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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6373418
(24)【登録日】2018年7月27日
(45)【発行日】2018年8月15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 20060101AFI20180806BHJP
H03H 3/02 20060101ALI20180806BHJP
【ＦＩ】
H03H9/17 F
H03H3/02 C
【請求項の数】15
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2017-2172(P2017-2172)
(22)【出願日】2017年1月10日
(65)【公開番号】特開2018-7230(P2018-7230A)
(43)【公開日】2018年1月11日
【審査請求日】2017年1月10日
(31)【優先権主張番号】10-2016-0086007
(32)【優先日】2016年7月7日
(33)【優先権主張国】KR
(31)【優先権主張番号】10-2016-0102481
(32)【優先日】2016年8月11日
(33)【優先権主張国】KR
(73)【特許権者】
【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】リー、タエ フン
(72)【発明者】
【氏名】ハン、ウォン
(72)【発明者】
【氏名】リー、ムーン チュル
(72)【発明者】
【氏名】ハン、スン
【審査官】
石川 雄太郎
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００７−２９５３０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−０４５４３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１５−１３９１６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１５−１１９２４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１３−００５４４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２０１１／０４８９１０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
米国特許出願公開第２０１２／０２１８０６０（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０３Ｈ ９／００−９／７６
Ｈ０３Ｈ ３／００７−３／０６
Ｈ０３Ｈ ９／００−９／１３５
Ｈ０３Ｈ ９／１５−９／２４
Ｈ０３Ｈ ９／３０−９／４０
Ｈ０３Ｈ ９／４６−９／６２
Ｈ０３Ｈ ９／６６
Ｈ０３Ｈ ９／７０
Ｈ０３Ｈ ９／７４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、
前記基板上に順に積層された状態の下部電極、圧電層、及び上部電極を備える振動活性領域と、
前記圧電層内に配置され、且つ前記圧電層と異なる物性を有する水平共振抑制部と、
を含み、
前記水平共振抑制部は、前記圧電層内の前記水平共振抑制部以外の領域に比べて圧電性能が高い物性を有する、音響共振器。
前記基板上に順に積層された状態の下部電極、圧電層、及び上部電極を備える振動活性領域と、
前記圧電層内に配置され、且つ前記圧電層と異なる物性を有する水平共振抑制部と、
を含み、
前記水平共振抑制部は、前記圧電層内の前記水平共振抑制部以外の領域に比べて圧電性能が高い物性を有する、音響共振器。
【請求項2】
前記水平共振抑制部は、一部または全体が前記振動活性領域内に配置される、請求項１に記載の音響共振器。
【請求項3】
前記水平共振抑制部は、前記振動活性領域の外縁に沿って配置される、請求項２に記載の音響共振器。
【請求項4】
前記水平共振抑制部は、厚さが互いに異なる第１水平共振抑制部と第２水平共振抑制部を含む、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の音響共振器。
【請求項5】
前記第１水平共振抑制部及び前記第２水平共振抑制部は、同一の物性で形成される、請求項４に記載の音響共振器。
【請求項6】
前記水平共振抑制部は、前記振動活性領域の中心から前記振動活性領域の外縁に近づくほど厚みを増すように形成される、請求項１から請求項５の何れか一項に記載の音響共振器。
【請求項7】
前記水平共振抑制部は、前記圧電層と同一の厚さで形成される、請求項１から請求項６の何れか一項に記載の音響共振器。
【請求項8】
前記水平共振抑制部は、厚さが前記圧電層の厚さの半分以下で形成される、請求項１から請求項６の何れか一項に記載の音響共振器。
【請求項9】
前記振動活性領域内に配置される前記水平共振抑制部の上部面の面積は、前記振動活性領域の上部面全体の面積の５０％以下で形成される、請求項２に記載の音響共振器。
【請求項10】
前記水平共振抑制部は、イオンが注入された前記圧電層の一部の領域である、請求項１から９の何れか一項に記載の音響共振器。
【請求項11】
前記圧電層は、ＡｌＮで形成され、
前記水平共振抑制部は、Ｓｃ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｚｒ、及びＨｆのうちのいずれか1つのイオンで、Ａｌが置換された前記圧電層の一部の領域である、請求項１から１０の何れか一項に記載の音響共振器。
前記水平共振抑制部は、Ｓｃ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｚｒ、及びＨｆのうちのいずれか1つのイオンで、Ａｌが置換された前記圧電層の一部の領域である、請求項１から１０の何れか一項に記載の音響共振器。
【請求項12】
基板上に下部電極と圧電層を順に積層する段階と、
前記圧電層にイオンを部分的に注入して前記圧電層内に水平共振抑制部を形成する段階と、
前記圧電層上に上部電極を積層して振動活性領域を完成させる段階と、
を含み、
前記水平共振抑制部は、前記圧電層内の前記水平共振抑制部以外の領域に比べて圧電性能が高い物性を有する、音響共振器の製造方法。
前記圧電層にイオンを部分的に注入して前記圧電層内に水平共振抑制部を形成する段階と、
前記圧電層上に上部電極を積層して振動活性領域を完成させる段階と、
を含み、
前記水平共振抑制部は、前記圧電層内の前記水平共振抑制部以外の領域に比べて圧電性能が高い物性を有する、音響共振器の製造方法。
【請求項13】
前記水平共振抑制部は、一部または全体が前記振動活性領域内に形成される、請求項１２に記載の音響共振器の製造方法。
【請求項14】
前記水平共振抑制部を形成する段階は、厚さが互いに異なる第１水平共振抑制部と第２水平共振抑制部をそれぞれ形成する段階を含む、請求項１２または請求項１３に記載の音響共振器の製造方法。
【請求項15】
前記水平共振抑制部を形成する段階は、ＡＩＮで形成された前記圧電層にＳｃ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｚｒ、及びＨｆのうちいずれか一つのイオンを注入して圧電層の一部の領域を置換する段階を含む、請求項１２から請求項１４の何れか一項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ものである。
【背景技術】
【0002】
無線通信機器の小型化の傾向に伴い、高周波部品を小型化して実装する技術が積極的に求められている。一例として、半導体薄膜ウェハの製造技術を用いるバルク音響共振器（ＢＡＷ、Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）形態のフィルターを挙げることができる。
【0003】
バルク音響共振器（ＢＡＷ）とは、半導体基板であるシリコンウェ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で共振を誘発させる薄膜形態の素子をフィルターとして実現したものを意味する。
【0004】
バルク音響共振器の利用分野としては、移動通信機器、化学及びバイオ機器、などの小型軽量フィルター、オシレータ、共振素子、音響共振質量センサーなどがある。
【0005】
一方、バルク音響共振器の特性と性能を高めるための様々な構造的形状及び機能に対する研究が行われており、そのような構造と機能を持ったバルク音響共振器を製造する方法に対しても様々な研究が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】韓国登録特許第０９０６６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の目的は、特性と性能を向上させることができる音響共振器及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の実施形態による音響共振器は、基板と、上記基板上に下部電極、圧電層、及び上部電極が順に積層されて形成される振動活性領域と、上記圧電層内に配置され、且つ上記圧電層と異なる物性を有する水平共振抑制部と、を含むことができる。
【0009】
本発明の実施形態による音響共振器は、基板と、上記基板上に配置される下部電極と、上記下部電極上に積層される圧電層と、上記圧電層上に積層される上部電極と、上記圧電層内に配置され、且つ上記圧電層と異なる物性を有する水平共振抑制部と、を含むことができる。
【0010】
また、本発明の実施形態による音響共振器の製造方法は、基板上に下部電極と圧電層を順に積層する段階と、上記圧電層にイオンを部分的に注入して上記圧電層内に水平共振抑制部を形成する段階と、上記圧電層上に上部電極を積層して振動活性領域を完成させる段階と、を含むことができる。
【発明の効果】
【0011】
本発明による音響共振器及びその製造方法は、水平共振抑制部を通じて水平波（Ｌａｔｅｒａｌ Ｗａｖｅ）による不要共振（Ｓｐｕｒｉｏｕｓ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を抑制することにより、水平波の共振が原因で発生するノイズと共振器の性能劣化を最小限にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の実施形態による音響共振器を概略的に示す断面図である。
【図4】本発明の他の実施形態による音響共振器の共振部を示す断面図である。
【図6】本発明のさらに他の実施形態による音響共振器の共振部を示す断面図である。
【図8】本発明のさらに他の実施形態による音響共振器の共振部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
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拡大縮小表示（または強調表示や簡略化表示）がされることがある。
【0014】
なお、明細書全体において、ある構成が他の構成と「連結される」というのは、これら構成が「直接的に連結」される場合だけでなく、他の構成を介して「間接的に連結」される場合も含むことを意味する。さらに、明細書全体において、ある構成要素を「含む」というのは、特に反対である記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
【0017】
また、基板１１０と共振部１２０の間にはエアギャップ１３０が形成され、共振部１２０はメンブレン層１５０上に形成され、且つエアギャップ１３０によって基板１１０と離れるように形成される。
【0018】
基板１１０はシリコン基板またはＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）型基板で形成されることができる。しかし、これらに限定されず、ガラス基板などの様々な基板が用いられることができる。
【0019】
共振部１２０は、下部電極１２１と、圧電層１２３と、上部電極１２５と、を含む。共振部１２０は、下側から下部電極１２１、圧電層１２３、及び上部電極１２５が順に積層されて形成されることができる。これにより、圧電層１２３は下部電極１２１と上部電極１２５の間に配置される。
【0020】
共振部１２０はメンブレン層１５０上に形成される。その結果、基板１１０の上部には、メンブレン層１５０、下部電極１２１、圧電層１２３、及び上部電極１２５が順に積層される。
【0021】
共振部１２０は、下部電極１２１と上部電極１２５に印加される信号に応じて圧電層１２３を共振させて共振周波数及び反共振周波数の振動を発生させることができる。
【0022】
下部電極１２１及び上部電極１２５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、ニッケルなどのような金属を主要材質として形成することができる。本実施形態では、下部電極１２１と上部電極１２５がともにモリブデン（Ｍｏ）で形成される。
【0023】
共振部１２０は、圧電層１２３の音響波を用いる。例えば、下部電極１２１と上部電極１２５に信号が印加されると、圧電層１２３の厚さ方向に沿って機械振動が発生して音響波が生成されるようになる。
【0024】
ここで、圧電層１２３の材料としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、クォーツ（Ｑｕａｒｔｚ）などを用いることができる。
【0025】
圧電層１２３の共振現象は、印加された信号の波長の１／２が圧電層１２３の厚さと一致する際に発生する。共振現象が発生すると、電気的インピーダンスが急激に変わるため、本実施形態による音響共振器としては共振周波数を任意に選択可能なフィルターを用いることができる。
【0026】
共振部１２０は、品質係数（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｆａｃｔｏｒ）を向上させるために、エアギャップ１３０によって基板１１０と離れて配置することができる。
【0027】
エアギャップ１３０により、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。エアギャップ１３０は、空き空間であり、インピーダンスが無限大に近いため、音響波がエアギャップ１３０によって損失せず、共振部１２０内に残存することができる。
【0028】
上部電極１２５の上部にはフレーム１７０が配置されることができる。
【0029】
フレーム１７０は、共振部１２０の輪郭に沿ってリング（ｒｉｎｇ）状に上部電極１２５上に形成される。
【0030】
共振部１２０は、フレーム１７０の内壁によって全体的な形状が規定される振動活性領域（図２のＡ）において実質的な振動が発生する構造を有する。ここで、振動活性領域Ａとは、共振部１２０を図２のＡ方向から見たとき、フレーム１７０内に位置する領域として定義される。
【0031】
フレーム１７０は、振動活性領域Ａで発生した水平方向の弾性波のうち共振部１２０の外部に向かう水平方向の弾性波を、共振部１２０の内部に反射させて弾性波のエネルギー損失を防ぐ。これにより、本実施形態による音響共振器は、高いＱ−ｆａｃｔｏｒ、ｋｔ２を確保することができる。
【0032】
高いＱ−ｆａｃｔｏｒは、フィルターまたはデュプレクサを実現するにあたり、他の周波数帯域の遮断特性を高めることができ、高いｋｔ２は、帯域幅（ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）を確保して送受信時のデータ伝送量及び速度を増加させることができる。
【0033】
振動活性領域Ａは平面が多角状または楕円状に形成されることができる。これに対応して、フレーム１７０も多角状または楕円状のリング状に形成されることができる。
【0034】
フレーム１７０は、圧電体、誘電体または金属で構成される。例えば、フレーム１７０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、ルテニウム（Ｒｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、及びアルミニウム（Ａｌ）のうち一つ、またはいずれか一つを主成分とする合成材料で形成することができる。
【0035】
本実施形態によるフレーム１７０は、スパッタリングまたは蒸着を通じて上部電極１２５上にフレーム層を形成した後、エッチングまたはリフトオフ（Ｌｉｆｔ−Ｏｆｆ）工程を通じてフレーム層から不要な部分を除去することにより形成することができる。
【0036】
フレーム１７０は、上部電極１２５と同一の材料で形成することができ、上部電極１２５を形成する過程で付加的に形成することができる。
【0037】
また、本実施形態による音響共振器は、不要な振動であるスプリアス（ｓｐｕｒｉｏｕｓ）振動を抑制するために、圧電層１２３内に水平共振抑制部１４０が配置される。
【0038】
水平共振抑制部１４０は、圧電層１２３内に不純物を注入して形成することができる。水平共振抑制部１４０は、圧電層１２３内で所望の領域の物性（Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ、圧電定数など）を変更する。これにより、共振部１２０で発生する水平波（Ｌａｔｅｒａｌ Ｗａｖｅ）を効果的に制限することで、水平波の共振によるノイズ（例えば、水平波ノイズ）の発生を最小限に抑制することができる。
【0039】
水平共振抑制部１４０は、注入されるイオンの種類や、イオン注入時に加えられるエネルギー、ドーズ（Ｄｏｓｅ）量、熱処理温度及び時間などを異ならせて様々な深さ及び形状に形成することができる。
【0040】
圧電層１２３をＡｌＮで形成する場合、水平共振抑制部１４０は、Ｓｃ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆなどのイオンを注入して圧電層１２３の一部の領域を置換することにより形成することができる。この場合、注入されたイオンは、圧電層１２３内のＡｌで置換されて該当領域の物性を変化させる。これにより、水平共振抑制部１４０においては、イオンが注入されていない他の部分に比べて圧電性能を増加させることができる。
【0041】
また、Ａｒ、Ｏ、Ｂ、Ｐ、Ｎなどのイオンで圧電層１２３の格子構造を意図的に破壊して水平共振抑制部１４０を形成することもできる。この場合、注入されたイオンは、ＡｌとＮの間の接続構造を破壊して該当領域の物性を変化させる。その結果、水平共振抑制部１４０においては、イオンが注入されていない他の部分に比べて圧電性能を減少させることができる。
【0042】
水平共振抑制部１４０は、圧電層１２３内に形成され、一部または全体が振動活性領域Ａ内に配置される。本実施形態の水平共振抑制部１４０は、振動活性領域Ａに配置される第１領域１４１、及び振動活性領域Ａの外側であるフレーム１７０の下部と外側に配置される第２領域１４２に区分される。
【0043】
第１領域１４１は、一定の幅（例えば、５μｍ）で振動活性領域Ａの外縁に沿って振動活性領域Ａ内に配置される。ここで、振動活性領域Ａの外縁とは、上部電極１２５とフレーム１７０の境界として定義されることができる。
【0044】
一方、本実施形態では、振動活性領域Ａの外縁に沿って連続的に第１領域１４１が形成される。しかし、これに限定されず、必要に応じて、部分的または不連続的に第１領域１４１を形成することもできる。
【0045】
振動活性領域Ａ内に配置される第１領域１４１の上部面の面積は、振動活性領域Ａの上部面全体の面積の５０％以下に形成することができる。
【0046】
イオンの注入により、圧電層１２３の物性を変化させるためには、０．０５ｕｍ以上の厚さで水平共振抑制部１４０を形成しなければならない。よって、本実施形態による水平共振抑制部１４０の最小厚さは０．０５ｕｍと規定することができる。また、水平共振抑制部１４０の最大厚さは圧電層１２３の厚さと同一の厚さに形成することができる。
【0047】
例えば、本実施形態において、水平共振抑制部１４０の厚さは０．０５ｕｍより大きく、圧電層１２３の厚さの半分以下となるように形成される。しかし、本発明の構成は、これらに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【0048】
共振部１２０は保護層１２７をさらに含むことができる。保護層１２７は、フレーム１７０、下部電極１２１、上部電極１２５、及び圧電層１２３の一部を上から覆うように形成されて、上記構成要素が外部環境に露出することを防止する。
【0049】
一方、下部電極１２１及び上部電極１２５は、一部が保護層１２７の外部に露出し、当該露出している部分にはそれぞれ第１接続電極１６０ａと第２接続電極１６０ｂが形成される。
【0050】
第１接続電極１６０ａ及び第２接続電極１６０ｂは、音響共振器とフィルターの特性を確認するための電気信号を観測し、観測結果に応じて必要な周波数トリミングを行うために備えることができる。しかし、これらに限定されるものではない。
【0051】
上述のように構成される本実施形態による音響共振器は、水平共振抑制部１４０を通じて水平波（Ｌａｔｅｒａｌ Ｗａｖｅ）による不要共振（Ｓｐｕｒｉｏｕｓ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を抑制することで、水平波の共振によって発生するノイズ及び共振器の性能劣化を最小限にする。
【0052】
不要共振は、共振部１２０で発生する水平波（または横モード定在波）によってもたらされ、共振性能を歪曲させたり低下させたりする。
【0053】
よって、不要共振を最小限にするために、本実施形態による水平共振抑制部１４０は、フレーム１７０の内壁に沿って形成されて振動活性領域Ａとフレーム１７０が接する境界部分の物性を変化させる。これにより、本実施形態による共振部１２０は、水平共振抑制部１４０が形成されていない中心部と、水平共振抑制部１４０が形成されている振動活性領域Ａの外縁部分において、垂直方向の振幅が互いに異なって生じるように形成される。
【0054】
つまり、上述の中心部と水平共振抑制部１４０は、共振周波数において横方向に異なる波数（ｗａｖｅ ｎｕｍｂｅｒ）を有するため、全体的な振動形態が異なるように構成されている。例えば、水平共振抑制部１４０の物性が変化するにつれて、水平共振抑制部１４０において垂直方向の振幅がさらに急激に変わる。その結果、振動活性領域Ａと水平共振抑制部１４０において水平方向の距離による垂直方向の振幅の変化量も変化し、共振周波数より低い周波数における水平方向の共振の発生が抑制される。
【0055】
また、本実施形態による音響共振器は、フレーム１７０を用いて振動活性領域Ａで発生した振動が振動部の外部に抜け出ることを抑制して、共振部１２０のＱ値（Ｑ−ｆａｃｔｏｒ）を増加させ、振動活性領域Ａの外縁に沿って形成された水平共振抑制部１４０を用いて水平振動の共振を抑制する。これにより、共振部１２０のＱ値、ｋｔ２を増加させることができるとともに、水平波ノイズも最小限にすることができる。
【0056】
従来の場合、水平波の共振によるノイズを最小限にするために、共振部を楕円状または非定形の形状に形成していたが、本実施形態による音響共振器は、水平共振抑制部１４０を通じて水平波の共振によるノイズを効果的に抑制することができるため、共振部１２０を四角状に定型化することができる。これにより、複数の共振部１２０を基板上に配置する場合、四角形状の共振部１２０を実装面積内に効率的に配置することができ、共振部同士の間隔も最小限にすることができる。したがって、共振部１２０を備えるモジュールのサイズを最小限にするとともに、実装面積を減らすことができる。
【0057】
図３は図２に示された音響共振器と従来の音響共振器の挿入損失を比較したグラフである。ここで、図２に示された音響共振器は、ＡｌＮで圧電層１２３を形成し、圧電層１２３内にＮイオンを注入して水平共振抑制部１４０を形成した。
【0058】
図３を参照すると、従来の音響共振器は、２．０４Ｇｈ以下の周波数帯域において水平波の共振によってノイズが大きく現れる。これに対し、本実施形態による音響共振器は、同一の周波数帯域において従来の音響共振器に比べて水平波の共振によるノイズが顕著に減少することが分かる。
【0059】
上述のように構成される本実施形態による音響共振器は、イオン注入方式を用いるため、圧電体内における所望の領域に、所望の形状及び物性で水平共振抑制部１４０を配置することができる。これにより、共振器の形状や材質、サイズなどに関係なく最適な位置に最適な形態で水平共振抑制部１４０を形成することができる。その結果、水平波（Ｌａｔｅｒａｌ Ｗａｖｅ）による不要共振（Ｓｐｕｒｉｏｕｓ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を効果的に制限することで共振性能を高めることができる。
【0060】
一方、本発明による音響共振器は、上述の実施形態の構成に限定されず、様々な変形が可能である。
【0062】
図４及び図５を参照すると、本実施形態による音響共振器は、水平共振抑制部１４０が上述の実施形態に比べて厚く形成される。上述の実施形態の場合、水平共振抑制部１４０が圧電層１２３の厚さの半分以下の厚さとなるように形成されるが、本実施形態による水平共振抑制部１４０の厚みは、圧電層１２３の厚さの半分以上となるように形成される。より具体的には、水平共振抑制部１４０は、圧電層１２３の厚さと同一の厚さで形成される。
【0063】
このように、水平共振抑制部１４０を構成する場合、図５に示されたとおり、従来の音響共振器に比べて挿入損失が小さくなることが確認できる。しかし、図３と比較すると、上述の実施形態に比べてノイズの減少効果がやや低いと測定された。
【0065】
図６及び図７を参照すると、本実施形態による音響共振器は、振動活性領域Ａの中心側に配置される第１水平共振抑制部１４０ａと、第１水平共振抑制部１４０ａの外側に配置される第２水平共振抑制部１４０ｂと、を含む。
【0066】
第１水平共振抑制部１４０ａは第２水平共振抑制部１４０ｂより薄い厚さを有する。例えば、第１水平共振抑制部１４０ａの厚さは、第２水平共振抑制部１４０ｂの厚さの半分以下の厚さとなるように形成されることができる。
【0067】
図６に示された水平共振抑制部１４０は、第１水平共振抑制部１４０ａと第２水平共振抑制部１４０ｂの幅の比が３：２となるように形成され、第１水平共振抑制部１４０ａの幅が第２水平共振抑制部１４０ｂの幅より大きくなるように構成される。
【0068】
このように、振動活性領域Ａ内に配置される第１水平共振抑制部１４０ａと第２水平共振抑制部１４０ｂは、互いに異なる幅を有するように構成することができる。しかし、これに限定されず、必要に応じて、振動活性領域Ａ内に配置される第１水平共振抑制部１４０ａと第２水平共振抑制部１４０ｂを同一の幅で形成することもできる。
【0069】
一方、第２水平共振抑制部１４０ｂと第１水平共振抑制部１４０ａの厚さの差異により、第２水平共振抑制部１４０ｂと第１水平共振抑制部１４０ａの間に階段状の段差が形成される。その結果、水平共振抑制部１４０は、振動活性領域Ａの中心部から振動活性領域Ａの外縁に近づくほど厚みを増すように構成される。
【0070】
第１水平共振抑制部１４０ａ及び第２水平共振抑制部１４０ｂはそれぞれ別のイオン注入過程を通じて形成することができる。例えば、１次イオン注入過程を通じて圧電層１２３内に第１水平共振抑制部１４０ａを先に形成した後、２次イオン注入過程を行って第２水平共振抑制部１４０ｂを形成することができる。
【0071】
第１水平共振抑制部１４０ａ及び第２水平共振抑制部１４０ｂは、互いに同一の物性を有するように構成してもよく、互いに異なる物性を有するように構成してもよい。
【0072】
本実施形態の場合、第１水平共振抑制部１４０ａ及び第２水平共振抑制部１４０ｂは、ＡｌＮの圧電層１２３にともにＮイオンを注入して形成する。これにより、第１水平共振抑制部１４０ａ及び第２水平共振抑制部１４０ｂは同一の物性を有する。
【0073】
しかし、本発明が上記構成に限定されるものではない。例えば、第１水平共振抑制部１４０ａは、イオン置換を通じて圧電性能を増加させ、第２水平共振抑制部１４０ｂは、格子構造を破壊して圧電性能を低下させる等というように、逆に構成するなど様々な変形が可能である。
【0074】
また、本実施形態では、第１水平共振抑制部１４０ａ及び第２水平共振抑制部１４０ｂを互いに異なる厚さで形成している。しかし、これに限定されず、第１水平共振抑制部１４０ａ及び第２水平共振抑制部１４０ｂの物性を互いに異ならせて構成してもよく、同一の厚さで形成してもよい。
【0075】
図７を参照すると、本実施形態による音響共振器も、従来の音響共振器に比べて挿入損失が小さくなることが確認できる。また、図３及び図６をともに参照すると、上述の実施形態に比べて本実施形態による音響共振器のノイズの減少効果がより高いと測定された。
【0076】
図８は本発明のさらに他の実施形態による音響共振器の共振部を示す断面図である。
【0077】
図８を参照すると、本実施形態による音響共振器は、振動活性領域Ａ内にのみ水平共振抑制部１４０が形成され、フレーム１７０の下部または外側には水平共振抑制部１４０が形成されない。
【0078】
水平波の共振の抑制は、振動活性領域Ａ内に配置される水平共振抑制部１４０によって大部分が行われる。そのため、必要に応じて、振動活性領域Ａの外部の水平共振抑制部１４０を省略することができる。
【0081】
図９を参照すると、先ず、基板１１０の上部に犠牲層１３１を形成する。
【0082】
基板１１０としては、シリコン基板またはＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いることができる。また、犠牲層１３１は、後で除去されてエアギャップ（図１の１３０）を形成する。犠牲層１３１としては、ポリシリコンまたはポリマーなどの材質が用いられることができる。
【0083】
次に、基板１１０の上部及び犠牲層１３１の上部にメンブレン層１５０を形成する。メンブレン層１５０は、エアギャップ（図１の１３０）の形状を維持させ、共振部（図１の１２０）の構造を支持する役割を果たす。
【0084】
その後、下部電極１２１を形成する。
【0085】
下部電極１２１は、基板１１０及び犠牲層１３１の上部に全体的に導電層（図示せず）を蒸着した後、不要な部分を除去（例えば、パターニング）することにより形成することができる。本段階は、フォトリソグラフィ工程を通じて行われることができるが、これに限定されるものではない。
【0086】
上記導電層は、モリブデン（Ｍｏ）の材質で形成されることができる。しかし、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、ニッケルなどの様々な金属が用いられることができる。
【0087】
続いて、圧電層１２３を形成する。
【0088】
圧電層１２３は、下部電極１２１上に圧電物質を蒸着して形成することができる。
【0089】
圧電層１２３は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で形成することができる。しかし、これに限定されるものではなく、酸化亜鉛（ＺｎＯ）やクォーツ（Ｑｕａｒｔｚ）などの様々な圧電材質を用いることができる。
【0090】
次に、図１０に示されたとおり、圧電層１２３内に水平共振抑制部１４０を形成する。水平共振抑制部１４０は、圧電層１２３にイオンを部分的に注入して形成することができる。
【0091】
上述のとおり、水平共振抑制部１４０は、イオンソース、エネルギー（Ｅｎｅｒｇｙ）、ドーズ（Ｄｏｓｅ）、熱処理温度及び時間に応じて様々な深さ及び形状で実現することができる。
【0092】
例えば、水平共振抑制部１４０は、圧電層１２３をＡｌＮで形成し、Ｓｃ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆのうちいずれか一つのイオンを圧電層１２３に注入することにより、圧電層１２３の一部の領域を置換することで形成することができる。この場合、水平共振抑制部１４０は、イオンが注入されていない他の部分に比べて圧電性能が高い物性を有することができる。
【0093】
また、水平共振抑制部１４０は、Ａｒ、Ｏ、Ｂ、Ｐ、ＮなどのイオンでＡｌＮ圧電層１２３の格子構造を意図的に破壊して形成することもできる。この場合、水平共振抑制部１４０は、イオンが注入されていない他の部分に比べて圧電性能が低い物性を有することができる。
【0094】
本実施形態の場合、圧電層１２３のうち、振動活性領域（図２のＡ）の縁部分、及び振動活性領域Ａの外側部分に水平共振抑制部１４０をすべて形成する。この場合、広い面積で水平共振抑制部１４０を形成するため、製造が容易であるという利点がある。しかし、本発明の構成がこれに限定されるものではなく、後述する他の実施形態のように、最小限の面積で水平共振抑制部１４０を形成するなど様々な変形が可能である。
【0095】
一方、水平共振抑制部１４０を形成する過程において、厚さが互いに異なる第１水平共振抑制部１４０ａ及び第２水平共振抑制部１４０ｂをそれぞれ形成する場合、図６に示された音響共振器を製造することができる。
【0096】
この場合、１次イオン注入過程を通じて圧電層１２３内に先ず第１水平共振抑制部１４０ａを形成した後、２次イオン注入過程を行って第２水平共振抑制部１４０ｂを形成することができる。
【0097】
また、第１水平共振抑制部１４０ａの厚さは圧電層１２３厚さの半分以上で形成し、第２水平共振抑制部１４０ｂの厚さは第１水平共振抑制部１４０ａより薄く形成することができる。
【0098】
これにより、図６に示されたとおり、振動活性領域Ａの中心から振動活性領域Ａの縁側に向かうほど厚さが厚くなる水平共振抑制部１４０を形成することができる。
【0099】
再び図１０を参照して図２に示された音響共振器の製造方法を説明する。水平共振抑制部１４０が形成されると、圧電層１２３の上部に上部電極１２５とフレーム１７０を形成した後、上部電極１２５をパターニング（Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）する。
【0101】
振動活性領域Ａが完成すると、保護層１２７及び第１接続電極１６０ａ並びに第２接続電極１６０ｂを順に形成する。また、犠牲層１３１を除去して図１に示された音響共振器を完成させる。ここで、犠牲層１３１はエッチング方式を通じて除去することができる。
【0102】
一方、本発明による音響共振器の製造方法は、上述の実施形態に限定されず、様々な変形が可能である。
【0105】
図１２を参照すると、圧電層１２３内に水平共振抑制部１４０を形成する。水平共振抑制部１４０は圧電層１２３にイオンを部分的に注入して形成することができる。
【0106】
本実施形態の場合、圧電層１２３のうち振動活性領域（図８のＡ）内にのみ水平共振抑制部１４０を形成する。この場合、圧電層１２３の物性変化を最小限にすることができるため、不要に形成される水平共振抑制部１４０により圧電層１２３の圧電性能が変化することを最小限にすることができる。
【0107】
次に、圧電層１２３の上部に上部電極１２５とフレーム１７０を形成した後、上部電極１２５をパターニング（Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）する。
【0108】
その後、図１３に示されたとおり、圧電層１２３をパターニング（Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）した後、保護層１２７及び第１接続電極１６０ａ並びに第２接続電極１６０ｂを順に形成する。最後に、犠牲層１３１を除去して図８に示された音響共振器を完成させる。
【0109】
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様々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ものには明らかである。
【符号の説明】
【0110】
１１０ 基板１２０ 共振部
１２１ 下部電極
１２３ 圧電層
１２５ 上部電極
１３０ エアギャップ
１３１ 犠牲層
１４０ 水平共振抑制部
１５０ メンブレン層
１７０ フレーム