充填された凹部領域を用いた音響共振器の性能向上
【課題】音響共振器の性能を改善すること
【解決手段】音響共振器は、基板、第１の電極、圧電材料の層、第２の電極、及び充填領域を含む。第１の電極は基板に隣接し、第１の電極は外側周辺部を有する。圧電層は、第１の電極に隣接する。第２の電極は圧電層に隣接し、第２の電極は外側周辺部を有する。充填領域は、第１及び第２の電極の一方にある。
【解決手段】音響共振器は、基板、第１の電極、圧電材料の層、第２の電極、及び充填領域を含む。第１の電極は基板に隣接し、第１の電極は外側周辺部を有する。圧電層は、第１の電極に隣接する。第２の電極は圧電層に隣接し、第２の電極は外側周辺部を有する。充填領域は、第１及び第２の電極の一方にある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響共振器に関する。
【０００２】
関連出願に対する相互参照
本特許出願は、本発明と同じ譲受人に譲渡され、２００４年６月１４に出願され、「ACOUSTIC RESONATOR PERFORMANCE ENHANCEMENT USING SELECTIVE METAL ETCH」と題する米国特許出願第１０／８６７，５４０号（代理人整理番号第１００４０８７８−１号）に関連する。
【背景技術】
【０００３】
電子装置のコストとサイズを低減する必要性によって、より小さな単一のフィルリング素子の必要性が生じた。圧電薄膜共振器（Thin-Film Bulk Acoustic Resonator（ＦＢＡＲ））及び積層型圧電薄膜共振器（Stacked Thin-Film Bulk Wave Acoustic Resonator（ＳＢＡＲ））は、これらの必要性を満たす可能性を有する１つの部類のフィルタ素子に相当する。これらのフィルタは、総称してＦＢＡＲと呼ばれ得る。ＦＢＡＲは、薄膜の圧電（ＰＺ）材料においてバルク縦方向超音波を使用する音響共振器である。一般に、ＦＢＡＲは、２つの金属電極間に挟まれたＰＺ材料の層を含む。ＰＺ材料と電極との組み合わせ体は、その周辺部の周りでその組み合わせ体を支持することにより空気中に浮かされるか、又は音響ミラー上に配置される。
【０００４】
２つの電極間に電界が生成される場合、ＰＺ材料は、電気エネルギの一部を音波の形態の機械的エネルギに変換する。音波は一般に、電界と同じ方向に伝播し、共振周波数を含む何らかの周波数で、電極／空気、又は電極／音響ミラーの共有領域（interface：界面）から反射する。共振周波数において、デバイスは電子共振器として使用され得る。それぞれがＲＦフィルタの素子であるように、複数のＦＢＡＲを組み合わせることができる。
【０００５】
理想的には、フィルタ素子の共振エネルギは、共振器中に完全に「トラップ」される。しかしながら、実際には、分散モードが存在する。これらのモードは、フィルタのＱ（quality factor）の低減をもたらす可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これらの、及び他の理由のために、本発明が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、基板、第１の電極、圧電材料の層、第２の電極、及び充填領域を含む音響共振器を提供する。第１の電極は基板に隣接し、第１の電極は外側周辺部を有する。圧電層は、第１の電極に隣接する。第２の電極は圧電層に隣接し、第２の電極は外側周辺部を有する。充填領域は、第１及び第２の電極の一方にある。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、音響共振器の性能が改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下の詳細な説明において、明細書の一部を形成し、本発明が実施され得る例示的な特定の実施形態として示される添付図面を参照する。この点に関して、「上側」、「下側」、「正面」、「背面」、「前部」、「後部」等のような方向性の用語は、記載された図面の向きを基準として使用される。本発明の実施形態のコンポーネントが多数の異なる向きで配置され得るので、方向性の用語は例示のために使用され、決して制限しない。理解されるべきは、他の実施形態を利用することができ、構造的又は論理的な変更が、本発明の範囲から逸脱せずに行われ得ることである。従って、以下の詳細な説明は、制限する意味に解釈されるべきではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって規定される。
【００１０】
図１及び図２はそれぞれ、ＦＢＡＲ１０の平面図及び断面図を示す。ＦＢＡＲ１０は、基板１２、くぼみ１４、第１の電極１６、圧電（ＰＺ）層１８、及び第２の電極２０を含む。図１において、ＰＺ層１８、及びくぼみ１４は視界から隠されている。第２の電極２０は、図１に五角形として示され、エッジ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、及び２０ｅを備える周辺部を有する。２つのエッジ２０ｂと２０ｅが、図２の断面図に示される。一般に、コンタクト（図示せず）が第１の電極１６、及び第２の電極２０に結合され、パッシベーション層（図示せず）が電極２０の上面を覆うことができる。コンタクトは、第１及び第２の電極１６、２０を電圧源に接続することを容易にする。
【００１１】
第１の電極１６、ＰＺ層１８、及び第２の電極２０は、トータルでＦＢＡＲ膜を形成する。ＦＢＡＲ膜は基板１２に隣接し、くぼみ１４の上に浮かされて、電極／空気の共有領域を提供する。一実施形態において、くぼみ１４は、基板１２の一部をエッチングによって除去することにより形成される。くぼみ１４は、十分な電極／空気の共有領域がＦＢＡＲ膜の下に形成されるように十分に深い。
【００１２】
代替の実施形態において、ＦＢＡＲ膜は、基板１２内に形成された音響ミラー（図１と図２には示されない）に隣接して配置され得る。このように、電極／音響ミラーの共有領域が形成される。かくして、形成された共振器は、ＳＭＲ（Solid Mounted Resonator）型である。
【００１３】
一実施形態において、基板１２はシリコン（Ｓｉ）から作成され、ＰＺ層１８は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から作成される。代案として、ＰＺ層１８に他の圧電材料を使用することができる。一実施形態において、第１及び第２の電極１６、２０は、モリブデン（Ｍｏ）から作成され得る。代案として、電極に他の材料を使用することができる。一実施形態において、コンタクトは金（Ａｕ）から作成され得る。代案として、コンタクトに他の材料を使用することができる。
【００１４】
図１と図２に示されたＦＢＡＲ１０は、ＰＺ層１８において、縦方向に又は剪断するように伝播する音波を使用するように構成される。印加された電圧によって、第１の電極１６と第２の電極２０との間に電界が生成される場合、ＰＺ層１８の圧電材料は、電気エネルギの一部を音波の形態の機械的エネルギに変換する。そのように構成される場合、ＦＢＡＲ１０は、ＦＢＡＲ１０のＱ（quality factor）の損失をもたらす分散モードを呈する。
【００１５】
図３は、本発明の一実施形態によるＦＢＡＲ４０の断面図を示す。ＦＢＡＲ４０は、基板４２、くぼみ４４、第１の電極４６、圧電（ＰＺ）層４８、第２の電極５０、及び充填領域６０を含む。一般に、コンタクト（図３に示されず）が第１及び第２の電極４６、５０に結合され、パッシベーション層が第２の電極を覆う（同様に図３に示されない）。コンタクトは、第１及び第２の電極４６、５０を電圧源に接続することを容易にする。第１の電極４６、ＰＺ層４８、及び第２の電極５０は、トータルでＦＢＡＲ膜を形成し、上述したようにＦＢＡＲ膜は、くぼみ４４の上に、又は音響ミラーの上に配置され得る。ＦＢＡＲ膜は図示されるように、基板４２に隣接して、くぼみ４４の上に浮かされて、電極／空気の共有領域を提供する。先の実施形態と同様に、本発明に従って、ＳＭＲ設計を用いて電極／音響ミラーの共有領域を得ることもできる。
【００１６】
第２の電極５０、及びＦＢＡＲ膜の他の層は、種々の構成からなることができる周辺部を有する。例えば、それぞれの周辺部は、上記のＦＢＡＲ１０と同様に、五角形とすることができる。また、それらは、任意の種々の多角形形状、円形、又は種々の不揃いな形とすることができる。図３に示された断面図は、第２の電極５０の周辺部に沿った２つの場所、エッジ５０ｂと５０ｅを示す。一実施形態において、ＰＺ層４８のエッジは、図３に示されるように、ＦＢＡＲ４０の垂直方向において第２の電極５０のエッジ５０ｂと概して揃えられる。
【００１７】
図３に示されたＦＢＡＲ４０において、充填領域６０は、第２の電極５０のエッジ５０ｂに隣接して、及びエッジ５０ｅの近く（例えば、エッジから数十マイクロメートル離れて）で第２の電極５０内へ付加されている。一実施形態において、充填領域６０は、くぼみ４４の周辺部の直ぐ外側に配置される。このように、くぼみ４４の周辺部、又は外径が、（図３の図面の中に向けられるような）垂直方向に延びる場合、充填領域６０はくぼみ４４の周辺部の直ぐ「外側」にある。
【００１８】
他の実施形態において、充填領域６０は、充填領域６０の一部がくぼみ４４の周辺部の「内側」にあり、且つ一部が「外側」にあるように、くぼみ４４の周辺部に重なる。更に他の実施形態では、充填領域６０は、くぼみ４４の周辺部の「内側」に完全に位置する。
【００１９】
充填領域６０は、ＦＢＡＲ４０の性能を改善し、結果としてＦＢＡＲ４０の挿入損失の改善、及び共振器のＱの改善がもたらされる。ＦＢＡＲ４０の全体的なＱは、Ｒｐと呼ばれる抵抗のパラメータに比例して依存する。ＦＢＡＲ４０において、Ｒｐは充填領域６０によって改善され得る。
【００２０】
印加された電圧によって、電界が第１の電極４６と第２の電極５０との間に生成される。ＰＺ層４８の圧電材料は、電気エネルギの一部を音波の形態の機械的エネルギに変換する。ＦＢＡＲ４０の音波の一部は、任意のモードタイプの縦音波であるが、他の部分は、圧縮モードタイプ、剪断モードタイプ、又はドラムモードタイプの横音波である。ＦＢＡＲ４０は、所望の共振器モードとして、ＰＺ層４８において厚さの伸長方向に伝播する縦音波を使用するように設計される。しかしながら、充填領域６０を設けるＦＢＡＲ４０は、エネルギ損失を低減、又は抑制し、それによりフィルタのＱが改善される。一実施形態において、充填領域６０は、ＦＢＡＲ４０の横方向モードからエネルギをトラップするのに役立つ。
【００２１】
一実施形態において、充填領域６０は、第２の電極５０に使用される材料とは異なる材料で充填される。その場合、充填領域６０の材料は、１つの場合にＭｏである、第２の電極５０の残りの材料とは異なる分散特性を有する。異なる分散特性を有するこの材料を加えることにより、挿入損失が改善され、ＦＢＡＲ４０の共振器のＱが改善され得る。一実施形態において、充填領域６０の材料は、エッジにおいてＦＢＡＲ膜の剛性を増加させる。１つの場合に、充填領域６０の材料は、充填領域６０の音響インピーダンスをＦＢＡＲ膜の中心部における音響インピーダンスに対して増加させるようになっている。係る材料は、電極材料より高密度とすることができる。例えば、充填領域６０の材料は、Ｗとすることができる一方で、第２の電極５０はＭｏから作成され得る。他の実施形態において、第１及び第２の電極４６、５０は、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、又はＡｇなどの金属とすることができる。代替の実施形態において、充填領域６０の材料は、ポリイミド、ＢＣＢ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、又は他の誘電体、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＬｉＮｂＯ３、ＰＺＴ、ＬｉＴａＯ３、Ａｌ２Ｏ３、又は他の圧電材料、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、又は他の金属、又は金属の合金などの材料からも作成され得る。
【００２２】
一実施形態において、充填領域６０は、数百〜数千オングストロームのオーダである、第２の電極５０における深さ、及び１マイクロメートル〜数十マイクロメートル以下のオーダの幅、又は更に大きく、くぼみ４４の周辺部を超えて又はその周辺部の外側に延びる第２の電極５０の幅の部分までの幅を有する。一実施形態において、第２の電極５０は選択的にエッチングされて凹部要素を形成し、次いで凹部要素は、充填領域６０を形成するように材料で充填される。一実施形態において、第２の電極５０は、充填領域６０を形成するために材料で充填される凹部要素を形成するために、リフトオフ技術を用いて構成される。
【００２３】
図４と図５は、本発明の代替の実施形態に従って、図３のＦＢＡＲ４０の平面図を示す。図４と図５に示されるように、ＦＢＡＲ４０は、基板４２、第１の電極４６、及び第２の電極５０を含む。図４と図５において、圧電（ＰＺ）層４８とくぼみ４４は視界から隠されている。一般に、コンタクト（図面に示されない）が第１及び第２の電極４６、５０に結合され、パッシベーション層（同様に図面に示されない）が第２の電極５０を覆う。
【００２４】
図４と図５において、充填領域６０は、第２の電極５０の周辺部に隣接して延在しているように示される。図面において、第２の電極５０の周辺部は、５つの比較的直線のエッジ（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、及び５０ｅ）を有する概して五角形であるが、本質的に任意の多角形、円形とすることもでき、又は任意の他の滑らかな又は不揃いの形状を有することもできる。
【００２５】
図５において、充填領域６０は、五角形の電極の５つの全エッジに沿って、即ちエッジ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、及び５０ｅに隣接して第２の電極５０の周辺部に隣接して延在するように示される。図４は、ＦＢＡＲ４０の代替の実施形態を示し、この場合、充填領域６０は、五角形の電極の５つのエッジのうち４つに沿って、即ちエッジ５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、及び５０ｅに隣接して第２の電極５０の周辺部に隣接して延在する。一実施形態において、コンタクトが第２の電極５０の５番目のエッジ５０ａに取り付けられ、そのため充填領域６０はその実施形態において、そのエッジに沿って延在しない。
【００２６】
当業者には理解されるように、本発明による第２の電極５０のエッジに隣接して、任意の数の代替の充填領域６０を設けることができる。充填領域６０は、図示されるように、第２の電極５０のいくつかのエッジ又は全エッジに沿って連続的に延在することができ、充填領域６０はエッジに沿って連続していない小さなセグメントを有することができ、及び充填領域６０の他の形状と構成を用いることができ、特にこの場合、第２の電極５０は五角形以外の形状である。
【００２７】
図６は、スミスチャート上にプロットされた２つの例示的なＦＢＡＲのＱの円を示し、１つのＦＢＡＲにおいてＲｐの改善、それ故にＱの改善を示す。当該技術で知られているように、スミスチャートは、複素インピーダンスの極図表である（拡散パラメータｓ１１とｓ２２の測定値を示すために図６で使用される）。これらのｓ１１とｓ１２の拡散パラメータは、後進波と前進波の複素振幅の比を表す。スミスチャートは、反射係数をインピーダンスに変換する助けになり、それは、配置されたインピーダンスの部分を単位円にマッピングする。ＦＢＡＲ４０の改善された性能は、図６に示されたＱの円により実証される。図６は、充填領域６０を備えるＦＢＡＲ４０のような、例示的な充填デバイスのＳパラメータの測定値を示す。図示されるように、充填領域６０を備えるＦＢＡＲ４０の充填デバイス（実線で表記されたｓ１１）は、チャートの上側半分において、図２に示されたような対照デバイス（波線で表記されたｓ２２）と対比してより改善されたＲｐを有する。
【００２８】
一般に、単位円を通過する水平軸は、実インピーダンスを表し、その軸の上の領域は誘導性リアクタンスを表し、下の領域は容量性リアクタンスを表す。リアクタンスのゼロにおけるチャートの左側部分は、直列共振周波数（ｆｓ）を表し、Ｑの円がスミスチャートの左側で実軸を横切る場所で生じる。また、チャートの左側部分は、抵抗Ｒｓのパラメータも示す。リアクタンスのゼロにおけるチャートの右側部分は、並列共振周波数（ｆｐ）を表し、Ｑの円がスミスチャートの右側で実軸を横切る場所で生じる。また、チャートの右側部分は、抵抗Ｒｐのパラメータも示す。スミスチャート上でＦＢＡＲフィルタの特性のプロットがスミスチャートの周辺部に対してより接近すればするほど、そのＦＢＡＲのＱはより高くなる。また、曲線が滑らかになればなるほど、ＦＢＡＲのノイズはより低くなる。
【００２９】
図６において、フィルタとしてのＦＢＡＲ４０の性能は、実線のＱの円ｓ１１によって示され、電極に充填領域を備えていない従来技術のＦＢＡＲの性能は、波線のＱの円ｓ２２によって示される。明らかなように、ＦＢＡＲ４０は、周波数ｆｐの近くでフィルタの品質を改善する。ＦＢＡＲ４０はＱの円ｓ１１によって示され、そのＱの円ｓ１１が単位円の上側半分において単位円にいっそう厳密に似ており、その領域において損失の少ないデバイスを表しており、それによりフィルタで使用される場合にＦＢＡＲ４０の性能が改善される。
【００３０】
また、図６は、単位円の左下側、即ち「南西」の象限で示されるように、フィルタとして使用されるＦＢＡＲ４０が、直列共振周波数ｆｓ未満でスプリアスモードを実際に高めることも示す。この周波数領域のノイズの増加がデバイスの性能を損なわない用途で、ＦＢＡＲ４０が使用される場合、単位円の他の領域で示された改善を利用することができる。例えば、いくつかの実施形態において、ＦＢＡＲ４０は、ハーフラダーのトポロジーを使用するフィルタ用途において共振器として使用される。フィルタの性能は、改善されたＲｐから恩恵を受け、増加したスプリアスモードによってもたらされる任意のノイズは、フィルタの通過帯域の外側にある。
【００３１】
図７は、本発明の代替の実施形態によるＦＢＡＲ４０の断面図を示す。ＦＢＡＲ４０は、本質的に図３に示されたものと同様であり、基板４２、くぼみ４４、第１の電極４６、圧電（ＰＺ）層４８、第２の電極５０、及び充填領域６０を含む。また、第２の電極５０の周辺部の２つのエッジ５０ｂと５０ｅも示される。また、図７に示されたＦＢＡＲ４０は充填領域６０を有するが、その充填領域６０は、図３において充填領域６０が形成された表面とは反対側にある、第２の電極５０の表面に形成されている。ＦＢＡＲ４０が図３に示される場合には、充填領域６０は第２の電極５０の「上側」表面にあり、それに対してＦＢＡＲ４０が図７に示される場合には、充填領域６０は第２の電極５０の「下側」表面にある。また、一実施形態において、図７に示された充填領域６０は、くぼみ４４の周辺部のエッジの外側にある。代替の実施形態において、充填領域６０はくぼみ４４の周辺部に部分的に重なり、他の実施形態において、充填領域６０はくぼみ４４の周辺部の内側に完全に位置する。
【００３２】
一実施形態において、図７に示されたようなＦＢＡＲ４０の性能は、図３に示されたようなＦＢＡＲ４０に関して上述したようなことと本質的に同様である。第２の電極５０の「下側」表面の充填領域６０は、当業者により知られている種々の態様で達成され得る。例えば、図７に示された構造は、圧電物質の堆積の後にリフロオフプロセス（即ち、マスク、材料の堆積、そしてリフトオフ）、その後に上部電極材料の堆積を用いることにより、構成され得る。
【００３３】
図８と図９は、本発明の代替の実施形態によるＦＢＡＲ７０の断面図を示す。ＦＢＡＲ７０は、基板７２、くぼみ７４、第１の電極７６、圧電（ＰＺ）層７８、第２の電極８０、及び充填材料（充填領域）９０を含む。一般に、コンタクト（図面に示されない）が第１及び第２の電極７６、８０に結合される。また、任意のパッシベーション層（図面に示されない）を用いて、第２の電極８０が覆われてもよい。コンタクトは、第１及び第２の電極７６、８０を電圧源に接続することを容易にする。第１の電極７６、ＰＺ層７８、及び第２の電極８０は、トータルでＦＢＡＲ膜を形成し、上述したようにＦＢＡＲ膜は、くぼみ７４の上に配置されるか、又は音響ミラーの上に配置され得る。ＦＢＡＲ膜は図示されるように、基板７２に隣接し、くぼみ７４の上に浮かされて、電極／空気の共有領域を提供する。また、先の実施形態と同様に、本発明の実施形態に従ってＳＭＲ設計を用いて、電極／音響ミラーの共有領域を得ることもできる。
【００３４】
ＦＢＡＲ７０は、図３に示されたＦＢＡＲ３０に類似しているが、ＦＢＡＲ７０は、上述したように第２の電極にではなくて、第１の電極７６に挿入された充填領域９０を有する。また、第１の電極７６に挿入された充填領域９０は、ＦＢＡＲ７０の性能も改善し、結果としてＦＢＡＲ７０の挿入損失の改善、及び共振器のＱ（quality factor）の改善をもたらす。図８において、充填領域９０は第１の電極７６の「上側表面」に隣接して示され、図９において、充填領域９０は第１の電極７６の「下側表面」に隣接して示される。それぞれの場合に、充填領域９０は、くぼみ７４の周辺部の直ぐ外側に示される。このように、くぼみ７４の周辺部、又は外径が、（図８と図９の図面の中に向けられるような）垂直方向に延びる場合、充填領域９０は、くぼみ７４の周辺部の直ぐ「外側」にある。代替の実施形態において、充填領域９０は、くぼみ７４の周辺部に部分的に重なり、他の実施形態において、充填領域９０は、くぼみ７４の周辺部の内側に完全に位置する。ＦＢＡＲ４０に関して前述した充填領域６０と同様に、充填領域９０はＦＢＡＲ７０の性能を改善し、結果としてＦＢＡＲ７０のノイズ低減の改善、及び共振器のＱ（quality factor）の改善をもたらす。
【００３５】
上記の実施形態と同様に、充填領域９０は、第２の電極８０に使用される材料とは異なる材料で充填される。その場合、充填領域９０の材料は、１つの場合にＭｏである、第２の電極８０の残りの材料とは異なる分散特性を有する。異なる分散特性を有するこの材料を加えることにより、ＦＢＡＲ７０の挿入損失、及び共振器のＱ（quality factor）を改善することができる。一実施形態において、充填領域９０の材料は、そのエッジにおいてＦＢＡＲ膜の剛性を増加させる。１つの場合に、充填領域９０の材料は、充填領域９０の音響インピーダンスをＦＢＡＲ膜の中心部における音響インピーダンスに対して増加させるようになっている。係る材料は、電極材料より高密度とすることができる。例えば、充填領域９０の材料は、Ｗとすることができる一方で、第２の電極８０はＭｏから作成され得る。他の実施形態において、第１及び第２の電極７６、８０は、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、又はＡｇなどの金属とすることができる。代替の実施形態において、充填領域９０の材料は、ポリイミド、ＢＣＢ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、又は他の誘電体、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＬｉＮｂＯ３、ＰＺＴ、ＬｉＴａＯ３、Ａｌ２Ｏ３、又は他の圧電材料、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、又は他の金属、又は金属の合金などの材料からも作成され得る。
【００３６】
ＦＢＡＲ４０、７０は、本発明に従って、種々の態様で製造され得る。一実施形態において、例えば、凹部領域は、所望の厚さよりもわずかに少ない厚さまで電極金属を最初に堆積することにより、上側電極に形成される。次いで、フォトマスクを用いて、共振器の中央領域をパターニングする。次いで、残りの厚さの電極金属が堆積され、リフトオフプロセスを用いて、凹部領域に残ったレジストが除去される。次いで、追加のフォトマスクを用いて充填領域をパターニングする。充填材料が充填領域に堆積されて、マスク及び充填領域の外側の充填材料がリフトオフプロセスで除去される。別の実施形態において、凹部領域は、電極金属を所望の厚さまで最初に堆積し、電極をフォトマスクでパターニングし、凹部領域をエッチングすることにより作成され得る。別の実施形態において、充填領域は、充填材料を最初に堆積し、充填領域をフォトマスクでパターニングし、充填領域の外側の充填材料をエッチングにより除去することによって、作成され得る。
【００３７】
図１０Ａ〜図１０Ｆは、本発明の一実施形態によるＦＢＡＲ１００の製造に関する種々の中間的な段階を示す断面図である。ＦＢＡＲ１００は、図３〜図９に示されたものと類似しており、基板１０２、くぼみ１０４、第１の電極１０６、圧電（ＰＺ）層１０８、及び第２の電極１１０を含み、第１の電極１０６、圧電（ＰＺ）層１０８、及び第２の電極１１０は、トータルでＦＢＡＲ膜を形成する。図１０Ａは、充填領域１２０（図１０Ｆに示され、上述した充填領域６０と９０に類似する）を形成する前のＦＢＡＲ１００を示す。
【００３８】
図１０Ｂは、フォトマスク１０９がＦＢＡＲ膜の上に堆積された状態のＦＢＡＲ１００を示す。フォトマスク１０９を用いて、リフトオフプロセスを使用する凹部領域をパターニングする。図１０Ｃは、追加の電極材料の金属１１０が堆積された後であるが、リフトオフプロセスの前の状態である、図１０ＢのＦＢＡＲ１００を示す。図１０Ｄは、リフトオフプロセス後のＦＢＡＲ１００を示す。リフトオフプロセスは、フォトマスク１０９、及びフォトマスク１０９上にある全ての金属１１０を除去する。このように、リフトオフプロセスは、凹部領域１１１を画定する。
【００３９】
次に、図１０Ｅは、フォトマスク１１３がＦＢＡＲ膜の上に堆積されて、充填領域がパターニングされた状態のＦＢＡＲ１００を示す。図１０Ｆは、充填材料１２０が堆積された後であるが、リフトオフプロセスの前の状態である、図１０ＥのＦＢＡＲ１００を示す。リフトオフプロセスの後は、図３のＦＢＡＲ４０が結果としての構造を示す。いくつかの実施形態において、ＦＢＡＲは更に、少なくとも１つのパッシベーション層を利用することができる。
【００４０】
下側電極上の充填された凹部領域は、同様に作成され得る。更に、充填領域の上部は、充填領域が上側電極、又は下側電極に存在するか否かに関わらず、必ずしも電極の表面と揃えられる必要はない。ＦＢＡＲの凹部は、リフトオフプロセスによって生じることができるが、エッチング工程でもって作成されてもよい。充填材料は、フォトマスクで最初にマスキングすることにより凹部領域にパターニングされ、メタライゼーションを堆積し、次いでリフトオフを用いて凹部領域に充填材料が残される。また、充填材料は、最初に金属堆積を使用し、後にフォトマスクとエッチングが続くことにより、追加され得る。
【００４１】
本明細書において、特定の実施形態が例示されて説明されたが、当業者には認識されるように、種々の代案、及び／又は等価な具現化形態が、本発明の範囲から逸脱せずに、図示され説明された特定の実施形態に置き換えられ得る。本出願は、本明細書に説明された特定の実施形態の任意の改作形態、又は変形形態を網羅するように意図されている。従って、本発明は、特許請求の範囲、及びその等価物によってのみ制限されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】ＦＢＡＲの平面図を示す図である。
【図２】ＦＢＡＲの断面図を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態によるＦＢＡＲの断面図を示す図である。
【図４】図３に示されたＦＢＡＲの一実施形態の平面図を示す図である。
【図５】図３に示されたＦＢＡＲの代替の実施形態の平面図を示す図である。
【図６】スミスチャート上にプロットされた２つの例示的なＦＢＡＲのＱの円を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態によるＦＢＡＲの断面図を示す図である。
【図８】本発明の別の実施形態によるＦＢＡＲの断面図を示す図である。
【図９】本発明の別の実施形態によるＦＢＡＲの断面図を示す図である。
【図１０Ａ】本発明の別の実施形態によるＦＢＡＲの製造の種々の段階を示す断面図である。
【図１０Ｂ】本発明の別の実施形態によるＦＢＡＲの製造の種々の段階を示す断面図である。
【図１０Ｃ】本発明の別の実施形態によるＦＢＡＲの製造の種々の段階を示す断面図である。
【図１０Ｄ】本発明の別の実施形態によるＦＢＡＲの製造の種々の段階を示す断面図である。
【図１０Ｅ】本発明の別の実施形態によるＦＢＡＲの製造の種々の段階を示す断面図である。
【図１０Ｆ】本発明の別の実施形態によるＦＢＡＲの製造の種々の段階を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
40、70 ＦＢＡＲ
42、72、102 基板
44、74、104 くぼみ
46、76、106 第１の電極
48、78、108 圧電（ＰＺ）層
50、80 第２の電極
60、90 充填領域
109、113 フォトマスク
110 電極材料
111 凹部領域
120 充填材料
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響共振器に関する。
【０００２】
関連出願に対する相互参照
本特許出願は、本発明と同じ譲受人に譲渡され、２００４年６月１４に出願され、「ACOUSTIC RESONATOR PERFORMANCE ENHANCEMENT USING SELECTIVE METAL ETCH」と題する米国特許出願第１０／８６７，５４０号（代理人整理番号第１００４０８７８−１号）に関連する。
【背景技術】
【０００３】
電子装置のコストとサイズを低減する必要性によって、より小さな単一のフィルリング素子の必要性が生じた。圧電薄膜共振器（Thin-Film Bulk Acoustic Resonator（ＦＢＡＲ））及び積層型圧電薄膜共振器（Stacked Thin-Film Bulk Wave Acoustic Resonator（ＳＢＡＲ））は、これらの必要性を満たす可能性を有する１つの部類のフィルタ素子に相当する。これらのフィルタは、総称してＦＢＡＲと呼ばれ得る。ＦＢＡＲは、薄膜の圧電（ＰＺ）材料においてバルク縦方向超音波を使用する音響共振器である。一般に、ＦＢＡＲは、２つの金属電極間に挟まれたＰＺ材料の層を含む。ＰＺ材料と電極との組み合わせ体は、その周辺部の周りでその組み合わせ体を支持することにより空気中に浮かされるか、又は音響ミラー上に配置される。
【０００４】
２つの電極間に電界が生成される場合、ＰＺ材料は、電気エネルギの一部を音波の形態の機械的エネルギに変換する。音波は一般に、電界と同じ方向に伝播し、共振周波数を含む何らかの周波数で、電極／空気、又は電極／音響ミラーの共有領域（interface：界面）から反射する。共振周波数において、デバイスは電子共振器として使用され得る。それぞれがＲＦフィルタの素子であるように、複数のＦＢＡＲを組み合わせることができる。
【０００５】
理想的には、フィルタ素子の共振エネルギは、共振器中に完全に「トラップ」される。しかしながら、実際には、分散モードが存在する。これらのモードは、フィルタのＱ（quality factor）の低減をもたらす可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これらの、及び他の理由のために、本発明が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、基板、第１の電極、圧電材料の層、第２の電極、及び充填領域を含む音響共振器を提供する。第１の電極は基板に隣接し、第１の電極は外側周辺部を有する。圧電層は、第１の電極に隣接する。第２の電極は圧電層に隣接し、第２の電極は外側周辺部を有する。充填領域は、第１及び第２の電極の一方にある。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、音響共振器の性能が改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下の詳細な説明において、明細書の一部を形成し、本発明が実施され得る例示的な特定の実施形態として示される添付図面を参照する。この点に関して、「上側」、「下側」、「正面」、「背面」、「前部」、「後部」等のような方向性の用語は、記載された図面の向きを基準として使用される。本発明の実施形態のコンポーネントが多数の異なる向きで配置され得るので、方向性の用語は例示のために使用され、決して制限しない。理解されるべきは、他の実施形態を利用することができ、構造的又は論理的な変更が、本発明の範囲から逸脱せずに行われ得ることである。従って、以下の詳細な説明は、制限する意味に解釈されるべきではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって規定される。
【００１０】
図１及び図２はそれぞれ、ＦＢＡＲ１０の平面図及び断面図を示す。ＦＢＡＲ１０は、基板１２、くぼみ１４、第１の電極１６、圧電（ＰＺ）層１８、及び第２の電極２０を含む。図１において、ＰＺ層１８、及びくぼみ１４は視界から隠されている。第２の電極２０は、図１に五角形として示され、エッジ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、及び２０ｅを備える周辺部を有する。２つのエッジ２０ｂと２０ｅが、図２の断面図に示される。一般に、コンタクト（図示せず）が第１の電極１６、及び第２の電極２０に結合され、パッシベーション層（図示せず）が電極２０の上面を覆うことができる。コンタクトは、第１及び第２の電極１６、２０を電圧源に接続することを容易にする。
【００１１】
第１の電極１６、ＰＺ層１８、及び第２の電極２０は、トータルでＦＢＡＲ膜を形成する。ＦＢＡＲ膜は基板１２に隣接し、くぼみ１４の上に浮かされて、電極／空気の共有領域を提供する。一実施形態において、くぼみ１４は、基板１２の一部をエッチングによって除去することにより形成される。くぼみ１４は、十分な電極／空気の共有領域がＦＢＡＲ膜の下に形成されるように十分に深い。
【００１２】
代替の実施形態において、ＦＢＡＲ膜は、基板１２内に形成された音響ミラー（図１と図２には示されない）に隣接して配置され得る。このように、電極／音響ミラーの共有領域が形成される。かくして、形成された共振器は、ＳＭＲ（Solid Mounted Resonator）型である。
【００１３】
一実施形態において、基板１２はシリコン（Ｓｉ）から作成され、ＰＺ層１８は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から作成される。代案として、ＰＺ層１８に他の圧電材料を使用することができる。一実施形態において、第１及び第２の電極１６、２０は、モリブデン（Ｍｏ）から作成され得る。代案として、電極に他の材料を使用することができる。一実施形態において、コンタクトは金（Ａｕ）から作成され得る。代案として、コンタクトに他の材料を使用することができる。
【００１４】
図１と図２に示されたＦＢＡＲ１０は、ＰＺ層１８において、縦方向に又は剪断するように伝播する音波を使用するように構成される。印加された電圧によって、第１の電極１６と第２の電極２０との間に電界が生成される場合、ＰＺ層１８の圧電材料は、電気エネルギの一部を音波の形態の機械的エネルギに変換する。そのように構成される場合、ＦＢＡＲ１０は、ＦＢＡＲ１０のＱ（quality factor）の損失をもたらす分散モードを呈する。
【００１５】
図３は、本発明の一実施形態によるＦＢＡＲ４０の断面図を示す。ＦＢＡＲ４０は、基板４２、くぼみ４４、第１の電極４６、圧電（ＰＺ）層４８、第２の電極５０、及び充填領域６０を含む。一般に、コンタクト（図３に示されず）が第１及び第２の電極４６、５０に結合され、パッシベーション層が第２の電極を覆う（同様に図３に示されない）。コンタクトは、第１及び第２の電極４６、５０を電圧源に接続することを容易にする。第１の電極４６、ＰＺ層４８、及び第２の電極５０は、トータルでＦＢＡＲ膜を形成し、上述したようにＦＢＡＲ膜は、くぼみ４４の上に、又は音響ミラーの上に配置され得る。ＦＢＡＲ膜は図示されるように、基板４２に隣接して、くぼみ４４の上に浮かされて、電極／空気の共有領域を提供する。先の実施形態と同様に、本発明に従って、ＳＭＲ設計を用いて電極／音響ミラーの共有領域を得ることもできる。
【００１６】
第２の電極５０、及びＦＢＡＲ膜の他の層は、種々の構成からなることができる周辺部を有する。例えば、それぞれの周辺部は、上記のＦＢＡＲ１０と同様に、五角形とすることができる。また、それらは、任意の種々の多角形形状、円形、又は種々の不揃いな形とすることができる。図３に示された断面図は、第２の電極５０の周辺部に沿った２つの場所、エッジ５０ｂと５０ｅを示す。一実施形態において、ＰＺ層４８のエッジは、図３に示されるように、ＦＢＡＲ４０の垂直方向において第２の電極５０のエッジ５０ｂと概して揃えられる。
【００１７】
図３に示されたＦＢＡＲ４０において、充填領域６０は、第２の電極５０のエッジ５０ｂに隣接して、及びエッジ５０ｅの近く（例えば、エッジから数十マイクロメートル離れて）で第２の電極５０内へ付加されている。一実施形態において、充填領域６０は、くぼみ４４の周辺部の直ぐ外側に配置される。このように、くぼみ４４の周辺部、又は外径が、（図３の図面の中に向けられるような）垂直方向に延びる場合、充填領域６０はくぼみ４４の周辺部の直ぐ「外側」にある。
【００１８】
他の実施形態において、充填領域６０は、充填領域６０の一部がくぼみ４４の周辺部の「内側」にあり、且つ一部が「外側」にあるように、くぼみ４４の周辺部に重なる。更に他の実施形態では、充填領域６０は、くぼみ４４の周辺部の「内側」に完全に位置する。
【００１９】
充填領域６０は、ＦＢＡＲ４０の性能を改善し、結果としてＦＢＡＲ４０の挿入損失の改善、及び共振器のＱの改善がもたらされる。ＦＢＡＲ４０の全体的なＱは、Ｒｐと呼ばれる抵抗のパラメータに比例して依存する。ＦＢＡＲ４０において、Ｒｐは充填領域６０によって改善され得る。
【００２０】
印加された電圧によって、電界が第１の電極４６と第２の電極５０との間に生成される。ＰＺ層４８の圧電材料は、電気エネルギの一部を音波の形態の機械的エネルギに変換する。ＦＢＡＲ４０の音波の一部は、任意のモードタイプの縦音波であるが、他の部分は、圧縮モードタイプ、剪断モードタイプ、又はドラムモードタイプの横音波である。ＦＢＡＲ４０は、所望の共振器モードとして、ＰＺ層４８において厚さの伸長方向に伝播する縦音波を使用するように設計される。しかしながら、充填領域６０を設けるＦＢＡＲ４０は、エネルギ損失を低減、又は抑制し、それによりフィルタのＱが改善される。一実施形態において、充填領域６０は、ＦＢＡＲ４０の横方向モードからエネルギをトラップするのに役立つ。
【００２１】
一実施形態において、充填領域６０は、第２の電極５０に使用される材料とは異なる材料で充填される。その場合、充填領域６０の材料は、１つの場合にＭｏである、第２の電極５０の残りの材料とは異なる分散特性を有する。異なる分散特性を有するこの材料を加えることにより、挿入損失が改善され、ＦＢＡＲ４０の共振器のＱが改善され得る。一実施形態において、充填領域６０の材料は、エッジにおいてＦＢＡＲ膜の剛性を増加させる。１つの場合に、充填領域６０の材料は、充填領域６０の音響インピーダンスをＦＢＡＲ膜の中心部における音響インピーダンスに対して増加させるようになっている。係る材料は、電極材料より高密度とすることができる。例えば、充填領域６０の材料は、Ｗとすることができる一方で、第２の電極５０はＭｏから作成され得る。他の実施形態において、第１及び第２の電極４６、５０は、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、又はＡｇなどの金属とすることができる。代替の実施形態において、充填領域６０の材料は、ポリイミド、ＢＣＢ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、又は他の誘電体、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＬｉＮｂＯ３、ＰＺＴ、ＬｉＴａＯ３、Ａｌ２Ｏ３、又は他の圧電材料、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、又は他の金属、又は金属の合金などの材料からも作成され得る。
【００２２】
一実施形態において、充填領域６０は、数百〜数千オングストロームのオーダである、第２の電極５０における深さ、及び１マイクロメートル〜数十マイクロメートル以下のオーダの幅、又は更に大きく、くぼみ４４の周辺部を超えて又はその周辺部の外側に延びる第２の電極５０の幅の部分までの幅を有する。一実施形態において、第２の電極５０は選択的にエッチングされて凹部要素を形成し、次いで凹部要素は、充填領域６０を形成するように材料で充填される。一実施形態において、第２の電極５０は、充填領域６０を形成するために材料で充填される凹部要素を形成するために、リフトオフ技術を用いて構成される。
【００２３】
図４と図５は、本発明の代替の実施形態に従って、図３のＦＢＡＲ４０の平面図を示す。図４と図５に示されるように、ＦＢＡＲ４０は、基板４２、第１の電極４６、及び第２の電極５０を含む。図４と図５において、圧電（ＰＺ）層４８とくぼみ４４は視界から隠されている。一般に、コンタクト（図面に示されない）が第１及び第２の電極４６、５０に結合され、パッシベーション層（同様に図面に示されない）が第２の電極５０を覆う。
【００２４】
図４と図５において、充填領域６０は、第２の電極５０の周辺部に隣接して延在しているように示される。図面において、第２の電極５０の周辺部は、５つの比較的直線のエッジ（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、及び５０ｅ）を有する概して五角形であるが、本質的に任意の多角形、円形とすることもでき、又は任意の他の滑らかな又は不揃いの形状を有することもできる。
【００２５】
図５において、充填領域６０は、五角形の電極の５つの全エッジに沿って、即ちエッジ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、及び５０ｅに隣接して第２の電極５０の周辺部に隣接して延在するように示される。図４は、ＦＢＡＲ４０の代替の実施形態を示し、この場合、充填領域６０は、五角形の電極の５つのエッジのうち４つに沿って、即ちエッジ５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、及び５０ｅに隣接して第２の電極５０の周辺部に隣接して延在する。一実施形態において、コンタクトが第２の電極５０の５番目のエッジ５０ａに取り付けられ、そのため充填領域６０はその実施形態において、そのエッジに沿って延在しない。
【００２６】
当業者には理解されるように、本発明による第２の電極５０のエッジに隣接して、任意の数の代替の充填領域６０を設けることができる。充填領域６０は、図示されるように、第２の電極５０のいくつかのエッジ又は全エッジに沿って連続的に延在することができ、充填領域６０はエッジに沿って連続していない小さなセグメントを有することができ、及び充填領域６０の他の形状と構成を用いることができ、特にこの場合、第２の電極５０は五角形以外の形状である。
【００２７】
図６は、スミスチャート上にプロットされた２つの例示的なＦＢＡＲのＱの円を示し、１つのＦＢＡＲにおいてＲｐの改善、それ故にＱの改善を示す。当該技術で知られているように、スミスチャートは、複素インピーダンスの極図表である（拡散パラメータｓ１１とｓ２２の測定値を示すために図６で使用される）。これらのｓ１１とｓ１２の拡散パラメータは、後進波と前進波の複素振幅の比を表す。スミスチャートは、反射係数をインピーダンスに変換する助けになり、それは、配置されたインピーダンスの部分を単位円にマッピングする。ＦＢＡＲ４０の改善された性能は、図６に示されたＱの円により実証される。図６は、充填領域６０を備えるＦＢＡＲ４０のような、例示的な充填デバイスのＳパラメータの測定値を示す。図示されるように、充填領域６０を備えるＦＢＡＲ４０の充填デバイス（実線で表記されたｓ１１）は、チャートの上側半分において、図２に示されたような対照デバイス（波線で表記されたｓ２２）と対比してより改善されたＲｐを有する。
【００２８】
一般に、単位円を通過する水平軸は、実インピーダンスを表し、その軸の上の領域は誘導性リアクタンスを表し、下の領域は容量性リアクタンスを表す。リアクタンスのゼロにおけるチャートの左側部分は、直列共振周波数（ｆｓ）を表し、Ｑの円がスミスチャートの左側で実軸を横切る場所で生じる。また、チャートの左側部分は、抵抗Ｒｓのパラメータも示す。リアクタンスのゼロにおけるチャートの右側部分は、並列共振周波数（ｆｐ）を表し、Ｑの円がスミスチャートの右側で実軸を横切る場所で生じる。また、チャートの右側部分は、抵抗Ｒｐのパラメータも示す。スミスチャート上でＦＢＡＲフィルタの特性のプロットがスミスチャートの周辺部に対してより接近すればするほど、そのＦＢＡＲのＱはより高くなる。また、曲線が滑らかになればなるほど、ＦＢＡＲのノイズはより低くなる。
【００２９】
図６において、フィルタとしてのＦＢＡＲ４０の性能は、実線のＱの円ｓ１１によって示され、電極に充填領域を備えていない従来技術のＦＢＡＲの性能は、波線のＱの円ｓ２２によって示される。明らかなように、ＦＢＡＲ４０は、周波数ｆｐの近くでフィルタの品質を改善する。ＦＢＡＲ４０はＱの円ｓ１１によって示され、そのＱの円ｓ１１が単位円の上側半分において単位円にいっそう厳密に似ており、その領域において損失の少ないデバイスを表しており、それによりフィルタで使用される場合にＦＢＡＲ４０の性能が改善される。
【００３０】
また、図６は、単位円の左下側、即ち「南西」の象限で示されるように、フィルタとして使用されるＦＢＡＲ４０が、直列共振周波数ｆｓ未満でスプリアスモードを実際に高めることも示す。この周波数領域のノイズの増加がデバイスの性能を損なわない用途で、ＦＢＡＲ４０が使用される場合、単位円の他の領域で示された改善を利用することができる。例えば、いくつかの実施形態において、ＦＢＡＲ４０は、ハーフラダーのトポロジーを使用するフィルタ用途において共振器として使用される。フィルタの性能は、改善されたＲｐから恩恵を受け、増加したスプリアスモードによってもたらされる任意のノイズは、フィルタの通過帯域の外側にある。
【００３１】
図７は、本発明の代替の実施形態によるＦＢＡＲ４０の断面図を示す。ＦＢＡＲ４０は、本質的に図３に示されたものと同様であり、基板４２、くぼみ４４、第１の電極４６、圧電（ＰＺ）層４８、第２の電極５０、及び充填領域６０を含む。また、第２の電極５０の周辺部の２つのエッジ５０ｂと５０ｅも示される。また、図７に示されたＦＢＡＲ４０は充填領域６０を有するが、その充填領域６０は、図３において充填領域６０が形成された表面とは反対側にある、第２の電極５０の表面に形成されている。ＦＢＡＲ４０が図３に示される場合には、充填領域６０は第２の電極５０の「上側」表面にあり、それに対してＦＢＡＲ４０が図７に示される場合には、充填領域６０は第２の電極５０の「下側」表面にある。また、一実施形態において、図７に示された充填領域６０は、くぼみ４４の周辺部のエッジの外側にある。代替の実施形態において、充填領域６０はくぼみ４４の周辺部に部分的に重なり、他の実施形態において、充填領域６０はくぼみ４４の周辺部の内側に完全に位置する。
【００３２】
一実施形態において、図７に示されたようなＦＢＡＲ４０の性能は、図３に示されたようなＦＢＡＲ４０に関して上述したようなことと本質的に同様である。第２の電極５０の「下側」表面の充填領域６０は、当業者により知られている種々の態様で達成され得る。例えば、図７に示された構造は、圧電物質の堆積の後にリフロオフプロセス（即ち、マスク、材料の堆積、そしてリフトオフ）、その後に上部電極材料の堆積を用いることにより、構成され得る。
【００３３】
図８と図９は、本発明の代替の実施形態によるＦＢＡＲ７０の断面図を示す。ＦＢＡＲ７０は、基板７２、くぼみ７４、第１の電極７６、圧電（ＰＺ）層７８、第２の電極８０、及び充填材料（充填領域）９０を含む。一般に、コンタクト（図面に示されない）が第１及び第２の電極７６、８０に結合される。また、任意のパッシベーション層（図面に示されない）を用いて、第２の電極８０が覆われてもよい。コンタクトは、第１及び第２の電極７６、８０を電圧源に接続することを容易にする。第１の電極７６、ＰＺ層７８、及び第２の電極８０は、トータルでＦＢＡＲ膜を形成し、上述したようにＦＢＡＲ膜は、くぼみ７４の上に配置されるか、又は音響ミラーの上に配置され得る。ＦＢＡＲ膜は図示されるように、基板７２に隣接し、くぼみ７４の上に浮かされて、電極／空気の共有領域を提供する。また、先の実施形態と同様に、本発明の実施形態に従ってＳＭＲ設計を用いて、電極／音響ミラーの共有領域を得ることもできる。
【００３４】
ＦＢＡＲ７０は、図３に示されたＦＢＡＲ３０に類似しているが、ＦＢＡＲ７０は、上述したように第２の電極にではなくて、第１の電極７６に挿入された充填領域９０を有する。また、第１の電極７６に挿入された充填領域９０は、ＦＢＡＲ７０の性能も改善し、結果としてＦＢＡＲ７０の挿入損失の改善、及び共振器のＱ（quality factor）の改善をもたらす。図８において、充填領域９０は第１の電極７６の「上側表面」に隣接して示され、図９において、充填領域９０は第１の電極７６の「下側表面」に隣接して示される。それぞれの場合に、充填領域９０は、くぼみ７４の周辺部の直ぐ外側に示される。このように、くぼみ７４の周辺部、又は外径が、（図８と図９の図面の中に向けられるような）垂直方向に延びる場合、充填領域９０は、くぼみ７４の周辺部の直ぐ「外側」にある。代替の実施形態において、充填領域９０は、くぼみ７４の周辺部に部分的に重なり、他の実施形態において、充填領域９０は、くぼみ７４の周辺部の内側に完全に位置する。ＦＢＡＲ４０に関して前述した充填領域６０と同様に、充填領域９０はＦＢＡＲ７０の性能を改善し、結果としてＦＢＡＲ７０のノイズ低減の改善、及び共振器のＱ（quality factor）の改善をもたらす。
【００３５】
上記の実施形態と同様に、充填領域９０は、第２の電極８０に使用される材料とは異なる材料で充填される。その場合、充填領域９０の材料は、１つの場合にＭｏである、第２の電極８０の残りの材料とは異なる分散特性を有する。異なる分散特性を有するこの材料を加えることにより、ＦＢＡＲ７０の挿入損失、及び共振器のＱ（quality factor）を改善することができる。一実施形態において、充填領域９０の材料は、そのエッジにおいてＦＢＡＲ膜の剛性を増加させる。１つの場合に、充填領域９０の材料は、充填領域９０の音響インピーダンスをＦＢＡＲ膜の中心部における音響インピーダンスに対して増加させるようになっている。係る材料は、電極材料より高密度とすることができる。例えば、充填領域９０の材料は、Ｗとすることができる一方で、第２の電極８０はＭｏから作成され得る。他の実施形態において、第１及び第２の電極７６、８０は、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、又はＡｇなどの金属とすることができる。代替の実施形態において、充填領域９０の材料は、ポリイミド、ＢＣＢ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、又は他の誘電体、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＬｉＮｂＯ３、ＰＺＴ、ＬｉＴａＯ３、Ａｌ２Ｏ３、又は他の圧電材料、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、又は他の金属、又は金属の合金などの材料からも作成され得る。
【００３６】
ＦＢＡＲ４０、７０は、本発明に従って、種々の態様で製造され得る。一実施形態において、例えば、凹部領域は、所望の厚さよりもわずかに少ない厚さまで電極金属を最初に堆積することにより、上側電極に形成される。次いで、フォトマスクを用いて、共振器の中央領域をパターニングする。次いで、残りの厚さの電極金属が堆積され、リフトオフプロセスを用いて、凹部領域に残ったレジストが除去される。次いで、追加のフォトマスクを用いて充填領域をパターニングする。充填材料が充填領域に堆積されて、マスク及び充填領域の外側の充填材料がリフトオフプロセスで除去される。別の実施形態において、凹部領域は、電極金属を所望の厚さまで最初に堆積し、電極をフォトマスクでパターニングし、凹部領域をエッチングすることにより作成され得る。別の実施形態において、充填領域は、充填材料を最初に堆積し、充填領域をフォトマスクでパターニングし、充填領域の外側の充填材料をエッチングにより除去することによって、作成され得る。
【００３７】
図１０Ａ〜図１０Ｆは、本発明の一実施形態によるＦＢＡＲ１００の製造に関する種々の中間的な段階を示す断面図である。ＦＢＡＲ１００は、図３〜図９に示されたものと類似しており、基板１０２、くぼみ１０４、第１の電極１０６、圧電（ＰＺ）層１０８、及び第２の電極１１０を含み、第１の電極１０６、圧電（ＰＺ）層１０８、及び第２の電極１１０は、トータルでＦＢＡＲ膜を形成する。図１０Ａは、充填領域１２０（図１０Ｆに示され、上述した充填領域６０と９０に類似する）を形成する前のＦＢＡＲ１００を示す。
【００３８】
図１０Ｂは、フォトマスク１０９がＦＢＡＲ膜の上に堆積された状態のＦＢＡＲ１００を示す。フォトマスク１０９を用いて、リフトオフプロセスを使用する凹部領域をパターニングする。図１０Ｃは、追加の電極材料の金属１１０が堆積された後であるが、リフトオフプロセスの前の状態である、図１０ＢのＦＢＡＲ１００を示す。図１０Ｄは、リフトオフプロセス後のＦＢＡＲ１００を示す。リフトオフプロセスは、フォトマスク１０９、及びフォトマスク１０９上にある全ての金属１１０を除去する。このように、リフトオフプロセスは、凹部領域１１１を画定する。
【００３９】
次に、図１０Ｅは、フォトマスク１１３がＦＢＡＲ膜の上に堆積されて、充填領域がパターニングされた状態のＦＢＡＲ１００を示す。図１０Ｆは、充填材料１２０が堆積された後であるが、リフトオフプロセスの前の状態である、図１０ＥのＦＢＡＲ１００を示す。リフトオフプロセスの後は、図３のＦＢＡＲ４０が結果としての構造を示す。いくつかの実施形態において、ＦＢＡＲは更に、少なくとも１つのパッシベーション層を利用することができる。
【００４０】
下側電極上の充填された凹部領域は、同様に作成され得る。更に、充填領域の上部は、充填領域が上側電極、又は下側電極に存在するか否かに関わらず、必ずしも電極の表面と揃えられる必要はない。ＦＢＡＲの凹部は、リフトオフプロセスによって生じることができるが、エッチング工程でもって作成されてもよい。充填材料は、フォトマスクで最初にマスキングすることにより凹部領域にパターニングされ、メタライゼーションを堆積し、次いでリフトオフを用いて凹部領域に充填材料が残される。また、充填材料は、最初に金属堆積を使用し、後にフォトマスクとエッチングが続くことにより、追加され得る。
【００４１】
本明細書において、特定の実施形態が例示されて説明されたが、当業者には認識されるように、種々の代案、及び／又は等価な具現化形態が、本発明の範囲から逸脱せずに、図示され説明された特定の実施形態に置き換えられ得る。本出願は、本明細書に説明された特定の実施形態の任意の改作形態、又は変形形態を網羅するように意図されている。従って、本発明は、特許請求の範囲、及びその等価物によってのみ制限されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】ＦＢＡＲの平面図を示す図である。
【図２】ＦＢＡＲの断面図を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態によるＦＢＡＲの断面図を示す図である。
【図４】図３に示されたＦＢＡＲの一実施形態の平面図を示す図である。
【図５】図３に示されたＦＢＡＲの代替の実施形態の平面図を示す図である。
【図６】スミスチャート上にプロットされた２つの例示的なＦＢＡＲのＱの円を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態によるＦＢＡＲの断面図を示す図である。
【図８】本発明の別の実施形態によるＦＢＡＲの断面図を示す図である。
【図９】本発明の別の実施形態によるＦＢＡＲの断面図を示す図である。
【図１０Ａ】本発明の別の実施形態によるＦＢＡＲの製造の種々の段階を示す断面図である。
【図１０Ｂ】本発明の別の実施形態によるＦＢＡＲの製造の種々の段階を示す断面図である。
【図１０Ｃ】本発明の別の実施形態によるＦＢＡＲの製造の種々の段階を示す断面図である。
【図１０Ｄ】本発明の別の実施形態によるＦＢＡＲの製造の種々の段階を示す断面図である。
【図１０Ｅ】本発明の別の実施形態によるＦＢＡＲの製造の種々の段階を示す断面図である。
【図１０Ｆ】本発明の別の実施形態によるＦＢＡＲの製造の種々の段階を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
40、70 ＦＢＡＲ
42、72、102 基板
44、74、104 くぼみ
46、76、106 第１の電極
48、78、108 圧電（ＰＺ）層
50、80 第２の電極
60、90 充填領域
109、113 フォトマスク
110 電極材料
111 凹部領域
120 充填材料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に隣接し、外側周辺部を有する第１の電極と、
前記第１の電極に隣接する圧電層と、
前記圧電層に隣接し、外側周辺部を有する第２の電極と、及び
前記第１の電極、及び前記第２の電極のうちの一方にある充填領域とを含む、音響共振器。
【請求項２】
くぼみが前記基板に形成され、前記くぼみが、くぼみ周辺部を有する、請求項１に記載の音響共振器。
【請求項３】
音響ミラーが前記基板に形成され、前記第１の電極が前記音響ミラーにまたがる、請求項１に記載の音響共振器。
【請求項４】
前記第２の電極に隣接するパッシベーション層を更に含み、前記パッシベーション層が、第１の平面にほぼ平行である第２の平面内に位置する、請求項１に記載の音響共振器。
【請求項５】
前記第１の電極、及び前記第２の電極のうちの一方にある前記充填領域が、前記くぼみ周辺部の外側にある、請求項２に記載の音響共振器。
【請求項６】
前記第１の電極、及び前記第２の電極のうちの一方にある前記充填領域が、前記くぼみ周辺部の内側にある、請求項２に記載の音響共振器。
【請求項７】
前記第１の電極、及び前記第２の電極のうちの一方にある前記充填領域が、前記くぼみ周辺部に部分的に重なる、請求項２に記載の音響共振器。
【請求項８】
前記第１の電極、及び前記第２の電極のうちの一方にある前記充填領域が、前記外側周辺部に隣接する、請求項１に記載の音響共振器。
【請求項９】
前記第１及び第２の電極の少なくとも１つが、前記充填領域の材料とは異なる材料からなる、請求項１に記載の音響共振器。
【請求項１０】
前記充填材料が、誘電体、金属、金属合金、圧電物質、Ｍｏ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、ポリイミド、ＢＣＢ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＬｉＮｂＯ３、ＰＺＴ、ＬｉＴａＯ３、及びＡｌ２Ｏ３からなるグループから選択された材料である、請求項８に記載の音響共振器。
【請求項１１】
前記充填領域が、前記第１の電極、及び前記第２の電極のうちの一方の外側周辺部の大部分の周りに延在する、請求項１に記載の音響共振器。
【請求項１２】
前記充填領域が、前記第１の電極、及び前記第２の電極のうちの一方において、数百〜数千オングストロームのオーダである深さ、及び１マイクロメートル〜数十マイクロメートル以下のオーダの幅を有する、請求項１に記載の音響共振器。
【請求項１３】
前記充填領域が、前記第１及び第２の電極の一方の外側周辺部から、ゼロ〜数十マイクロメートルだけオフセットしている、請求項１に記載の音響共振器。
【請求項１４】
第１の表面を有する基板と、
前記基板の前記第１の表面に隣接する第１の電極と、
前記第１の電極に隣接する圧電材料の層と、
前記圧電材料の層に隣接し、第１の平面内に位置する第２の電極と、及び
前記第２の電極に構成された充填領域とを含む、音響共振器。
【請求項１５】
くぼみ周辺部を有するくぼみが、前記基板の第１の表面に形成され、前記第１の電極が前記くぼみにまたがっている、請求項１４に記載の音響共振器。
【請求項１６】
音響ミラーが前記基板の第１の表面に形成され、前記第１の電極が前記音響ミラーにまたがっている、請求項１４に記載の音響共振器。
【請求項１７】
前記第２の電極の前記充填領域が、前記くぼみ周辺部の外側にある、請求項１５に記載の音響共振器。
【請求項１８】
前記第２の電極の前記充填領域が、前記くぼみ周辺部の内側にある、請求項１５に記載の音響共振器。
【請求項１９】
前記第２の電極の前記充填領域が、前記くぼみ周辺部に部分的に重なる、請求項１５に記載の音響共振器。
【請求項２０】
前記第２の電極が、前記充填領域の材料とは異なる材料からなる、請求項１４に記載の音響共振器。
【請求項２１】
前記充填材料は、前記音響共振器の中心部における音響インピーダンスに比べて前記充填領域の音響インピーダンスを増加させるように、電極材料より高密度である、請求項１４に記載の音響共振器。
【請求項２２】
基板と、
前記基板に隣接する第１の電極と、
前記第１の電極に隣接する圧電材料の層と、
前記圧電材料の層に隣接する第２の電極であって、前記第１の電極、前記圧電材料の層、及び前記第２の電極が合わさって、外側エッジと中心部を有する音響膜を形成する、第２の電極と、及び
前記音響膜の中心部における音響インピーダンスに比べて、前記音響膜の外側エッジの音響インピーダンスを増加させるための手段とを含む、音響共振器。
【請求項２３】
前記第２の電極が、前記第２の電極の材料とは異なる材料を有する充填領域を含む、請求項２２に記載の音響共振器。
【請求項２４】
基板を準備し、
前記基板に隣接する第１の電極を製造し、
前記第１の電極に隣接する圧電層を製造し、
前記圧電層に隣接し、第１の厚さまでの第２の電極を形成するように、電極材料を堆積し、
前記第２の電極の上に第１のフォトマスクを堆積し、
第２の厚さまでの前記第２の電極を形成するように、追加の電極材料を堆積し、
前記フォトマスクを除去して、前記第２の電極に凹部領域を露呈し、及び
前記凹部領域を充填材料で充填することを含む、音響共振器を製造するための方法。
【請求項２５】
前記凹部領域を充填する前に、前記第２の電極の上に第２のフォトマスクを堆積することを更に含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記基板にくぼみを形成することを更に含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記凹部領域を、前記電極材料とは異なる材料で充填することを更に含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記凹部領域を充填することが、誘電体、金属、金属合金、圧電物質、Ｍｏ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、ポリイミド、ＢＣＢ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＬｉＮｂＯ３、ＰＺＴ、ＬｉＴａＯ３、及びＡｌ２Ｏ３からなるグループから選択された材料で充填することを更に含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
基板を準備し、
前記基板に隣接する第１の電極を製造し、
前記第１の電極に隣接する圧電層を製造し、
第２の電極を形成するために電極材料を堆積し、
前記第２の電極の上に第１のフォトマスクを堆積し、
前記第２の電極に凹部領域を形成するために、前記第２の電極をエッチングし、及び
前記凹部領域を充填材料で充填することを含む、音響共振器を製造するための方法。
【請求項１】
基板と、
前記基板に隣接し、外側周辺部を有する第１の電極と、
前記第１の電極に隣接する圧電層と、
前記圧電層に隣接し、外側周辺部を有する第２の電極と、及び
前記第１の電極、及び前記第２の電極のうちの一方にある充填領域とを含む、音響共振器。
【請求項２】
くぼみが前記基板に形成され、前記くぼみが、くぼみ周辺部を有する、請求項１に記載の音響共振器。
【請求項３】
音響ミラーが前記基板に形成され、前記第１の電極が前記音響ミラーにまたがる、請求項１に記載の音響共振器。
【請求項４】
前記第２の電極に隣接するパッシベーション層を更に含み、前記パッシベーション層が、第１の平面にほぼ平行である第２の平面内に位置する、請求項１に記載の音響共振器。
【請求項５】
前記第１の電極、及び前記第２の電極のうちの一方にある前記充填領域が、前記くぼみ周辺部の外側にある、請求項２に記載の音響共振器。
【請求項６】
前記第１の電極、及び前記第２の電極のうちの一方にある前記充填領域が、前記くぼみ周辺部の内側にある、請求項２に記載の音響共振器。
【請求項７】
前記第１の電極、及び前記第２の電極のうちの一方にある前記充填領域が、前記くぼみ周辺部に部分的に重なる、請求項２に記載の音響共振器。
【請求項８】
前記第１の電極、及び前記第２の電極のうちの一方にある前記充填領域が、前記外側周辺部に隣接する、請求項１に記載の音響共振器。
【請求項９】
前記第１及び第２の電極の少なくとも１つが、前記充填領域の材料とは異なる材料からなる、請求項１に記載の音響共振器。
【請求項１０】
前記充填材料が、誘電体、金属、金属合金、圧電物質、Ｍｏ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、ポリイミド、ＢＣＢ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＬｉＮｂＯ３、ＰＺＴ、ＬｉＴａＯ３、及びＡｌ２Ｏ３からなるグループから選択された材料である、請求項８に記載の音響共振器。
【請求項１１】
前記充填領域が、前記第１の電極、及び前記第２の電極のうちの一方の外側周辺部の大部分の周りに延在する、請求項１に記載の音響共振器。
【請求項１２】
前記充填領域が、前記第１の電極、及び前記第２の電極のうちの一方において、数百〜数千オングストロームのオーダである深さ、及び１マイクロメートル〜数十マイクロメートル以下のオーダの幅を有する、請求項１に記載の音響共振器。
【請求項１３】
前記充填領域が、前記第１及び第２の電極の一方の外側周辺部から、ゼロ〜数十マイクロメートルだけオフセットしている、請求項１に記載の音響共振器。
【請求項１４】
第１の表面を有する基板と、
前記基板の前記第１の表面に隣接する第１の電極と、
前記第１の電極に隣接する圧電材料の層と、
前記圧電材料の層に隣接し、第１の平面内に位置する第２の電極と、及び
前記第２の電極に構成された充填領域とを含む、音響共振器。
【請求項１５】
くぼみ周辺部を有するくぼみが、前記基板の第１の表面に形成され、前記第１の電極が前記くぼみにまたがっている、請求項１４に記載の音響共振器。
【請求項１６】
音響ミラーが前記基板の第１の表面に形成され、前記第１の電極が前記音響ミラーにまたがっている、請求項１４に記載の音響共振器。
【請求項１７】
前記第２の電極の前記充填領域が、前記くぼみ周辺部の外側にある、請求項１５に記載の音響共振器。
【請求項１８】
前記第２の電極の前記充填領域が、前記くぼみ周辺部の内側にある、請求項１５に記載の音響共振器。
【請求項１９】
前記第２の電極の前記充填領域が、前記くぼみ周辺部に部分的に重なる、請求項１５に記載の音響共振器。
【請求項２０】
前記第２の電極が、前記充填領域の材料とは異なる材料からなる、請求項１４に記載の音響共振器。
【請求項２１】
前記充填材料は、前記音響共振器の中心部における音響インピーダンスに比べて前記充填領域の音響インピーダンスを増加させるように、電極材料より高密度である、請求項１４に記載の音響共振器。
【請求項２２】
基板と、
前記基板に隣接する第１の電極と、
前記第１の電極に隣接する圧電材料の層と、
前記圧電材料の層に隣接する第２の電極であって、前記第１の電極、前記圧電材料の層、及び前記第２の電極が合わさって、外側エッジと中心部を有する音響膜を形成する、第２の電極と、及び
前記音響膜の中心部における音響インピーダンスに比べて、前記音響膜の外側エッジの音響インピーダンスを増加させるための手段とを含む、音響共振器。
【請求項２３】
前記第２の電極が、前記第２の電極の材料とは異なる材料を有する充填領域を含む、請求項２２に記載の音響共振器。
【請求項２４】
基板を準備し、
前記基板に隣接する第１の電極を製造し、
前記第１の電極に隣接する圧電層を製造し、
前記圧電層に隣接し、第１の厚さまでの第２の電極を形成するように、電極材料を堆積し、
前記第２の電極の上に第１のフォトマスクを堆積し、
第２の厚さまでの前記第２の電極を形成するように、追加の電極材料を堆積し、
前記フォトマスクを除去して、前記第２の電極に凹部領域を露呈し、及び
前記凹部領域を充填材料で充填することを含む、音響共振器を製造するための方法。
【請求項２５】
前記凹部領域を充填する前に、前記第２の電極の上に第２のフォトマスクを堆積することを更に含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記基板にくぼみを形成することを更に含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記凹部領域を、前記電極材料とは異なる材料で充填することを更に含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記凹部領域を充填することが、誘電体、金属、金属合金、圧電物質、Ｍｏ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、ポリイミド、ＢＣＢ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＬｉＮｂＯ３、ＰＺＴ、ＬｉＴａＯ３、及びＡｌ２Ｏ３からなるグループから選択された材料で充填することを更に含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
基板を準備し、
前記基板に隣接する第１の電極を製造し、
前記第１の電極に隣接する圧電層を製造し、
第２の電極を形成するために電極材料を堆積し、
前記第２の電極の上に第１のフォトマスクを堆積し、
前記第２の電極に凹部領域を形成するために、前記第２の電極をエッチングし、及び
前記凹部領域を充填材料で充填することを含む、音響共振器を製造するための方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１０Ｅ】
【図１０Ｆ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１０Ｅ】
【図１０Ｆ】
【公開番号】特開２００６−２９５９２４（Ｐ２００６−２９５９２４Ａ）
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０３８８２（Ｐ２００６−１０３８８２）
【出願日】平成１８年４月５日（２００６．４．５）
【出願人】（５０６０７６６０６）アバゴ・テクノロジーズ・ジェネラル・アイピー（シンガポール）プライベート・リミテッド (129)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月５日（２００６．４．５）
【出願人】（５０６０７６６０６）アバゴ・テクノロジーズ・ジェネラル・アイピー（シンガポール）プライベート・リミテッド (129)
【Ｆターム（参考）】
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