(57)【要約】【課題】 従来の薄膜バルク音響共振器より共振特性が向上され、製造収率の高いエアギャップ型の薄膜バルク音響共振器が開示される。【解決手段】エアギャップ型の薄膜バルク音響共振器は、上部表面の所定領域に空洞部が形成された基板と、第１電極、圧電物質、および第２電極が順次積層された構造で形成された共振部と、基板の下部を貫通して空洞部に連結された少なくとも１つのビアホールを含む。【選択図】   図２
2005333642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部表面の所定領域に空洞部が形成された基板と、
前記空洞部の底面と所定の距離離間した上層空間において、第１電極、圧電物質、および第２電極が順次積層された構造で形成された共振部と、
前記基板の下部を貫通して前記空洞部に連結される少なくとも１つのビアホールと、
を含むことを特徴とするエアギャップ型の薄膜バルク音響共振器。
【請求項２】
前記基板上において前記空洞部が占めている面積は前記共振部の面積より大きいことを特徴とする請求項１に記載のエアギャップ型の薄膜バルク音響共振器。
【請求項３】
前記基板の下部表面に接合し、前記ビアホールを閉鎖するパッケージング基板をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のエアギャップ型の薄膜バルク音響共振器。
【請求項４】
前記空洞部が形成された領域を除いた基板の上部表面に積層された絶縁膜をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のエアギャップ型の薄膜バルク音響共振器。
【請求項５】
前記共振部は、絶縁膜の上部表面にそれぞれ接する前記第１電極および前記圧電膜により支持されることを特徴とする請求項４に記載のエアギャップ型の薄膜バルク音響共振器。
【請求項６】
前記第１電極および前記第２電極のそれぞれは、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、クローム（Ｃｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、およびモリブデン（Ｍｏ）の少なくとも１つの物質から形成されることを特徴とする請求項１に記載のエアギャップ型の薄膜バルク音響共振器。
【請求項７】
（ａ）基板の上部表面に絶縁膜を蒸着するステップと、
（ｂ）前記絶縁膜上に第１電極、圧電膜、第２電極の順に積層して共振部を製造するステップと、
（ｃ）前記基板の下部を貫通する少なくとも１つのビアホールを製造するステップと、
（ｄ）前記ビアホールを介して前記共振部の下部に配する基板および絶縁膜をエッチングして空洞部を製造するステップと、
を含むことを特徴とするエアギャップ型の薄膜バルク音響共振器の製造方法。
【請求項８】
前記基板の下部に所定のパッケージング基板を接合し前記ビアホールを閉鎖するステップをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載のエアギャップ型の薄膜バルク音響共振器の製造方法。
【請求項９】
前記（ｄ）ステップにおいて、前記基板上で前記空洞部が占めている面積が前記共振部の面積より大きくなるよう前記基板をエッチングすることを特徴とする請求項７に記載のエアギャップ型の薄膜バルク音響共振器の製造方法。
【請求項１０】
前記（ｂ）ステップは、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、クローム（Ｃｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、およびモリブデン（Ｍｏ）の少なくとも１つの物質を用いて前記第１電極および前記第２電極のいずれか１つを積層することを特徴とする請求項７に記載のエアギャップ型の薄膜バルク音響共振器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜バルク音響共振器（Ｆｉｌｍ  Ｂｕｌｋ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ：以下、「ＦＢＡＲ」と称する）およびその製造方法に関し、詳細には基板部分に形成されたビアホールを用いてエアギャップを製造するエアギャップ型ＦＢＡＲおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、携帯電話として代表される移動通信機器が急速に普及するにつれ、このような機器で使用される小型軽量フィルタの需要が増大している。このような小型軽量フィルタとして使用するために適した手段としてＦＢＡＲがよく知られている。ＦＢＡＲは最小限のコストで大量生産が可能であり、小型軽量に構成することができる。また、フィルタの主な特性である品質係数（Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｆａｃｔｏｒ：Ｑ）値を高くすることができ、マイクロ周波数帯域にも用いることができる。特に、ＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）とＤＣＳ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｒｄｌｅｓｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）の帯域にわたって具現することができるという長所を有している。
【０００３】
一般に、ＦＢＡＲ素子は、基板上に下部電極、圧電層（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｌａｙｅｒ）および上部電極を順次積層して具現することができる。ＦＢＡＲ素子の動作原理は、電極に電気的なエネルギーを印加して圧電層内に時間的に変化する電界を誘起し、この電界により圧電層内で積層共振部の振動方向と同じ方向へ音響波（Ｂｕｌｋ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ）を誘発させることによって共振を発生させる。
【０００４】
図１Ａは、ＦＢＡＲ素子の一種であるブラッグ反射（Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）型ＦＢＡＲの断面図である。同図によると、ブラッグ反射型ＦＢＡＲは、基板１０、反射層１１、下部電極１２、圧電層１３、および上部電極１４を含んでいる。ブラッグ反射型ＦＢＡＲは、圧電層１３から発生した弾性波が基板方向に伝達されず、反射層１１においてすべて反射されることにより効率よく共振の発生を促したものである。その製造過程は、まず、基板１０上に弾性インピーダンスが大きな物質を隔層で蒸着して反射層１１を形成し、それから下部電極１２、圧電層１３、および上部電極１４を順次積層して反射層１１の上部に共振部を形成する。ブラッグ反射型ＦＢＡＲは構造的に堅固であり、曲げによるストレスがない。しかし、全反射のために、厚さが精密に均一な４層以上の反射層を形成することが難しく、かつ製造のための時間やコストがかかってしまうという問題点がある。
【０００５】
これによって、反射層の代わりにエアギャップを用いて基板と共振部を隔離するエアギャップ型ＦＢＡＲに対する研究がなされている。
図１Ｂおよび図１Ｃは従来のエアギャップ型ＦＢＡＲの構造を説明するための図である。
図１Ｂに示した構造のＦＢＡＲは、下部電極２３、圧電層２４、および上部電極２５が順次積層された共振部の下部にエアギャップ２１が形成され、共振部と基板２０を隔離する。その製造工程としては、まず、基板２０上に犠牲層（図示せず）を蒸着しパターニングして基板２０上の所定領域のみを残す。次に、犠牲層および基板２０の上部に絶縁膜２２を蒸着し、下部電極２３、圧電層２４、および上部電極２５を順次積層して共振部を形成する。絶縁膜２２は共振部を支持するメンブレイン層の役割を果す。最終的に、犠牲層を取除くことによりエアギャップ２１を形成する。即ち、素子外部から素子内部にある犠牲層まで連結されるビアホールを形成してから、これを介してエッチング液を投与することによって犠牲層を取除くことにより、その位置にエアギャップ２１が形成される。一方、図１Ｂに示した構造のエアギャップ型ＦＢＡＲを製造するに当たって、基板２０の上部にエッチング防止物質を用いてエアギャップのサイズおよび位置を調節することが、特許文献１（ＵＳ６３５５４９８号）に開示されている。
【０００６】
しかし、係る方式で製造する場合、犠牲層が必要とされるので製造工程が複雑になってしまう。また、ビアホールを形成する際に、共振器の周りのメンブレイン層上に位置させる必要があり、このことはフィルタ設計に制約を与えることとなる。さらに、共振部のすぐ横に形成されたビアホールを用いてエッチング作業が行なわれるので、共振部に化学的な損傷を与える恐れがある。
【０００７】
一方、図１Ｃは、他の従来技術で示されたエアギャップ型ＦＢＡＲの断面図である（特許文献２（ＵＳ６０６０８１８号）参照）。同図によるとフォトレジスト膜を用いて基板３０上の所定領域をエッチングして陥没部３５を形成する。次に陥没部３５が形成された基板３０上部の全面に絶縁膜３１を蒸着する。陥没部３５に犠牲物質を充填してから、犠牲物質および絶縁膜３１上に下部電極３２、圧電膜３３、および上部電極３４を順次積層して共振部を形成する。次に、共振部の周りの絶縁膜３１を貫通するビアホールを製造してから、ビアホールを介して犠牲物質をエッチングすることによってエアギャップ３５を形成する。しかし、この場合にも犠牲物質を使用しなければならず、その工程が複雑になり、またエッチング作業により共振部が化学的な損傷を受けるおそれがある。さらに、共振部の下部に絶縁膜が存する部分が生じる可能性があるが、この場合に共振特性が低下してしまう不具合がある。
【特許文献１】米国特許第６３５５４９８号公報
【特許文献２】米国特許第６０６０８１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は前述した問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、基板の下部にビアホールを製造してエアギャップ領域を形成することにより、製造工程が単純でかつ共振特性の優れたエアギャップ型ＦＢＡＲおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の目的を達成するために、本発明の一実施の形態に係るエアギャップ型の薄膜バルク音響共振器は、上部表面の所定領域に空洞部が形成された基板と、前記空洞部の底面と所定の距離離隔された上層空間において、第１電極、圧電物質、および第２電極が順次積層された構造で形成された共振部と、前記基板の下部を貫通して前記空洞部に連結される少なくとも１つのビアホールとを含む。
【００１０】
この場合、前記基板上において前記空洞部が占めている面積は前記共振部の面積より大きいことが好ましい。
さらに、前記基板の下部表面に接合し、前記ビアホールを閉鎖するパッケージング基板をさらに含むことにより、異物の侵入が抑えられる。
また、前記空洞部が形成された領域を除いた基板の上部表面に積層された絶縁膜をさらに含むことができる。絶縁膜は共振部を構成する第１電極および第２電極と基板との間を隔離する役割を果す。
【００１１】
前記共振部は、絶縁膜の上部表面にそれぞれ接する前記第１電極および前記圧電膜により支持される形態で製造される。
一方、本発明の一実施の形態に係るエアギャップ型の薄膜バルク音響共振器の製造方法は、（ａ）基板の上部表面に絶縁膜を蒸着するステップと、（ｂ）前記絶縁膜上に第１電極、圧電膜、第２電極の順に積層して共振部を製造するステップと、（ｃ）前記基板の下部を貫通する少なくとも１つのビアホールを製造するステップと、（ｄ）前記ビアホールを介して前記共振部の下部に配する基板および絶縁膜をエッチングして空洞部を製造するステップとを含む。
【００１２】
この場合、前記基板の下部に所定のパッケージング基板を接合し前記ビアホールを閉鎖するステップをさらに含むことが好ましい。
前記（ｄ）ステップにおいて、前記基板上で前記空洞部が占めている面積が前記共振部の面積より大きくなるよう前記基板をエッチングすることがより好ましい。
一方、以上のような本発明の実施の形態では、エアギャップ型の薄膜バルク音響共振器を構成する第１電極および第２電極のうち少なくとも１つは、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、クローム（Ｃｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、およびモリブデン（Ｍｏ）の少なくとも１つの物質を用いてなされる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、基板の下部に製造されたビアホールを用いて基板をエッチングすることによって、エアギャップ型ＦＢＡＲを製造できる。これにより、犠牲層が不要になり、簡単でかつ性能が優れたエアギャップＦＢＡＲを製造できる。さらに、エアギャップを形成する際にして圧電層などに与える損傷の最小化を図り、かつ共振部の下部に配する絶縁物質を完全に取除いて共振特性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施形態を詳述する。
【実施例】
【００１５】
図２は本発明の一実施形態に係るエアギャップ型の薄膜バルク音響共振器（Ｆｉｌｍ  Ｂｕｌｋ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ：以下、ＦＢＡＲと称する）の断面図である。同図によると、本エアギャップ型ＦＢＡＲは空洞部（ｃａｖｉｔｙ）１７０が形成された基板１１０、絶縁膜１２０、第１電極１３０、圧電膜１４０および第２電極１５０を含んでなる。
【００１６】
空洞部１７０の上層空間には、第１電極１３０、圧電膜１４０、および第２電極１５０が順次積層された共振部２００が配置されている。共振部２００とは、前述したように圧電膜１４０の圧電（Ｐｉｅｚｏ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ）効果を用いて無線信号をフィルタリングする部分のことである。即ち、第２電極１５０を介して印加されるＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号は共振部２００を介して第１電極１３０方向に出力できる。この場合、共振部２００は圧電膜１４０から発生する振動による一定の共振周波数を有するため、入力されたＲＦ信号のうち共振部２００の共振周波数と一致する信号のみが出力される。
【００１７】
一方、共振部２００を構成する第１電極１３０、圧電膜１４０、第２電極１５０などは空洞部１７０周辺の基板表面に蒸着された絶縁膜１２０に接する。これにより、共振部２００は絶縁膜１２０により支持される。図２に示したように、第１電極１３０および圧電膜１４０が絶縁膜１２０に接することができるように製造される。一方、第１電極１３０の一定部分上には圧電膜１４０を取除くことにより外部端子と電気的に接続されるパッド（ｐａｄ）を製造することもできる。
【００１８】
圧電膜１４０とは、前述したように、電気的なエネルギーを弾性波状の機械的なエネルギーに変換する圧電効果を引き起こす部分であって、圧電膜１４０を形成する圧電物質としては窒化アルミニウム（ＡＩＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などがある。
一方、第１および第２電極１３０、１５０および基板１１０部分をそれぞれ離間させるために所定の絶縁物質からなる絶縁膜１２０を第１および第２電極１３０、１５０と基板１１０との間に形成する。絶縁膜１２０を形成する絶縁物質としては、二酸化珪素（ＳｉＯ2）や酸化アルミニウム（ＡＬ2Ｏ2）などが使用される。一方、絶縁膜１２０を基板１１０上に蒸着するための蒸着方法としてＲＦマグネトロンスパッタリング（ＲＦ  Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）方法やエバポレーション（Ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）方法などが用いられる。
【００１９】
第１および第２電極１３０，１５０は金属のような通常の導電物質を用いて形成する。詳細には、アルミニウム（ＡＬ）、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、クローム（Ｃｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、およびモリブデン（Ｍｏ）などが使用できる。
一方、基板１１０として通常のシリコン基板が使用される。基板１１０の所定の領域には空洞部１７０が形成される。この場合、空洞部１７０を製造するために、共振部２００が形成されない基板１１０の下部にビアホール１６０を製造する。ビアホール１６０を介してエッチング液あるいはエッチングガスを投入することにより共振部２００の下部基板１１０の部分をエッチングして空洞部１７０を形成する。ビアホール１６０を基板１１０の下部に製造することによってエッチング過程において、エッチングガスなどが圧電膜１４０部分に吸着され圧電膜１４０に化学的な損傷を与えることを防止できる。
【００２０】
なお、共振部２００の下部に位置する絶縁膜１２０が完全にエッチングされる程度の十分な時間でエッチングすることにより、共振部２００と一定の距離（ｄ１、ｄ２）離隔された基板１１０部分までエッチングする。これにより共振特性が高められる。
一方、基板１１０の下部に形成されたビアホール１６０を介してホコリなどが入り込むことを抑えるために、基板１１０の下部に所定のパッケージング基板１８０を接合する。パッケージング基板１８０としてはシリコン基板を用いることができる。接合方法は、温度を加えて接合させるダイレクトボンディング（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）方法、電圧を加えて接合させる両極ボンディング（Ａｎｏｄｉｃ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）方法、エポキシ（Ｅｐｏｘｙ）などの接着剤を用いて接合する方法、金属を用いる共融ボンディング（Ｅｕｔｅｃｔｉｃ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）方法などがあるが、ダイレクトボンディングおよび両極ボンディング方法は比較的高温の段階で行われるため、低温段階で行われる接着剤利用方法または共融ボンディング方法を用いることが好ましい。
【００２１】
図３Ａないし図３Ｄは、図２に示したエアギャップＦＢＡＲの段階別の製造工程を説明するための断面図である。図３Ａに示したように、基板１１０の上部の全面にわたって絶縁膜１２０を蒸着する。絶縁膜１２０の材質や蒸着方法は前述したのでその詳説は除く。
次に、図３Ｂに示したように、絶縁膜１２０上に第１電極１３０、絶縁膜１４０、および第２電極１５０を順次積層する。このため、まず第１電極１３０を絶縁膜１２０の上部全面にわたって蒸着した後、パターニング（ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）を行って所定の絶縁膜１２０部分を露出させる。パターニングとは、フォトレジスト膜（ｐｈｏｔｏ−ｒｅｓｉｓｔ  ｆｉｌｍ）を用いてフォトレジスト膜が蒸着されていない領域のみをエッチングすることにより、所定のパターンでエッチングする工程のことを指す。
【００２２】
次に、露出された絶縁膜１２０および第１電極１３０の全面にわたって圧電層１４０を蒸着した後、パターニングして第１電極１３０の一定領域を露出させる。次に、パターニング工程を用いて圧電層１４０上の所定領域に第２電極１５０を積層する。図３Ｂに示したように、圧電層１４０の上部全面にわたって第２電極１５０が積層されているが、下部に第１電極１３０が位置する圧電層１４０の領域のみ第２電極１５０を積層することもできる。これにより、第１電極１３０、圧電層１４０および第２電極１５０が順次積層された構造となり、共振部２００を形成することができる。
【００２３】
図３Ｃは、ビアホール１６０を用いてエアギャップ１７０を形成する過程を示した断面図である。同図によると、基板１１０の下部に少なくとも１つのビアホール１６０を製造する。ビアホールの製造方法として、反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）方法が挙げられる。ＲＩＥ方法は、プラズマ状態で反応性ガスを活性化してエッチングしようとする物質と化学反応を引き起こし、揮発性物質にすることでエッチングする方法である。特に、誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｄ  Ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）を活性源としてする反応性イオンエッチング方法（以下、ＩＣＰ−ＲＩＥ方法と称する）を使用する。ＩＣＰ−ＲＩＥ方法は、乾式エッチング方法の一種として、エッチングの異方性がないため、湿式エッチング方法に比べて構造体の形状設計が自在である利点がある。
【００２４】
次に、形成されたビアホール１６０を用いて共振部２００の下部に配する基板１１０および絶縁膜１２０をエッチングすることによりエアギャップを製造する。エッチング方法としては、湿式エッチング方法や乾式エッチング方法がある。湿式エッチング方法とは、酢酸水溶液、フッ化水素酸、燐酸水溶液などの化学溶液を用いてエッチングする方法である。一方、乾式エッチング方法は、ガス、プラズマ、イオンビームなどを用いてエッチングする方法である。この場合、十分な時間をかけてエッチングを行うので共振部２００の下部と一定の距離（ｄ１、ｄ２）離隔された領域までエッチングする。
【００２５】
図３Ｄはパッケージング基板１８０を接合する工程に対する断面図である。パッケージング基板１８０を接合することにより、ビアホール１６０を介してエアギャップ１７０内部に異物が入り込むことを防止できる。
これにより、図２に示したエアギャップ型ＦＢＡＲが最終的に製造できる。製造されたエアギャップ型ＦＢＡＲは、所定の周波数帯域のＲＦ信号のみをフィルタリングする。これにより、複数のエアギャップ型ＦＢＡＲを直列または並列形態に適切に組み合わせると一定の中心周波数と周波数帯域幅を有するバンドパスフィルタが具現できる。さらに、係るバンドパスフィルタをインダクタおよびコンデンサーの組み合わせからなる位相遷移器（Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔｅｒ）と共に組み合わせることによって、デュプレクサが具現され得る。
【００２６】
以上、図面に基づいて本発明の好適な実施形態を図示および説明してきたが本発明の保護範囲は、前述の実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明における薄膜バルク音響共振器は、フィルタ、デュプレクサなどで使用することができる。よって、携帯電話、ノート型パソコン、ＰＤＡなどのような超小型通信機器に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１Ａ】従来のブラッグ反射型ＦＢＡＲの断面図である。
【図１Ｂ】従来の方式で製造されたエアギャップ型ＦＢＡＲの断面図である。
【図１Ｃ】従来の方式で製造されたエアギャップ型ＦＢＡＲの断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るエアギャップ型ＦＢＡＲの断面図である。
【図３Ａ】図２のエアギャップ型ＦＢＡＲの製造工程を説明するための断面図である。
【図３Ｂ】図２のエアギャップ型ＦＢＡＲの製造工程を説明するための断面図である。
【図３Ｃ】図２のエアギャップ型ＦＢＡＲの製造工程を説明するための断面図である。
【図３Ｄ】図２のエアギャップ型ＦＢＡＲの製造工程を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１００      基板
１２０      絶縁層
１３０      第１電極
１４０      圧電層
１５０      第２電極
１６０      ビアホール
１７０      空洞部
１８０      パッケージング基板
２００      共振部
【図１Ａ】
2005333642.tif 000003
【図１Ｂ】
2005333642.tif 000004
【図１Ｃ】
2005333642.tif 000005
【図２】
2005333642.tif 000006
【図３Ａ】
2005333642.tif 000007
【図３Ｂ】
2005333642.tif 000008
【図３Ｃ】
2005333642.tif 000009
【図３Ｄ】
2005333642.tif 000010