(57)【要約】  【課題】共振周波数の温度係数が小さく、且つリリースエッチングでのエッチングに適合する材料を用いて製造することができること。  【解決手段】温度補償型薄膜バルク音響共振器（ＦＢＡＲ）デバイスであって、ＦＢＡＲスタックを備え、該ＦＢＡＲスタックは、温度係数を有する共振周波数によって特徴付けられるＦＢＡＲであって、該ＦＢＡＲは、両側にある平面電極と、該電極間にある圧電素子とを有し、該圧電素子は、前記共振周波数の前記温度係数が少なくとも或る程度依存する温度係数を有する、ＦＢＡＲと、ドープされた二酸化珪素を含む温度補償層と、を備える、ＦＢＡＲデバイス。【選択図】図３Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度補償型薄膜バルク音響共振器（ＦＢＡＲ）デバイスであって、
ＦＢＡＲスタックを備え、該ＦＢＡＲスタックは、
温度係数を有する共振周波数によって特徴付けられるＦＢＡＲであって、該ＦＢＡＲは、両側にある平面電極と、該電極間にある圧電素子とを有し、該圧電素子は、前記共振周波数の前記温度係数が少なくとも或る程度依存する温度係数を有する、ＦＢＡＲと、
ドープされた二酸化珪素を含む温度補償層と、を備える、ＦＢＡＲデバイス。
【請求項２】
前記二酸化珪素は、第ＩＩＩ族元素の原子がドープされる、請求項１に記載のＦＢＡＲデバイス。
【請求項３】
前記温度補償層は前記電極のうちの一方に近接して配置される、請求項１又は２に記載のＦＢＡＲデバイス。
【請求項４】
前記温度補償層は、前記電極のうちの一方と、前記圧電素子との間に配置される、請求項１から３のいずれか１項に記載のＦＢＡＲデバイス。
【請求項５】
前記ＦＢＡＲスタックは、前記電極のうちの他方に近接して配置される付加的な温度補償層をさらに備え、該付加的な温度補償層は、ドープされた二酸化珪素を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載のＦＢＡＲデバイス。
【請求項６】
前記温度補償層は前記圧電素子に埋め込まれる、請求項１又は２に記載のＦＢＡＲデバイス。
【請求項７】
前記ＦＢＡＲは下側ＦＢＡＲであり、
前記ＦＢＡＲスタックは、
前記下側ＦＢＡＲ上に積重される上側ＦＢＡＲであって、両側にある平面電極と、該電極間にある圧電素子とを含む、上側ＦＢＡＲと、
前記ＦＢＡＲの間にある音響デカップラと、をさらに備える、請求項１から６のいずれか１項に記載のＦＢＡＲデバイス。
【請求項８】
前記下側ＦＢＡＲ、前記上側ＦＢＡＲ及び前記音響デカップラは、第１の減結合スタック型バルク音響共振器（ＤＳＢＡＲ）を構成し、
前記ＦＢＡＲスタックは、下側ＦＢＡＲと、該下側ＦＢＡＲ上に積重される上側ＦＢＡＲと、該ＦＢＡＲ間にある音響デカップラとを含む第２のＤＳＢＡＲをさらに含み、
前記下側ＦＢＡＲを相互接続する第１の電気回路と、
前記上側ＦＢＡＲを相互接続する第２の電気回路と、をさらに備える、請求項１から６のいずれか１項に記載のＦＢＡＲデバイス。
【請求項９】
前記ＦＢＡＲは第１のＦＢＡＲであり、
前記ＦＢＡＲスタックは、１つ又は複数の付加的なＦＢＡＲをさらに含み、
前記ＦＢＡＲはラダーフィルタとして相互接続される、請求項１から６のいずれか１項に記載のＦＢＡＲデバイス。
【請求項１０】
前記ＦＢＡＲは下側ＦＢＡＲであり、
前記ＦＢＡＲスタックは、
前記下側ＦＢＡＲ上に積重される上側ＦＢＡＲと、
前記ＦＢＡＲ間にある音響デカップラであって、ブラッグ構造を含む、音響デカップラと、をさらに含み、
前記温度補償層は前記ブラッグ構造の１つの層を構成する、請求項１に記載のＦＢＡＲデバイス。
【請求項１１】
ＦＢＡＲを形成する方法であって、
その中に空洞を画定される基板を配設するステップであって、該空洞は犠牲材料で満たされる、配設するステップと、
前記犠牲材料上にＦＢＡＲスタックを形成するステップと、を含み、該形成するステップは、ドープされた温度補償材料を含む温度補償層を堆積するステップを含み、
ドープされていない形の前記温度補償材料に適合しないエッチャントを用いて、前記空洞から前記犠牲材料を除去するステップを含む、ＦＢＡＲを形成する方法。
【請求項１２】
前記ドープされた温度補償材料は、ドープされた二酸化珪素であり、前記犠牲材料は燐ガラスであり、前記エッチャントは希薄フッ化水素酸である、請求項１１に記載のＦＢＡＲを形成する方法。
【請求項１３】
前記二酸化珪素は第ＩＩＩ族元素がドープされる、請求項１２に記載のＦＢＡＲを形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度補償型薄膜バルク音響共振器デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
１つ又は複数の薄膜バルク音響共振器（ＦＢＡＲ）を組み込むＦＢＡＲデバイスは、絶えず広がりつつある様々な電子製品、特に無線製品の一部を形成する。たとえば、最新の携帯電話は送受切換器を備えており、その中にある帯域フィルタはそれぞれ１つの梯子型回路を含み、その梯子型回路の各素子がＦＢＡＲである。ＦＢＡＲを組み込む送受切換器が、本開示の譲受人に譲渡され、参照により本開示に援用される、Bradley他による「Duplexer Incorporating Thin-film Bulk Acoustic Resonators (FBARs)」と題する特許文献１に開示される。そのような送受切換器は、送信機の出力とアンテナとの間に直列に接続される送信機帯域フィルタ、及びアンテナと受信機の入力との間にある９０°位相シフタと直列に接続される受信機帯域フィルタから構成される。送信機帯域フィルタ及び受信機帯域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る。ＦＢＡＲを基にする梯子型回路は他の応用形態においても用いられる。
【０００３】
図１は、送受切換器の送信機帯域フィルタとして用いるのに適している、ＦＢＡＲを基にする帯域フィルタ１０の１つの例示的な実施の形態を示す。その送信機帯域フィルタは、梯子型回路において接続される、複数の直列ＦＢＡＲ１２及び並列ＦＢＡＲ１４から構成される。直列ＦＢＡＲ１２は、並列ＦＢＡＲ１４よりも高い共振周波数を有する。
【０００４】
図２は、ＦＢＡＲの１つの例示的な実施の形態３０を示す。ＦＢＡＲ３０は、一対の電極３２、３４、及びその電極間にある圧電素子３６から構成される。圧電素子及び電極は、基板４２内に画定される空洞４４上に掛け渡される。このようにＦＢＡＲを掛け渡すことにより、ＦＢＡＲは、電極間に加えられる電気信号に応答して、機械的に共振できるようになる。
【０００５】
本開示の譲受人に譲渡され、参照により援用される特許文献２及び特許文献３は、下側ＦＢＡＲ、下側ＦＢＡＲ上に積重される上側ＦＢＡＲ及びそれらのＦＢＡＲ間にある音響デカップラ（acoustic decoupler）から構成される、減結合スタック型バルク音響共振器（ＤＳＢＡＲ）を組み込む帯域フィルタを開示する。各ＦＢＡＲは、一対の電極、及びその電極間にある圧電素子から構成される。下側ＦＢＡＲの電極間に電気入力信号が加えられ、上側ＦＢＡＲは、その電極間に、帯域フィルタによって処理された電気出力信号を与える。別法では、電気入力信号は上側ＦＢＡＲの電極間に加えることもでき、その場合には、電気出力信号は、下側ＦＢＡＲの電極から取り出される。直列に接続される上記の帯域フィルタのうちの２つから構成される帯域フィルタが、特許文献４に記述される。
【０００６】
本開示の譲受人に譲渡され、参照により援用される特許文献５及び特許文献６は、２つの減結合スタック型バルク音響共振器（ＤＳＢＡＲ）から構成される薄膜音響結合変換器（ＦＡＣＴ）を開示する。第１の電気回路が、ＤＳＢＡＲの下側ＦＢＡＲを直列又は並列に相互接続する。第２の電気回路が、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、１：１又は１：４のインピーダンス変換比を有する平衡型又は非平衡型のＦＡＣＴの実施の形態を得ることができる。そのようなＦＡＣＴは、第１の電気回路と第２の電気回路との間にガルバニック絶縁も与える。
【０００７】
図２を参照して先に説明されたＦＢＡＲ、及び１つ又は複数のＦＢＡＲを組み込む、ラダーフィルタ、ＤＳＢＡＲ、帯域フィルタ及びＦＡＣＴのようなデバイスは、本開示においてまとめてＦＢＡＲデバイスと呼ぶ。
【０００８】
大部分のＦＢＡＲデバイスは、中心周波数によって特徴付けられる帯域通過特性を有する周波数応答を有する。構成要素であるＦＢＡＲは、共振周波数によって特徴付けられる周波数応答特性を有する。圧電素子の材料が窒化アルミニウム（ＡＩＮ）であり、電極の材料がモリブデン（Ｍｏ）である現在のＦＢＡＲデバイスの実用的な実施の形態では、ＦＢＡＲ（複数可）の共振周波数は、約−２０ｐｐｍ／℃〜約−３５ｐｐｍ／℃の温度係数を有する。そのような温度係数は、ＦＢＡＲデバイスがその通過帯域幅規格を満たすことができる温度範囲を狭くする。ＦＢＡＲデバイスが試験される帯域幅範囲が、その動作温度範囲全体にわたってＦＢＡＲデバイスが帯域幅規格を確実に満たすように設定されなければならないので、そのような温度係数はさらに、製造歩留まりも低下させる。
【０００９】
上記のＦＢＡＲデバイスの実用的な実施の形態は、基板内に画定される空洞上に掛け渡されて製造される。ＦＢＡＲデバイスを製造する平坦な表面を設けるために、製造工程の開始後間もなく、空洞は犠牲材料で満たされる。ＦＢＡＲデバイスが製造された後に、犠牲材料が除去され、ＦＢＡＲデバイスが空洞上に掛け渡されたままにされる。一般的な犠牲材料は燐ガラス（ＰＳＧ）であり、犠牲材料は、エッチャントとしてフッ化水素酸（ＨＦ）を用いるウエットエッチング工程によって空洞から除去される。製造工程の終了前に、リリースエッチングが実行されるので、ＦＢＡＲデバイスの材料はＨＦでのエッチングに適合しなければならない。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６，２６２，６３７号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５  ０  ０９３  ６５４号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００５  ０  ０９３  ６５８号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００５  ０  １４０  ４６６号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００５  ０  ０９３  ６５５号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００５  ０  ０９３  ６５６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
それゆえ、その共振周波数の温度係数が小さく、且つリリースエッチングでのエッチングに適合する材料を用いて製造することができるＦＢＡＲデバイスが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
温度補償型薄膜バルク音響共振器（ＦＢＡＲ）デバイスであって、ＦＢＡＲスタックを備え、該ＦＢＡＲスタックは、温度係数を有する共振周波数によって特徴付けられるＦＢＡＲであって、該ＦＢＡＲは、両側にある平面電極と、該電極間にある圧電素子とを有し、該圧電素子は、前記共振周波数の前記温度係数が少なくとも或る程度依存する温度係数を有する、ＦＢＡＲと、ドープされた二酸化珪素を含む温度補償層と、を備える、ＦＢＡＲデバイス。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本開示において用いられるとき、用語「ＦＢＡＲスタック」は、１つ又は複数のＦＢＡＲを含む、種々の材料から成る層のスタックを指している。ＦＢＡＲスタックが２つ以上のＦＢＡＲを含む実施形態では、そのＦＢＡＲは、ＦＢＡＲスタック内の同じ段に、又はＦＢＡＲスタック内の異なる段に存在することができるか、或いはＦＢＡＲのうちのいくつかがＦＢＡＲスタック内の同じ段に存在し、ＦＢＡＲのうちのいくつかがＦＢＡＲスタック内の異なる段に存在することができる。たとえば、ＦＢＡＲラダーフィルタ内のＦＢＡＲは通常、ＦＢＡＲスタック内の同じ段に存在し、減結合スタック型バルク音響共振器（ＤＳＢＡＲ）内のＦＢＡＲはＦＢＡＲスタック内の異なる段に存在し、薄膜音響結合変換器（ＦＡＣＴ）のＦＢＡＲのうちのいくつかはＦＢＡＲスタック内の同じ段に存在し、ＦＡＣＴのＦＢＡＲのうちのいくつかはＦＢＡＲスタック内の異なる段に存在する。
【００１４】
ＦＢＡＲは、ＦＢＡＲ内の音（sound：音波）の伝搬速度に比例し、ＦＢＡＲを構成する層の厚みに反比例する共振周波数を有する。現在、ＦＢＡＲを製造するための材料の大部分では、温度が上昇するのに応じて原子間力が弱くなるので、伝搬速度は負の温度係数を示す。それらの力が減少する結果として、材料の弾性定数が減少し、それに伴って伝搬速度が低下する。温度が上昇することにより、伝搬速度が減少し、また層が厚みを増す。これらの効果はいずれも、ＦＢＡＲの共振周波数を下げる傾向があり、結果として、先に説明された負の温度係数が生じる。たとえば、現在、ＦＢＡＲを製造するための窒化アルミニウム（ＡｌＮ）及びモリブデン（Ｍｏ）の温度係数はそれぞれ、約−２５ｐｐｍ／℃及び−６０ｐｐｍ／℃である。
【００１５】
ＦＢＡＲの共振周波数の全体的な温度係数と、ＦＢＡＲの電極及び圧電素子の温度係数との間の関係は、電極及び圧電素子の相対的な厚みによって決定される。ＦＢＡＲを基にする送受切換器は、その中にあるＦＢＡＲが通常相対的に薄い電極及び相対的に厚い圧電素子を有する受信機ラダーフィルタを有する。そのようなＦＢＡＲの共振周波数は、ＡｌＮと類似の温度係数、すなわち約−２５ｐｐｍ／℃の温度係数を有する。ＦＢＡＲを基にする送受切換器の送信機ラダーフィルタは通常、電極が相対的に厚く、圧電素子が相対的に薄いＦＢＡＲを有する。電極のモリブデンの温度係数の方が、ＦＢＡＲの共振周波数の温度係数に大きく寄与する。結果として、そのようなＦＢＡＲの共振周波数は、約−３５ｐｐｍ／℃〜約−４０ｐｐｍ／℃の範囲の温度係数を有する。
【００１６】
本発明によれば、ＦＢＡＲスタックはさらに、ＦＢＡＲデバイスの共振周波数の温度係数を小さくする少なくとも１つの温度補償層を組み込む。温度補償層は、ＦＢＡＲスタックの一部を構成する圧電素子と符号が逆である温度係数を有する温度補償材料から成る層である。温度補償材料は、ドープされた二酸化珪素である。ドープされた二酸化珪素は正の温度係数を有し、圧電素子は負の温度係数を有する。さらに、ドープされた二酸化珪素は、その上にＦＢＡＲが製造される空洞から犠牲材料を除去するために用いられるエッチャントによるエッチングに適合する。
【００１７】
少なくとも１つの温度補償層がある場合、ＦＢＡＲの共振周波数ＴＣｅｆｆの実効的な温度係数ＴＣｅｆｆは、一次近似として、以下のようになる。
【００１８】
【数１】
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【００１９】
ただし、ＴＣＥは電極材料の温度係数であり、ＴＣＰは圧電素子の材料の温度係数であり、ＴＣＣは温度補償層（複数可）の温度補償材料の温度係数であり、ｔＥは電極の全厚であり、ｔＰは圧電素子の厚みであり、ｔＣは温度補償層（複数可）の全厚である。それらの厚みは、ＦＢＡＲデバイスの動作中に素子の中を音が伝搬する方向において測定される。式（１）は、縦方向及び横方向の両方の伝搬モードに当てはまる。式（１）は、温度補償層（複数可）の温度補償効果への、電極、圧電素子及び温度補償層（複数可）の音響インピーダンスの二次効果を無視する。
【００２０】
ここで、本発明の種々の実施形態による温度補償型ＦＢＡＲデバイスを記述する。そのような実施形態は全て、中心周波数によって特徴付けられる帯域通過周波数応答を有する。簡単にするために、ＦＢＡＲデバイスの通過帯域の中心周波数を、ＦＢＡＲの中心周波数と呼ぶ。後にさらに説明されるように、ＦＢＡＲデバイスの実施形態は、その一部が種々の音響透過性材料の層から構成され、その層の厚みは、ＦＢＡＲデバイスの中心周波数に名目的に等しい周波数の音響信号の音響透過性材料内の波長に依存する。
【００２１】
本開示では、用語「４分の波長層（quarter-water layer）」が、ＦＢＡＲデバイスの中心周波数に名目的に等しい周波数の音響信号の材料内の波長の４分の１の奇数倍に等しい名目的な厚みｔを有する、すなわち以下の式が成り立つ音響透過性の材料の層を表すために用いられるであろう。
【００２２】
【数２】
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【００２３】
ただし、λｎは音響透過性材料内の上記の音響信号の波長であり、ｍは０以上の整数である。４分の波長層の厚みは、λｎ／４の約±１０％だけ名目的な厚みとは異なる場合もある。性能は多少劣化するものの、この許容範囲外にある厚みを用いることはできるが、４分の波長層の厚みは常に、λｎ／２の整数倍とは大きく異なる。
【００２４】
さらに、本開示では、層の材料内の上記の音響信号の４分の（２ｍ＋１）波長の特定の数に等しい厚みを有する４分の波長層が、用語「４分の波長層」の（２ｍ＋１）に波長数を表す数字を代入することによって表される。たとえば、用語「４分の１波長層」は、音響カップラの中心周波数に等しい周波数の音響信号の材料内の波長の４分の１に等しい名目的な厚みｔを有する、すなわちｔ≒λｎ／４（式（２）においてｍ＝０）である音響透過性材料の層を表すために用いられる。４分の１波長層は、実現可能な最も薄い４分の１波長層である。同様に、４分の３波長層は、上記の音響信号の４分の３波長に等しい名目的な厚みを有する。すなわち、ｔ≒３λｎ／４（式（２）においてｍ＝１）である。
【００２５】
図３Ａ及び図３Ｂはそれぞれ、本発明の第１の実施形態による温度補償型ＦＢＡＲデバイス１００の一例を示す平面図及び断面図である。ＦＢＡＲデバイス１００は、１つのＦＢＡＲを含むＦＢＡＲスタックを含む。そのＦＢＡＲは、図１に示されるラダーフィルタのようなＦＢＡＲラダーフィルタの１つの例示的なＦＢＡＲであるか、又はＦＢＡＲ送受切換器の１つの例示的なＦＢＡＲである。そのようなラダーフィルタ又は送受切換器の残りのＦＢＡＲも、ＦＢＡＲスタックの一部を構成する。しかしながら、残りのＦＢＡＲは、図示するのを簡単にするために図３Ａ及び図３Ｂでは省略される。
【００２６】
ＦＢＡＲデバイス１００は、ＦＢＡＲスタック１１１を含む。ＦＢＡＲスタック１１１は、ＦＢＡＲ１１０と、温度補償層１１５とを含む。ＦＢＡＲ１１０は、両側にある平面電極１１２及び１１４と、それらの電極間にある圧電素子１１６とを有する。圧電素子１１６は、或る温度係数を有し、ＦＢＡＲの共振周波数の温度係数は少なくとも或る程度、その温度係数に依存する。さらに、共振周波数は通常、電極１１２及び１１４の温度係数にも依存する。温度補償層１１５は、圧電素子の温度係数とは符号が逆の温度係数を有する。その温度係数の符号が逆である結果として、温度補償層１１５は、ＦＢＡＲデバイス１００の温度係数への圧電素子の温度係数の影響を低減する。結果として、ＦＢＡＲデバイス１００の温度係数の大きさは、温度補償層を用いない場合の同様のＦＢＡＲデバイスの場合よりも小さい。
【００２７】
本開示において用いられるとき、ＦＢＡＲスタック１１１の構成要素、たとえば温度補償層１１５、圧電素子１１６並びに電極１１２及び１１４の温度係数は、ＦＢＡＲ１１０の共振周波数の温度係数が依存する構成要素のパラメータの温度係数である。通常、そのパラメータは、構成要素内の音の伝搬速度と、構成要素の熱膨張係数との組み合わせである。さらに、そのパラメータは、構成要素の音響インピーダンスを考慮に入れることができる。
【００２８】
図３Ｂに示される例では、温度補償層１１５は、ＦＢＡＲ１１０の圧電素子１１６、並びに電極１１２及び１１４の温度係数とは符号が逆の温度係数を有する温度補償材料の層である。具体的には、圧電素子及び電極は負の温度係数を有し、温度補償層１１５は、正の温度係数を有する、ドープされた二酸化珪素の層である。
【００２９】
図示される例では、温度補償層１１５は、圧電素子１１６と電極１１４との間に配置され、電極１１４に近接して配置される。別法では、温度補償層１１５は、電極１１２に近接して、電極１１２と圧電素子１１６との間に配置することができる。本開示において近接されるものとして示される素子は通常、図３Ｂに示されるように、互いに物理的に接触している。しかしながら、介在する素子が近接して配置される素子の音響特性に及ぼす影響を無視できるものとすると、近接して配置される素子は、そのような介在する素子によって分離することもできる。
【００３０】
温度補償型ＦＢＡＲデバイス１００はさらに基板１０２を含む。基板１０２内に空洞１０４が画定され、ＦＢＡＲスタック１１１は、その空洞上に掛け渡される。空洞１０４は、ＦＢＡＲスタック１１１を基板１０２から音響的に分離する。それゆえ、ＦＢＡＲスタック１１１は、ＦＢＡＲ１１０の電極１１２と１１４との間に加えられる電気信号に応答して機械的に自由に振動する。後にさらに詳細に説明されるように、空洞１０４は犠牲材料で満たされ（図３Ｂに示されないが、図６Ａ及び図６Ｋにおいて１０５で示される）、ＦＢＡＲスタック１１１が犠牲材料の表面上に製造され、ＦＢＡＲが製造された後に、犠牲材料はエッチングによって空洞から除去されて、先に説明されたように、ＦＢＡＲスタック１１１が空洞１０４上に掛け渡されたままにされる。
【００３１】
二酸化珪素は約＋１００ｐｐｍ／℃の正の温度係数を有し、それゆえ、温度補償層１１５として用いるための温度補償材料の候補である。しかしながら、正ではあるが、ドープされていないＳｉＯ２の温度係数は相対的に低いので、温度補償層１１５の厚みを相対的に増して、ＦＢＡＲ１１０の共振周波数の温度係数を近似的に０まで減少させなければならない。図３Ａ及び図３Ｂに示されるＦＢＡＲ１１０に類似であり、圧電素子１１６が、厚み１．２μｍの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の層であり、電極１１２及び１１４が、厚み３００ｎｍのモリブデン（Ｍｏ）の層であり、温度補償層１１５が、ドープされていないＳｉＯ２の層であった１つの実験的なＦＢＡＲでは、ＦＢＡＲの共振周波数の温度係数を近似的に０まで減少させるために、約６２０ｎｍの厚みの温度補償層１１５が必要とされた。電極１１２と１１４との間の電界内に、そのように厚みのある絶縁性材料が配置されると、ＦＢＡＲの結合定数ｋｔ２が約６％から１％未満まで減少する。そのように結合定数が小さくなると、ＦＢＡＲ１００に類似のＦＢＡＲデバイスを組み込むフィルタの性能は受け入れられないものになる。
【００３２】
さらに、ドープされていない二酸化珪素は、製造工程の終了前に空洞１０４から上記の犠牲材料を除去するためにフッ化水素酸（ＨＦ）が用いられるＦＢＡＲデバイスでは、容易に用いることはできない。これは、ドープされていないＳｉＯ２がリリースエッチャントに対してほとんどエッチング適合性がないことによる。
【００３３】
上記の、そして後に説明されることになる、ＦＢＡＲデバイス１００の種々の実施形態において、さらには、後に説明されることになるＦＢＡＲデバイス２００及び３００の実施形態において、温度補償層１１５としてのそのような温度補償層の温度補償材料は、第ＩＩＩ族元素をドープされた二酸化珪素（ＳｉＯ２）である。本発明者は、第ＩＩＩ族元素をドープされた二酸化珪素が、温度補償材料の温度係数を約＋３００ｐｐｍ／℃まで高めることを見いだしている。温度補償材料がホウ素をドープされた二酸化珪素であった温度補償層１１５の一実施形態では、ＦＢＡＲデバイスの共振周波数の温度係数を概ね０まで減少させるのに、約８０ｎｍより薄い厚みで十分であった。それでも、温度補償層１１５は結合定数を減少させるが、結合定数は２％よりも大きいままである。そのようなＦＢＡＲデバイスを組み込むフィルタにおいて条件を満たす性能を与えるのに、２％よりも大きい結合定数であれば十分である。その温度補償層は、ＦＢＡＲデバイスの測定されたＱサークルに関してほとんど劣化を引き起こさなかった。
【００３４】
さらに、第ＩＩＩ族元素をドープされた二酸化珪素は、製造工程の終了前に空洞１０４から犠牲材料を除去するために用いられるフッ化水素酸（ＨＦ）でのエッチングに適合性がある。こうして、基板内に画定される空洞によって、基板から音響的に分離されるＦＢＡＲデバイスは、ドープされた二酸化珪素温度補償層を組み込むことができる。
【００３５】
第ＩＩＩ族元素は、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及びインジウム（Ｉｎ）を含む。第ＩＩＩ族元素をドープされた二酸化珪素の温度補償層は、化学気相成長（ＣＶＤ）によって堆積することができる。他の堆積技法も知られており、用いることができる。別法では、ＣＶＤ等によって、ドープされていない二酸化珪素を堆積することができ、その後、イオン注入を用いてドープすることができる。先に引用された実験結果は、温度補償層がＣＶＤによって堆積された二酸化珪素の層であるＦＢＡＲで得られた。堆積した後に、二酸化珪素はホウ素イオンがドープされ、そのホウ素イオンは約３０ｋｅＶのエネルギー及び約２．５×１０１５ｃｍ−３の密度でイオン注入された。
【００３６】
温度補償層１１５は、ＦＢＡＲ１１０の音響共振構造の一部を形成する。指定された共振周波数を有するＦＢＡＲを形成するために、温度補償層は、ＦＢＡＲの１つ又は複数の他の構成要素、すなわち圧電素子及び電極の部分と入れ替わる。ドープされた二酸化珪素の電気音響特性は通常、ＦＢＡＲの他の構成要素よりも劣っている。結果として、温度補償層１１５は、他の点では同じ従来のＦＢＡＲの特性に対して、ＦＢＡＲ１１０の実施形態の電気音響特性を劣化させる可能性がある。式（１）によれば、ドープされた材料の温度係数がドープされていない材料に比べて著しく高くなることによって、温度補償層の厚みを最小限に抑えることができるので、二酸化珪素をドープすることによって温度係数を高める結果として、電気音響特性の劣化が抑えられる。これにより、他の構成要素の厚みの低減が最小限に抑えられる。温度補償層１１５の厚みを最小限に抑えることにより、温度補償層がＦＢＡＲデバイスの電気音響特性に及ぼす影響が最小限に抑えられる。
【００３７】
温度補償層１１５は、ＦＢＡＲ１１０の共振周波数の温度係数を減少させる。温度補償層の伝搬速度の正の温度係数は、圧電素子１１６並びに電極１１２及び１１４の伝搬速度の負の温度係数を少なくとも或る程度相殺する。実施形態によっては、温度補償層の厚みは、ＦＢＡＲ１１０の実効的な温度係数が０になるように設定される。他の実施形態では、温度補償層の厚みは、ＦＢＡＲ１１０の実効的な温度係数が負のままであるが、ＦＢＡＲスタックが温度補償層を持たない従来のＦＢＡＲの温度係数よりも大幅に小さくなるように設定される。ＦＢＡＲ１１０の温度係数の減少は、ＦＢＡＲ１１０の動作温度範囲及び製造歩留まりの一方又は両方を増加させるであろう。単にＦＢＡＲデバイス１１０の温度係数を従来のＦＢＡＲの半分に減少させるだけで、製造歩留まりが実効的に増加する。
【００３８】
ここで、ＦＢＡＲデバイス１００の代替の構造が、図３Ｃ〜図３Ｅに示される断面図を参照しながら説明されるであろう。
【００３９】
図３Ｃは、ＦＢＡＲデバイス１００の一実施形態を示しており、温度補償層１１５が、電極１１４を挟んで圧電素子１１６とは反対の側に、電極１１４に近接して配置される。温度補償層１１５を、電極１１４を挟んで圧電素子１１６とは反対の側に配置することによって、絶縁性の温度補償層が、電極と圧電素子との間の結合定数を減少させるのを防ぐ。しかしながら、通常、所与の厚みの温度補償層１１５の場合に、図３Ｃに示されるように温度補償層が他の場所に配置される実施形態の場合よりも、図３Ｂに示されるように温度補償層が電極１１２と１１４との間に配置される実施形態の場合に、より高い温度補償が与えられることが試験により明らかになっている。
【００４０】
図３Ｂ及び図３Ｃに示されるＦＢＡＲデバイス１００の実施形態では、電極１１４に近接して温度補償層１１５が存在するが、電極１１２に近接して対応する温度補償層が存在しないことに起因して、ＦＢＡＲスタック１１１は圧電素子１１６に対して非対称である。電極１１２の厚みを増して、ＦＢＡＲスタック１１１の対称性を取り戻すことができる。しかしながら、電極１１２の厚みを増すことによって、温度補償層１１５によって補償される必要がある温度係数が増加する。デバイスの非対称性は結合定数を減少させる。しかしながら、応用形態によっては、そのように結合定数が減少することは、電極１１２の厚みを増すことよりも好ましい。
【００４１】
図３ＤはＦＢＡＲデバイス１００の一実施形態を示しており、第２の温度補償層１１３をＦＢＡＲスタックに組み込むことによって、ＦＢＡＲスタック１１１の対称性が取り戻される。温度補償層１１３は、電極１１２に近接して配置される。図３Ｄに示される例では、温度補償層１１３は電極１１２と圧電素子１１６との間に配置される。温度補償層１１３及び１１５はそれぞれ、ドープされた二酸化珪素の層であり、ＦＢＡＲ１１０の圧電素子１１６並びに電極１１２及び１１４の温度係数は符号が逆の温度係数を有する。図３Ｄに示される実施形態では、温度補償層１１３及び１１５の厚みの和は、図３Ｂに示される温度補償層１１５の厚みに等しい。
【００４２】
図３Ｄに示される例では、温度補償層１１３が電極１１２と圧電素子１１６との間に配置され、温度補償層１１５が電極１１４と圧電素子１１６との間に配置される。別法では、温度補償層１１３は、電極１１２を挟んで圧電素子１１６とは反対の側に配置することができ、別法では、温度補償層１１５は、図３Ｃに示されるのと同じようにして、電極１１４を挟んで圧電素子１１６とは反対の側に配置することができる。
【００４３】
図３ＥはＦＢＡＲデバイス１００の別の実施形態を示しており、ただ１つの温度補償層１１５が圧電素子１１６に埋め込まれる。これは、圧電素子１１６の厚みの中に部分的に、たとえばその厚みの中間に温度補償層１１５を配置し、ただ１つの温度補償層を有する対称なＦＢＡＲスタック１１１を与える。圧電素子１１６は２つの部分１１６Ａ及び１１６Ｂを有し、その間に温度補償層１１５が配置される。
【００４４】
図３Ａ〜図３Ｅに示されるＦＢＡＲデバイス１００の例では、ＦＢＡＲスタック１１１は別法では、Lakinによる米国特許第６，１０７，７２１号によって開示されるような、音響ブラッグ反射板（acoustic Bragg reflector）によって、基板１０２から分離することができる。一対のみ、又は二対のブラッグ層を用いて空洞１０４によって与えられる音響的な分離に相当する音響的な分離を与える、金属ブラッグ層及びプラスチックブラッグ層を交互に配置することによって構成される音響ブラッグ反射板が、本特許出願の譲受人に譲渡され、参照により援用される、Larson III他による「Cavity-less Film Bulk Acoustic Resonator (FBAR) Devices」と題する米国特許出願公開公報第２００５  ０  １０４  ６９０号によって記述される。
【００４５】
ＦＢＡＲ１００の上記の実施形態は、或る温度係数を有する、伝搬時間に関連する特性を有する音響伝搬経路を含む音響デバイスの一例と見なすことができる。その伝搬経路は、１つ又は複数の音響伝搬素子から構成される。音響伝搬素子は集合的に、伝搬時間に関連する特性の温度係数を少なくとも部分的に決定する温度係数を有する。その伝搬経路はさらに、ドープされた二酸化珪素の少なくとも１つの温度補償層から構成され、その温度係数は音響伝搬素子の温度係数とは符号が逆である。本開示において用いられるとき、用語「音響及び音」は、可聴周波数範囲よりもはるかに広い振動周波数範囲を含む。
【００４６】
図３Ｂに示される例では、伝搬時間に関連する特性は、ＦＢＡＲ１１０の共振周波数である。音響伝搬経路は電極１１２から電極１１４に及び、その音響伝搬素子は電極１１２、電極１１４及び圧電素子１１６である。音響伝搬素子は集合的に、音響伝搬経路の伝搬時間に関連する特性が負の温度係数になるようにする温度係数を有する。音響伝搬経路には、温度補償層１１５も含まれる。温度補償層１１５は、音響伝搬経路とは符号が逆の正の温度係数を有する。温度補償層１１５は、音響伝搬経路の伝搬時間に関連する特性の温度係数の大きさを低減する。図３Ｃに示される実施形態では、音響伝搬経路は電極１１２から温度補償層１１５に及ぶ。
【００４７】
上記の音響デバイスの他の例は、表面弾性波（ＳＡＷ）フィルタ、水晶フィルタ、結合共振フィルタ（coupled-resonator filter）及び遅延線を含む。
【００４８】
図４Ａ及び図４Ｂはそれぞれ、本発明の第２の実施形態による温度補償型ＦＢＡＲデバイス２００の例を示す平面図及び断面図である。ＦＢＡＲデバイス２００は帯域フィルタであり、その中にあるＦＢＡＲスタックは２つのＦＢＡＲ、及びそれらのＦＢＡＲ間にある音響デカップラから構成される。ＦＢＡＲ及び音響デカップラは、単一の減結合スタック型バルク音響共振器（ＤＳＢＡＲ）を構成する。
【００４９】
ＦＢＡＲデバイス２００はＦＢＡＲスタック２２１を含む。ＦＢＡＲスタック２２１は、上記のＦＢＡＲ１１０、ＦＢＡＲ１２０、音響デカップラ１３０及び温度補償層１１５及び１２３を含む。ＦＢＡＲ１１０は、ＦＢＡＲスタック内の下側ＦＢＡＲである。ＦＢＡＲ１２０は上側ＦＢＡＲであり、下側ＦＢＡＲ１１０上に積重される。音響デカップラ１３０は、ＦＢＡＲ１１０とＦＢＡＲ１２０との間に配置される。
【００５０】
下側ＦＢＡＲ１１０は、両側にある平面電極１１２及び１１４と、それらの電極間にある圧電素子１１６とを有する。圧電素子１１６は、ＦＢＡＲ１１０の共振周波数の温度係数が少なくとも或る程度依存する温度係数を有する。ＦＢＡＲ１１０の共振周波数は通常、電極１１２及び１１４の温度係数にも依存する。上側ＦＢＡＲ１２０は、両側にある平面電極１２２及び１２４と、それらの電極間にある圧電素子１２６とを有する。圧電素子１２６は、ＦＢＡＲ１２０の共振周波数の温度係数が少なくとも或る程度依存する温度係数を有する。ＦＢＡＲ１２０の共振周波数は通常、電極１２２及び１２４の温度係数にも依存する。温度補償層１１５及び１２３は、ドープされた二酸化珪素の層であり、圧電素子１１６及び１２６の温度係数とは符号が逆の温度係数を有する。
【００５１】
ドープされた二酸化珪素の温度係数の符号が逆である結果として、温度補償層１１５及び１２３は、ＦＢＡＲデバイス２００の温度係数への圧電素子１１６及び１２６の温度係数の影響を低減し、通常、電極１１２、１１４、１２２及び１２４の温度係数の影響も低減する。結果として、ＦＢＡＲデバイス２００の温度係数の大きさは、温度補償層を用いない類似のＦＢＡＲデバイスよりも小さい。
【００５２】
図４Ｂに示される例では、温度補償層１１５は、ＦＢＡＲ１１０内の電極１１４と圧電素子１１６との間に配置され、温度補償層１２３は、ＦＢＡＲ１２０内の電極１２２と圧電素子１２６との間に配置される。
【００５３】
別法では、温度補償層１１５及び１２３は、図３Ｃ及び図３Ｅを参照して先に説明された任意の構成において、ＦＢＡＲ１１０及び１２０に対してＦＢＡＲスタック２１１内に配置することができる。別法では、図３Ｄを参照して先に説明されたのと同じようにして、さらに別の温度補償層（図示せず）を各電極１１２及び１２４に近接して配置することもできる。しかしながら、温度補償層１１５及び１２３がそれぞれ、ＦＢＡＲ１１０の電極１１４、及びＦＢＡＲ１２０の電極１２２に近接して配置され、図４Ｂに示されるように、電極１１４及び１２２が音響デカップラ１３０に近接して配置される実施形態は通常、温度補償層が他の場所に配置される構成よりも、温度補償を与えることに関して有効である。
【００５４】
ＦＢＡＲデバイス２００では、音響デカップラ１３０はＦＢＡＲ１１０と１２０との間に、具体的には、ＦＢＡＲ１１０の電極１１４とＦＢＡＲ１２０の電極１２２との間に配置される。音響デカップラは、ＦＢＡＲ１１０と１２０との間の音響エネルギーの結合を制御する。音響デカップラは、ＦＢＡＲ間の直接結合によって結合されることになるエネルギーよりも、ＦＢＡＲ間で少ない音響エネルギーを結合する。図４Ｂに示される例では、音響デカップラ１３０は、音響減結合材料(acoustic decoupling material：音響デカップリング材料)から成る音響減結合層から構成される。別法では、本開示の譲受人に譲渡され、参照により援用される、Larson IIIによる米国特許出願公開公報第２００５  ０  ０９３  ６５３号によって記述されるように、ブラッグ構造を音響デカップラ１３０として用いることができる。
【００５５】
図示される例では、ＦＢＡＲスタック２１１は、基板１０２内に画定される空洞１０４上に掛け渡される。空洞１０４は、ＦＢＡＲスタック２１１を基板１０２から音響的に分離する。ＦＢＡＲ２１１と基板１０２との間を音響的に分離することによって、ＤＳＢＡＲ１０６を構成するＦＢＡＲ１１０及び１２０が、それらのＦＢＡＲのうちの一方の電極間に入力電気信号が加えられるのに応答して、機械的に共振できるようになる。入力電気信号を受信するＦＢＡＲにおいて生成される音響エネルギーは、音響デカップラ１３０を通って、他方のＦＢＡＲに入る。音響エネルギーを受け取るＦＢＡＲは、音響エネルギーの一部を、その電極間に与えられる電気出力信号に変換する。音響エネルギーを受け取るＦＢＡＲの電極間の電気信号出力は、ＦＢＡＲスタック２１１と基板１０２との間の望ましくない音響結合から生じる、望ましくないスプリアス成分（spurious artifacts：不要輻射成分）が概ね生じない、帯域周波数応答特性を有する。
【００５６】
図示される例では、ＦＢＡＲ１１０の電極１１２及び１１４は、それぞれ電気トレース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。さらに、ＦＢＡＲ１２０の電極１２２及び１２４は、電気トレース１３７及び１３９によってそれぞれ、端子パッド１３６及び１３８に電気的に接続される。入力と出力との間のガルバニック絶縁（galvanic isolation）を与えない実施形態では、電気トレース１３７が端子パッド１３４に接続され、端子パッド１３６が省かれる。端子パッド１３２、１３４、１３６及び１３８を用いて、ＦＢＡＲデバイス２００から外部の電気回路（図示せず）への電気的な接続が行われる。
【００５７】
図示される例では、音響デカップラ１３０は、音響減結合材料から成る４分の波長層である。音響減結合材料の音響インピーダンスは、ＦＢＡＲ１１０及び１２０の材料の音響インピーダンスよりも小さく、空気よりもはるかに大きい。材料の音響インピーダンスは、材料内の粒子速度に対する応力の比であり、測定単位はレイリー、略してｒａｙｌである。ＦＢＡＲの材料の音響インピーダンスは通常、３０Ｍｒａｙｌよりも大きく（ＡＩＮの場合３５Ｍｒａｙｌ、Ｍｏの場合６３Ｍｒａｙｌ）、空気の音響インピーダンスは約１ｋｒａｙｌである。ＦＢＡＲ１１０、１２０の材料が先に述べられたとおりであるＦＢＡＲデバイス２００の実施形態では、音響デカップラ１３０の音響結合材料として、約２Ｍｒａｙｌ〜約８Ｍｒａｙｌの範囲の音響インピーダンスを有する音響減結合材料が良好に機能する。
【００５８】
音響デカップラ１３０が音響減結合材料の４分の１波長層として具現される、ＦＢＡＲデバイス２００の一実施形態の周波数応答は、音響デカップラが音響減結合材料の４分の３波長以上の層として具現される実施形態よりも、スプリアス成分を示す可能性が小さい。より厚みのある音響デカップラを有する実施形態の周波数応答は、より厚みのある音響デカップラが多数の音響モードに対応する能力に起因して、スプリアス成分を示す可能性が高くなる。
【００５９】
数多くのプラスチック材料が、約２Ｍｒａｙｌ〜約８Ｍｒａｙｌの上記の範囲内の音響インピーダンスを有し、上記の厚みの範囲内にある均一な厚みの層として被着することができる。それゆえ、そのようなプラスチック材料は音響デカップラ１３０の音響減結合材料として用いるのに適している可能性がある。しかしながら、音響減結合材料は、音響デカップラ１３０が製造された後に実行される製造処理の温度に耐えることもできなければならない。後にさらに詳細に説明されるように、ＦＢＡＲデバイス２００の実用的な実施形態では、電極１２２及び１２４並びに圧電層１２６は、音響デカップラ１３０が製造された後にスパッタリングによって堆積される。これらの堆積工程では、４００℃程度の高温に達する。したがって、そのような温度でも安定したままであるプラスチックが、音響減結合材料として用いられる。
【００６０】
プラスチック材料は通常、ＦＢＡＲ１１０及び１２０の他の材料と比べて、単位長当たり非常に高い音響的な減衰を有する。しかしながら、プラスチック音響デカップラ１３０は通常、１μｍより薄い厚さ、たとえば２００ｎｍ厚であるので、音響デカップラ１３０のそのような実施形態によって導入される音響的な減衰は通常無視することができる。
【００６１】
一実施形態では、音響デカップラ１３０の音響減結合材料としてポリイミドが用いられる。ポリイミドは、E. I. du Pont de Nemours and Companyによってカプトン（商標）として市販される。そのような実施形態では、音響デカップラ１３０は、スピンコーティングによって電極１１４に被着されるポリイミドの４分の波長層、通常４分の１波長層から構成される。ポリイミドは、約４Ｍｒａｙｌの音響インピーダンスを有する。
【００６２】
別の実施形態では、音響デカップラ１３０の音響減結合材料としてポリ（パラキシリレン）が用いられる。そのような実施形態では、音響デカップラ１３０は、真空堆積によって電極１１４に被着されるポリ（パラキシリレン）の４分の波長層、通常４分の１波長層から構成される。ポリ（パラキシリレン）は、当該技術分野においてパリレンとしても知られている。パリレンが形成されるダイマー前駆体であるジパラキシリレン、及びパリレンの層の真空堆積を実行するための装置は、数多くの供給業者から入手することができる。パリレンは、約２．８Ｍｒａｙｌの音響インピーダンスを有する。
【００６３】
別の実施形態では、音響デカップラ１３０の音響減結合材料として、架橋ポリフェニレンポリマーが用いられる。そのような実施形態では、音響デカップラ１３０は、スピンコーティングによって被着される架橋ポリフェニレンポリマーの４分の波長層、通常４分の１波長層である。架橋ポリフェニレンポリマーは、集積回路において用いるための低誘電率の誘電体材料として開発されており、したがって、ＦＢＡＲ１２０の後続の製造中に音響デカップラ１３０が受ける高い温度において安定したままである。架橋ポリフェニレンポリマーはさらに、約２Ｍｒａｙｌの計算上の音響インピーダンスを有する。この音響インピーダンスは、有用な通過帯域幅を有するＦＢＡＲデバイス２００を提供する音響インピーダンスの範囲内にある。
【００６４】
重合して個々の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が、The Dow Chemical Company、Midland、MIによってＳｉＬＫの商標で市販される。その前駆体溶液はスピンコーティングによって被着される。他に定着剤を含む、ＳｉＬＫ（商標）Ｊで示される、これらの前駆体溶液のうちの１つから得られる架橋ポリフェニレンポリマーは、２．１Ｍｒａｙｌ、すなわち約２Ｍｒａｙｌの計算上の音響インピーダンスを有する。
【００６５】
重合し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、ビスシクロペンタジエノン含有モノマー、及び芳香族アセチレン含有モノマーから調製される。そのようなモノマーを用いることにより、過度の置換を必要とすることなく、可溶性オリゴマーが形成される。その前駆体溶液は、γブチロラクトン及びシクロヘキサノン溶媒に溶解する特定のオリゴマーを含む。前駆体溶液内のオリゴマーのパーセンテージは、前駆体溶液がスピンオンされるときの層厚を決定する。被着した後に、熱を加えることによって溶媒が気化し、その際、オリゴマーが硬化して、架橋ポリマーが形成される。ビスシクロペンタジエノンは、４＋２付加環化反応においてアセチレンと反応して、新たな芳香環を形成する。さらに硬化させる結果として、架橋ポリフェニレンポリマーが生成される。上記の架橋ポリフェニレンポリマーは、参照して本明細書に援用される、Godschalx他による米国特許第５，９６５，６７９号において開示される。さらに実用上の細かい事柄は、同じく参照により援用される、Martin他による「Development of Low-Dielectric Constant Polymer for the Fabrication of Integrated Circuit Interconnect」（12 ADVANCED MATERIALS, 1769 (2000)）において記述される。ポリイミドと比べて、架橋ポリフェニレンポリマーは音響インピーダンスが低く、音響的な減衰が小さく、誘電率が低い。さらに、前駆体溶液のスピンオン層は、音響デカップラ１３０の一般的な厚みである約２００ｎｍの厚みで、架橋ポリフェニレンポリマーの高品質層を製造することができる。
【００６６】
１つの代替の実施形態では、音響デカップラ１３０は、本開示の譲受人に譲渡され、参照により援用される、Larson III他による「Pass Bandwidth Control in Decoupled Stacked Bulk Acoustic Resonator Devices」と題する米国特許出願公開公報第２００５  ０  ０９３  ６５８号に開示されるような、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成る音響減結合層（図示せず）から構成される。
【００６７】
１つの代替の実施形態では、音響デカップラ１３０の音響減結合材料の音響インピーダンスは、ＦＢＡＲ１１０及び１２０の材料の音響インピーダンスよりもはるかに大きい。この特性を有する音響減結合材料は現時点では知られていないが、そのような材料は、将来には入手できるかもしれない。別法では、音響インピーダンスが低いＦＢＡＲ材料が、将来には入手できるかもしれない。そのような高い音響インピーダンスの音響減結合材料の音響デカップラ１３０の厚みは先に説明されたとおりである。
【００６８】
別の実施形態では（図示せず）、音響デカップラ１３０は、高音響インピーダンスのブラッグ素子間に狭持される低音響インピーダンスのブラッグ素子から構成されるブラッグ構造として構成される。低音響インピーダンスのブラッグ素子は低音響インピーダンス材料の４分の波長層であるのに対して、高音響インピーダンスのブラッグ素子はそれぞれ、高音響インピーダンス材料から成る４分の波長層である。ブラッグ素子の音響インピーダンスは、互いに対して、さらには、圧電素子１１６及び１２６の圧電材料の音響インピーダンスに対して「低」及び「高」として特徴付けられる。ブラッグ素子のうちの少なくとも１つはさらに、高い電気抵抗及び低い誘電率を有し、ＦＢＡＲデバイス２００の入力と出力との間に電気的分離を与える。
【００６９】
音響デカップラ１３０がブラッグ構造として構成されるいくつかの実施形態では、高音響インピーダンス材料として、ドープされた二酸化珪素を用いることができ、低音響インピーダンス材料として、架橋ポリフェニレンポリマーを用いることができる。そのような実施形態では、ドープされたＳｉＯ２から成る高音響インピーダンスブラッグ素子はさらに、下側ＦＢＡＲ１１０及び上側ＦＢＡＲ１２０の両方のための温度補償層としての役割も果たすことができる。この構造は、電極１１２と１１４との間、及び電極１２２と１２４との間に非導電性の温度補償層を配置することなく、温度補償を与える。温度補償層は４分のｎ波長層である。ただし、ｎは、所望の温度係数に近い温度係数を有するＦＢＡＲデバイス２００を提供するように選択される。
【００７０】
図５Ａは、本発明の第３の実施形態による温度補償型ＦＢＡＲデバイス３００の一例を示す平面図である。ＦＢＡＲデバイス３００は薄膜音響結合変換器（ＦＡＣＴ）であり、その中にあるＦＢＡＲスタックは、２つの減結合スタック型バルク音響共振器（ＤＳＢＡＲ）として配列される４つのＦＢＡＲから構成される。図５Ｂ及び図５Ｃは、図５Ａのそれぞれ断面線５Ｂ−５Ｂ及び５Ｃ−５Ｃに沿った断面図である。図５Ｄは、図５Ａに示され、後に説明されるＦＡＣＴ３００の例の電気回路の配線図である。
【００７１】
ＦＢＡＲデバイス３００はＦＢＡＲスタック３１１を含む。ＦＢＡＲスタック３１１は、上記のＦＢＡＲ１１０と、温度補償層１１５とを含む。ＦＢＡＲ１１０はＦＢＡＲスタック内の下側ＦＢＡＲである。ＦＢＡＲスタック３１１はさらに、下側ＦＢＡＲ１１０上に積重される上側ＦＢＡＲ１２０と、ＦＢＡＲ１１０と１２０との間にある音響デカップラ１３０と、温度補償層１２３とを含む。ＦＢＡＲ１１０、ＦＢＡＲ１２０及び音響デカップラ１３０は、上記のＤＳＢＡＲ１０６を構成する。ＦＢＡＲスタック３１１はさらに、下側ＦＢＡＲ１５０、下側ＦＢＡＲ１５０上に積重される上側ＦＢＡＲ１６０、ＦＢＡＲ１５０と１６０との間にある音響デカップラ１７０及び温度補償層１５５及び１６３から構成される第２のＤＳＢＡＲ１０８を含む。
【００７２】
ＦＡＣＴ３００はさらに、ＤＳＢＡＲ１０６の下側ＦＢＡＲ１１０とＤＳＢＡＲ１０８の下側ＦＢＡＲ１５０とを相互接続する電気回路、及びＤＳＢＡＲ１０６の上側ＦＢＡＲ１２０とＤＳＢＡＲ１０８の上側ＦＢＡＲ１６０とを相互接続する電気回路から構成される。図５Ｄは、電気回路１４１がＤＳＢＡＲ１０６の下側ＦＢＡＲ１１０とＤＳＢＡＲ１０８の下側ＦＢＡＲ１５０とを逆並列に接続し、電気回路１４２がＤＳＢＡＲ１０６の上側ＦＢＡＲ１２０とＤＳＢＡＲ１０８の上側ＦＢＡＲ１６０とを直列に接続する例を示す。
【００７３】
ＤＳＢＡＲ１０６では、下側ＦＢＡＲ１１０は両側にある平面電極１１２及び１１４、及びそれらの電極間にある圧電素子１１６から構成される。圧電素子１１６は、ＦＢＡＲ１１０の共振周波数の温度係数が少なくとも或る程度依存する温度係数を有する。ＦＢＡＲ１１０の共振周波数は通常、電極１１２及び１１４の温度係数にも依存する。上側ＦＢＡＲ１２０は両側にある平面電極１２２及び１２４、及びそれらの電極間にある圧電素子１２６から構成される。上側ＦＢＡＲ１２０は両側にある平面電極１２２及び１２４、及びそれらの電極間にある圧電素子１２６を有する。圧電素子１２６は、ＦＢＡＲ１２０の共振周波数の温度係数が少なくとも或る程度依存する温度係数を有する。ＦＢＡＲ１２０の共振周波数は通常、電極１２２及び１２４の温度係数にも依存する。温度補償層１１５及び１２３は、ドープされた二酸化珪素の層であり、圧電素子１１６及び１２６の温度係数と符号が逆の温度係数を有する。
【００７４】
ＤＳＢＡＲ１０８では、下側ＦＢＡＲ１５０は両側にある平面電極１５２及び１５４、及びそれらの電極間にある圧電素子１５６から構成される。圧電素子１５６は、ＦＢＡＲ１５０の共振周波数の温度係数が少なくとも或る程度依存する温度係数を有する。ＦＢＡＲ１５０の共振周波数は通常、電極１５２及び１５４の温度係数にも依存する。上側ＦＢＡＲ１６０は両側にある平面電極１６２及び１６４、及びそれらの電極間にある圧電素子１６６から構成される。圧電素子１６６は、ＦＢＡＲ１６０の共振周波数の温度係数が少なくとも或る程度依存する温度係数を有する。ＦＢＡＲ１６０の共振周波数は通常、電極１６２及び１６４の温度係数にも依存する。温度補償層１５５及び１６３は、ドープされた二酸化珪素の層であり、圧電素子１５６及び１６６の温度係数と符号が逆の温度係数を有する。
【００７５】
ドープされた二酸化珪素の温度係数の符号が逆である結果として、温度補償層１１５、１２３、１５５及び１６３は、ＦＢＡＲデバイス３００の温度係数への、圧電素子１１６、１２６、１５６及び１６６の温度係数の影響、そして通常さらに、電極１１２、１１４、１２２、１２４、１５２、１５４、１６２及び１６４の温度係数の影響を低減する。結果として、ＦＢＡＲデバイス３００の温度係数の大きさは、温度補償層を用いない同様のＦＢＡＲデバイスの温度係数よりも小さい。
【００７６】
図５Ｂに示される例では、温度補償層１１５は、ＦＢＡＲ１１０内の電極１１４と圧電素子１１６との間に配置され、温度補償層１２３は、ＦＢＡＲ１２０内の電極１２２と圧電素子１２６との間に配置され、温度補償層１５５は、ＦＢＡＲ１５０内の電極１５４と圧電素子１５６との間に配置され、温度補償層１６３は、ＦＢＡＲ１６０内の電極１６２と圧電素子１６６との間に配置される。
【００７７】
別法では、温度補償層１１５、１２３、１５５及び１６３は、図３Ｂ、図３Ｄ及び図３Ｅを参照して先に説明された構成のうちの任意の構成において、ＦＢＡＲ１１０、１２０、１５０及び１６０に対してＦＢＡＲスタック３１１内に配置することができる。別法では、さらに別の温度補償層（図示せず）を、図３Ｄを参照して先に説明されたのと同じようにして、電極１１２、１２４、１５２及び１６４のそれぞれに近接して配置することができる。しかしながら、図５Ｂに示されるように、温度補償層１１５及び１２３がそれぞれ、ＦＢＡＲ１１０の電極１１４及びＦＢＡＲ１２０の電極１２２に近接して配置され、電極１１４及び１２２が音響デカップラ１３０に近接して配置され、温度補償層１５５及び１６３がそれぞれ、ＦＢＡＲ１５０の電極１５４及びＦＢＡＲ１６０の電極１６２に近接して配置され、電極１５４及び１６２が音響デカップラ１７０に近接して配置される実施形態は通常、温度補償層が他の場所に配置される構成よりも、温度補償を与えることに関してより有効である。
【００７８】
ＦＡＣＴ３００では、ＤＳＢＡＲ１０６の音響デカップラ１３０は、下側ＦＢＡＲ１１０と上側ＦＢＡＲ１２０との間、具体的には、下側ＦＢＡＲ１１０の電極１１４と上側ＦＢＡＲ１２０の電極１２２との間に配置される。音響デカップラ１３０は、ＦＢＡＲ１１０と１２０との間の音響エネルギーの結合を制御する。音響デカップラ１３０は、ＦＢＡＲが互いに直に接触していたなら結合されていたことになったエネルギーよりも少ない音響エネルギーをＦＢＡＲ１１０と１２０との間で結合する。さらに、ＤＳＢＡＲ１０８の音響デカップラ１７０は、ＦＢＡＲ１５０とＦＢＡＲ１６０との間、具体的には、下側ＦＢＡＲ１５０の電極１５４と上側ＦＢＡＲ１６０の電極１６２との間に配置される。音響デカップラ１７０は、ＦＢＡＲ１５０と１６０との間の音響エネルギーの結合を制御する。音響デカップラ１７０は、ＦＢＡＲが互いに直に接触していたなら結合されていたことになったエネルギーよりも少ない音響エネルギーをＦＢＡＲ１５０と１６０との間で結合する。音響デカップラ１３０及び１７０によって規定される音響エネルギーの結合は、ＦＡＣＴ３００の通過帯域幅を決定する。
【００７９】
図５Ａ〜図５Ｃの例では、音響デカップラ１３０及び１７０はそれぞれ、音響減結合層１３１の一部である。他の実施形態では、音響デカップラ１３０及び１７０はそれぞれ、上記のように、異なる音響インピーダンスを有する音響減結合材料から成る音響減結合層から構成される。他の実施形態では、音響デカップラ１３０及び１７０は構造的に独立している。
【００８０】
別法では、音響デカップラ１３０及び１７０は、図４Ａ及び図４Ｂを参照して先に説明されたようなブラッグ構造にすることができる。そのようなブラッグ構造のいくつかでは、上記のように、ドープされたＳｉＯ２から成る温度補償層がさらに、ブラッグ構造の音響ブラッグ素子のうちの１つ又は複数としての役割も果たす。
【００８１】
図５Ｄは、ＤＳＢＡＲ１０６及び１０８を相互接続し、ＤＳＢＡＲ１０６及び１０８を外部の電気回路（図示せず）に接続する電気回路の一例を概略的に示す。電気回路１４１は下側ＦＢＡＲ１１０及び１５０を逆並列に接続し、さらに信号端子１４３及びグランド端子１４４に接続する。図５Ａ〜図５Ｃに示される実施形態では、端子パッド１３８が信号端子１４３を与え、端子パッド１３２及び１７２がグランド端子１４４を与える。その実施形態では、電気回路１４１は、端子パッド１３２からＦＢＡＲ１１０の電極１１２まで延在する電気トレース１３３、ＦＢＡＲ１１０の電極１１４から相互接続パッド１７６と電気的に接触している相互接続パッド１３６まで延在する電気トレース１３７、相互接続パッド１７６から信号パッド１３８まで延在する電気トレース１３９、相互接続パッド１７６からＦＢＡＲ１５０の電極１５２まで延在する電気トレース１７７、ＦＢＡＲ１５０の電極１５４から端子パッド１７２まで延在する電気トレース１７３、及び端子パッド１３２と１７２とを相互接続する電気トレース１６７によって構成される。
【００８２】
図５Ｄに示される例示的な電気回路図では、電気回路１４２が、上側ＦＢＡＲ１２０及び１６０を直列に接続し、信号端子１４５及び１４６、及びオプションの中央タップ端子１４７に接続する。図５Ａ〜図５Ｃに示される実施形態では、端子パッド１３４及び１７４が信号端子１４５及び１４６を与え、端子パッド１７８が中央タップ端子１４７を与える。その実施形態では、電気回路１４２は、端子パッド１３４からＦＢＡＲ１２０の電極１２４まで延在する電気トレース１３５、ＦＢＡＲ１２０の電極１２２からＦＢＡＲ１６０の電極１６２まで延在する電気トレース１７１、電気トレース１７１から端子パッド１７８まで延在する電気トレース１７９、及びＦＢＡＲ１６０の電極１６４から端子パッド１７４まで延在する電気トレース１７５によって構成される。また、端子パッド１３４及び１７４のためのローカルグランドを与える電気トレース１６９によって相互接続される端子パッド１６３及び１６８も示される。図示される例では、電気トレース１６９はさらに端子パッド１７８まで延在する。他の例では、端子パッド１７８は浮動状態のままにされる。
【００８３】
図５Ｄにおいて例示される電気的接続は、平衡型一次及び４：１インピーダンス変換比を有するＦＡＣＴを提供するか、又は平衡型二次及び１：４インピーダンス変換比を有するＦＡＣＴを提供する。別法では、下側ＦＢＡＲは並列、直列及び逆直列に相互接続され、また別法では、上側ＦＢＡＲは並列、逆並列及び逆直列に相互接続され、以下の表１に示されるような他のインピーダンス変換比を達成することができる。
【００８４】
【表１】
2007159123.tif 000005
【００８５】
表１では、行欄の名称は電気回路１４１の構成を示し、列欄の名称は電気回路１４２の構成を示し、Ｂは、ＦＡＣＴが電気的に平衡型であることを表し、Ｕは、ＦＡＣＴが非平衡型であることを表し、Ｘは機能しないＦＡＣＴを表す。図示されるインピーダンス変換比は、行欄の名称によって示される電気回路１４１の構成から列欄の名称によって示される電気回路１４２の構成へのインピーダンス変換である。１：１のインピーダンス変換比を有する構成の場合、ＬＯＷは、ＦＡＣＴが、並列に接続された２つのＦＢＡＲのインピーダンスに等しい低いインピーダンスを有することを表し、ＨＩＧＨは、ＦＡＣＴが、直列に接続された２つのＦＢＡＲのインピーダンスに等しい高いインピーダンスを有することを表す。
【００８６】
ウェーハスケールで製造することにより、上記のＦＢＡＲデバイス１００、２００又は３００に類似の数千個のＦＢＡＲデバイスが同時に製造される。そのようにウェーハスケールで製造することにより、ＦＢＡＲデバイスを製造するためのコストが下がる。図４Ａ及び図４Ｂを参照して先に説明されたＦＢＡＲデバイス２００の実施形態を製造するために用いられる製造方法の一例が、図６Ａ〜図６Ｊの平面図及び図６Ｋ〜図６Ｔの断面図を参照しながら次に説明されるであろう。図６Ｆ〜図６Ｊ及び図６Ｐ〜図６Ｔを参照して後に説明される手順において、異なるマスクを使用し、手順を省略することによって、その工程を用いて、図３Ａ〜図３Ｅを参照して先に説明されたＦＢＡＲデバイス１００の実施形態を製造することもできる。異なるマスクを使用して、その工程を用いて、図５Ａ〜図５Ｃを参照して先に説明されたＦＢＡＲデバイス３００の実施形態を製造することもできる。その製造が説明されることになるＦＢＡＲデバイス２００の実施形態の通過帯域は、約１．９ＧＨｚの公称中心周波数を有する。他の周波数において動作するための実施形態は、構造及び製造においては類似であるが、厚み及び横方向寸法が、以下に例示されるものとは異なる。その製造が以下に説明されることになるＦＢＡＲデバイス２００の例は、図４Ａ及び図４Ｂを参照して先に説明された温度補償層１１５及び１２３に類似の温度補償層を組み込む。説明される工程を変更して、温度補償層が図３Ｃ〜図３Ｅを参照して先に説明された構成に類似の構成を有するＦＢＡＲデバイスを製造することができる。
【００８７】
単結晶シリコンのウェーハが配設される。そのウェーハの一部が、製造されるＦＢＡＲデバイス毎に、ＦＢＡＲデバイス２００の基板１０２に対応する基板を構成する。図６Ａ〜図６Ｊ及び図６Ｋ〜図６Ｔは、基板１０２を構成するウェーハの或る部分の上及び内にＦＢＡＲデバイス２００を製造することを図示しており、以下の記述は、それを説明する。ＦＢＡＲデバイス２００が製造されるとき、ウェーハ上の残りのＦＢＡＲデバイスも同様に製造される。
【００８８】
ウェーハは、各ＦＢＡＲデバイスの場所において、図６Ａ及び図６Ｋに示されるように、空洞１０４を形成するために選択的にウエットエッチングされる。犠牲材料（図示せず）の層が、各空洞を満たすのに十分な厚みでウェーハの表面上に堆積される。その後、ウェーハの表面は平坦化され、各空洞は犠牲材料で満たされたままにされる。図６Ａ及び図６Ｋは、基板１０２内にある空洞１０４が犠牲材料１０５で満たされていることを示す。
【００８９】
一実施形態では、犠牲材料は燐酸シリケートガラス（ＰＳＧ）であり、従来の低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）を用いて堆積された。別法では、犠牲材料はスパッタリングによって、又はスピンコーティングによって堆積することができる。
【００９０】
空洞１０４を形成し、犠牲材料１０５で満たすことへの代替形態として、ウェーハ１０２の表面上に金属及びプラスチックから成るブラッグ層を交互に堆積し、パターニングして、本開示の譲受人に譲渡され、参照により援用される、Larson III他による「Cavity-less Film Bulk Acoustic Resonator (FBAR) Devices」と題する米国特許出願公開公報第２００５  ０  １０４  ６９０号によって記述されるような音響ブラッグ反射板を画定する。
【００９１】
第１の金属層が基板１０２の主面及び犠牲材料１０５上に堆積される。第１の金属層は、図６Ｂ及び図６Ｌに示されるようにパターニングされ、電極１１２、端子パッド１３２、電極１１２と端子パッド１３２との間に延在する電気トレース１３３が画定される。
【００９２】
電極１１２は通常、ウェーハの主面に対して平行な平面において非対称な形状を有する。非対称な形状は、電極１１２が一部を形成するＦＢＡＲ１１０（図４Ｂ）の横方向モードを最小限に抑える。これは、本開示の譲受人に譲渡され、参照により援用される、Larson III他による米国特許公開公報第６，２１５，３７５号に記述される。後に説明されるように、犠牲材料をエッチングすることによって後に除去することができるように、電極１１２は、犠牲材料１０５の表面の一部を露出したままにし、それにより後に犠牲材料がエッチングによって除去される。
【００９３】
図４Ｂをさらに参照すると、後に詳細に説明されるように、電極１１４が第２の金属層内に画定され、電極１２２が第３の金属層内に画定され、電極１２４が第４の金属層内に画定される。電極が画定される金属層は、ウェーハの主面に対して平行なそれぞれの平面において、ＦＢＡＲ１１０の電極１１２及び１１４が同じ形状、サイズ、向き及び位置を有し、ＦＢＡＲ１２０の電極１２２及び１２４が、同じ形状、サイズ、向き及び位置を有するようにパターニングされる。通常、電極１１４及び１１２がさらに、同じ形状、サイズ、向き及び位置を有する。
【００９４】
一実施形態では、各金属層の材料は、約３００ｎｍの厚みまでスパッタリングによって堆積されるモリブデンであった。金属層はそれぞれ、ドライエッチングによってパターニングされた。各金属層内に画定される電極は、それぞれ約１２，０００平方μｍの面積を有する五角形であった。他の電極面積は他の特性インピーダンスを与える。別法では、タングステン、ニオブ及びチタンのような他の金属を、金属層の材料として用いることができる。別法では、金属層はそれぞれ、２つ以上の材料の層を含むことができる。
【００９５】
ＦＢＡＲデバイス３００の電極の材料を選択する際に考慮すべき１つの要因は、電極材料の音響特性である。ＦＢＡＲデバイスの残りの金属部分の材料（複数可）の音響特性は、導電率のような他の特性よりも重要ではない。したがって、ＦＢＡＲデバイス３００の残りの金属部分の材料（複数可）は、電極の材料とは異なる材料にすることができる。
【００９６】
圧電材料の層が堆積され、図６Ｃ及び図６Ｍに示されるようにパターニングされ、圧電素子１１６が画定される。圧電層は、電極１１２が覆われるが、端子パッド１３２、及び犠牲材料１０５の表面の一部が露出するようにパターニングされる。圧電素子１１６の他の部分は、空洞１０４の外側に基板１０２にわたって延在する。
【００９７】
一実施形態では、以下に記述される圧電素子１１６及び圧電素子１２６を形成するために堆積される圧電材料は、窒化アルミニウムであり、スパッタリングによって約１．４μｍの厚みに堆積された。圧電材料は、水酸化カリウム内でウエットエッチングによって、又は塩素系のドライエッチングによってパターニングされた。圧電素子１１６及び１２６のための代替の材料は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、及びジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３）、メタニオブ酸鉛（ＰｂＮｂ２Ｏ６）及びチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）を含むペロブスカイト強誘電性材料のような分極（poled）強誘電材料を含む。
【００９８】
温度補償材料の第１の層が堆積され、図６Ｄ及び図６Ｎに示されるようにパターニングされて、温度補償層１１５が画定される。温度補償材料は、電極１１２と同じ形状、サイズ、向き及び位置を有するようにパターニングされる。
【００９９】
一実施形態では、温度補償材料の第１の層の材料は、ホウ素をドープされた二酸化珪素であった。ドープされていない二酸化珪素が、前駆体としてテトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ−Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）及び酸素を用いて、化学気相成長法（ＣＶＤ）によって堆積され、フッ化水素酸内でのエッチングによってパターニングされた。別のシリコン前駆体は、シラン（ＳｉＨ４）及びジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を含む。層厚は、ＦＢＡＲデバイス２００（図４Ａ）の所望の温度係数によって決まった。一例では、層厚は８０ｎｍであった。その後、二酸化珪素は、約２．５×１０１５ｃｍ−３のドーピング密度が達成されるまで、約３０ｋｅＶのエネルギーにおいてホウ素イオンを注入された。
【０１００】
別の実施形態では、注入工程は、パターニング工程の前に実行された。この場合、パターニングは、フッ素系のエッチング化学薬品によるドライエッチング工程を用いて実行された。さらに別の実施形態では、注入工程は、アルミニウム、ガリウム又はインジウムのような異なる第ＩＩＩ族元素のイオンを用いて実行され、パターニング工程の前又は後に実行される。さらに別の実施形態では、ドープされた二酸化珪素を成長させるためのＳｉＯ２成長工程において、三臭化ホウ素（ＢＢｒ３）又は別の適当なホウ素前駆体がＳｉＯＣ２成長工程中にＶＤ成長チャンバ内にさらに導入され、ドープされた二酸化珪素を成長させる。その後、ドープされた二酸化珪素は、上記のフッ素系ドライエッチング工程を用いてパターニングされた。別法では、他の第ＩＩＩ族元素のための前駆体を用いることもできる。
【０１０１】
第２の金属層が堆積され、パターニングされて、図６Ｅ及び図６Ｏに示されるように、電極１１４、端子パッド１３４、及び電極１１４と端子パッド１３４との間に延在する電気トレース１３５が画定される。これにより、ＦＢＡＲ１１０の製造が完了する。
【０１０２】
その後、音響減結合材料の層が堆積され、パターニングされて、図６Ｆ及び図６Ｐに示されるように、音響デカップラ１３０が画定される。音響デカップラ１３０は、少なくとも電極１１４を覆うようにパターニングされ、さらに、端子パッド１３２及び１３４、並びに犠牲材料１０５の一部を露出させるようにパターニングされる。音響デカップラ１３０は通常、プラスチック材料から成る４分の１波長層である。
【０１０３】
一実施形態では、音響デカップラ１３０の音響減結合材料は、約２００ｎｍの厚みのポリイミドであった。これは、ポリイミドの４分の１波長層の厚みである。ポリイミドはスピンコーティングによって堆積され、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り、フォトレジストは不要である。先に言及されたように、音響減結合材料として、他のプラスチック材料を用いることもできる。音響減結合材料は、スピンコーティング以外の方法によって堆積することもできる。
【０１０４】
音響減結合材料がポリイミドであった一実施形態では、ポリイミドを堆積し、パターニングした後に、それ以降の処理が実行される前に、ウェーハは、最初に空気中で約２５０℃の温度において、そして最終的には窒素雰囲気のような不活性雰囲気中で約４１５℃の温度においてベーキングされた。ベーキングによって、ポリイミドの揮発性成分を気化して、後続の処理中にそのような揮発性成分が気化して、後に堆積される層が分離されるのを防ぐ。
【０１０５】
第３の層が堆積され、パターニングされて、図６Ｇ及び図６Ｑに示されるように、電極１２２、端子パッド１３６、及び電極１２２から端子パッド１３６まで延在する電気トレース１３７が画定される。
【０１０６】
温度補償材料から成る第２の層が堆積され、図６Ｈ及び図６Ｒに示されるようにパターニングされて、温度補償層１２３が画定される。温度補償材料は、電極１２２と同じ形状、サイズ、向き及び位置を有するようにパターニングされる。
【０１０７】
一実施形態では、温度補償材料の第２の層の材料は、ホウ素をドープされた二酸化珪素であった。ドープされていない二酸化珪素が、前駆体としてテトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ−Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）及び酸素を用いて、化学気相成長（ＣＶＤ）によって堆積され、フッ化水素酸内でのエッチングによってパターニングされた。代替のシリコン前駆体は、シラン（ＳｉＨ４）及びジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を含む。ドープされていない二酸化珪素が、前駆体としてシラン及び酸素を用いて化学気相成長（ＣＶＤ）によって堆積され、フッ化水素酸内でエッチングによってパターニングされた。層厚は、ＦＢＡＲデバイス２００（図４Ａ）の所望の温度係数によって決まった。一例では、層厚は８０ｎｍであった。その後、二酸化珪素は、約２．５×１０１５ｃｍ−３のドーピング密度が達成されるまで、約３０ｋｅＶのエネルギーにおいてホウ素イオンを注入された。
【０１０８】
別の実施形態では、注入工程は、パターニング工程の前に実行された。この場合、パターニングは、上記のフッ素系ドライエッチングを用いて実行された。さらに別の実施形態では、注入工程は、アルミニウム、ガリウム又はインジウムのような異なる第ＩＩＩ族元素のイオンを用いて実行され、パターニング工程の前又は後に実行された。さらに別の実施形態では、ドープされた二酸化珪素を成長させるためのＳｉＯ２成長工程において、三臭化ホウ素（ＢＢｒ３）又は別の適当なホウ素前駆体がＣＶＤ成長チャンバ内にさらに導入された。その後、ドープされた二酸化珪素は、上記のフッ素系ドライエッチング工程を用いてパターニングされた。別法では、他の第ＩＩＩ族元素のための前駆体を用いることもできる。
【０１０９】
圧電材料の第２の層が堆積され、図６Ｉ及び図６Ｓに示されるようにパターニングされて、圧電素子１２６が画定される。第２の圧電層は、端子パッド１３２、１３４及び１３６、並びに犠牲材料１０５の一部を露出させるようにパターニングされる。
【０１１０】
第４の金属層が堆積され、パターニングされて、図６Ｊ及び図６Ｔに示されるように、電極１２４、端子パッド１３８、及び電極１２４と端子パッド１３８との間に延在する電気トレース１３９が画定される。これにより、ＦＢＡＲ１２０及びＦＢＡＲスタック２１１の製造が完了する。
【０１１１】
端子パッド１３２、１３４、１３６及び１３８の露出した表面上に、金保護層（図示せず）が堆積される。
【０１１２】
空洞１０４から犠牲材料１０５を除去するために、リリースエッチングが実行される。これにより、図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、ＦＢＡＲデバイス２００が空洞１０４上に掛け渡されたままにされる。
【０１１３】
犠牲材料１０５が燐ガラス（ＰＳＧ）であった一実施形態では、リリースエッチャントは、水で希釈されたフッ化水素酸であった。ドープされたＳｉＯ２の温度補償層１１５及び１２３がリリースエッチング中にエッチャントに曝露されるが、温度補償層のエッチングは最小限に抑えられた。
【０１１４】
その後、ウェーハは、ＦＢＡＲデバイス２００を含む個々のＦＢＡＲデバイスに分割される。
【０１１５】
ＦＢＡＲデバイス２００は、無線電話のようなホスト電気装置内に実装され、ＦＢＡＲデバイスの端子パッド１３２、１３４、１３６及び１３８と、ホストデバイスの一部であるパッドとの間が電気的に接続される。
【０１１６】
先に言及されたように、音響デカップラ１３０の代替の音響減結合材料は架橋ポリフェニレンポリマーである。音響減結合材料が架橋ポリフェニレンポリマーである音響デカップラ１３０の一実施形態は、以下のように製造される。図６Ｅ及び図６Ｏを参照して先に説明されたように、第３の金属層がパターニングされ、電極１１４が画定された後に、架橋ポリフェニレンポリマーのための前駆体溶液が、図６Ｆ及び図６Ｐを参照して先に説明されたのと同じようにしてスピンオンされるが、パターニングはされない。前駆体溶液の調合及びスピン速度は、架橋ポリフェニレンポリマーが約１８７ｎｍの厚みの層を形成するように選択される。これは、架橋ポリフェニレンポリマーの４分の１波長層の厚みである。前駆体溶液の層を堆積した後に、ウェーハは、それ以降の処理が実行される前に、真空下又は窒素雰囲気中のような不活性環境内で、約３８５℃〜約４５０℃の範囲内の温度においてベーキングされる。ベーキングは最初に、前駆体溶液から有機溶媒を追い出し、それにより、その後、オリゴマーが上記のように架橋して、架橋ポリフェニレンポリマーが形成される。
【０１１７】
一実施形態では、架橋ポリフェニレンポリマーのための前駆体溶液は、The Dow Chemical CompanyによってＳｉＬＫ（商標）Ｊの商標で市販されるものである。別法では、前駆体溶液として、The Dow Chemical CompanyによってＳｉＬＫの商標で市販される、現在及び将来の前駆体溶液の任意の適当な溶液を用いることができる。特定の実施形態では、前駆体溶液がスピンオンされる前に、定着剤の層が堆積された。硬化するときに、約２Ｍｒａｙｌ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を形成するオリゴマーを含む前駆体溶液は、現在及び将来に、他の供給業者から入手できる可能性もあり、それを用いることもできる。
【０１１８】
その後、図６Ｇ及び図６Ｑを参照して先に説明されたのと同じようにして、第３の金属層が架橋ポリフェニレンポリマーの層上に堆積されるが、図６Ｆに示される音響デカップラ１３０のパターニングと同様に最初にパターニングされ、ハードマスクが画定され、後にそのハードマスクを用いて、架橋ポリフェニレンポリマーの層がパターニングされ、音響デカップラ１３０が画定されることになる。最初にパターニングされる第３の金属層は、音響デカップラ１３０と同じ広さを有し、端子パッド１３２及び１３４、並びに犠牲材料１０５の一部を露出させる。
【０１１９】
その後、図６Ｆに示されるように、最初にパターニングされた第３の金属層をハードエッチマスクとして用いて、架橋ポリフェニレンポリマーの層がパターニングされる。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、音響デカップラ１３０の広さが画定され、端子パッド１３２及び１３４、並びに犠牲材料１０５の一部が露出する。そのパターニングは、酸素プラズマエッチングで実行される。
【０１２０】
その後、図６Ｇ及び図６Ｑに示されるように、第３の金属層が再びパターニングされ、電極１２２、端子パッド１３６、及び電極１２２と端子パッド１３６との間に延在する電気トレース１３７が画定される。
【０１２１】
図６Ｈ〜図６Ｊ及び図６Ｒ〜図６Ｔを参照して先に説明された処理を実行することによって、音響デカップラ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２００の実施形態の製造が完了する。
【０１２２】
説明されたばかりの技法に類似の技法を用いて、真空堆積によって堆積されるパリレンの層内に音響デカップラ１０３を画定することができる。
【０１２３】
先に例示された電極及び圧電素子の厚みは、温度補償層１１５及び１２３を用いない、ＦＢＡＲ２００の一実施形態に類似の従来のＦＢＡＲデバイスのための厚みである。ＦＢＡＲデバイス２００の一実施形態では、ＦＢＡＲスタック２１１に温度補償層１１５及び１２３を追加する場合であっても、それらの厚みのうちの１つ又は複数を薄くして、ＦＢＡＲデバイスの中心周波数が維持される。その厚みが減らされる１つ又は複数の素子、及びそれぞれの厚みの削減量の特定は、温度補償層１１５及び１２３の厚み、及び温度補償層によって与えられる温度補償の量による。さらに、素子、及び厚みの削減量の特定は、上記のように、ＦＢＡＲデバイスが用いられることになる応用形態にも依存する。圧電素子の厚みを減らすことにより、通常、結合定数が減少する。電極のうちの１つ又は複数の電極の厚みを減らすことにより、通常、直列抵抗が増加する。デバイス設計者は、結果としてＦＢＡＲデバイスの共振周波数が０の温度係数を有するようになる厚みよりも薄い温度補償層１１５及び１２３の厚みを用いることを選ぶこともできる。結果として形成されるＦＢＡＲデバイスは０でない温度係数を有するが、それでも、温度補償を用いない、他の点では類似のＦＢＡＲデバイスの温度係数よりも小さい。そのようなＦＢＡＲデバイスは、温度補償層を薄くする結果として、圧電素子及び電極のうちの一方又は両方の厚みの削減量が小さくて済むこと起因して、０の温度係数を有するＦＢＡＲデバイスより好ましい特性を有する場合もある。
【０１２４】
本開示は、例示的な実施形態を用いて、本発明を詳述する。しかしながら、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明は、記述されるのと全く同じ実施形態には限定されない。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】従来技術によるＦＢＡＲを組み込むラダーフィルタの概略図である。
【図２】従来技術によるＦＢＡＲの断面図である。
【図３Ａ】本発明の第１の実施形態によるＦＢＡＲデバイスの一例を示す平面図である。
【図３Ｂ】断面線３Ｂ−３Ｂに沿った、図３Ａに示されるＦＢＡＲデバイスの断面図である。
【図３Ｃ】断面線３Ｂ−３Ｂに沿った、図３Ａに示されるＦＢＡＲデバイスの代替の構造の断面図である。
【図３Ｄ】断面線３Ｂ−３Ｂに沿った、図３Ａに示されるＦＢＡＲデバイスの代替の構造の断面図である。
【図３Ｅ】断面線３Ｂ−３Ｂに沿った、図３Ａに示されるＦＢＡＲデバイスの代替の構造の断面図である。
【図４Ａ】本発明の第２の実施形態によるＦＢＡＲデバイスの一例を示す平面図である。
【図４Ｂ】断面線４Ｂ−４Ｂに沿った、図４Ａに示されるＦＢＡＲデバイスの断面図である。
【図５Ａ】本発明の第３の実施形態によるＦＢＡＲデバイスの一例を示す平面図である。
【図５Ｂ】断面線５Ｂ−５Ｂに沿った、図５Ａに示されるＦＢＡＲデバイスの断面図である。
【図５Ｃ】断面線５Ｃ−５Ｃに沿った、図５Ａに示されるＦＢＡＲデバイスの断面図である。
【図５Ｄ】図５Ａに示されるＦＢＡＲデバイスの電気回路を示す配線図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態による、ＦＢＡＲデバイスを形成するための工程を示す平面図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態による、ＦＢＡＲデバイスを形成するための工程を示す平面図である。
【図６Ｃ】本発明の一実施形態による、ＦＢＡＲデバイスを形成するための工程を示す平面図である。
【図６Ｄ】本発明の一実施形態による、ＦＢＡＲデバイスを形成するための工程を示す平面図である。
【図６Ｅ】本発明の一実施形態による、ＦＢＡＲデバイスを形成するための工程を示す平面図である。
【図６Ｆ】本発明の一実施形態による、ＦＢＡＲデバイスを形成するための工程を示す平面図である。
【図６Ｇ】本発明の一実施形態による、ＦＢＡＲデバイスを形成するための工程を示す平面図である。
【図６Ｈ】本発明の一実施形態による、ＦＢＡＲデバイスを形成するための工程を示す平面図である。
【図６Ｉ】本発明の一実施形態による、ＦＢＡＲデバイスを形成するための工程を示す平面図である。
【図６Ｊ】本発明の一実施形態による、ＦＢＡＲデバイスを形成するための工程を示す平面図である。
【図６Ｋ】図６Ａの断面線６Ｋ−６Ｋに沿った断面図である。
【図６Ｌ】図６Ｂの断面線６Ｌ−６Ｌに沿った断面図である。
【図６Ｍ】図６Ｃの断面線６Ｍ−６Ｍに沿った断面図である。
【図６Ｎ】図６Ｄの断面線６Ｎ−６Ｎに沿った断面図である。
【図６Ｏ】図６Ｅの断面線６Ｏ−６Ｏに沿った断面図である。
【図６Ｐ】図６Ｆの断面線６Ｐ−６Ｐに沿った断面図である。
【図６Ｑ】図６Ｇの断面線６Ｑ−６Ｑに沿った断面図である。
【図６Ｒ】図６Ｈの断面線６Ｒ−６Ｒに沿った断面図である。
【図６Ｓ】図６Ｉの断面線６Ｓ−６Ｓに沿った断面図である。
【図６Ｔ】図６Ｊの断面線６Ｔ−６Ｔに沿った断面図である。
【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４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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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６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図６Ｈ】
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【図６Ｉ】
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【図６Ｊ】
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【図６Ｋ】
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【図６Ｌ】
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【図６Ｍ】
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【図６Ｎ】
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【図６Ｏ】
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【図６Ｐ】
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【図６Ｑ】
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【図６Ｒ】
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【図６Ｓ】
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【図６Ｔ】
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