高周波フロントエンドモジュール及びその製造方法
【課題】高密度化を実現しつつ、加工精度や組立精度を向上することができる高周波フロントエンドモジュールを提供する。
【解決手段】高周波フロントエンドモジュール１において、第１の電極３１、この第１の電極３１上の誘電体膜３２及びこの誘電体膜３２上の第２の電極３３を有し、第１の電極３１、誘電体膜３２及び第２の電極３３の各々の膜厚及び面積のばらつきが０．２％以内に制御されたキャパシタ３と、キャパシタ３を表面上に作り付ける基板２とを備える。
【解決手段】高周波フロントエンドモジュール１において、第１の電極３１、この第１の電極３１上の誘電体膜３２及びこの誘電体膜３２上の第２の電極３３を有し、第１の電極３１、誘電体膜３２及び第２の電極３３の各々の膜厚及び面積のばらつきが０．２％以内に制御されたキャパシタ３と、キャパシタ３を表面上に作り付ける基板２とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波フロントエンドモジュール及びその製造方法に関し、特に基板上にキャパシタ又は薄膜圧電共振器を回路構成の一部として搭載した高周波フロントエンドモジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の無線通信技術の発展は目覚ましく、更に通信情報の高速伝送を目的とした開発が続けられている。特に、ＰＨＳ（Personal Handy-phone System）、第３世代携帯通信、無線ＬＡＮ（Local Area Network）等の導入により、市場において、２ＧＨｚ前後の周波数帯域が使用されるようになってきた。無線通信の利用者数、無線通信端末数は飛躍的に増大する傾向にある。無線通信技術において、情報伝送量の高速化を目的として搬送波の周波数そのものは更に高周波数化の傾向にある。無線ＬＡＮシステムにおいては、５ＧＨ帯域までの高周波数帯域の商用化が開始されている。
【０００３】
高周波数帯域を利用する無線通信端末（無線通信機器）においては、小型化並びに軽量化に対する要求が強い。特に、パーソナルコンピュータ（PC）の用途において、PCカードとして使用することができるように、無線通信端末を薄く製作することが重要である。このPCカードに限らず、一般的な無線通信端末は、高周波（RF）信号を処理する高周波フロントエンド部と、デジタル信号を処理するベースバンド（BB）部とを備えている。
【０００４】
ベースバンド部は信号の変調処理や復調処理をデジタル信号において処理する回路であり、シリコン（Si）基板をベースとした半導体集積回路（半導体チップ）としてベースバンド部を製作することができる。従って、半導体製造プロセス技術を利用して、例えば１ｍｍ以下まで非常に薄型のベースバンド部を製作することができる。
【０００５】
一方、高周波フロントエンド部は、高周波信号の増幅処理、周波数変換処理等をアナログ信号において処理する回路である。従って、抵抗、コンデンサ、インダクタ、発振器、フィルタ等の多数の受動部品を含む複雑な構成を備え、シリコン基板をベースとした半導体集積回路として高周波フロントエンド部を製作することは難しい。
【０００６】
半導体製造プロセス技術は微細化を主軸とした開発を広範囲に進めているので、この半導体製造プロセス技術を利用し製作することができるベースバンド部の小型化や高機能化を進めることは容易である。ところが、高周波フロントエンド部を構築する受動部品は各々仕様によって定められた機能を持っているので、受動部品を省略することが難しい。更に、半導体製造プロセス技術の利用が難しいことから、半導体集積回路の製作とは別に半導体製造プロセス技術を利用しないで受動部品を製作し、１つの共通基板上に半導体集積回路と受動部品とを実装してアッセンブリとして製作することが主流であった。
【０００７】
ところが、受動部品の小型化が進み、又受動部品数が増加する傾向にあり、アッセンブリを高密度に実装することが要求されている。同時に、アッセンブリの製作上のスループットを向上すること、更にアッセンブリの製作上の組立精度を向上することが要求されている。ここでは、無線通信技術における要求として説明しているが、前述の抵抗等の受動部品に対する要求は、無線通信技術にとどまらず、受動部品を利用するあらゆる技術、例えば電子部品技術についても同様である。
【０００８】
このような課題を解決する技術として、薄膜圧電共振器や薄膜集積キャパシタを製作する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。薄膜圧電共振器は、電極間に圧電性薄膜を挟み、中空構造により共振構造を構築するものであり、発振器やフィルタとして利用することができる。一方、薄膜集積キャパシタは、同様に電極間に誘電体膜を挟む構造を有し、半導体製造プロセス技術を利用して基板に薄膜集積キャパシタを集積化することができる。
【特許文献１】特開２０００−６９５９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、薄膜圧電共振器を製作する技術、薄膜集積キャパシタを製作する技術のそれぞれを利用したとしても、アッセンブリの高密度化を実現しつつ、アッセンブリの製作上のスループット並びに組立精度を向上するという抜本的な解決をすることができない。特に、薄膜集積キャパシタを高い加工精度において製作しても、薄膜圧電共振器の加工精度が低ければ、加工精度は薄膜圧電共振器により決定されてしまう。従って、高周波フロントエンドモジュールを量産化することが難しかった。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、高密度化を実現しつつ、加工精度や組立精度を向上することができる高周波フロントエンドモジュールを提供することである。更に、本発明の目的は、低コスト化を実現しつつ、設計の再現性を向上することができる高周波フロントエンドモジュールを提供することである。更に、本発明の目的は、製造上のスループットを向上することができる高周波フロントエンドモジュールの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、高周波フロントエンドモジュールにおいて、第１の電極、第１の電極上の誘電体膜及び誘電体膜上の第２の電極を有し、第１の電極、誘電体膜及び第２の電極の各々の膜厚及び面積のばらつきが０．２％以内に制御されたキャパシタと、キャパシタを表面上に作り付ける基板とを備える。
【００１２】
本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、高周波フロントエンドモジュールにおいて、第１の電極、第１の電極上の誘電体膜及び誘電体膜上の第２の電極を有し、第１の電極、誘電体膜及び第２の電極の各々の膜厚及び面積のばらつきが０．２％以内に制御されたキャパシタと、第３の電極、第３の電極上の圧電体膜及び圧電体膜上の第４の電極を有し、第３の電極、圧電体膜及び第４の電極の各々の膜厚及び面積のばらつきが０．２％以内に制御された薄膜圧電共振器と、キャパシタ及び薄膜圧電共振器を表面上に作り付ける基板とを備える。
【００１３】
本発明の実施の形態に係る第３の特徴は、第１の特徴又は第２の特徴の高周波フロントエンドモジュールにおいて、キャパシタの誘電体膜が、第１の誘電体膜と、第１の誘電体膜上に積層され第１の誘電体膜の温度依存性を打ち消し合う第２の誘電体膜とを備え、キャパシタが、温度補償機能を有することである。
【００１４】
本発明の実施の形態に係る第４の特徴は、高周波フロントエンドモジュールの製造方法において、第１の電極、第１の電極上の誘電体膜及び誘電体膜上の第２の電極を有するキャパシタを形成する工程と、第３の電極、第３の電極上の圧電体膜及び圧電体膜上の第４の電極を有し、第１の電極と第３の電極とが同一工程において形成され、誘電体膜と圧電体膜とが同一工程において形成され、第２の電極と第４の電極とが同一において形成された薄膜圧電共振器を形成する工程と、キャパシタ及び薄膜圧電共振器を基板の表面上に作り付ける工程とを備える。
【００１５】
本発明の実施の形態に係る第５の特徴は、高周波フロントエンドモジュールの製造方法において、製造用基板上に第１の電極を形成し、第１の電極上に誘電体膜を形成し、誘電体膜上に第２の電極を形成し、第１の電極、誘電体膜及び第２の電極を有するキャパシタの集合体を形成する工程と、集合体のキャパシタを個々に分割する工程と、キャパシタの分割されたそれぞれを基板の表面上に作り付ける工程とを備える。
【００１６】
本発明の実施の形態に係る第６の特徴は、高周波フロントエンドモジュールの製造方法において、第１の製造用基板上に第１の電極を形成し、第１の電極上に誘電体膜を形成し、誘電体膜上に第２の電極を形成し、第１の電極、誘電体膜及び第２の電極を有するキャパシタの第１の集合体を形成する工程と、第１の製造用基板上又は第２の製造用基板上に第３の電極を形成し、第３の電極上に圧電体膜を形成し、圧電体膜上に第４の電極を形成し、第３の電極、圧電体膜及び第４の電極を有する薄膜圧電共振器の第２の集合体を形成する工程と、第１の集合体のキャパシタを個々に分割する工程と、第２の集合体の薄膜圧電共振器を個々に分割する工程と、キャパシタの分割されたそれぞれを基板の表面上に作り付ける工程と、薄膜圧電共振器の分割されたそれぞれを基板の表面上に作り付ける工程とを備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高密度化を実現しつつ、加工精度や組立精度を向上することができる高周波フロントエンドモジュールを提供することができる。更に、本発明によれば、低コスト化を実現しつつ、設計の再現性を向上することができる高周波フロントエンドモジュールを提供することができる。更に、本発明によれば、製造上のスループットを向上することができる高周波フロントエンドモジュールの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態において、同一の構成要素には同一の符号を付け、重複する説明は省略する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
本発明者は、無線通信端末の高周波フロントエンド部の小型化並びに高密度化に最適な受動部品のアセンブリ方法、特に薄膜を高精度において膜厚制御並びに面積制御を行うことにより基板に受動部品を作り付け、高周波フロントエンドモジュールを構築する方法について鋭意検討を行った。その結果、基本的には、薄膜圧電共振器を作製する成膜技術を有効に利用して高周波フロントエンドモジュールを構築することにより、小型化並びに高密度化を実現しつつ、周波数等の調節を必要とせずに加工精度並びに組立精度を向上することができ、低コスト化を実現することができ、更に製造上のスループットを向上することができる高周波フロントエンドモジュールを作製方法を見出した。ここで、受動部品には、抵抗、コンデンサ、インダクタ、フィルタ、発振器、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）を用いた超小型のスイッチ等が含まれる。更に、受動部品には、セラミック中の弾性波を用いたＦＢＲＡ（Film Bulk Acoustic Resonator）或いはＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave）素子、及び弾性表面波を用いたＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）素子が含まれる。
【００２０】
［高周波フロントエンドモジュールのキャパシタの構造］
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１は、第１の電極３１、この第１の電極３１上の誘電体膜３２及びこの誘電体膜３２上の第２の電極３３を有し、第１の電極３１、誘電体膜３２及び第２の電極３３の各々の膜厚及び面積のばらつきが０．２％以内に制御されたキャパシタ３と、キャパシタ３を表面上に作り付ける基板２とを備えている。
【００２１】
キャパシタ３は、モノリシックにより構成された高精度キャパシタであり、基本的には誘電体膜３２にＡｌＮ膜を使用し、この誘電体膜３２を第１の電極３１と第２の電極３３との両電極で挟み込んだ構造を有する。キャパシタ３を表面上に作り付ける基板２には、第１の実施の形態においてＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）技術を利用して半導体集積回路を搭載したシリコン単結晶基板が使用されている。
【００２２】
キャパシタ３を構成する第１の電極３１、誘電体膜３２、第２の電極３３のそれぞれの薄膜は、すべてプラズマやプラズマ中に導入する窒素又はアルゴン等のガス圧を高精度に制御されたスパッタリング法を利用して形成されている。これらの第１の電極３１、誘電体膜３２、第２の電極３３の各々の膜厚のばらつきは０．２％以下に制御されている。第１の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１においては、従来の受動部品を搭載する場合に比べて、キャパシタ３を基板２上に作り込むことができるので、高さ（厚さ）を１．５ｍｍから０．２ｍｍ程度まで大幅に減少することができる。更に、膜厚のばらつきを極めて小さくすることができるので、高周波フロントエンドモジュール１の組立プロセスにおいて、歩留まりを９５％以上に上昇させることができた。
【００２３】
キャパシタ３の第１の電極３１、第２の電極３３のそれぞれには厚さ０．１μｍのＡｌ薄膜が使用され、誘電体膜３２には厚さ０．５μｍのＡｌＮ膜が使用される。発振器として使用されるキャパシタ３は高周波フロントエンドモジュールにおける周波数に影響を与えるため、膜厚制御は極めて高い精度の値が必要である。高周波帯域を使用する無線システムは通常厳しく使用周波数帯域が管理されており、例えばＷ−ＣＤＭＡ方式においては２ＧＨｚの帯域が許可されている。実際にこの周波数帯域の多数の無線通信システムの使用者は分割して帯域を使用するので、メインとなる搬送用周波数に対して０．３％程度の制御が不可欠になる。これまで、このような精度を実現することができるキャパシタとの受動部品は存在していたが、種々のトリミングにより周波数調整が必要であった。このため、受動部品、更には高周波フロントエンド部の制作には極めてコストが高くなり、製品サイズも大型であった。
【００２４】
また、第１の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１と同様に、基板上に直接形成するキャパシタも存在していたが、この場合は、膜厚等のばらつきを１０％以下に制御することが困難であった。しかしながら、第１の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１においては、膜厚の加工精度と面積の加工精度との双方を両立させることによって、キャパシタ３の加工精度を著しく高めることができる。キャパシタ３の面積、すなわち第１の電極３１、誘電体膜３２、第２の電極３３のそれぞれの面積の加工精度はパターンニングの光リングラフィー精度を高めることによって著しく高めることができる。第１の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１において、キャパシタ３の１辺を約１００μｍに設定しているが、リソグラフィーの加工精度は０．１５μｍ以下において制御することができる。加工精度を面積換算率により表せば０．２％以下である。キャパシタ３の厚さ、すなわち第１の電極３１、誘電体膜３２、第２の電極３３のそれぞれの膜厚の加工精度は、成膜時のプラズマやガス圧を精密に制御したスパッタリング装置により行われ、こちらも０．２％以下に制御することができる。結果として、基板２に作り込まれたキャパシタ３の加工精度は０．３％以下において制御することができ、高周波フロントエンドモジュール１においてシステム仕様を十分に満たす発振器を構築することができる。なお、前述した加工精度が、０．２％を超える場合は結果としてキャパシタ面積の精度が著しく悪化し、高周波フロントエンドに要求される仕様を確保できないという問題があるため、好ましくない。
【００２５】
［高周波フロントエンドモジュールの回路構成］
第１の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１は、図２に示すように、基準発振器１０を備え、キャパシタ３は基準発振器１０を構築する受動部品として使用される。図２に示す基準発振器１０においては、キャパシタ３と、薄膜圧電共振器４と、帰還用トランジスタ又はダイオードからなる能動部品５とを備えている。
【００２６】
また、図示しないが、キャパシタ３は、入力整合回路、雑音整合回路等の整合回路の一部を構築するキャパシタとして使用することもできる。更に、図示しないが、キャパシタ３は、薄膜圧電共振器４と共に、電圧制御発振器（Voltage Controlled Oscillator）を構築することができる。
【００２７】
このように構成される第１の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１においては、キャパシタ３の膜厚制御及び面積制御を高精度に行ったので、高密度化を実現しつつ、加工精度や組立精度を向上することができる。更に、高周波フロントエンドモジュール１においては、低コスト化を実現しつつ、設計の再現性を向上することができる。
【００２８】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、前述の図２に示す基準発振器１０を構築するキャパシタ３及び薄膜圧電共振器４を基板２に作り付けた例を説明するものである。図３及び図４に示すように、第２の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１は、第１の電極３１、この第１の電極３１上の誘電体膜３２及びこの誘電体膜３２上の第２の電極３３を有し、第１の電極３１、誘電体膜３２及び第２の電極３３の各々の膜厚及び面積のばらつきが０．２％以内に制御されたキャパシタ３と、第３の電極４１、この第３の電極４１上の圧電体膜４２及びこの圧電体膜４２上の第４の電極４３を有し、第３の電極４１、圧電体膜４２及び第４の電極４３の各々の膜厚及び面積のばらつきが０．２％以内に制御された薄膜圧電共振器４と、キャパシタ３及び薄膜圧電共振器４を表面上に作り付ける基板２とを備えている。
【００２９】
第２の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１のキャパシタ３及び基板２は第１の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１のキャパシタ３及び基板２と基本的には同一である。第２の実施の形態において、薄膜圧電共振器４には例えばＦＢＡＲを実用的に使用することができる。薄膜圧電共振器４において、第３の電極４１はキャパシタ３の第１の電極３１と同一の電極成膜バッチ処理により形成され、圧電体膜４２はキャパシタ３の誘電体膜３２と同一の薄膜成膜バッチ処理により形成され、更に第４の電極４３はキャパシタ３の第２の電極３３と同一の電極成膜バッチ処理により形成されている。基本的には、薄膜圧電共振器４のそれぞれの薄膜とキャパシタ３のそれぞれの薄膜とは同一材料により構成されている。
【００３０】
キャパシタ３の２次元加工及び薄膜圧電共振器４の２次元加工はいずれもフォトリソグラフィー技術を用いて行うことで、キャパシタ３の面積のばらつき及び薄膜圧電共振器４の面積のばらつきは非常に小さくなる。具体的には、面積のばらつきは０．５％以内に収めることができる。また、パターンニングの光リングラフィーの精度を高めることにより、面積のばらつきを減少することができる。通常、薄膜圧電共振器４の単独製作においては面積のばらつきを減少するために、過度に高精度化を実施する必要があるが、第２の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１においては、基板２上に作成するキャパシタ３、薄膜圧電共振器４のそれぞれの薄膜の膜厚のばらつきを制御すると共に、同時に面積のばらつきを制御することによって、結果としてキャパシタ３の加工精度並びに薄膜圧電共振器４の加工精度を著しく向上することができる。
【００３１】
薄膜圧電共振器４が作り付けられた基板２には空洞共振器を構築するように空洞２Ｈが配設されている。空洞２Ｈは、第２の実施の形態において基板２の裏面から表面に向かってエッチング加工により形成され、裏面から表面に通じる貫通孔により形成されているが、本実施形態ではこれに限定されるものではなく、基板２の表面側に凹部を形成し、この凹部内に音響反射層を配設してもよい。
【００３２】
このように構成される第２の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１においては、各々の膜厚のばらつき並びに面積のばらつきを高精度において制御したキャパシタ３及び薄膜圧電共振器４を基板２に作り付けることにより、従来、かさばり、コストを要した温度補正型水晶発振器（TCXO：Temperature Compensated Crystal Oscillator）を使用することがなくなり、高密度化並びに小型化を実現しつつ、加工精度や組立精度を向上することができる。更に、高周波フロントエンドモジュール１においては、低コスト化を実現しつつ、設計の再現性を向上することができる。
【００３３】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態は、前述の第１の実施の形態又は第２の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１のキャパシタ３に温度補償機能を備えた例を説明するものである。その他の形態は第１の実施の形態と同様なため、説明を省略する。キャパシタ３の誘電体膜３２には圧電性を有するＡｌＮ膜が使用され、このＡｌＮ膜には温度依存性がある。温度依存性は無線通信システムの使用温度範囲において大きな容量値の変化を生ずる。このような容量値の変化を防止するために、第３の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１のキャパシタ３の誘電体膜は、図５に示すように、第１の誘電体膜３２と、この第１の誘電体膜３２上（第３の実施の形態においては下側）に積層され第１の誘電体膜３２の温度依存性を打ち消し合う第２の誘電体膜３５とを備えている。すなわち、第３の実施の形態においては、キャパシタ３の第１の電極３１と第１の誘電体膜３２との間に第２の誘電体膜３５が挟み込まれている。なお、図５においては、第２の誘電体膜３５は、第１の誘電体膜３２の下層に形成された例で説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１の誘電体膜３２の上層に形成されていてもよい。
【００３４】
第１の誘電体膜３２は、前述の第１の実施の形態及び第２の実施の形態に係るキャパシタ３の誘電体膜３２と同様に例えばＡｌＮ膜で構成されている。第２の誘電体膜３５は、第１の誘電体膜３２に対して反対方向の補償傾向を備える、例えばシリコン酸化膜を実用的に使用することができる。例えば、キャパシタ３の第１の電極３１に厚さ０．１μｍのＡｌ薄膜を使用し、第１の誘電体膜３２には厚さ０．５μｍのＡｌＮ膜を使用する場合、第２の誘電体膜３５には厚さ０．２μｍのシリコン酸化膜を使用することができる。ＡｌＮ膜とシリコン酸化膜とは温度に対する膜の伸縮する方向が異なるので、互いに温度に対する依存性を補償し合うことができる。なお、第２の誘電体膜３５すなわち温度依存性補償膜は、シリコン酸化膜に限定されるものではなく、第１の誘電体膜３２の温度依存性を打ち消す方向に膜の伸縮を有する誘電体薄膜であれば好適に使用することができる。ここで、キャパシタ３を構築する薄膜は、第２の誘電体膜３５を含めて、プラズマやガス圧を高精度に制御したスパッタリング法により成膜されている。
【００３５】
このように構成される第３の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１においては、第１の実施の形態又は第２の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１により得られる効果に加えて、キャパシタ３に温度補償機能を備えたので、温度変化に伴う容量値の変動を防止することができる。また、第３実施の形態に係る高周波数フロントエンドモジュール１においては、前述の温度補正型水晶発振器を完全に置き換えることができ、モジュール体積において約３分の１以下に小型化することができる。
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態は、前述の第１の実施の形態乃至第３の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１のキャパシタ３をバリキャップの参照用キャパシタとして使用する例を説明するものである。図６に示すように、高周波フロントエンドモジュール１は、参照用容量値生成部１１と、コンパレータ１２と、電圧増幅器１３と、増幅器１４と、バリキャップ１５とを備えている。ここで、参照用容量値生成部１１には、前述の第１の実施の形態乃至第３の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１のキャパシタ３を備えている。コンパレータ１２には制御信号が入力される。バリキャップ１５の出力は可変キャパシタンスである。
【００３６】
図６に示す以外にも、その他の整合回路のキャパシタとして、第１の実施の形態乃至第３の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１のキャパシタ３を用いることでき、その効果は絶大である。すなわち、第１の実施の形態乃至第３の実施の形態に係るキャパシタ３をその他の整合回路として備えることにより、小型化並びに高密度化を実現することができることは同様であるが、整合回路におけるマッチングのばらつきを著しく減少することができ、製造上のスループットを向上することができるだけでなく、無線通信システムの性能も著しく向上することができる。受信感度は安定状態して３ｄＢ以上上昇した。
【００３７】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態は、前述の第１の実施の形態乃至第４の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１に作り付けられるキャパシタ３の製造方法を説明するものである。
【００３８】
最初に、製造用基板６０上に、前述の図１又は図４に示す第１の電極３１、誘電体膜３２、第２の電極３３のそれぞれを成膜する（図７（Ａ）参照。）。これら第１の電極３１、誘電体膜３２、第２の電極３３のそれぞれは、半導体製造プロセス技術を利用して、膜厚のばらつきを高精度において制御したスパッタリング法により成膜されている。更に、第１の電極３１、誘電体膜３２、第２の電極３３のそれぞれは規則的に配列された複数のキャパシタ３を製造されるようになっており、この段階では相互に連結された複数のキャパシタ３の集合体が製造されている。ここで、製造用基板６０には例えばシリコン半導体ウエハを実用的に使用することができる。
【００３９】
次に、前述した集合体を複数のキャパシタ３が存在するように分割し、キャパシタ分割集合体３０を形成する。ここで、個々のキャパシタ３の面積のばらつきに影響を及ぼさないように、マージンを確保して分割される。図７（Ａ）に示すように、製造用基板６０上に位置合わせされた転写基板６１を重ね合わせ、製造用基板６０上のキャパシタ分割集合体３０を転写技術により転写基板６１に貼り付ける。図７（Ｂ）にキャパシタ分割集合体３０の構成を示す。
【００４０】
次に、転写基板６１に転写されたキャパシタ分割集合体３０は、図７（Ｃ）に示すように、光リソグラフィ技術及びエッチング技術を利用し、面積のばらつきを高精度に制御して、有効領域のみ残すように、個々のキャパシタ３として実質的に形成される。
【００４１】
図７（Ｄ）及び図７（Ｅ）に示すように、キャパシタ分割集合体３０をダイシングにより物理的に分割し、個々の細分化されたキャパシタ３を形成する。キャパシタ３の面積の加工精度の向上はダイシングでは高められないので、前述のように光リソグラフィ技術及びエッチング技術により加工精度を向上するようになっている。
【００４２】
そして、細分化されたキャパシタ３は、前述の第１の実施の形態乃至第４の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１において説明したように、基板２の表面上に作り付けられる。
【００４３】
なお、薄膜圧電共振器４の製造方法は、キャパシタ３の製造方法と実質的に同一であるので、ここでの説明は省略する。
【００４４】
このような第５の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１の製造方法においては、キャパシタ３、薄膜圧電共振器４のそれぞれを半導体集積回路と同様な製造プロセスを用いて製作することができるので、製造上のスループットを著しく向上することができる。更に、キャパシタ３（薄膜圧電共振器４も同様である）の面積のばらつきを決定する加工を光リソグラフィ技術及びエッチング技術により実行しているので、加工精度を著しく向上することができる。更に、半導体製造プロセス技術を利用して小型化並びに高密度化されたキャパシタ３及び膜厚圧電共振器４を１度に大量に製作することができるので、材料の利用効率、製作効率等を高めることができ、低コスト化を実現することができる。
【００４５】
本発明は、前述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において種々に変更することができる。例えば、前述の第１実施の形態乃至第５の実施の形態のそれぞれを単独に適応してもよいし、複数組み合わせて適応してもよい。更に、本発明は、ＭＥＭＳ等の機械部品を基板上に作り付け、高周波フロントエンドモジュール１を構築してもよい。更に、本発明は、高周波フロントエンドモジュール１に、ＦＢＡＲフィルタ、ラメ波フィルタ等を作り付けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュールの要部断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る基準発振器の回路図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュールの斜視図である。
【図４】図３に示す高周波フロントエンドモジュールの断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュールの要部断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュールの回路構成図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｂ）本発明の第５の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュールの製造方法を説明する工程斜視図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 高周波フロントエンドモジュール
１０ 基準発振器
１１ 参照用容量値生成部
１２ コンパレータ
１３ 電圧増幅器
１４ 増幅器
１５ バリキャップ
２ 基板
３ キャパシタ
３０ キャパシタ分割集合体
３１ 第１の電極
３２ 誘電体膜、第１の誘電体膜
３３ 第２の電極
３５ 第２の誘電体膜
４ 薄膜圧電共振器
４１ 第３の電極
４２ 圧電体膜
４３ 第４の電極
６０ 製造用基板
６１ 転写用基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波フロントエンドモジュール及びその製造方法に関し、特に基板上にキャパシタ又は薄膜圧電共振器を回路構成の一部として搭載した高周波フロントエンドモジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の無線通信技術の発展は目覚ましく、更に通信情報の高速伝送を目的とした開発が続けられている。特に、ＰＨＳ（Personal Handy-phone System）、第３世代携帯通信、無線ＬＡＮ（Local Area Network）等の導入により、市場において、２ＧＨｚ前後の周波数帯域が使用されるようになってきた。無線通信の利用者数、無線通信端末数は飛躍的に増大する傾向にある。無線通信技術において、情報伝送量の高速化を目的として搬送波の周波数そのものは更に高周波数化の傾向にある。無線ＬＡＮシステムにおいては、５ＧＨ帯域までの高周波数帯域の商用化が開始されている。
【０００３】
高周波数帯域を利用する無線通信端末（無線通信機器）においては、小型化並びに軽量化に対する要求が強い。特に、パーソナルコンピュータ（PC）の用途において、PCカードとして使用することができるように、無線通信端末を薄く製作することが重要である。このPCカードに限らず、一般的な無線通信端末は、高周波（RF）信号を処理する高周波フロントエンド部と、デジタル信号を処理するベースバンド（BB）部とを備えている。
【０００４】
ベースバンド部は信号の変調処理や復調処理をデジタル信号において処理する回路であり、シリコン（Si）基板をベースとした半導体集積回路（半導体チップ）としてベースバンド部を製作することができる。従って、半導体製造プロセス技術を利用して、例えば１ｍｍ以下まで非常に薄型のベースバンド部を製作することができる。
【０００５】
一方、高周波フロントエンド部は、高周波信号の増幅処理、周波数変換処理等をアナログ信号において処理する回路である。従って、抵抗、コンデンサ、インダクタ、発振器、フィルタ等の多数の受動部品を含む複雑な構成を備え、シリコン基板をベースとした半導体集積回路として高周波フロントエンド部を製作することは難しい。
【０００６】
半導体製造プロセス技術は微細化を主軸とした開発を広範囲に進めているので、この半導体製造プロセス技術を利用し製作することができるベースバンド部の小型化や高機能化を進めることは容易である。ところが、高周波フロントエンド部を構築する受動部品は各々仕様によって定められた機能を持っているので、受動部品を省略することが難しい。更に、半導体製造プロセス技術の利用が難しいことから、半導体集積回路の製作とは別に半導体製造プロセス技術を利用しないで受動部品を製作し、１つの共通基板上に半導体集積回路と受動部品とを実装してアッセンブリとして製作することが主流であった。
【０００７】
ところが、受動部品の小型化が進み、又受動部品数が増加する傾向にあり、アッセンブリを高密度に実装することが要求されている。同時に、アッセンブリの製作上のスループットを向上すること、更にアッセンブリの製作上の組立精度を向上することが要求されている。ここでは、無線通信技術における要求として説明しているが、前述の抵抗等の受動部品に対する要求は、無線通信技術にとどまらず、受動部品を利用するあらゆる技術、例えば電子部品技術についても同様である。
【０００８】
このような課題を解決する技術として、薄膜圧電共振器や薄膜集積キャパシタを製作する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。薄膜圧電共振器は、電極間に圧電性薄膜を挟み、中空構造により共振構造を構築するものであり、発振器やフィルタとして利用することができる。一方、薄膜集積キャパシタは、同様に電極間に誘電体膜を挟む構造を有し、半導体製造プロセス技術を利用して基板に薄膜集積キャパシタを集積化することができる。
【特許文献１】特開２０００−６９５９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、薄膜圧電共振器を製作する技術、薄膜集積キャパシタを製作する技術のそれぞれを利用したとしても、アッセンブリの高密度化を実現しつつ、アッセンブリの製作上のスループット並びに組立精度を向上するという抜本的な解決をすることができない。特に、薄膜集積キャパシタを高い加工精度において製作しても、薄膜圧電共振器の加工精度が低ければ、加工精度は薄膜圧電共振器により決定されてしまう。従って、高周波フロントエンドモジュールを量産化することが難しかった。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、高密度化を実現しつつ、加工精度や組立精度を向上することができる高周波フロントエンドモジュールを提供することである。更に、本発明の目的は、低コスト化を実現しつつ、設計の再現性を向上することができる高周波フロントエンドモジュールを提供することである。更に、本発明の目的は、製造上のスループットを向上することができる高周波フロントエンドモジュールの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、高周波フロントエンドモジュールにおいて、第１の電極、第１の電極上の誘電体膜及び誘電体膜上の第２の電極を有し、第１の電極、誘電体膜及び第２の電極の各々の膜厚及び面積のばらつきが０．２％以内に制御されたキャパシタと、キャパシタを表面上に作り付ける基板とを備える。
【００１２】
本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、高周波フロントエンドモジュールにおいて、第１の電極、第１の電極上の誘電体膜及び誘電体膜上の第２の電極を有し、第１の電極、誘電体膜及び第２の電極の各々の膜厚及び面積のばらつきが０．２％以内に制御されたキャパシタと、第３の電極、第３の電極上の圧電体膜及び圧電体膜上の第４の電極を有し、第３の電極、圧電体膜及び第４の電極の各々の膜厚及び面積のばらつきが０．２％以内に制御された薄膜圧電共振器と、キャパシタ及び薄膜圧電共振器を表面上に作り付ける基板とを備える。
【００１３】
本発明の実施の形態に係る第３の特徴は、第１の特徴又は第２の特徴の高周波フロントエンドモジュールにおいて、キャパシタの誘電体膜が、第１の誘電体膜と、第１の誘電体膜上に積層され第１の誘電体膜の温度依存性を打ち消し合う第２の誘電体膜とを備え、キャパシタが、温度補償機能を有することである。
【００１４】
本発明の実施の形態に係る第４の特徴は、高周波フロントエンドモジュールの製造方法において、第１の電極、第１の電極上の誘電体膜及び誘電体膜上の第２の電極を有するキャパシタを形成する工程と、第３の電極、第３の電極上の圧電体膜及び圧電体膜上の第４の電極を有し、第１の電極と第３の電極とが同一工程において形成され、誘電体膜と圧電体膜とが同一工程において形成され、第２の電極と第４の電極とが同一において形成された薄膜圧電共振器を形成する工程と、キャパシタ及び薄膜圧電共振器を基板の表面上に作り付ける工程とを備える。
【００１５】
本発明の実施の形態に係る第５の特徴は、高周波フロントエンドモジュールの製造方法において、製造用基板上に第１の電極を形成し、第１の電極上に誘電体膜を形成し、誘電体膜上に第２の電極を形成し、第１の電極、誘電体膜及び第２の電極を有するキャパシタの集合体を形成する工程と、集合体のキャパシタを個々に分割する工程と、キャパシタの分割されたそれぞれを基板の表面上に作り付ける工程とを備える。
【００１６】
本発明の実施の形態に係る第６の特徴は、高周波フロントエンドモジュールの製造方法において、第１の製造用基板上に第１の電極を形成し、第１の電極上に誘電体膜を形成し、誘電体膜上に第２の電極を形成し、第１の電極、誘電体膜及び第２の電極を有するキャパシタの第１の集合体を形成する工程と、第１の製造用基板上又は第２の製造用基板上に第３の電極を形成し、第３の電極上に圧電体膜を形成し、圧電体膜上に第４の電極を形成し、第３の電極、圧電体膜及び第４の電極を有する薄膜圧電共振器の第２の集合体を形成する工程と、第１の集合体のキャパシタを個々に分割する工程と、第２の集合体の薄膜圧電共振器を個々に分割する工程と、キャパシタの分割されたそれぞれを基板の表面上に作り付ける工程と、薄膜圧電共振器の分割されたそれぞれを基板の表面上に作り付ける工程とを備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高密度化を実現しつつ、加工精度や組立精度を向上することができる高周波フロントエンドモジュールを提供することができる。更に、本発明によれば、低コスト化を実現しつつ、設計の再現性を向上することができる高周波フロントエンドモジュールを提供することができる。更に、本発明によれば、製造上のスループットを向上することができる高周波フロントエンドモジュールの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態において、同一の構成要素には同一の符号を付け、重複する説明は省略する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
本発明者は、無線通信端末の高周波フロントエンド部の小型化並びに高密度化に最適な受動部品のアセンブリ方法、特に薄膜を高精度において膜厚制御並びに面積制御を行うことにより基板に受動部品を作り付け、高周波フロントエンドモジュールを構築する方法について鋭意検討を行った。その結果、基本的には、薄膜圧電共振器を作製する成膜技術を有効に利用して高周波フロントエンドモジュールを構築することにより、小型化並びに高密度化を実現しつつ、周波数等の調節を必要とせずに加工精度並びに組立精度を向上することができ、低コスト化を実現することができ、更に製造上のスループットを向上することができる高周波フロントエンドモジュールを作製方法を見出した。ここで、受動部品には、抵抗、コンデンサ、インダクタ、フィルタ、発振器、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）を用いた超小型のスイッチ等が含まれる。更に、受動部品には、セラミック中の弾性波を用いたＦＢＲＡ（Film Bulk Acoustic Resonator）或いはＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave）素子、及び弾性表面波を用いたＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）素子が含まれる。
【００２０】
［高周波フロントエンドモジュールのキャパシタの構造］
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１は、第１の電極３１、この第１の電極３１上の誘電体膜３２及びこの誘電体膜３２上の第２の電極３３を有し、第１の電極３１、誘電体膜３２及び第２の電極３３の各々の膜厚及び面積のばらつきが０．２％以内に制御されたキャパシタ３と、キャパシタ３を表面上に作り付ける基板２とを備えている。
【００２１】
キャパシタ３は、モノリシックにより構成された高精度キャパシタであり、基本的には誘電体膜３２にＡｌＮ膜を使用し、この誘電体膜３２を第１の電極３１と第２の電極３３との両電極で挟み込んだ構造を有する。キャパシタ３を表面上に作り付ける基板２には、第１の実施の形態においてＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）技術を利用して半導体集積回路を搭載したシリコン単結晶基板が使用されている。
【００２２】
キャパシタ３を構成する第１の電極３１、誘電体膜３２、第２の電極３３のそれぞれの薄膜は、すべてプラズマやプラズマ中に導入する窒素又はアルゴン等のガス圧を高精度に制御されたスパッタリング法を利用して形成されている。これらの第１の電極３１、誘電体膜３２、第２の電極３３の各々の膜厚のばらつきは０．２％以下に制御されている。第１の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１においては、従来の受動部品を搭載する場合に比べて、キャパシタ３を基板２上に作り込むことができるので、高さ（厚さ）を１．５ｍｍから０．２ｍｍ程度まで大幅に減少することができる。更に、膜厚のばらつきを極めて小さくすることができるので、高周波フロントエンドモジュール１の組立プロセスにおいて、歩留まりを９５％以上に上昇させることができた。
【００２３】
キャパシタ３の第１の電極３１、第２の電極３３のそれぞれには厚さ０．１μｍのＡｌ薄膜が使用され、誘電体膜３２には厚さ０．５μｍのＡｌＮ膜が使用される。発振器として使用されるキャパシタ３は高周波フロントエンドモジュールにおける周波数に影響を与えるため、膜厚制御は極めて高い精度の値が必要である。高周波帯域を使用する無線システムは通常厳しく使用周波数帯域が管理されており、例えばＷ−ＣＤＭＡ方式においては２ＧＨｚの帯域が許可されている。実際にこの周波数帯域の多数の無線通信システムの使用者は分割して帯域を使用するので、メインとなる搬送用周波数に対して０．３％程度の制御が不可欠になる。これまで、このような精度を実現することができるキャパシタとの受動部品は存在していたが、種々のトリミングにより周波数調整が必要であった。このため、受動部品、更には高周波フロントエンド部の制作には極めてコストが高くなり、製品サイズも大型であった。
【００２４】
また、第１の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１と同様に、基板上に直接形成するキャパシタも存在していたが、この場合は、膜厚等のばらつきを１０％以下に制御することが困難であった。しかしながら、第１の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１においては、膜厚の加工精度と面積の加工精度との双方を両立させることによって、キャパシタ３の加工精度を著しく高めることができる。キャパシタ３の面積、すなわち第１の電極３１、誘電体膜３２、第２の電極３３のそれぞれの面積の加工精度はパターンニングの光リングラフィー精度を高めることによって著しく高めることができる。第１の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１において、キャパシタ３の１辺を約１００μｍに設定しているが、リソグラフィーの加工精度は０．１５μｍ以下において制御することができる。加工精度を面積換算率により表せば０．２％以下である。キャパシタ３の厚さ、すなわち第１の電極３１、誘電体膜３２、第２の電極３３のそれぞれの膜厚の加工精度は、成膜時のプラズマやガス圧を精密に制御したスパッタリング装置により行われ、こちらも０．２％以下に制御することができる。結果として、基板２に作り込まれたキャパシタ３の加工精度は０．３％以下において制御することができ、高周波フロントエンドモジュール１においてシステム仕様を十分に満たす発振器を構築することができる。なお、前述した加工精度が、０．２％を超える場合は結果としてキャパシタ面積の精度が著しく悪化し、高周波フロントエンドに要求される仕様を確保できないという問題があるため、好ましくない。
【００２５】
［高周波フロントエンドモジュールの回路構成］
第１の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１は、図２に示すように、基準発振器１０を備え、キャパシタ３は基準発振器１０を構築する受動部品として使用される。図２に示す基準発振器１０においては、キャパシタ３と、薄膜圧電共振器４と、帰還用トランジスタ又はダイオードからなる能動部品５とを備えている。
【００２６】
また、図示しないが、キャパシタ３は、入力整合回路、雑音整合回路等の整合回路の一部を構築するキャパシタとして使用することもできる。更に、図示しないが、キャパシタ３は、薄膜圧電共振器４と共に、電圧制御発振器（Voltage Controlled Oscillator）を構築することができる。
【００２７】
このように構成される第１の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１においては、キャパシタ３の膜厚制御及び面積制御を高精度に行ったので、高密度化を実現しつつ、加工精度や組立精度を向上することができる。更に、高周波フロントエンドモジュール１においては、低コスト化を実現しつつ、設計の再現性を向上することができる。
【００２８】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、前述の図２に示す基準発振器１０を構築するキャパシタ３及び薄膜圧電共振器４を基板２に作り付けた例を説明するものである。図３及び図４に示すように、第２の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１は、第１の電極３１、この第１の電極３１上の誘電体膜３２及びこの誘電体膜３２上の第２の電極３３を有し、第１の電極３１、誘電体膜３２及び第２の電極３３の各々の膜厚及び面積のばらつきが０．２％以内に制御されたキャパシタ３と、第３の電極４１、この第３の電極４１上の圧電体膜４２及びこの圧電体膜４２上の第４の電極４３を有し、第３の電極４１、圧電体膜４２及び第４の電極４３の各々の膜厚及び面積のばらつきが０．２％以内に制御された薄膜圧電共振器４と、キャパシタ３及び薄膜圧電共振器４を表面上に作り付ける基板２とを備えている。
【００２９】
第２の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１のキャパシタ３及び基板２は第１の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１のキャパシタ３及び基板２と基本的には同一である。第２の実施の形態において、薄膜圧電共振器４には例えばＦＢＡＲを実用的に使用することができる。薄膜圧電共振器４において、第３の電極４１はキャパシタ３の第１の電極３１と同一の電極成膜バッチ処理により形成され、圧電体膜４２はキャパシタ３の誘電体膜３２と同一の薄膜成膜バッチ処理により形成され、更に第４の電極４３はキャパシタ３の第２の電極３３と同一の電極成膜バッチ処理により形成されている。基本的には、薄膜圧電共振器４のそれぞれの薄膜とキャパシタ３のそれぞれの薄膜とは同一材料により構成されている。
【００３０】
キャパシタ３の２次元加工及び薄膜圧電共振器４の２次元加工はいずれもフォトリソグラフィー技術を用いて行うことで、キャパシタ３の面積のばらつき及び薄膜圧電共振器４の面積のばらつきは非常に小さくなる。具体的には、面積のばらつきは０．５％以内に収めることができる。また、パターンニングの光リングラフィーの精度を高めることにより、面積のばらつきを減少することができる。通常、薄膜圧電共振器４の単独製作においては面積のばらつきを減少するために、過度に高精度化を実施する必要があるが、第２の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１においては、基板２上に作成するキャパシタ３、薄膜圧電共振器４のそれぞれの薄膜の膜厚のばらつきを制御すると共に、同時に面積のばらつきを制御することによって、結果としてキャパシタ３の加工精度並びに薄膜圧電共振器４の加工精度を著しく向上することができる。
【００３１】
薄膜圧電共振器４が作り付けられた基板２には空洞共振器を構築するように空洞２Ｈが配設されている。空洞２Ｈは、第２の実施の形態において基板２の裏面から表面に向かってエッチング加工により形成され、裏面から表面に通じる貫通孔により形成されているが、本実施形態ではこれに限定されるものではなく、基板２の表面側に凹部を形成し、この凹部内に音響反射層を配設してもよい。
【００３２】
このように構成される第２の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１においては、各々の膜厚のばらつき並びに面積のばらつきを高精度において制御したキャパシタ３及び薄膜圧電共振器４を基板２に作り付けることにより、従来、かさばり、コストを要した温度補正型水晶発振器（TCXO：Temperature Compensated Crystal Oscillator）を使用することがなくなり、高密度化並びに小型化を実現しつつ、加工精度や組立精度を向上することができる。更に、高周波フロントエンドモジュール１においては、低コスト化を実現しつつ、設計の再現性を向上することができる。
【００３３】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態は、前述の第１の実施の形態又は第２の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１のキャパシタ３に温度補償機能を備えた例を説明するものである。その他の形態は第１の実施の形態と同様なため、説明を省略する。キャパシタ３の誘電体膜３２には圧電性を有するＡｌＮ膜が使用され、このＡｌＮ膜には温度依存性がある。温度依存性は無線通信システムの使用温度範囲において大きな容量値の変化を生ずる。このような容量値の変化を防止するために、第３の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１のキャパシタ３の誘電体膜は、図５に示すように、第１の誘電体膜３２と、この第１の誘電体膜３２上（第３の実施の形態においては下側）に積層され第１の誘電体膜３２の温度依存性を打ち消し合う第２の誘電体膜３５とを備えている。すなわち、第３の実施の形態においては、キャパシタ３の第１の電極３１と第１の誘電体膜３２との間に第２の誘電体膜３５が挟み込まれている。なお、図５においては、第２の誘電体膜３５は、第１の誘電体膜３２の下層に形成された例で説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１の誘電体膜３２の上層に形成されていてもよい。
【００３４】
第１の誘電体膜３２は、前述の第１の実施の形態及び第２の実施の形態に係るキャパシタ３の誘電体膜３２と同様に例えばＡｌＮ膜で構成されている。第２の誘電体膜３５は、第１の誘電体膜３２に対して反対方向の補償傾向を備える、例えばシリコン酸化膜を実用的に使用することができる。例えば、キャパシタ３の第１の電極３１に厚さ０．１μｍのＡｌ薄膜を使用し、第１の誘電体膜３２には厚さ０．５μｍのＡｌＮ膜を使用する場合、第２の誘電体膜３５には厚さ０．２μｍのシリコン酸化膜を使用することができる。ＡｌＮ膜とシリコン酸化膜とは温度に対する膜の伸縮する方向が異なるので、互いに温度に対する依存性を補償し合うことができる。なお、第２の誘電体膜３５すなわち温度依存性補償膜は、シリコン酸化膜に限定されるものではなく、第１の誘電体膜３２の温度依存性を打ち消す方向に膜の伸縮を有する誘電体薄膜であれば好適に使用することができる。ここで、キャパシタ３を構築する薄膜は、第２の誘電体膜３５を含めて、プラズマやガス圧を高精度に制御したスパッタリング法により成膜されている。
【００３５】
このように構成される第３の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１においては、第１の実施の形態又は第２の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１により得られる効果に加えて、キャパシタ３に温度補償機能を備えたので、温度変化に伴う容量値の変動を防止することができる。また、第３実施の形態に係る高周波数フロントエンドモジュール１においては、前述の温度補正型水晶発振器を完全に置き換えることができ、モジュール体積において約３分の１以下に小型化することができる。
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態は、前述の第１の実施の形態乃至第３の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１のキャパシタ３をバリキャップの参照用キャパシタとして使用する例を説明するものである。図６に示すように、高周波フロントエンドモジュール１は、参照用容量値生成部１１と、コンパレータ１２と、電圧増幅器１３と、増幅器１４と、バリキャップ１５とを備えている。ここで、参照用容量値生成部１１には、前述の第１の実施の形態乃至第３の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１のキャパシタ３を備えている。コンパレータ１２には制御信号が入力される。バリキャップ１５の出力は可変キャパシタンスである。
【００３６】
図６に示す以外にも、その他の整合回路のキャパシタとして、第１の実施の形態乃至第３の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１のキャパシタ３を用いることでき、その効果は絶大である。すなわち、第１の実施の形態乃至第３の実施の形態に係るキャパシタ３をその他の整合回路として備えることにより、小型化並びに高密度化を実現することができることは同様であるが、整合回路におけるマッチングのばらつきを著しく減少することができ、製造上のスループットを向上することができるだけでなく、無線通信システムの性能も著しく向上することができる。受信感度は安定状態して３ｄＢ以上上昇した。
【００３７】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態は、前述の第１の実施の形態乃至第４の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１に作り付けられるキャパシタ３の製造方法を説明するものである。
【００３８】
最初に、製造用基板６０上に、前述の図１又は図４に示す第１の電極３１、誘電体膜３２、第２の電極３３のそれぞれを成膜する（図７（Ａ）参照。）。これら第１の電極３１、誘電体膜３２、第２の電極３３のそれぞれは、半導体製造プロセス技術を利用して、膜厚のばらつきを高精度において制御したスパッタリング法により成膜されている。更に、第１の電極３１、誘電体膜３２、第２の電極３３のそれぞれは規則的に配列された複数のキャパシタ３を製造されるようになっており、この段階では相互に連結された複数のキャパシタ３の集合体が製造されている。ここで、製造用基板６０には例えばシリコン半導体ウエハを実用的に使用することができる。
【００３９】
次に、前述した集合体を複数のキャパシタ３が存在するように分割し、キャパシタ分割集合体３０を形成する。ここで、個々のキャパシタ３の面積のばらつきに影響を及ぼさないように、マージンを確保して分割される。図７（Ａ）に示すように、製造用基板６０上に位置合わせされた転写基板６１を重ね合わせ、製造用基板６０上のキャパシタ分割集合体３０を転写技術により転写基板６１に貼り付ける。図７（Ｂ）にキャパシタ分割集合体３０の構成を示す。
【００４０】
次に、転写基板６１に転写されたキャパシタ分割集合体３０は、図７（Ｃ）に示すように、光リソグラフィ技術及びエッチング技術を利用し、面積のばらつきを高精度に制御して、有効領域のみ残すように、個々のキャパシタ３として実質的に形成される。
【００４１】
図７（Ｄ）及び図７（Ｅ）に示すように、キャパシタ分割集合体３０をダイシングにより物理的に分割し、個々の細分化されたキャパシタ３を形成する。キャパシタ３の面積の加工精度の向上はダイシングでは高められないので、前述のように光リソグラフィ技術及びエッチング技術により加工精度を向上するようになっている。
【００４２】
そして、細分化されたキャパシタ３は、前述の第１の実施の形態乃至第４の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１において説明したように、基板２の表面上に作り付けられる。
【００４３】
なお、薄膜圧電共振器４の製造方法は、キャパシタ３の製造方法と実質的に同一であるので、ここでの説明は省略する。
【００４４】
このような第５の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュール１の製造方法においては、キャパシタ３、薄膜圧電共振器４のそれぞれを半導体集積回路と同様な製造プロセスを用いて製作することができるので、製造上のスループットを著しく向上することができる。更に、キャパシタ３（薄膜圧電共振器４も同様である）の面積のばらつきを決定する加工を光リソグラフィ技術及びエッチング技術により実行しているので、加工精度を著しく向上することができる。更に、半導体製造プロセス技術を利用して小型化並びに高密度化されたキャパシタ３及び膜厚圧電共振器４を１度に大量に製作することができるので、材料の利用効率、製作効率等を高めることができ、低コスト化を実現することができる。
【００４５】
本発明は、前述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において種々に変更することができる。例えば、前述の第１実施の形態乃至第５の実施の形態のそれぞれを単独に適応してもよいし、複数組み合わせて適応してもよい。更に、本発明は、ＭＥＭＳ等の機械部品を基板上に作り付け、高周波フロントエンドモジュール１を構築してもよい。更に、本発明は、高周波フロントエンドモジュール１に、ＦＢＡＲフィルタ、ラメ波フィルタ等を作り付けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュールの要部断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る基準発振器の回路図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュールの斜視図である。
【図４】図３に示す高周波フロントエンドモジュールの断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュールの要部断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュールの回路構成図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｂ）本発明の第５の実施の形態に係る高周波フロントエンドモジュールの製造方法を説明する工程斜視図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 高周波フロントエンドモジュール
１０ 基準発振器
１１ 参照用容量値生成部
１２ コンパレータ
１３ 電圧増幅器
１４ 増幅器
１５ バリキャップ
２ 基板
３ キャパシタ
３０ キャパシタ分割集合体
３１ 第１の電極
３２ 誘電体膜、第１の誘電体膜
３３ 第２の電極
３５ 第２の誘電体膜
４ 薄膜圧電共振器
４１ 第３の電極
４２ 圧電体膜
４３ 第４の電極
６０ 製造用基板
６１ 転写用基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極、該第１の電極上の誘電体膜及び該誘電体膜上の第２の電極を有し、前記第１の電極、前記誘電体膜及び前記第２の電極の各々の膜厚及び面積のばらつきが０．２％以内に制御されたキャパシタと、
前記キャパシタを表面上に作り付ける基板と、
を備えたことを特徴とする高周波フロントエンドモジュール。
【請求項２】
第１の電極、該第１の電極上の誘電体膜及び該誘電体膜上の第２の電極を有し、前記第１の電極、前記誘電体膜及び前記第２の電極の各々の膜厚及び面積のばらつきが０．２％以内に制御されたキャパシタと、
第３の電極、該第３の電極上の圧電体膜及び該圧電体膜上の第４の電極を有し、前記第３の電極、前記圧電体膜及び前記第４の電極の各々の膜厚及び面積のばらつきが０．２％以内に制御された薄膜圧電共振器と、
前記キャパシタ及び前記薄膜圧電共振器を表面上に作り付ける基板と、
を備えたことを特徴とする高周波フロントエンドモジュール。
【請求項３】
前記キャパシタは整合回路構成の一部として前記基板の表面上に作り付けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高周波フロントエンドモジュール。
【請求項４】
前記薄膜圧電共振器は基準発振器の一部として前記基板の表面上に作り付けられることを特徴とする請求項２に記載の高周波フロントエンドモジュール。
【請求項５】
前記薄膜圧電共振器は電圧制御発振器の一部として前記基板の表面上に作り付けられることを特徴とする請求項２に記載の高周波フロントエンドモジュール。
【請求項６】
前記キャパシタの誘電体膜は、第１の誘電体膜と、この第１の誘電体膜上に積層され前記第１の誘電体膜の温度依存性を打ち消し合う第２の誘電体膜とを備え、前記キャパシタは、温度補償機能を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高周波フロントエンドモジュール。
【請求項７】
第１の電極、該第１の電極上の誘電体膜及び該誘電体膜上の第２の電極を有するキャパシタを形成する工程と、
第３の電極、該第３の電極上の圧電体膜及び該圧電体膜上の第４の電極を有し、前記第１の電極と前記第３の電極とが同一工程において形成され、前記誘電体膜と前記圧電体膜とが同一工程において形成され、前記第２の電極と前記第４の電極とが同一において形成された薄膜圧電共振器を形成する工程と、
前記キャパシタ及び前記薄膜圧電共振器を基板の表面上に作り付ける工程と、
を備えたことを特徴とする高周波フロントエンドモジュールの製造方法。
【請求項８】
製造用基板上に第１の電極を形成し、前記第１の電極上に誘電体膜を形成し、前記誘電体膜上に第２の電極を形成し、前記第１の電極、前記誘電体膜及び前記第２の電極を有するキャパシタの集合体を形成する工程と、
前記集合体の前記キャパシタを個々に分割する工程と、
前記キャパシタの分割されたそれぞれを基板の表面上に作り付ける工程と、
を備えたことを特徴とする高周波フロントエンドモジュールの製造方法。
【請求項９】
第１の製造用基板上に第１の電極を形成し、前記第１の電極上に誘電体膜を形成し、前記誘電体膜上に第２の電極を形成し、前記第１の電極、前記誘電体膜及び前記第２の電極を有するキャパシタの第１の集合体を形成する工程と、
前記第１の製造用基板上又は第２の製造用基板上に第３の電極を形成し、前記第３の電極上に圧電体膜を形成し、前記圧電体膜上に第４の電極を形成し、前記第３の電極、前記圧電体膜及び前記第４の電極を有する薄膜圧電共振器の第２の集合体を形成する工程と、
前記第１の集合体の前記キャパシタを個々に分割する工程と、
前記第２の集合体の前記薄膜圧電共振器を個々に分割する工程と、
前記キャパシタの分割されたそれぞれを基板の表面上に作り付ける工程と、
前記薄膜圧電共振器の分割されたそれぞれを前記基板の表面上に作り付ける工程と、
を備えたことを特徴とする高周波フロントエンドモジュールの製造方法。
【請求項１】
第１の電極、該第１の電極上の誘電体膜及び該誘電体膜上の第２の電極を有し、前記第１の電極、前記誘電体膜及び前記第２の電極の各々の膜厚及び面積のばらつきが０．２％以内に制御されたキャパシタと、
前記キャパシタを表面上に作り付ける基板と、
を備えたことを特徴とする高周波フロントエンドモジュール。
【請求項２】
第１の電極、該第１の電極上の誘電体膜及び該誘電体膜上の第２の電極を有し、前記第１の電極、前記誘電体膜及び前記第２の電極の各々の膜厚及び面積のばらつきが０．２％以内に制御されたキャパシタと、
第３の電極、該第３の電極上の圧電体膜及び該圧電体膜上の第４の電極を有し、前記第３の電極、前記圧電体膜及び前記第４の電極の各々の膜厚及び面積のばらつきが０．２％以内に制御された薄膜圧電共振器と、
前記キャパシタ及び前記薄膜圧電共振器を表面上に作り付ける基板と、
を備えたことを特徴とする高周波フロントエンドモジュール。
【請求項３】
前記キャパシタは整合回路構成の一部として前記基板の表面上に作り付けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高周波フロントエンドモジュール。
【請求項４】
前記薄膜圧電共振器は基準発振器の一部として前記基板の表面上に作り付けられることを特徴とする請求項２に記載の高周波フロントエンドモジュール。
【請求項５】
前記薄膜圧電共振器は電圧制御発振器の一部として前記基板の表面上に作り付けられることを特徴とする請求項２に記載の高周波フロントエンドモジュール。
【請求項６】
前記キャパシタの誘電体膜は、第１の誘電体膜と、この第１の誘電体膜上に積層され前記第１の誘電体膜の温度依存性を打ち消し合う第２の誘電体膜とを備え、前記キャパシタは、温度補償機能を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高周波フロントエンドモジュール。
【請求項７】
第１の電極、該第１の電極上の誘電体膜及び該誘電体膜上の第２の電極を有するキャパシタを形成する工程と、
第３の電極、該第３の電極上の圧電体膜及び該圧電体膜上の第４の電極を有し、前記第１の電極と前記第３の電極とが同一工程において形成され、前記誘電体膜と前記圧電体膜とが同一工程において形成され、前記第２の電極と前記第４の電極とが同一において形成された薄膜圧電共振器を形成する工程と、
前記キャパシタ及び前記薄膜圧電共振器を基板の表面上に作り付ける工程と、
を備えたことを特徴とする高周波フロントエンドモジュールの製造方法。
【請求項８】
製造用基板上に第１の電極を形成し、前記第１の電極上に誘電体膜を形成し、前記誘電体膜上に第２の電極を形成し、前記第１の電極、前記誘電体膜及び前記第２の電極を有するキャパシタの集合体を形成する工程と、
前記集合体の前記キャパシタを個々に分割する工程と、
前記キャパシタの分割されたそれぞれを基板の表面上に作り付ける工程と、
を備えたことを特徴とする高周波フロントエンドモジュールの製造方法。
【請求項９】
第１の製造用基板上に第１の電極を形成し、前記第１の電極上に誘電体膜を形成し、前記誘電体膜上に第２の電極を形成し、前記第１の電極、前記誘電体膜及び前記第２の電極を有するキャパシタの第１の集合体を形成する工程と、
前記第１の製造用基板上又は第２の製造用基板上に第３の電極を形成し、前記第３の電極上に圧電体膜を形成し、前記圧電体膜上に第４の電極を形成し、前記第３の電極、前記圧電体膜及び前記第４の電極を有する薄膜圧電共振器の第２の集合体を形成する工程と、
前記第１の集合体の前記キャパシタを個々に分割する工程と、
前記第２の集合体の前記薄膜圧電共振器を個々に分割する工程と、
前記キャパシタの分割されたそれぞれを基板の表面上に作り付ける工程と、
前記薄膜圧電共振器の分割されたそれぞれを前記基板の表面上に作り付ける工程と、
を備えたことを特徴とする高周波フロントエンドモジュールの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−３１７９９７（Ｐ２００７−３１７９９７Ａ）
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１４８１４４（Ｐ２００６−１４８１４４）
【出願日】平成１８年５月２９日（２００６．５．２９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月２９日（２００６．５．２９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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