特開 2017-112585 音響共振器及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-112585(P2017-112585A)

(43)【公開日】2017年6月22日

(54)【発明の名称】音響共振器及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/17 20060101AFI20170526BHJP

   H03H 3/02 20060101ALI20170526BHJP

【ＦＩ】

   H03H9/17 F

   H03H3/02 B

【審査請求】有

【請求項の数】23

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2016-75935(P2016-75935)

(22)【出願日】2016年4月5日

(31)【優先権主張番号】10-2015-0181490

(32)【優先日】2015年12月18日

(33)【優先権主張国】KR

(71)【出願人】

【識別番号】594023722

【氏名又は名称】サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド．

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】シン、ラン ヒー

(72)【発明者】

【氏名】リー、タエ キュン

(72)【発明者】

【氏名】ハン、スン

(72)【発明者】

【氏名】カン、ユン スン

(72)【発明者】

【氏名】キム、スン スン

(72)【発明者】

【氏名】ソン、ジン スク

(72)【発明者】

【氏名】ヤン、ジェオン スオン

(72)【発明者】

【氏名】リー、ファ スン

(72)【発明者】

【氏名】パク、エウン タエ

【テーマコード（参考）】

5J108

【Ｆターム（参考）】

5J108AA07

5J108BB07

5J108BB08

5J108CC11

5J108DD01

5J108DD06

5J108EE03

5J108EE04

5J108EE07

5J108EE13

5J108HH01

5J108HH05

5J108KK01

5J108KK07

5J108MM08

5J108MM11

(57)【要約】

【課題】本発明は、音響共振器及びその製造方法に関する。
【解決手段】本発明の音響共振器は、第１の電極、第２の電極及び圧電層を含む共振部と、この共振部の一側に配置される複数のシード層と、を含み、圧電層の高結晶性の確保が可能であることにより音響波の損失を最小化し音響共振器のｋｔ２値及び性能を向上させることができるという効果がある。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の電極、第２の電極、及び前記第１の電極と前記第２の電極の間に位置する圧電層を含む共振部と、
前記共振部の一側に配置される複数のシード層と、
を含む音響共振器。

【請求項2】

前記複数のシード層を基準に前記共振部の反対側に配置された基板をさらに含む請求項１に記載の音響共振器。

【請求項3】

前記基板と前記複数のシード層の間にはエアギャップが形成される請求項２に記載の音響共振器。

【請求項4】

前記共振部は保護層をさらに含む請求項２又は３に記載の音響共振器。

【請求項5】

前記基板と前記複数のシード層の間にメンブレンが介在され、
前記基板と前記メンブレンの間にはエアギャップが形成される請求項２から４のいずれか一項に記載の音響共振器。

【請求項6】

前記メンブレンは複数のメンブレン層で形成され、
前記複数のメンブレン層のうち少なくとも一つのメンブレン層はエッチングストッパーである請求項５に記載の音響共振器。

【請求項7】

前記複数のシード層は第１のシード層と第２のシード層を含み、
前記第１のシード層は前記圧電層の材質と同一の結晶系を有する物質で形成され、
前記第２のシード層は前記第１のシード層の材質と同一の単位格子（Ｕｎｉｔ Ｃｅｌｌ）幾何形状を有する物質で形成される請求項１から６のいずれか一項に記載の音響共振器。

【請求項8】

前記第１のシード層又は前記第２のシード層の厚さは１０〜１，０００Åの範囲内にある請求項７に記載の音響共振器。

【請求項9】

前記圧電層と前記第１のシード層及び前記第２のシード層は六方晶系を有する物質で形成される請求項７又は８に記載の音響共振器。

【請求項10】

前記第２のシード層は六方最密構造（Ｈｅｘａｇｏｎａｌ Ｃｌｏｓｅ Ｐａｃｋｅｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有する物質を含む請求項９に記載の音響共振器。

【請求項11】

前記圧電層は窒化アルミニウム又はドープされた窒化アルミニウムで形成され、
前記第１の電極はモリブデンで形成され、
前記第１のシード層は窒化アルミニウムで形成され、
前記第２のシード層はチタンで形成される請求項９又は１０に記載の音響共振器。

【請求項12】

前記第２のシード層の上部面は六方格子の（００２）面に相応する請求項７から１１のいずれか一項に記載の音響共振器。

【請求項13】

基板の上部に犠牲層を形成する段階と、
前記基板又は前記犠牲層の上部に複数のシード層を形成する段階と、
前記複数のシード層上に第１の電極を形成する段階と、
前記第１の電極の上部に圧電層を形成する段階と、
前記圧電層の上部に第２の電極を形成する段階と、
を含む音響共振器の製造方法。

【請求項14】

前記複数のシード層を形成する段階の前に、前記基板又は前記犠牲層の上部にメンブレンを形成する段階をさらに含む請求項１３に記載の音響共振器の製造方法。

【請求項15】

前記複数のシード層を形成する段階において、前記複数のシード層のうち少なくとも一つのシード層を積層方向にのみ成長させる請求項１３又は１４に記載の音響共振器の製造方法。

【請求項16】

前記第２の電極と前記圧電層の上部に保護層を形成する段階をさらに含む請求項１３から１５のいずれか一項に記載の音響共振器の製造方法。

【請求項17】

前記犠牲層を除去してエアギャップを形成する段階をさらに含む請求項１３から１６のいずれか一項に記載の音響共振器の製造方法。

【請求項18】

複数のシード層上に第１の電極を形成する段階と、
前記第１の電極の上部に圧電層を形成する段階と、
を含み、
前記複数のシード層は第１のシード層と第２のシード層を含み、
前記第１のシード層と前記第２のシード層は同一の単位格子幾何形状を有する物質を含む音響共振器の製造方法。

【請求項19】

前記複数のシード層は前記第２のシード層上に前記第１のシード層を蒸着することにより得られる請求項１８に記載の音響共振器の製造方法。

【請求項20】

前記第１のシード層は前記第２のシード層を形成する物質の六方格子の（００２）面に蒸着される請求項１９に記載の音響共振器の製造方法。

【請求項21】

前記第１のシード層又は前記第２のシード層は前記圧電層を形成する物質と同一の結晶系に属する物質を含む請求項１８から２０のいずれか一項に記載の音響共振器の製造方法。

【請求項22】

前記第１のシード層は前記第１のシード層に多結晶成長領域なしで成長する請求項１９に記載の音響共振器の製造方法。

【請求項23】

前記第２のシード層の上部面はチタンの（００２）面又は窒化アルミニウムの（００２）面に相応する請求項１９に記載の音響共振器の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、音響共振器及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

無線通信機器の小型化に伴い、高周波部品技術の小型化が積極的に求められており、一例として、半導体薄膜ウエハ製造技術を用いる薄膜バルク音響共振器（ＦＢＡＲ：Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）が知られている。

【0003】

薄膜バルク音響共振器とは、半導体基板であるシリコンウエハ上に圧電誘電体物質を蒸着してその圧電特性を用いることにより共振を誘発させるようになされた薄膜状の素子として具現化したものである。

【0004】

利用分野としては、移動通信機器、化学及びバイオ機器などの小型軽量のフィルタ、オシレータ、共振素子、音響共振質量センサーなどの分野がある。

【0005】

一方、薄膜バルク音響共振器の特性と性能を高めるための多様な構造的形状及び機能に関する研究が行われており、特に、多様な周波数と帯域を確保するための構造と材料又は製造方法に関する研究が求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許第６，２３９，５３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、圧電体の結晶性を高めて全体的な性能を高めることができる音響共振器を提供するのにその主な目的がある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明による音響共振器は、第１の電極、第２の電極、及び上記第１の電極と上記第２の電極の間に位置する圧電層を含む共振部と、上記共振部の一側に配置される複数のシード層と、を含むことを特徴としており、圧電層の結晶性を確保することができ、これにより、音響共振器のｋｔ２（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）値を向上させることができる。

【0009】

本発明による音響共振器の製造方法は、基板の上部に犠牲層を形成する段階と、上記基板又は上記犠牲層の上部に複数のシード層を形成する段階と、上記複数のシード層上に第１の電極を形成する段階と、上記第１の電極の上部に圧電層を形成する段階と、上記圧電層の上部に第２の電極を形成する段階と、を含むことを特徴としており、単純な工程で高いｋｔ２値を有する音響共振器を提供することができる。

【発明の効果】

【0010】

以上のように、本発明によれば、圧電層の高結晶性の確保が可能であることにより音響波の損失を最小化し音響共振器のｋｔ２値及び性能を向上させることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第１の実施例による音響共振器の断面図である。

【図2】図１の要部を示した拡大断面図である。

【図3】本発明の第２の実施例による音響共振器の断面図である。

【図4】図３の要部を示した拡大断面図である。

【図5】本発明の第２の実施例による音響共振器の変形例を示した拡大断面図である。

【図6】本発明の音響共振器を製造する方法の一例を示したフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。

【0013】

データ転送量とデータ転送速度を増加させるために、例えば、薄膜バルク音響共振器（ＦＢＡＲ）のような音響共振器の帯域幅は広い必要がある。

【0014】

このように広い帯域幅を確保するためには、音響共振器のｋｔ２値が増加しなければならない。

【0015】

しかしながら、通常、音響共振器のｋｔ２値は品質係数（ＱＦ：Ｑｕａｌｉｔｙ Ｆａｃｔｏｒ）と相反する関係にあり得るため、品質係数が犠牲になることなく音響共振器のｋｔ２値を高めることができる技術が求められる。

【0016】

ｋｔ２値を向上させるための一つの方法として、圧電層自体の結晶性を高めるための方法が研究されている。

【0017】

本発明は、圧電材料の結晶性を向上させることにより全体の性能が向上することができる音響共振器を提案する。また、本発明は、圧電層の結晶性の確保によるｋｔ２値の向上のために電極下に複数のシード層を追加する方法を提案する。

【0018】

本発明によれば、音響共振器は、第１の電極、第２の電極、及び上記第１の電極と上記第２の電極の間に位置する圧電層を含む共振部と、上記共振部の一側に配置される複数のシード層と、を含むことを特徴としており、圧電層の結晶性を確保することができ、これにより、音響共振器のｋｔ２値を向上させることができる。

【0019】

本発明によれば、音響共振器の製造方法は、基板の上部に犠牲層を形成する段階と、上記基板又は上記犠牲層の上部に複数のシード層を形成する段階と、上記複数のシード層上に第１の電極を形成する段階と、上記第１の電極の上部に圧電層を形成する段階と、上記圧電層の上部に第２の電極を形成する段階と、を含むことを特徴としており、単純な工程で高いｋｔ２値を有する音響共振器を提供することができる。

【0020】

図１は、本発明の第１の実施例による音響共振器の断面図であり、図２は、図１の要部を示した拡大断面図である。

【0021】

これらの図に示されたように、本発明の第１の実施例による音響共振器１００は、第１の電極１２１、第２の電極１２２、及び上記第１の電極と上記第２の電極の間に位置する圧電層１２３を含む共振部１２０と、この共振部の一側に配置される複数のシード層１４０と、を含んでいる。

【0022】

また、本発明の第１の実施例による音響共振器１００は、複数のシード層１４０を基準に共振部１２０の反対側に配置された基板１１０をさらに含むことができる。

【0023】

基板１１０は、シリコン基板又はＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）型の基板であればよい。

【0024】

上記基板１１０と複数のシード層１４０の間にはエアギャップ１３０が形成されることができ、このエアギャップを介して複数のシード層は基板から少なくとも一部が離隔するように配置される。

【0025】

複数のシード層１４０と基板１１０の間にエアギャップ１３０が形成されることにより、圧電層１２３で発生する音響波（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）が基板の影響を受けないようにすることができる。

【0026】

また、エアギャップ１３０によって共振部１２０で発生する音響波の反射特性が向上することができる。

【0027】

エアギャップ１３０は空いている空間で、インピーダンスが無限大に近いため、エアギャップによって音響波は損失されず共振部１２０内に残存することができる。

【0028】

したがって、エアギャップ１３０によって縦方向への音響波の損失を最小化させることができ、これにより、共振部１２０の品質係数（ＱＦ）を向上させることができる。

【0029】

共振部１２０は、前述したように第１の電極１２１と第２の電極１２２及び圧電層１２３を含み、下から第１の電極と圧電層及び第２の電極が順次積層されて形成されることができる。

【0030】

これらの層がこの順序で形成されるとき、第１の電極１２１と第２の電極１２２の間に圧電層１２３が配置されることができる。

【0031】

上記共振部１２０は、第１の電極１２１と第２の電極１２２に印加される電気信号により圧電層１２３を共振させて共振周波数及び反共振周波数を発生させることができる。

【0032】

第１の電極１２１及び第２の電極１２２は、金、モリブデン、ルテニウム、アルミニウム、白金、チタン、タングステン、パラジウム、クロム、ニッケル、イリジウムなどのような金属で形成されることができる。

【0033】

共振部１２０は圧電層１２３の音響波を用い、例えば、第１の電極１２１と第２の電極１２２に信号が印加されると、圧電層の厚さ方向に機械的振動が発生して音響波が生成される。

【0034】

ここで、圧電層１２３は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、ドープされた酸化亜鉛（例えば、Ｗ−ＺｎＯ）、ドープされた窒化アルミニウム（例えば、Ｓｃ−ＡｌＮ、ＭｇＺｒ−ＡｌＮ、Ｃｒ−ＡｌＮ、Ｅｒ−ＡｌＮ、Ｙ−ＡｌＮ）などのような圧電体材質で形成されることができる。

【0035】

圧電層１２３の共振現象は、印加された信号波長の１／２が圧電層の厚さと一致するときに発生する。

【0036】

このような共振現象が発生するとき、電気的インピーダンスが急激に変わるため、本発明の音響共振器は、周波数を選択することができるフィルタとして用いられることができる。

【0037】

共振周波数は、圧電層１２３の厚さ、及び圧電層を囲んでいる第１の電極１２１と第２の電極１２２及び圧電層１２３の固有の弾性波速度などによって決定される。

【0038】

一例として、圧電層１２３の厚さが薄ければ薄いほど共振周波数は大きくなる。

【0039】

また、圧電層１２３が共振部１２０内にのみ配置されるため、圧電層によって形成された音響波が共振部の外部に漏れることを最小化することができる。

【0040】

共振部１２０は保護層１２４をさらに含むことができる。

【0041】

この保護層１２４は、第２の電極１２２を覆い、第２の電極が外部環境に露出することを防止する。しかしながら、これに限定されるものではない。

【0042】

第１の電極１２１と第２の電極１２２は、圧電層１２３の外側に延びて形成され、延びた部分にそれぞれ第１の接続部１８０と第２の接続部１９０が連結される。

【0043】

これらの第１の接続部１８０と第２の接続部１９０は、共振器とフィルタの特性を確認し、必要な周波数トリミングを行うために備えられることができるが、これに限定されるものではない。

【0044】

複数のシード層１４０は、共振部１２０の一側、即ち、第１の電極１２１の下に配置される。

【0045】

複数のシード層１４０は、第１のシード層１４１と第２のシード層１４２を含み、第１のシード層と第２のシード層は、平面化した基板１１０又は犠牲層（図示せず）上にスパッタリングされることにより形成されることができる。

【0046】

第１のシード層１４１は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ドープされた窒化アルミニウム（例えば、Ｓｃ−ＡｌＮ、ＭｇＺｒ−ＡｌＮ、Ｃｒ−ＡｌＮ、Ｅｒ−ＡｌＮ、Ｙ−ＡｌＮ）又はその他の同一の結晶性物質、例えば、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）、炭化シリコン（ＳｉＣ）などを用いて製造されることができる。

【0047】

第２のシード層１４２は、第１のシード層１４１を形成した物質と同一の結晶系又は同一のブラベー格子系（Ｂｒａｖａｉｓ Ｌａｔｔｉｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ）を有する物質で形成される。一例として、第１のシード層が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で形成されるとき、窒化アルミニウムは六方晶系を有しているため、第２のシード層１４２はマグネシウム、チタン、亜鉛などのように同一の幾何形状の単位格子（Ｕｎｉｔ Ｃｅｌｌ）を有する六方晶系の金属で形成されることができる。

【0048】

図１又は図２は第２のシード層１４２上に第１のシード層１４１が積層された例を示しているが、必ずしもこれに限定されず、逆に、第１のシード層上に第２のシード層が積層されるように形成されてもよい。

【0049】

これらのシード層のうち少なくとも一つが圧電体材料で形成されることにより、電極として作用せず、むしろ圧電層としてその機能を発揮し、圧電層１２３の圧電特性に影響を与えるのと同じになる。

【0050】

よって、これらのシード層の膜厚が厚くなりすぎると、圧電層の圧電特性の影響が大きくなってしまうため、その影響が必要以上に大きくならないように、第１のシード層１４１の厚さは１０〜１，０００Å程度の範囲内にあることが好ましい。

【0051】

また、チタンなどのように六方晶系の金属で、又は同一の結晶格子構造（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｌａｔｔｉｃｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有する金属でできた第２のシード層１４２は（００１）方向、即ち、積層方向にのみ成長しなければならないが、その厚さが１，０００Å以上となると、（００１）方向以外に（０１０）方向にも成長するようになり、第１のシード層１４１との格子不整合（Ｌａｔｔｉｃｅ Ｍｉｓｍａｔｃｈ）を増加させる可能性がある。

【0052】

結局、（０１０）方向への成長が、第２のシード層１４２の上で成長する第１の電極１２１と圧電層１２３の結晶性の低下の原因となるため、第２のシード層１４２の厚さも、（００１）方向、即ち、積層方向にのみ成長するようになる１，０００Å以下とすることが好ましい。

【0053】

圧電層１２３の結晶性を高めるためには、その下に載せられた第１の電極１２１の結晶性が確保されなければならず、このために、本発明では、第１の電極の下に複数のシード層１４０を用いる。

【0054】

例えば、圧電層１２３が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で形成され、第１の電極１２１がモリブデンで形成される場合、窒化アルミニウムでできた圧電層の薄膜は、初期に多結晶（Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）成長特性を示してから成長速度が最も速い（００１）方向に整列する。

【0055】

もし、シード層なしでモリブデンでできた第１の電極１２１を成長させると、モリブデンの結晶性の低下によって、その上に蒸着される窒化アルミニウムの圧電層１２３も結晶性が非常に悪くなる。

【0056】

しかしながら、例えば、窒化アルミニウムでできた第１のシード層１４１を用いると、（００１）方向、即ち、積層方向に成長し始めた窒化アルミニウムシードがモリブデンでできた第１の電極１２１の結晶性の確保を可能にし、その上に載せられた窒化アルミニウムの圧電層１２３も高結晶性を有するようになる。

【0057】

このように圧電層１２３の結晶性に優れると、音響共振器１００のｋｔ２値が大きくなるという効果が得られる。

【0058】

一方、窒化アルミニウム(００２)とモリブデン(１１０)は格子不整合が１２．４５％と非常に大きいため、窒化アルミニウムでできた圧電層の厚さを厚くして圧電特性を高める方法を適用することができるが、サイズの限界があり、多結晶成長が単結晶成長に次第に変化するまで圧電層の厚さを厚くする方法のみを用いるのには困難がある。

【0059】

しかしながら、モリブデン(１１０)とチタン(００２)の格子不整合は７．６４％であるため、チタンシード層を並置することにより、モリブデンの結晶性を確保するのが有利となる。

【0060】

モリブデンが（１１０）結晶面方向に整列されると、（１１０）結晶面を露出したモリブデン層上に窒化アルミニウム層を形成することにより窒化アルミニウムの結晶性を確保することも有利となる。

【0061】

Ｘ線回折試験によれば、チタンを（００１）方向、即ち、積層方向にのみ成長するようにしその上にモリブデンと窒化アルミニウムを蒸着するときは、窒化アルミニウムシードの上に載せたときと同様に、窒化アルミニウムは（００１）方向にのみ、モリブデンは（１１０）方向にのみ成長し、窒化アルミニウムシードのみを用いたときより向上した圧電層の結晶性を確保することができることが確認できる。

【0062】

また、窒化アルミニウム(００２)とチタン(００２)の格子不整合は５．４９％で、モリブデン（１１０）とチタン(００２)の格子不整合である７．６４％より低いことが分かる。

【0063】

さらに、窒化アルミニウムとチタンは同一の六方晶系（Ｈｅｘａｇｏｎａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）を有しており、二つの物質を積層するときは結晶性の確保が有利であることが分かる。

【0064】

よって、本発明は、圧電層１２３の結晶性の確保によるｋｔ２値の向上のために、例えば、窒化アルミニウムなどでできた第１のシード層１４１の下に、格子不整合の低い、例えば、チタンなどでできた第２のシード層１４２、即ち、複数のシード層が設けられたことを特徴としている。

【0065】

例えば、窒化アルミニウムでできた第１のシード層１４１の下に、格子不整合の低いチタンでできた第２のシード層１４２を採用すると、チタンは（００１）方向、即ち、積層方向に成長し、チタン(００２)と窒化アルミニウム(００２)は低い格子不整合を有するため、窒化アルミニウムでできた第１のシード層は初期に多結晶成長せずにすぐに（００１）方向、即ち、積層方向に成長する。

【0066】

これにより、窒化アルミニウム(００２)でできた第１のシード層１４１の高結晶性が確保され、その上に成長したモリブデン（１１０）でできた第１の電極１２１と窒化アルミニウム(００２)でできた圧電層１２３の結晶性が向上し、音響波の損失が大きくならず且つ高いｋｔ２値が得られるようになる。

【0067】

図６は、本発明の音響共振器の製造方法の一例を示している。

【0068】

まず、基板１１０の上部に犠牲層を形成する（段階６１０）。上記犠牲層の材質としては、二酸化シリコン、ポリシリコン又はポリマーなどを用いることができる。

【0069】

上記犠牲層は、後のエッチング工程により除去されてエアギャップ１３０を形成するようになる。犠牲層の形状は、後で形成されるエアギャップの形状に沿うようになる。

【0070】

次に、基板１１０又は犠牲層の上部に複数のシード層１４０を順次形成する（段階６２０）。シード層を製造する技術及びプロセスとしては、当該技術分野に広く知られている、例えば、スパッタリング技術を用いることができる。

【0071】

特に、スパッタリングの工程条件、例えば、温度、真空度、電源の強さ、注入されるガス量などを適当に制御することにより、複数のシード層１４０を（００１）方向、即ち、積層方向にのみ成長させることができる。

【0072】

このようにほとんどが所望の配向、即ち、（００１）方向に配向していると、後述するように、複数のシード層１４０上に圧電層１２３を形成するとき、圧電層がシード層１４０の結晶構造を継承して同一の結晶構造で配向される。

【0073】

第１のシード層１４１は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で形成されることができるが、これに限定されるものではなく、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）などの多様な材質で形成されることもできる。

【0074】

また、第２のシード層１４２は、チタン（Ｔｉ）で形成されることができるが、これに限定されるものではなく、マグネシウムや亜鉛などのような金属で形成されることもできる。

【0075】

例えば、複数の共振器を含むフィルタにおいて、高いｋｔ２値が必要な共振器にのみ選択的に第２のシード層１４２を形成しなければならない場合は、スパッタリングによりチタンで第２のシード層を形成した後、パターニングを施して必要な部分にのみ第２のシード層を残し、後続工程を行ってもよい。

【0076】

一例によれば、第２のシード層１４２は、第１のシード層１４１前に、チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）などのような六方最密構造（Ｈｅｘａｇｏｎａｌ Ｃｌｏｓｅ Ｐａｃｋｅｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有する物質で形成されることができる。例えば、１０〜１，０００Åの厚さを有するチタンシード層がシリコン（Ｓｉ）基板上にすぐに形成されることができる。スパッタリングにより蒸着されチタンでできた第２のシード層の結晶方位は、その六方格子の（００２）面を露出するために調節されることができる。チタンシード層の厚さが１，０００Å以上となると、格子の（０１０）面に沿う成長が増大して格子不整合を増加させる。

【0077】

チタン層の（００２）面に相応する上部面に第１のシード層１４１が成長することができる。第１のシード層１４１は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層であり得るが、これに限定されるものではなく、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）などの多様な材質で形成されることができる。

【0078】

窒化アルミニウム（ＡｌＮ）でできた第１のシード層１４１は、格子不整合が低いため、チタン層の（００２）面に高結晶性を有して成長することができる。窒化アルミニウム（ＡｌＮ）でできたシード層は、その六方格子の（００２）面を露出するようにスパッタリングにより蒸着されることができる。窒化アルミニウム（００２）の第１のシード層１４１を形成する前にチタン（００２）の第２のシード層１４２を形成することにより、シリコン（Ｓｉ）基板上に窒化アルミニウムの初期の多結晶成長を防止することができる。したがって、複数のシード層１４０は、その上に蒸着される後続層の高結晶性を確保することができるようになる。

【0079】

次いで、複数のシード層１４０の上部に第１の電極１２１と圧電層１２３を順次形成する。

【0080】

段階６３０において、第１の電極１２１は、シード層１４０の上部に導電層を蒸着することにより形成されることができ、同様に、段階６４０において、圧電層１２３は、第１の電極１２１上に圧電物質を蒸着することにより形成されることができる。

【0081】

第１の電極１２１は、モリブデン（Ｍｏ）材質で形成されることができるが、これに限定されるものではなく、金、ルテニウム、アルミニウム、白金、チタン、タングステン、パラジウム、クロム、ニッケル、イリジウムなどの多様な金属で形成されることもできる。

【0082】

一例によれば、モリブデン（Ｍｏ）でできた第１の電極１２１は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で形成された第１のシード層１４１の（００２）面に蒸着され、この第１のシード層１４１は、チタン（Ｔｉ）で形成された第２のシード層１４２の（００２）面に蒸着される。例えば、モリブデン（１１０）の第１の電極１２１は、（００２）に配向した窒化アルミニウムの第１のシード層１４１上に成長することができる。

【0083】

また、圧電層１２３は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で形成されることができるが、これに限定されるものではなく、酸化亜鉛（ＺｎＯ）や二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、ドープされた酸化亜鉛（例えば、Ｗ−ＺｎＯ）、ドープされた窒化アルミニウム（例えば、Ｓｃ−ＡｌＮ、ＭｇＺｒ−ＡｌＮ、Ｃｒ−ＡｌＮ、Ｅｒ−ＡｌＮ、Ｙ−ＡｌＮ）などの多様な圧電材質で形成されることもできる。

【0084】

一例によれば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で形成された圧電層１２３は、窒化アルミニウム（００２）の第１のシード層１４１とチタン（００２）の第２のシード層１４２上に形成されたモリブデン（１１０）の第１の電極１２１上に形成されることができる。第１のシード層１４１と第２のシード層１４２の間、第１のシード層１４１と第１の電極１２１の間、及び第１の電極１２１と圧電層１２３の間の境界面で結晶方位を調節することにより、高結晶性の圧電層１２３が得られる。

【0085】

ここで、第１の電極１２１と圧電層１２３はそれぞれ、導電層又は圧電層の上部にフォトレジストを蒸着し、フォトリソグラフィー工程によりパターニングを施した後、パターニングされたフォトレジストをマスクとして不要な部分を除去することにより必要なパターンで形成されることができる。

【0086】

これにより、圧電層１２３は第１の電極１２１の上部にのみ残るようになるため、第１の電極は圧電層の周辺にさらに突出する形で残るようになる。

【0087】

次いで、段階６５０で第２の電極１２２を形成する。

【0088】

第２の電極１２２は、圧電層１２３と第１の電極１２１の上に導電層を形成した後、導電層上にフォトレジストを蒸着し、フォトリソグラフィー工程によりパターニングを施した後、パターニングされたフォトレジストをマスクとして必要なパターンで形成されることができる。

【0089】

第２の電極１２２は、ルテニウム（Ｒｕ）で形成されることができるが、これに限定されるものではなく、金、モリブデン、アルミニウム、白金、チタン、タングステン、パラジウム、クロム、ニッケル、イリジウムなどの多様な金属で形成されることもできる。

【0090】

また、第２の電極１２２と圧電層１２３の上部に保護層１２４を形成してもよい（段階６６０)。

【0091】

保護層１２４は、絶縁物質で形成されることができ、絶縁物質としては、シリコンオキサイド系、シリコンナイトライド系及びアルミニウムナイトライド系の物質を用いることができる。

【0092】

次いで、例えば、周波数トリミングに用いられることができる接続部１８０、１９０を形成する（段階６７０)。

【0093】

第１の接続部１８０と第２の接続部１９０はそれぞれ、保護層１２４を貫通して第１の電極１２１と第２の電極１２２に接合される。

【0094】

第１の接続部１８０は、エッチングにより保護層１２４を部分的に除去して穴を形成することにより第１の電極１２１を外部に露出させた後、金（Ａｕ）又は銅（Ｃｕ）などを第１の電極上に蒸着して形成されることができる。

【0095】

同様に、第２の接続部１９０も、エッチングにより保護層１２４を部分的に除去して穴を形成することにより第２の電極１２２を外部に露出させた後、金（Ａｕ）又は銅（Ｃｕ）などを第２の電極上に蒸着して形成されることができる。

【0096】

これらの接続部１８０、１９０を用いて共振部１２０又はフィルタの特性を確認し、必要な周波数トリミングを行った後、エアギャップ１３０を形成する。

【0097】

エアギャップ１３０は、前述したように犠牲層を除去することにより形成され、これにより、共振部１２０が完成される。

【0098】

ここで、犠牲層は、乾式エッチングにより除去されることができるが、必ずしもこれに限定されるものではない。

【0099】

例えば、犠牲層をポリシリコンで形成する場合、この犠牲層は、二フッ化キセノン（ＸｅＦ_２）などのような乾式エッチング用ガスによって除去されることができる。

【0100】

一方、本発明による音響共振器とその製造方法は、前述した実施例に限定されず、多様な変形が可能である。

【0101】

図３は、本発明の第２の実施例による音響共振器の断面図であり、図４は、図３の要部を示した拡大断面図である。

【0102】

これらの図に示されたように、本発明の第２の実施例による音響共振器２００は、第１の電極１２１、第２の電極１２２、及び第１の電極と第２の電極の間に位置する圧電層１２３を含む共振部１２０と、この共振部の一側に配置される複数のシード層１４０と、これらのシード層を基準に共振部の反対側に配置されるメンブレン１５０と、を含んでいる。

【0103】

本発明の第２の実施例では、メンブレン１５０が複数のシード層１４０の下に配置される点のみを除き、残りの構成要素は前述した第１の実施例の構成要素と同一である。

【0104】

よって、本発明の第２の実施例による音響共振器２００を説明するにあたり、第１の実施例による音響共振器１００と同一の構成要素については同一の符号を付与して説明する。

【0105】

本発明の第２の実施例による音響共振器２００も、複数のシード層１４０を基準に共振部１２０の反対側に配置された基板１１０をさらに含むことができ、メンブレン１５０が複数のシード層と基板の間に介在される。

【0106】

基板１１０は、シリコン基板又はＳＯＩ型の基板であればよい。

【0107】

このような基板１１０とメンブレン１５０の間にはエアギャップ１３０が形成されることができ、このエアギャップを介してメンブレンは基板から少なくとも一部が離隔するように配置される。

【0108】

また、共振部１２０がメンブレン１５０上に形成されるため、共振部もエアギャップ１３０を介して基板１１０から離隔するようになる。

【0109】

基板１１０とメンブレン１５０の間にエアギャップ１３０が形成されることにより、圧電層１２３で発生する音響波が基板の影響を受けないようにすることができる。

【0110】

また、エアギャップ１３０によって共振部１２０で発生する音響波の反射特性が向上することができる。

【0111】

エアギャップ１３０は空いている空間で、インピーダンスが無限大に近いため、エアギャップ１３０によって音響波は損失されず共振部１２０内に残存することができる。

【0112】

したがって、エアギャップ１３０によって縦方向への音響波の損失を最小化させることができ、これにより、共振部１２０の品質係数（ＱＦ）を向上させることができる。

【0113】

メンブレン１５０は、エアギャップ１３０の上部に位置してエアギャップの形状を維持させ、共振部１２０の構造を支持する役割をする。

【0114】

このメンブレン１５０は、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）などで構成されることができる。

【0115】

後述するように、犠牲層をエッチングしてエアギャップ１３０を形成するとき、メンブレン１５０がエッチングストッパーとして機能することができるようにメンブレンを複数のメンブレン層で形成することが好ましい。

【0116】

例えば、図５に示されたように、メンブレンは、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）などで形成された第１のメンブレン層１５１と、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ_Ｘ）などで形成され、第１のメンブレン層上に形成された第２のメンブレン層１５２と、を含むことができる。

【0117】

また、基板１１０を保護するために基板上にもエッチングストッパーとして機能する阻止層１６０が形成されることができ、この阻止層には酸化シリコン（ＳｉＯ_Ｘ）又は窒化シリコン（ＳｉＮ_Ｘ）などが含まれることができる。

【0118】

共振部１２０は、前述したように第１の電極１２１と圧電層１２３及び第２の電極１２２を含み、下から第１の電極と圧電層及び第２の電極が順次積層されて形成されることができる。

【0119】

上記共振部１２０は、第１の電極１２１と第２の電極１２２に印加される電気信号により圧電層１２３を共振させて共振周波数及び反共振周波数を発生させることができる。

【0120】

第１の電極１２１及び第２の電極１２２は、金、モリブデン、ルテニウム、アルミニウム、白金、チタン、タングステン、パラジウム、クロム、ニッケル、イリジウムなどのような金属で形成されることができる。

【0121】

共振部１２０は圧電層１２３の音響波を用い、例えば、第１の電極１２１と第２の電極１２２に信号が印加されると、圧電層の厚さ方向に機械的振動が発生して音響波が生成される。

【0122】

ここで、圧電層１２３は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）及び二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、ドープされた酸化亜鉛（例えば、Ｗ−ＺｎＯ）、ドープされた窒化アルミニウム（例えば、Ｓｃ−ＡｌＮ、ＭｇＺｒ−ＡｌＮ、Ｃｒ−ＡｌＮ、Ｅｒ−ＡｌＮ、Ｙ−ＡｌＮ）などのような圧電体材質で形成されることができる。

【0123】

共振部１２０は保護層１２４をさらに含むことができる。

【0124】

この保護層１２４は、第２の電極１２２を覆い、第２の電極が外部環境に露出することを防止する。

【0125】

第１の電極１２１と第２の電極１２２は、圧電層１２３の外側に延びて形成され、延びた部分にそれぞれ第１の接続部１８０と第２の接続部１９０が連結される。

【0126】

これらの第１の接続部１８０と第２の接続部１９０は、共振器とフィルタの特性を確認し、必要な周波数トリミングを行うために備えられることができるが、これに限定されるものではない。

【0127】

複数のシード層１４０が共振部１２０とメンブレン１５０の間、即ち、第１の電極１２１の下とメンブレン１５０の上に配置される。

【0128】

複数のシード層１４０は、第１のシード層１４１と第２のシード層１４２を含み、第１のシード層と第２のシード層は、平面化した基板１１０又は犠牲層（図示せず）上にスパッタリングされることにより形成されることができる。

【0129】

第１のシード層１４１は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ドープされた窒化アルミニウム（例えば、Ｓｃ−ＡｌＮ、ＭｇＺｒ−ＡｌＮ、Ｃｒ−ＡｌＮ、Ｅｒ−ＡｌＮ、Ｙ−ＡｌＮ）、又はその他の同一の結晶性物質、例えば、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）、炭化シリコン（ＳｉＣ）などを用いて製造されることができる。

【0130】

第２のシード層１４２は、第１のシード層１４１を形成した物質と同一の結晶系又は同一のブラベー格子系を有する物質で形成される。一例として、第１のシード層が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で形成されるとき、窒化アルミニウムは六方晶系を有しているため、第２のシード層１４２はマグネシウム、チタン、亜鉛などのように同一の幾何形状の単位格子を有する六方晶系の金属で形成されることができる。

【0131】

図３〜図５には第２のシード層１４２上に第１のシード層１４１が積層された例を示しているが、必ずしもこれに限定されず、逆に、第１のシード層上に第２のシード層が積層されるように形成されてもよい。

【0132】

これらのシード層１４０のうち少なくとも一つが圧電体材料で形成されることにより、電極として作用せず、むしろ圧電層としてその機能を発揮し、圧電層１２３の圧電特性に影響を与えるのと同じになる。

【0133】

よって、これらのシード層の膜厚が厚くなりすぎると、圧電層１２３の圧電特性の影響が大きくなってしまうため、その影響が必要以上に大きくならないように、第１のシード層１４１の厚さは１０〜１，０００Å程度の範囲内にあることが好ましい。

【0134】

また、チタンなどのように六方晶系の金属でできた第２のシード層１４２は（００１）方向、即ち、積層方向にのみ成長しなければならないが、その厚さが１，０００Å以上となると、（００１）方向以外に（０１０）方向にも成長するようになり、第１のシード層１４１との格子不整合を増加させる可能性がある。

【0135】

これは結局、その上で成長する第１の電極１２１と圧電層１２３の結晶性の低下の原因となるため、第２のシード層１４２の厚さも、（００１）方向、即ち、積層方向にのみ成長する１，０００Å以下とすることが好ましい。

【0136】

圧電層１２３の結晶性を高めるためには、その下に載せられた第１の電極１２１の結晶性が確保されなければならず、このために、本発明では、第１の電極の下に複数のシード層１４０を用いる。

【0137】

特に、本発明は、圧電層１２３の結晶性の確保によるｋｔ２値の向上のために、例えば、窒化アルミニウムなどでできた第１のシード層１４１の下に、格子不整合の低い、例えば、チタンなどでできた第２のシード層１４２、即ち、複数のシード層が設けられたことを特徴としている。

【0138】

例えば、窒化アルミニウムでできた第１のシード層１４１の下に、格子不整合の低いチタンでできた第２のシード層１４２を採用すると、チタンは（００１）方向、即ち、積層方向に成長し、チタンと窒化アルミニウムは低い格子不整合を有するため、窒化アルミニウムでできた第１のシード層は初期に多結晶成長せずにすぐに（００１）方向、即ち、積層方向に成長する。

【0139】

これにより、窒化アルミニウムでできた第１のシード層１４１の高結晶性が確保され、その上に成長したモリブデンでできた第１の電極１２１と窒化アルミニウムでできた圧電層１２３の結晶性が向上し、音響波の損失が大きくならず且つ高いｋｔ２値が得られるようになる。

【0140】

以下では、音響共振器の製造方法の他の例を説明する。

【0141】

まず、図６の段階６１０のように、基板１１０の上部に犠牲層を形成する。上記犠牲層の材質としては、二酸化シリコン、ポリシリコン又はポリマーなどを用いることができる。

【0142】

上記犠牲層は、後のエッチング工程により除去されてエアギャップ１３０を形成するようになる。

【0143】

次に、基板１１０又は犠牲層の上部にメンブレン１５０を蒸着して形成する。

【0144】

このメンブレン１５０に対しては、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、スパッタリングなどのような蒸着法のうち、形成する材質によって適切な方法が選択されて用いられることができる。

【0145】

また、メンブレンは、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）などでできた第１のメンブレン層１５１が形成され、この第１のメンブレン層上に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ_Ｘ）などでできた第２のメンブレン層１５２が形成されることができる。

【0146】

次に、メンブレン１５０の上部に複数のシード層１４０を順次形成する。シード層を製造する技術及びプロセスとしては、当該技術分野に広く知られている、例えば、スパッタリング技術を用いることができる。

【0147】

特に、スパッタリングの工程条件、例えば、温度、真空度、電源の強さ、注入されるガス量などを適当に制御することにより、シード層１４０を（００１）方向、即ち、積層方向にのみ成長させることができる。

【0148】

このようにほとんどが所望の配向、即ち、（００１）方向に配向していると、後述するように複数のシード層上に圧電層１２３を形成するとき、圧電層がシード層１４０の結晶構造を継承して同一の結晶構造で配向される。

【0149】

第１のシード層１４１は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で形成されることができるが、これに限定されるものではなく、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）などの多様な材質で形成されることもできる。

【0150】

また、第２のシード層１４２は、チタン（Ｔｉ）で形成されることができるが、これに限定されるものではなく、マグネシウム(Ｍｇ)や亜鉛(Ｚｎ)などのような金属で形成されることもできる。

【0151】

次いで、複数のシード層１４０の上部に第１の電極１２１と圧電層１２３を順次形成する。

【0152】

第１の電極１２１は、シード層１４０の上部に導電層を蒸着することにより形成されることができ、同様に、圧電層１２３は、第１の電極上に圧電物質を蒸着することにより形成されることができる。

【0153】

第１の電極１２１は、モリブデン（Ｍｏ）材質で形成されることができるが、これに限定されるものではなく、金、ルテニウム、アルミニウム、白金、チタン、タングステン、パラジウム、クロム、ニッケル、イリジウムなどの多様な金属で形成されることもできる。

【0154】

また、圧電層１２３は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で形成されることができるが、これに限定されるものではなく、酸化亜鉛（ＺｎＯ）や二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、ドープされた酸化亜鉛（例えば、Ｗ−ＺｎＯ）、ドープされた窒化アルミニウム（例えば、Ｓｃ−ＡｌＮ、ＭｇＺｒ−ＡｌＮ、Ｃｒ−ＡｌＮ、Ｅｒ−ＡｌＮ、Ｙ−ＡｌＮ）などの多様な圧電材質で形成されることもできる。

【0155】

ここで、第１の電極１２１と圧電層１２３はそれぞれ、導電層又は圧電層の上部にフォトレジストを蒸着し、フォトリソグラフィー工程によりパターニングを施した後、パターニングされたフォトレジストをマスクとして不要な部分を除去することにより必要なパターンで形成されることができる。

【0156】

これにより、圧電層１２３は第１の電極１２１の上部にのみ残るようになるため、第１の電極は圧電層の周辺にさらに突出する形で残るようになる。

【0157】

次いで、第２の電極１２２を形成する。

【0158】

第２の電極１２２は、圧電層１２３と第１の電極１２１の上に導電層を形成した後、導電層上にフォトレジストを蒸着し、フォトリソグラフィー工程によりパターニングを施した後、パターニングされたフォトレジストをマスクとして必要なパターンで形成されることができる。

【0159】

第２の電極１２２は、ルテニウム（Ｒｕ）で形成されることができるが、これに限定されるものではなく、金、モリブデン、アルミニウム、白金、チタン、タングステン、パラジウム、クロム、ニッケル、イリジウムなどの多様な金属で形成されることもできる。

【0160】

また、第２の電極１２２と圧電層１２３の上部に保護層１２４を形成してもよい。

【0161】

また、第１の接続部１８０と第２の接続部１９０はそれぞれ、保護層１２４を貫通して第１の電極１２１と第２の電極１２２に接合される。

【0162】

これらの接続部１８０、１９０を用いて共振部１２０又はフィルタの特性を確認し、必要な周波数トリミングを行った後、エアギャップ１３０を形成する。

【0163】

エアギャップ１３０は、前述したように犠牲層を除去することにより形成され、これにより、共振部１２０が完成される。

【0164】

ここで、犠牲層は、乾式エッチングにより除去されることができるが、必ずしもこれに限定されるものではない。

【0165】

例えば、犠牲層をポリシリコンで形成する場合、この犠牲層は、二フッ化キセノン（ＸｅＦ_２）などのような乾式エッチング用ガスによって除去されることができる。

【0166】

このように、犠牲層をエッチングしてエアギャップ１３０を形成するとき、メンブレン１５０が複数のメンブレン層で形成されていると、第１のメンブレン層１５１上に形成された第２のメンブレン層１５２がエッチングストッパーとして機能し、その上に形成された複数のシード層１４０をエッチングから保護するようになる。

【0167】

第１のメンブレン層１５１は、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）などで形成されることができ、第２のメンブレン層１５２は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ_Ｘ）などで形成されることができるが、必ずしもこれに限定されるものではない。

【0168】

一方、本発明による音響共振器とその製造方法は、前述した実施例に限定されず、多様な変形が可能である。

【0169】

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。

【符号の説明】

【0170】

１１０ 基板
１２０ 共振部
１２１ 第１の電極
１２２ 第２の電極
１２３ 圧電層
１２４ 保護層
１３０ エアギャップ
１４０ シード層
１４１ 第１のシード層
１４２ 第２のシード層
１５０ メンブレン
１５１ 第１のメンブレン層
１５２ 第２のメンブレン層
１６０ 阻止層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】