２０８ａおよび第２のパッド２０８ｂを形成し、薄膜バルク音響波共振器の電極と外部電源装置との接続を実現する。前記第１のパッド２０８ａおよび前記第２のパッド２０８ｂの材料は、アルミニウム（Ａ１）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）またはタングステン（Ｗ）のうちの１つまたは複数の組み合わせによる複合構造である。好ましくは、この実施形態では、前記第１のパッド２０８ａおよび前記第２のパッド２０８ｂはアルミニウムパッドであり、前記第１のパッド２０８ａおよび前記第２のパッド２０８ｂは、それぞれ、前記キャビティ２１０の両側に配置されている。
【００４７】
上記のエッチング工程において、前記エッチング方法には、湿式エッチング技術、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などが含まれるが、これらに限られるものではない。前記堆積方法には、化学蒸気堆積、マグネトロンスパッタリング、電気化学堆積、原子層堆積（ＡＬＤ）、分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）などが含まれるが、これらに限られるものではない。
【００４８】
この実施形態は、上記薄膜バルク音響波共振器の製造方法によって製造される薄膜バルク音響波共振器を提供する。図３Ｋに示されるように、前記薄膜バルク音響波共振器は、以下を含む：
第２の基板３００；
前記第２の基板３００上に配置された支持層２０６；
前記第２の基板３００に結合された支持層２０６であり、前記支持層２０６を貫通するとともに前記支持層２０６に設けられるキャビティ２１０；
前記支持層２０６に順次配置される第２の電極２０４、圧電層２０３、および第１の電極２０２。
【００４９】
前記第１の電極２０２、前記圧電層２０３、および前記第２の電極２０４の厚さ方向におけるオーバーラップ領域の下の前記支持層２０６にキャビティ２１０が設けられ、前記第２の電極２０４は、前記キャビティ２１０の開口部および前記開口部の周りの支持層２０６の一部を覆う。前記第２の電極２０４の支持層２０６に掛けた部分は、前記キャビティ２１０の開口部を取り囲みクローズリング構造を形成してよい。本発明の他の実施形態では、前記第２の電極２０４は、前記支持層２０６の縁と同一平面に保たれる。
【００５０】
前記第２の基板３００は、当業者に知られている任意の適切な基板であってよく、例えば、以下に記載の材料の少なくとも１つである：シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、シリコンカーボン（ＳｉＣ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅＣ）、インジウムヒ素（ＩｎＡｓ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウムリン（ＩｎＰ）または他のＩＩＩ／Ｖ複合半導体（これらの半導体で構成される多層構造なども含まれる）；またはシリコンオンインシュレーター（ＳＯＩ）、積層シリコンオンインシュレーター（ＳＳＯＩ）、積層シリコンゲルマニウムオンインシュレーター（Ｓ−ＳｉＧｅＯＩ）、シリコンゲルマニウムオンインシュレーター（ＳｉＧｅＯＩ）およびゲルマニウムオンインシュレーター（ＧｅＯＩ）；または両面研磨ウェーハ（Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓｉｄｅ  Ｐｏｌｉｓｈｅｄ  Ｗａｆｅｒｓ，ＤＳＰ）；アルミナなどのセラミック基板、石英またはガラス基板など。この実施形態では、前記第１の電極２０２および前記第２の電極層２０４’は金属モリブデン（Ｍｏ）ででき、前記圧電層２０３は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）でできている。前記支持層２０６の材料は、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）および窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の１つまたはそれらの組み合わせである。好ましくは、前記支持層２０６の材料は二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）である。
【００５１】
好ましくは、前記第１の電極２０２と圧電層２０３の面積は等しく、完全にオーバーラップし、第２の電極２０４の面積は、キャビティ２１０の開口部より大きい。前記第１の電極２０２、前記圧電層２０３及び前記第２の電極２０４の厚さ方向におけるオーバーラップ領域、即ち、バルク音響波共振器の動作するアクティブ領域（有効動作領域）が前記キャビティ２１０の真上に位置する。この配置は、音響波エネルギーの散逸を低減し、バルク音響波共振器の品質係数を改善できる。
【００５２】
前記支持層２０６は、ホットプレス結合またはドライフィルム接合によって前記第２の基板３００に結合されている。ホットプレス結合の方法を採用する場合、前記支持層と前記第２の基板とのホットプレス結合が行われる面に結合層が形成され；ドライフィルム接合の方法を採用する場合、前記第２の基板と前記支持層とのドライフィルム接合が行われる面にドライフィルム層が形成される。
【００５３】
好ましくは、エッチング停止層２０５が前記第２の電極２０４と前記支持層２０６との間に配置される。さらに、前記エッチング停止層２０５と第２の電極２０４は、同じ形状と同じ面積を有し、完全にオーバーラップしている。前記エッチング停止層２０５の材料には、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）および酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）が含まれるが、これらに限られるものではない。
【００５４】
好ましくは、前記薄膜バルク音響波共振器は、前記第１の電極２０２、前記圧電層２０３、前記第２の電極２０４、および前記支持層２０６を覆う鈍化層２０７をさらに含む。
【００５５】
好ましくは、前記支持層２０６の上の鈍化層２０７および第２の電極２０４の上の鈍化層２０７には、それぞれ、前記キャビティ２１０とは異なる鈍化層開口部が形成され、前記薄膜バルク音響波共振器は少なくとも２つのパッドを含み、前記パッドは前記鈍化層２０７に配置され、前記鈍化層２０７の開口部を介して、それぞれ前記第１の電極２０２および前記第２の電極２０４に電気的に接続される。例えば、第１のパッド２０８ａは、前記第１の電極２０２に電気的に接続され、前記第２のパッド２０８ｂは、前記第２の電極２０４に電気的に接続される。好ましくは、前記第１のパッド２０８ａおよび前記第２のパッド２０８ｂは、それぞれ、前記キャビティ２１０の両側に配置されている。
【００５６】
本発明は薄膜バルク音響波共振器ならびにその製造方法を提供し、薄膜バルク音響波共振器の製造方法は、第１の基板に第１の電極層、圧電材料層、および第２の電極層を順次形成し、前記第２の電極層に支持層を形成し、前記支持層に上部の開口したキャビティを形成し、前記キャビティが前記支持層を貫通し、第２の基板と前記支持層とを結合させ、前記第１の基板を除去し、前記第１の電極層、前記圧電材料層、および前記第２の電極層をパターニングし、第１の電極、圧電層、および第２の電極を形成し、前記第１の電極と前記圧電層と前記第２の電極との厚さ方向におけるオーバーラップ領域を前記キャビティの真上に位置させるようにすることを含む。本発明は支持層をエッチングするプロセスと結合プロセスにより薄膜バルク音響波フィルタのキャビティ構造を実現でき、したがって、ＣＭＰプロセスを起因とした異なる媒体間の小さな起伏による圧電層の均一性への影響を避け、同時に、犠牲層の不完全な希釈による薄膜バルク音響波共振器のパフォーマンスへの影響を避ける。
【００５７】
本明細書の各実施形態は、関連する方式で説明され、各実施形態の間の同じまたは類似の部分は、互いに参照され得ることに留意されたい。各実施形態は、他の実施形態との違いを重要点として説明し、特に、構造に関する実施形態につき、基本的に方法の実施形態と同様であるため、その説明は比較的簡単であり、関連部材につき、方法に関する実施形態についての説明を参照されたい。
【００５８】
前述の説明は、あくまでも本発明の好ましい実施形態の説明に過ぎず、本発明の範囲を決して限定するものではない。当業者が前述の開示に基づき行われた変更または修正は、いずれも特許請求の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００５９】
１００−基板；  １１０’−トレンチ；  １１０−キャビティ；  １０１−犠牲層；  １０２−第１の電極；  １０３−圧電層；  １０４−第２の電極；  １２０−貫通穴；
２００−第１の基板；  ２１０’−開口部；  ２１０−キャビティ；  ２０１−放出層；  ２０２−第１の電極；  ２０３−圧電層；  ２０４−第２の電極；  ２０５−エッチング停止層；  ２０６−支持層；  ２０７−鈍化層；  ２０８ａ−第１のパッド；  ２０８ｂ−第２のパッド。
３００−第２の基板。
【図１Ａ】
2021536160.tif 000003
【図１Ｂ】
2021536160.tif 000004
【図１Ｃ】
2021536160.tif 000005
【図１Ｄ】
2021536160.tif 000006
【図１Ｅ】
2021536160.tif 000007
【図２】
2021536160.tif 000008
【図３Ａ】
2021536160.tif 000009
【図３Ｂ】
2021536160.tif 000010
【図３Ｃ】
2021536160.tif 000011
【図３Ｄ】
2021536160.tif 000012
【図３Ｅ】
2021536160.tif 000013
【図３Ｆ】
2021536160.tif 000014
【図３Ｇ】
2021536160.tif 000015
【図３Ｈ】
2021536160.tif 000016
【図３Ｉ】
2021536160.tif 000017
【図３Ｊ】
2021536160.tif 000018
【図３Ｋ】
2021536160.tif 000019
【国際調査報告】
2021536160.tif 000020
2021536160.tif 000021
2021536160.tif 000022
2021536160.tif 000023
2021536160.tif 000024
2021536160.tif 000025