(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の共振器部分のために音響ミラーとして働く複数の材料層を有し、各々の共振器部分が圧電体層を挟む少なくとも上部電極と下部電極とを含むマルチ共振器バルク音波（ＢＡＷ）フィルタを作製する方法であって、
音響ミラーとして働く幾つかの材料層に用いる誘電体材料、および各共振器部分に用いる金属材料を選択する工程と、
前記誘電体材料から形成される１以上の誘電体層と前記金属材料から形成される１以上の金属層とを交互に堆積し、最後の前記誘電体層を堆積する前に、異なった共振器部分が置かれるべき場所の間に位置する堆積された前記誘電体層と前記金属層とを選択的に除去し、該除去された部分に充填される平坦化層を堆積し、前記金属層と前記平坦化層の表面に前記最後の誘電体層を堆積する工程と
を備えるマルチ共振器ＢＡＷフィルタを提供する方法。
【請求項２】
複数の共振器部分のために音響ミラーとして働く複数の材料層を有し、各々の共振器部分が圧電体層を挟む少なくとも上部電極と下部電極とを含むマルチ共振器バルク音波（ＢＡＷ）フィルタを作製する方法であって、
前記複数の材料層は誘電体材料から形成される１以上の誘電体層と、金属材料から形成される１以上の金属層を含み、前記誘電体層と前記金属層とを交互に堆積する工程と、
異なった共振器部分が置かれるべき場所の間に位置する堆積された前記誘電体層と前記金属層とを選択的に除去した後に、該除去された部分を充填するように平坦化層を堆積する工程と
を備えるマルチ共振器ＢＡＷフィルタを提供する方法。
【請求項３】
複数の共振器部分のために音響ミラーとして働く複数の材料層を有し、各々の共振器部分が圧電体層を挟む少なくとも上部電極と下部電極とを含むマルチ共振器バルク音波（ＢＡＷ）フィルタであって、
前記複数の材料層は誘電体材料から形成される１以上の誘電体層と、金属材料から形成される１以上の金属層を含み、前記誘電体層と前記金属層とは交互に堆積され、
最後の前記誘電体層を堆積する前に、異なった共振器部分が置かれるべき場所の間に位置する堆積された前記誘電体層と前記金属層とを選択的に除去し、該除去された部分に充填される平坦化層と、前記金属層と前記平坦化層の表面に堆積される前記最後の誘電体層とを備える、マルチ共振器バルク音波フィルタ。
【請求項４】
複数の共振器部分のために音響ミラーとして働く複数の材料層を有し、各々の共振器部分が圧電体層を挟む少なくとも上部電極と下部電極とを含むマルチ共振器バルク音波（ＢＡＷ）フィルタであって、
前記複数の材料層は誘電体材料から形成される１以上の誘電体層と、金属材料から形成される１以上の金属層を含み、前記誘電体層と前記金属層とは交互に堆積され、
異なった共振器部分が置かれるべき場所の間に位置する堆積された前記誘電体層と前記金属層とを選択的に除去した後に、該除去された部分を充填するように堆積される平坦化層をさらに備える、マルチ共振器バルク音波フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバルク音波共振器に関する。さらに具体的には、音響ミラーを有するマルチ共振器バルク音波フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜バルク音波（ＢＡＷ）共振器は、圧電材料、たとえばＺｎＯまたはＡｌＮの層をベースにし、場合によっては音響ミラーを含む。そのような素子は、音波を電気信号へ、またはその逆へ変換し、その周波数依存電気インピーダンスのために電子回路におけるフィルタとして使用することができる。一般的には、音響ミラーは、異なった音響インピーダンスの材料の層を組み合わせて形成される。音響ミラーは、異なった材料の層のスタックを基板上に形成するように、異なった材料の様々な層を堆積することによって、たとえばガラスの基板の上に構築される。つぎに、下部電極が音響ミラーの上に堆積され、つぎに圧電材料が下部電極の上に堆積されて、いわゆる圧電体層が形成される。最後に、上部電極が圧電体層の上に堆積される。上部電極、下部電極、および圧電体層の組み合わせは、いわゆる素子の共振器部分を形成する。音響ミラーは、２つの電極のあいだに印加された電圧に応答して圧電体層によって作り出された音波を反射するように働き、それによって基板を圧電体層から絶縁する。
【０００３】
音響ミラーを含む共振器の例は、１９９５年１２月に公開された「ワイヤレス・アプリケーションのためのミニチュア・フィルタの開発」（“Development of Miniature Filters for Wireless Applications”, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol.43, No.12, December 1995）と題する文献に開示されている。そのような共振器における音響ミラーは、低音響インピーダンスおよび約１／４波長の厚さを有する下部層、および高音響インピーダンスを有する上部層を含むことができる。そのような素子では、基板の音響インピーダンスを非常に低い値へ変換することができるので、（上下の）層のペアは「インピーダンス変圧器」として働く。層の各々が約１／４波長の厚さを有する素子では、層のペアの変換ファクタは、それぞれのインピーダンスの比の２乗に等しい。
【０００４】
音響ミラーを含むＢＡＷ共振器のほかに、ＢＡＷ共振器を被膜（membrane）の上に構成し、エア・ギャップで共振器部分を基板から隔離することが当該技術分野で知られている。被膜タイプのアプローチの欠点は、層を被膜の上部に作り出して、被膜を破壊または折り曲げるような機械的応力を充分に小さくした層を得ることが困難である点である。さらに、薄膜構造は機械的に非常に強くはない。これは、準備の整ったウェハ（直径が４〜８インチの、完全に処理されたガラスまたはシリコンのウェハで、何千という共振器ベースのフィルタを含む）の取り扱いおよび分割（ダイシング）を複雑にする。被膜のタイプに依存して、使用することのできる基板の材料に制限が生じるであろう。
【０００５】
音響ミラー形のＢＡＷ共振器は、全体の構造が基板の上に固体的に（solidly）取り付けられるので、明らかにより堅牢である。ミラーは、基本的にλ／４変圧器として動作する。すなわち、それは高または低の音響インピーダンス材料からなる交互の層の多数のペアから構成され、各々の層は音響的に約１／４波長の厚さである。したがって、全体のスタックは基板の音響インピーダンスをミラー／下部電極インタフェースにおける非常に低いインピーダンスへ変換し、被膜（membrane）タイプの構造におけるエア・インタフェースに類似した音響反射インタフェースを作り出す。ミラーの最適動作は、高および低インピーダンスの差ができるだけ大きいことを必要とする。現在利用可能な誘電体膜の音響インピーダンスの差は大きくないので、誘電体だけからなる音響ミラーのためには、多数の層が使用されなければならない。多数の層の使用はミラーのバンド幅を減少させ、その作製を複雑にする。
【０００６】
金属層および誘電体層を使用して音響ミラーを作ることにより、インピーダンスの差をかなり増加させることができる。しかし、そのようにすると、下部電極およびミラーの上部金属層によって、大きなキャパシタンスを導入してしまう。図１に示されるように、そのようなキャパシタンスは、単一の基板の上で２つ以上の共振器から構成されるフィルタのパフォーマンスを低下させる。すなわち、ミラーの上部金属層は、各々の下部電極からフィルタ内の他のすべての下部電極へキャパシタンスを作り出し、共振器のあいだに寄生容量結合を生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
必要とされるものは、音響ミラーが交替する金属層および誘電体層から構成され、比較的少数の層によって良好な反射特性を提供し、同じ基板の上に形成されて同じ音響ミラーを使用する他の共振器への容量結合を発生しないような音響ミラー形共振器である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
したがって、本発明はマルチ共振器バルク音波（ＢＡＷ）フィルタを作製する方法およびそのような方法によって提供されるフィルタを提供する。このフィルタは、複数の共振器部分のために音響ミラーとして働く複数の材料層を有する。各々の共振器部分は、圧電体層を挟む少なくとも上部電極および下部電極を含む。前記方法は、音響ミラーとして働く幾つかの材料層に用いる誘電体材料、および各共振器部分に用いる金属材料を選択する工程と、エッチング・プロセスによって金属層が離散的部分へパターン化され、エッチング・プロセスが異なった共振器部分が置かれるべき場所のあいだの金属層を充分に取り除く工程とを含むマルチ共振器ＢＡＷフィルタを提供する。
【０００９】
本発明のさらなる態様において、すべての金属層は、異なった共振器部分の下にあるすべての層の部分のあいだに電気絶縁を提供するように、離散的部分へパターン化される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、金属層および誘電体層から構成されるマルチ共振器ＢＡＷのミラー層を共振器ごとに分離して作製することにより、複数のＢＡＷフィルタ間の容量結合を減少させることができるので、ＢＡＷフィルタの周波数特性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の前記および他の目的、特徴、および利点は、添付の図面とともに提示される以下の詳細な説明を考察することにより明らかになるであろう。
【００１２】
ここで図２および図３を参照すると、本発明の音響ミラー型マルチ共振器ＢＡＷフィルタは、音響ミラー層１４の上部に位置する共振器部分１１および１２から構成される。音響ミラー層１４は金属層および誘電体層を含み、金属ミラー層が１つを超える共振器部分の下へ延長されないように基板１５の上に堆積される。のちに説明するように、そのような音響ミラー形マルチ共振器ＢＡＷフィルタを作製するためには、音響ミラーの少なくとも金属層が共振器部分のあいだから取り除かれる。堆積された材料をそのように選択的に取り除くことは、本明細書では、堆積された材料の「パターン化」と呼ばれる。
【００１３】
金属層および誘電体層を有する音響ミラーを含み、少なくとも金属層がパターン化されるマルチ共振器ＢＡＷフィルタを作製する方法としては、基本的に２つの方法がある。ここで図４を参照する。１つの方法は、音響ミラーを作り出す累積層を順次に堆積するときに、各々の金属層を堆積したのちであって、つぎの誘電体層を堆積する前に、共振器部分が構築される各々の領域のあいだから金属層を選択的に取り除くことである。金属の堆積は、通常はスパッタリングによって行われる。誘電体層は、たとえば化学気相成長法（ＣＶＤ）またはプラズマ促進ＣＶＤによって成長させることができる。金属層の選択的除去（ここでは「パターン化」と呼ぶ）は、ウェット・エッチングまたはドライ・エッチングによって行うことができる。どちらのエッチング方法を使用しても、金属層の傾斜端を得ることができる。これは、ステップ・カバレージ問題を回避する助けとなる。１つの共振器に対する結果の層スタックは、図３に示される。誘電性（低音響インピーダンス）の層として好ましい材料は、ＳｉＯ2またはＳｉ3Ｎ4であり、金属性（高インピーダンス）の層として好ましい材料は、ＷまたはＭｏである。とはいえ、他の材料も使用することができる。圧電体層が堆積されたとき、それは基板表面の全体にわたって広がる（すでに堆積された層の上部で）。圧電体層は、たとえば２ステージ・バランスド・フィルタを作製するときのように、パターン化されないで（選択的に除去されないで）残されるか（バイア、すなわち層をパターン化することによって作り出される誘電体層内の孔を提供し、金属が誘電体層の上に堆積されるとき、金属が孔を充填して誘電体層を通る接続を提供する場合を除く）、または圧電体層は、各々のミラー・スタックの上部を除くすべての場所で取り除かれてもよい。
【００１４】
ここで図５を参照する。図５（ａ）〜（ｅ）は、マルチ共振器ＢＡＷフィルタを作製する第２の方法の作製工程を示している。すなわち、図５に示されるように、まず、ミラーのすべての層の堆積工程を行ない（図５（ａ）参照）、ついでミラー層のエッチング工程を行ない（図５（ｂ）参照）、ついで厚い平坦化層の堆積工程を行ない（図５（ｃ）参照）、ついでウェハの研磨工程を行ない（図５（ｄ）の研磨後のウェハ参照）、そののち共振器層の堆積工程を行なう（図５（ｅ）参照）。パターン化された金属層を音響ミラーが有するマルチ共振器ＢＡＷフィルタを作製する第２の方法は、先ずすべてのミラー層を堆積し、つぎに基板まですべての層をエッチングし、それによって、各共振器部分のあいだの金属層のみでなく誘電体層もパターン化する（選択的に取り除く）。したがって、共振器のあいだの基板は露出したまま残され、基板表面からミラーの上部まで大きな段差が存在する。大きな段差のために、露出した基板の上部に乗っている個々の音響ミラーの構造の全体が、平坦化されなければならない。すなわち、誘電体材料、たとえばＳｉＯ2またはＳｉ3Ｎ4の厚い層が、構造の上に堆積され、たとえば化学的機械的ポリッシング（ＣＰＭ）によって、ミラー・スタックの上部まで研磨されなければならない。構造を平坦化したのちに、電極および圧電体層が、各々の埋め込まれた音響ミラーの位置にしたがって、研磨された構造の上に堆積される。
【００１５】
前記の２つの方法における様々な改変は当業者にとって明らかであろう。図６（ａ）〜（ｆ）は、図５に示したマルチ共振器ＢＡＷフィルタの第２の作製方法を改変した作製方法の作製工程を示している。すなわち、図６に示されるように、まず、最上部層を除くミラー層の堆積工程を行ない（図６（ａ）参照）、ついで堆積したミラー層のエッチング工程を行ない（図６（ｂ）参照）、ついで厚い平坦化層の堆積工程を行ない（図６（ｃ）参照）、ついでウェハの研磨工程を行ない（図６（ｄ）の研磨後のウェハ参照）、ついで最終誘電体層の堆積工程を行ない（図６（ｅ）参照）、そののち共振器セクションの堆積工程を行なう（図６（ｆ）参照）。たとえば、ここで図６を参照すると、第２の方法は最後の誘電ミラー層を堆積する前に、ミラー・スタックをエッチングおよび平坦化することによって改変することができる。そのような改変は、いつポリッシングを停止するかを決定することを容易にする（そのような修正手順では、ポリッシングが停止されるときは最上部金属ミラー層の表面に達したときであろう）。さらに、追加の犠牲的な層を堆積して、ミラー層に窪みが形成されるのを避けることができよう。すなわち、ＣＭＰプロセスでしばしば起こるように、ミラー層が皿の形状に曲がるのを避けることができる。
【００１６】
これまでの説明から明らかなように、本発明は、さらに、１つの共振器部分の下にある音響ミラー材料の各々の誘電体層が、基板の表面全体に堆積されて、すべての他の共振器部分の下に広がる図４の構成とは対照的に、完全に分離した離散的音響ミラー（有利には、前述したように平坦化される）を、各々の共振器部分の下に含むような方法で作製されたマルチ共振器ＢＡＷフィルタを包含する。
【００１７】
図４（ａ）〜（ｌ）は、金属層のみがパターン化（共振器の下部以外がエッチング除去）され、誘電体層はパターン化されない作製工程を示している。すなわち、図４に示されるように、まず、基板（図４（ａ）参照）を設け、ついでミラーの第１金属層を設け（図４（ｂ）参照）、ついでミラーの第１誘電体層を設け（図４（ｃ）参照）、ついでミラーの第２金属層を設け（図４（ｄ）参照）、ついでミラーの第２誘電体層を設け（図４（ｅ）参照）、ついでミラーの第３金属層を設け（図４（ｆ）参照）、ついでミラーの第３誘電体層を設け（図４（ｇ）参照）、ついで下部電極金属層を設け（図４（ｈ）参照）、ついで圧電体層を設け（図４（ｉ）参照）、ついで保護層を設け（図４（ｊ）参照）、ついで上部電極金属層を設け（図４（ｋ）参照）、そののち並列共振器の同調を行なう（図４（ｌ）参照）。
【００１８】
音響ミラーのいくつの層がパターン化されるかに関係なく、層の充分な部分のみをパターン化すればよいことを理解することが重要である。すなわち、層の離散的部分を提供して、異なった共振器部分の下にある層部分のあいだに電気絶縁を提供するように、共振器部分が置かれるべき場所のあいだが取り除かれる。
【００１９】
発明者は、本発明のマルチ共振器ＢＡＷフィルタを作製することによって、中心周波数から離れたところでフィルタの周波数応答が改善（（不要）応答の減少）されるだけでなく、中心周波数またはその近傍で応答が改善されることを見出した。従来技術にかかわるフィルタが、前述した寄生キャパシタンスの結果として、中心周波数またはその近傍でときには高度に不規則な（すなわち、深いノッチを有する）応答を示すのに対し、本発明のフィルタの応答は比較的良好に挙動する帯域フィルタの応答であり、中心周波数から離れた周波数での応答は、従来技術にかかわるフィルタの応答より６ｄＢも下である。音響ミラー形マルチ共振器フィルタの中心周波数に近いノッチは、本発明のような音響ミラー金属層のパターン化を含まないステップによっても避けることができるが、そのようなステップは、多くの場合、フィルタの帯域幅を減少させる結果となる。本発明にしたがってフィルタを作製する場合、そのような帯域幅の減少は起こらない。
【００２０】
これまで説明した構成は、本発明の原理の応用を例示したものにすぎないことを理解すべきである。多くの修正および代替構成が本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく当業者によって案出されてよく、添付の特許請求の範囲はそのような修正および構成を含むように意図されている。
【００２１】
また、以下に本発明の各実施態様の例を示す。
［実施態様１]  複数の共振器部分のために音響ミラーとして働く複数の材料層を有し、各々の共振器部分が圧電体層を挟む少なくとも上部電極と下部電極とを含むマルチ共振器バルク音波（ＢＡＷ）フィルタを作製する方法であって、（ａ）音響ミラーとして働く幾つかの材料層のための誘電体材料、および他の層のための金属材料を選択する工程と、（ｂ）金属層がエッチング・プロセスによって離散的部分へパターン化され、前記エッチング・プロセスは、異なった共振器部分が置かれるべき場所のあいだの金属層を充分に取り除いて、異なった共振器部分の下にある層部分のあいだに電気絶縁が提供されるようにする作製手順を介して少なくとも１つの金属層を提供する工程とを備え、それによって、類似の方法で作製される音響ミラーの金属層をパターン化するエッチング・ステップを除外したこと以外では類似した他の方法で作製されたマルチ共振器ＢＡＷフィルタに存在する容量結合と比較して、共振器のあいだの容量結合が減少されたマルチ共振器ＢＡＷフィルタを提供する方法。
【００２２】
［実施態様２]  音響ミラーのすべての金属層がエッチング・プロセスによって離散的部分へパターン化され、エッチング・プロセスは、異なった共振器部分が置かれるべき場所のあいだの金属層を充分に取り除いて、異なった共振器部分の下にあるすべての層部分のあいだに電気絶縁が提供されるようにする実施態様１記載の方法。
【００２３】
［実施態様３]  工程（ｂ）が音響ミラーの異なった層を順次に堆積するステップを含み、誘電体層が金属層と交互に積層し共振器に最も近い層は誘電体層であり、各々の金属層はつぎの誘電体層を堆積する前に工程（ｂ）のようにパターン化される実施態様１記載の方法。
【００２４】
［実施態様４]  工程（ｂ）が、（ａ）誘電体層が金属層と交互に積層するように、音響ミラーの異なった層のすべてを、金属層から開始して順次に堆積する工程、（ｂ）音響ミラーの異なった層からなるピルボックス型構造を基板の上に残すように、音響ミラーのすべての層を基板表面に達するまで下方へエッチングし、それによってパターン化された金属層および誘電体層を提供する工程、（ｃ）音響ミラーから取り除かれた材料と置換するため、誘電体材料を充填材として基板上に堆積し、堆積は音響ミラーの最上部層まで充填材を下方へ研磨するのに充分な深さである工程とを備えた実施態様１記載の方法。
【００２５】
［実施態様５]  工程（ｂ）が、（ａ）音響ミラーの異なった層を、金属層から開始して共振器に最も近い層まで、しかしその層を含むことなく順次に堆積して、誘電体層が金属層と交互に積層するようにする工程と、（ｂ）音響ミラーの異なった堆積層からなるピルボックス型構造を基板上に残すように、音響ミラーのすべての堆積層を基板表面まで下方へエッチングし、それによって、パターン化された金属層およびパターン化された誘電体層を提供する工程と、（ｃ）音響ミラー層から取り除かれた材料と置換するため、誘電体材料を充填材として基板上に堆積し、堆積は、音響ミラーの最上部堆積層まで充填材を下方へ研磨するのに充分な深さである工程と、（ｄ）音響材料のすでに堆積およびパターン化された層だけでなく充填材もカバーするように、音響ミラーの最上部層を堆積するステップを備えた実施態様１記載の方法。
【００２６】
［実施態様６]  共振器部分の少なくとも１つが、上部電極、ときには接地される中間電極、および下部電極を含む積み重ねられた結晶構造であり、さらに３つの電極のあいだに挟まれた２つの圧電体層を含む実施態様１記載の方法。
【００２７】
［実施態様７]  複数の共振器部分のために音響ミラーとして働く複数の材料層を有し、各々の共振器部分が圧電体層を挟む少なくとも上部電極と下部電極とを含むマルチ共振器バルク音波（ＢＡＷ）フィルタであって、音響ミラーの幾つかの層は誘電体材料から作製され、他の層は金属材料から作製され、さらに、少なくとも１つの金属層はエッチング・プロセスによって離散的部分へパターン化され、前記エッチング・プロセスは、異なった共振器部分が置かれるべき場所のあいだの金属層を充分に取り除いて、異なった共振器部分の下にある層部分のあいだに電気絶縁が提供されるようにするマルチ共振器バルク音波フィルタ。
【００２８】
［実施態様８]  すべての金属層がエッチング・プロセスによって離散的部分へパターン化され、エッチング・プロセスは、異なった共振器部分が置かれるべき場所のあいだの金属層を充分に取り除いて、異なった共振器部分の下にあるすべての層部分のあいだに電気絶縁が提供されるようにする実施態様７記載のマルチ共振器バルク音波フィルタ。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】幾つかの音響ミラー形ＢＡＷ共振器から構成される従来のマルチ共振器フィルタの略図であって、金属層が音響ミラーの中で使用されたときの容量結合を示す。
【図２】幾つかの音響ミラー形ＢＡＷ共振器から構成された本発明のマルチ共振器フィルタの平面図である。
【図３】図２に示された共振器のうちの１つの立面図である。
【図４】幾つかの音響ミラー形ＢＡＷ共振器から構成された本発明のマルチ共振器フィルタを作製する１つのプロセスを示す図であって、このプロセスでは、音響ミラー材料層の中から、金属層のみがパターン化され（すなわち、フィルタの表面の幾つかの選択された区域から取り除かれ）、誘電体層はパターン化されない（しかしながら、フィルタを構成する他の層（上部電極および下部電極を含む）はパターン化されるが）。
【図５】幾つかの音響ミラー形ＢＡＷ共振器から構成される本発明のマルチ共振器フィルタを作製する代替プロセスを示す図であって、このプロセスは、寄生キャパシタンスの源を取り除く同じ最終結果を達成するが、各々の共振器部分の下で音響ミラーの構成要素として働く金属層および誘電体層の双方をパターン化する。
【図６】図５に示されたプロセスの小さな変形であるプロセスを示す図である。
【図２】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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