特許7194474バルク音響波共振器及びその製造方法並びにフィルタ、無線周波数通信システム
(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】
(24)【登録日】2022-12-14
(45)【発行日】2022-12-22
(54)【発明の名称】バルク音響波共振器及びその製造方法並びにフィルタ、無線周波数通信システム
(51)【国際特許分類】
H03H 9/17 20060101AFI20221215BHJP
H03H 9/54 20060101ALI20221215BHJP
H03H 3/02 20060101ALI20221215BHJP
【ＦＩ】
H03H9/17 F
H03H9/54 Z
H03H3/02 B
【請求項の数】
24
(21)【出願番号】P 2021525685
(86)(22)【出願日】2019-09-10
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-01-18
(86)【国際出願番号】 CN2019105087
(87)【国際公開番号】W WO2020199504
(87)【国際公開日】2020-10-08
【審査請求日】2021-05-11
(31)【優先権主張番号】201910273070.7
(32)【優先日】2019-04-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(73)【特許権者】
【識別番号】519437928
【氏名又は名称】中芯集成電路（寧波）有限公司上海分公司
【氏名又は名称原語表記】ＮＩＮＧＢＯ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ（ＳＨＡＮＧＨＡＩ ＢＲＡＮＣＨ）
【住所又は居所原語表記】Ｒｏｏｍ ３０９， Ａｒｅａ Ｃ， Ｆ３， Ｂｕｉｌｄｉｎｇ １，Ｎｏ．９５， Ｌａｎｅ ８５， Ｃａｉｌｕｎ Ｒｏａｄ， Ｃｈｉｎａ（Ｓｈａｎｇｈａｉ） Ｐｉｌｏｔ Ｆｒｅｅ Ｔｒａｄｅ Ｚｏｎｅ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１２１０ Ｃｈｉｎａ
(74)【代理人】
【識別番号】110002468
【氏名又は名称】特許業務法人後藤特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】羅 海龍
【審査官】志津木 康
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１５２１６８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２０５３６０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００３－０１７９６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３３９９５９（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０３Ｈ３／００７－Ｈ０３Ｈ３／１０
Ｈ０３Ｈ９／００－Ｈ０３Ｈ９／７６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
バルク音響波共振器であって、基板と、
前記基板上に設けられる底電極層であって、前記底電極層と前記基板との間にキャビティが形成され、前記底電極層は、前記キャビティの領域に位置するとともに、前記キャビティの底面に近接する方向に凹んでいる底電極凹み部を有する底電極層と、
前記キャビティの上方の前記底電極層上に形成される圧電共振層と、
前記圧電共振層上に形成される頂電極層であって、前記頂電極層は、前記キャビティの領域に位置するとともに、前記キャビティの底面に近接する方向に凹んでいる頂電極凹み部を有し、前記頂電極凹み部及び前記底電極凹み部がいずれも前記圧電共振層の外周における前記キャビティの領域に位置し、前記底電極凹み部及び前記頂電極凹み部がいずれも前記圧電共振層を囲んだ周辺方向に延在しており、両者が少なくとも部分的に対向する頂電極層と、
前記圧電共振層と分離して前記圧電共振層の外周に位置するように、前記底電極層と前記頂電極層との間に設けられた圧電外周部と、を含み、
前記底電極凹み部と前記頂電極凹み部とは、積層方向に重ならないように、平面視において前記圧電共振層と前記圧電外周部との間に位置している、
ことを特徴とするバルク音響波共振器。
【請求項2】
前記底電極層は、一端が前記底電極凹み部に接続され、他端が前記キャビティの外周における前記基板上に当接する底電極ブリッジ部をさらに含み、前記頂電極層は、一端が前記頂電極凹み部に接続され、他端が前記キャビティの外周における前記基板の上方まで延在する頂電極ブリッジ部をさらに含み、
前記底電極ブリッジ部と前記頂電極ブリッジ部とは、相互にずれる、ことを特徴とする請求項１に記載のバルク音響波共振器。
【請求項3】
前記底電極層は、前記圧電共振層と重なる底電極共振部をさらに含み、前記頂電極層は、前記圧電共振層と重なる頂電極共振部をさらに含み、
前記底電極共振部及び前記頂電極共振部がいずれも多角形である、ことを特徴とする請求項２に記載のバルク音響波共振器。
【請求項4】
前記底電極凹み部は、前記底電極共振部の辺に沿って設けられるとともに、前記底電極ブリッジ部と前記底電極共振部とが位置合わせされる領域に少なくとも設けられ、前記頂電極凹み部は、前記頂電極共振部の辺に沿って設けられるとともに、前記頂電極ブリッジ部と前記頂電極共振部とが位置合わせされる領域に少なくとも設けられる、ことを特徴とする請求項３に記載のバルク音響波共振器。
【請求項5】
前記底電極凹み部は、前記キャビティの上方において、少なくとも前記頂電極ブリッジ部と相互にずれ、又は、前記底電極凹み部は、前記底電極共振部の全周を囲んでおり、前記頂電極凹み部は、前記キャビティの上方において、少なくとも前記底電極ブリッジ部と相互にずれ、又は、前記頂電極凹み部は、前記頂電極共振部の全周を囲んでいる、ことを特徴とする請求項４に記載のバルク音響波共振器。
【請求項6】
前記キャビティの底面における前記頂電極凹み部と前記底電極凹み部との投影は、ちょうど接続し、又は、相互にずれ、又は、重なる、ことを特徴とする請求項５に記載のバルク音響波共振器。
【請求項7】
前記底電極凹み部、前記底電極ブリッジ部及び前記底電極共振部は、同じ膜層で形成され、前記頂電極凹み部、前記頂電極ブリッジ部及び前記頂電極共振部は、同じ膜層で形成される、ことを特徴とする請求項３に記載のバルク音響波共振器。
【請求項8】
前記底電極ブリッジ部は、自体が位置する前記キャビティの部分の上方において、前記キャビティを完全にカバーし、前記頂電極ブリッジ部の幅方向に、前記頂電極ブリッジ部と重ならない、ことを特徴とする請求項４に記載のバルク音響波共振器。
【請求項9】
前記頂電極凹み部の側壁が前記圧電共振層の頂面に対して傾斜し、前記底電極凹み部の側壁が前記圧電共振層の底面に対して傾斜する、ことを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載のバルク音響波共振器。
【請求項10】
前記頂電極凹み部の側壁と前記圧電共振層の頂面との間の角度が４５度以下であり、前記底電極凹み部の側壁と前記圧電共振層の底面との間の角度が４５度以下である、ことを特徴とする請求項９に記載のバルク音響波共振器。
【請求項11】
前記キャビティは、底部全体が前記基板に凹んだ溝構造であり、又は、突出全体が前記基板の表面に設けられるキャビティ構造である、ことを特徴とする請求項１～８又は請求項１０のいずれか１項に記載のバルク音響波共振器。
【請求項12】
請求項１～１１のいずれか１項に記載の少なくとも１つのバルク音響波共振器を備える、ことを特徴とするフィルタ。
【請求項13】
請求項１２に記載の少なくとも１つのフィルタを備える、ことを特徴とする無線周波数通信システム。
【請求項14】
バルク音響波共振器の製造方法であって、基板を提供し、第１の犠牲層を一部の前記基板上に形成するステップと、
前記第１の犠牲層の下方における前記基板の表面を露出しない第１の溝を前記第１の犠牲層のエッジ部分に形成するステップと、
底電極層を前記第１の犠牲層上に形成し、前記第１の溝の表面を被覆する前記底電極層の部分を底電極凹み部として形成するステップと、
前記底電極凹み部を露出させる圧電共振層を前記底電極層上に形成するステップと、
第２の溝が形成される第２の犠牲層を前記圧電共振層の周囲において露出する領域に形成するステップと、
頂電極層を前記圧電共振層及び前記圧電共振層の周囲における一部の前記第２の犠牲層上に形成し、前記第２の溝を被覆する前記頂電極層の部分を頂電極凹み部として形成するステップと、
前記第２の犠牲層及び前記第１の犠牲層を除去し、前記第２の犠牲層及び前記第１の犠牲層の位置にキャビティを形成するステップであって、前記頂電極凹み部及び前記底電極凹み部がいずれも前記圧電共振層の外周における前記キャビティの領域に位置し、前記底電極凹み部及び前記頂電極凹み部がいずれも前記圧電共振層を囲んだ周辺方向に延在しており、両者が少なくとも部分的に対向するステップとを含む、ことを特徴とするバルク音響波共振器の製造方法。
【請求項15】
前記第１の犠牲層を一部の前記基板上に形成するステップは、前記基板をエッチングすることにより、第３溝を前記基板に形成するステップと、前記第１の犠牲層を形成して前記第３溝に充填するステップとを含み、又は、前記第１の犠牲層を一部の前記基板上に形成するステップは、前記第１の犠牲層を前記基板に被覆するステップと、前記第１の犠牲層をパターニングすることにより、前記第１の犠牲層を一部の前記基板に突設するように形成するステップとを含む、ことを特徴とする請求項１４に記載のバルク音響波共振器の製造方法。
【請求項16】
前記第１の犠牲層は、順に積層される第１のサブ犠牲層及び第２のサブ犠牲層を含み、順に積層される前記第１のサブ犠牲層及び前記第２のサブ犠牲層を形成するステップは、前記第１のサブ犠牲層を形成するステップと、前記第１のサブ犠牲層の頂部の所定の厚さを、材質が前記第１のサブ犠牲層と異なる前記第２のサブ犠牲層に材質変換するステップとを含み、又は、
順に積層される前記第１のサブ犠牲層及び前記第２のサブ犠牲層を形成するステップは、前記第１のサブ犠牲層を形成するステップと、前記第１のサブ犠牲層上に材質が前記第１のサブ犠牲層と異なる前記第２のサブ犠牲層を形成するステップとを含む、ことを特徴とする請求項１５に記載のバルク音響波共振器の製造方法。
【請求項17】
酸化処理、窒化処理及びイオン注入のうちの少なくとも１つを含む表面改質処理プロセスにより、前記第１のサブ犠牲層の頂部の所定の厚さを材質変換することにより、前記第２のサブ犠牲層を形成する、ことを特徴とする請求項１６に記載のバルク音響波共振器の製造方法。
【請求項18】
前記第１の溝の底面を前記第１のサブ犠牲層の頂面上まで停止し、又は、前記第１のサブ犠牲層内をまで停止する、ことを特徴とする請求項１７に記載のバルク音響波共振器の製造方法。
【請求項19】
前記第２の溝を有する前記第２の犠牲層及び前記第１の犠牲層を除去するステップは、前記頂電極層を形成した後に、少なくとも、一部の前記第１の犠牲層、一部の前記第２の溝、又は、前記第２の溝以外の一部の前記第２の犠牲層を露出する少なくとも１つの開放穴を形成するステップと、
前記開放穴にガス及び／又は薬液を導入することにより、前記第２の溝を有する前記第２の犠牲層及び前記第１の犠牲層を除去するステップとを含む、ことを特徴とする請求項１４に記載のバルク音響波共振器の製造方法。
【請求項20】
前記底電極層を形成するステップは、底電極材料層を前記第１の溝を有する前記第１の犠牲層に被覆するように堆積するステップと、前記底電極材料層をパターニングすることにより、順に接続される底電極ブリッジ部、前記底電極凹み部及び底電極共振部を形成するステップであって、前記底電極共振部と前記圧電共振層とが重なり、前記底電極ブリッジ部の一端が前記キャビティの外周における前記基板上に当接するステップとを含む、ことを特徴とする請求項１４～１９のいずれか１項に記載のバルク音響波共振器の製造方法。
【請求項21】
前記頂電極層を形成するステップは、頂電極材料層を前記第２の溝を有する前記第２の犠牲層及び前記圧電共振層に被覆するように堆積するステップと、前記頂電極材料層をパターニングすることにより、順に接続される頂電極ブリッジ部、前記頂電極凹み部及び頂電極共振部を形成するステップであって、前記頂電極共振部と前記圧電共振層とが重なり、前記頂電極ブリッジ部の一端が前記キャビティの外周における前記基板の上方まで延在しており、前記頂電極ブリッジ部と前記底電極ブリッジ部とが相互にずれるステップとを含む、ことを特徴とする請求項２０に記載のバルク音響波共振器の製造方法。
【請求項22】
前記底電極共振部及び前記頂電極共振部がいずれも多角形であり、前記底電極凹み部は、前記底電極共振部の辺に沿って設けられるとともに、前記底電極ブリッジ部と前記底電極共振部とが位置合わせされる領域に少なくとも設けられ、
前記頂電極凹み部は、前記頂電極共振部の辺に沿って設けられるとともに、前記頂電極ブリッジ部と前記頂電極共振部とが位置合わせされる領域に少なくとも設けられる、ことを特徴とする請求項２１に記載のバルク音響波共振器の製造方法。
【請求項23】
前記底電極凹み部と前記圧電共振層との間の水平距離は、前記底電極凹み部を製造するプロセスにおいて許容される最小距離であり、前記頂電極凹み部と前記圧電共振層との間の水平距離は、前記頂電極凹み部を製造するプロセスにおいて許容される最小距離である、ことを特徴とする請求項１４～１９及び請求項２１～２２のいずれか１項に記載のバルク音響波共振器の製造方法。
【請求項24】
前記底電極凹み部の線幅は、前記底電極凹み部を製造するプロセスにおいて許容される最小線幅であり、前記頂電極凹み部の線幅は、前記頂電極凹み部を製造するプロセスにおいて許容される最小線幅である、ことを特徴とする請求項１４～１９及び請求項２１～２２のいずれか１項に記載のバルク音響波共振器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は無線周波数通信の技術分野に関し、特にバルク音響波共振器及びその製造方法並びにフィルタ、無線周波数通信システムに関する。
【背景技術】
【0002】
携帯電話で使用される通信などの無線周波数（ＲＦ）通信は、無線周波数フィルタを用いる必要があり、各無線周波数フィルタは、いずれも所要の周波数を伝達し、全ての他の周波数を制限することができる。移動通信技術の発展とともに、移動データの転送量も急速に上昇している。従って、周波数リソースが限られており、可能な限り少ない移動通信デバイスを使用する必要があるという前提で、無線基地局、マイクロ基地局又はリピータなどの無線電力送信デバイスの送信パワーを向上させることは、考慮すべき問題となり、また、移動通信装置のフロントエンド回路におけるフィルタパワーの要求も高くなることを意味する。
【0003】
従来、無線基地局などのデバイスでのハイパワーフィルタは主にキャビティフィルタを主とし、そのパワーが１００ワットに達するが、このようなフィルタのサイズが大きすぎる。誘電体フィルタを使用するデバイスもあり、その平均パワーが５ワット以上に達することができ、このフィルタのサイズも大きい。サイズが大きいので、この２つのフィルタは無線周波数フロントエンドチップに集積できない。
【0004】
ＭＥＭＳ技術が成熟するにつれて、バルク音響波（ＢＡＷ）共振器で構成されるフィルタは、上記の２つのフィルタの存在する欠陥をうまく克服することができる。バルク音響波共振器はセラミック誘電体フィルタとは比較できない体積上の利点、弾性表面波（ＳＡＷ）共振器とは比較できない作動周波数及びパワー容量上の利点を持ち、現在の無線通信システムの発展傾向になっている。
【0005】
バルク音響波共振器の本体部分は、底電極－圧電薄膜－頂電極で構成される「サンドイッチ」構造であり、圧電薄膜の逆圧電効果を利用して電気エネルギーを機械的エネルギーに変換し、バルク音響波共振器で構成されるフィルタにおいて定常波を音響波の形で形成する。音響波の速度が電磁波より５桁小さいので、バルク音響波共振器で構成されるフィルタのサイズが従来の誘電体フィルタなどより小さい。
【0006】
そのうちの１種のキャビティ型バルク音響波共振器の作動原理は、音響波を利用して、底電極又は支持層と空気の交界面で反射し、音響波を圧電層に制限し、共振を実現することであり、高いＱ値、低い挿入損失、集積可能であるなどの利点を持っており、広く採用されている。
【0007】
しかし、従来製作されたキャビティ型バルク音響波共振器は、その品質係数（Ｑ）をさらに向上させることができず、高性能の無線周波数システムの需要を満たすことができない。
【発明の概要】
【0008】
本発明は、品質係数を向上させ、さらにデバイスの性能を向上させることができるバルク音響波共振器及びその製造方法並びにフィルタ、無線周波数通信システムを提供することを目的とする。
【0009】
上記目的を実現するために、本発明によれば、
基板と、
前記基板上に設けられる底電極層であって、前記底電極層と前記基板との間にキャビティが形成され、前記底電極層は、前記キャビティの領域に位置するとともに、前記キャビティの底面に近接する方向に凹んでいる底電極凹み部を有する底電極層と、
前記キャビティの上方の前記底電極層上に形成される圧電共振層と、
前記圧電共振層上に形成される頂電極層であって、前記頂電極層は、前記キャビティの領域に位置するとともに、前記キャビティの底面に近接する方向に凹んでいる頂電極凹み部を有し、前記頂電極凹み部及び前記底電極凹み部がいずれも前記圧電共振層の外周における前記キャビティの領域に位置し、前記底電極凹み部及び前記頂電極凹み部がいずれも前記圧電共振層を囲んだ周辺方向に延在しており、両者が少なくとも部分的に対向する頂電極層とを含むバルク音響波共振器が提供される。
基板と、
前記基板上に設けられる底電極層であって、前記底電極層と前記基板との間にキャビティが形成され、前記底電極層は、前記キャビティの領域に位置するとともに、前記キャビティの底面に近接する方向に凹んでいる底電極凹み部を有する底電極層と、
前記キャビティの上方の前記底電極層上に形成される圧電共振層と、
前記圧電共振層上に形成される頂電極層であって、前記頂電極層は、前記キャビティの領域に位置するとともに、前記キャビティの底面に近接する方向に凹んでいる頂電極凹み部を有し、前記頂電極凹み部及び前記底電極凹み部がいずれも前記圧電共振層の外周における前記キャビティの領域に位置し、前記底電極凹み部及び前記頂電極凹み部がいずれも前記圧電共振層を囲んだ周辺方向に延在しており、両者が少なくとも部分的に対向する頂電極層とを含むバルク音響波共振器が提供される。
【0010】
本発明は、少なくとも１つの本発明に記載のバルク音響波共振器を備えるフィルタをさらに提供する。
【0011】
本発明は、少なくとも１つの本発明に記載のフィルタを備える無線周波数通信システムをさらに提供する。
【0012】
また、本発明によれば、
基板を提供し、第１の犠牲層を一部の前記基板上に形成するステップと、
前記第１の犠牲層の下方における基板の表面を露出しない第１の溝を前記第１の犠牲層のエッジ部分に形成するステップと、
底電極層を前記第１の犠牲層上に形成し、前記第１の溝の表面を被覆する前記底電極層の部分を底電極凹み部として形成するステップと、
前記底電極凹み部を露出させる圧電共振層を前記底電極層上に形成するステップと、
第２の溝が形成される第２の犠牲層を前記圧電共振層の周囲において露出する領域に形成するステップと、
頂電極層を前記圧電共振層及び圧電共振層の周囲における一部の第２の犠牲層上に形成し、前記第２の溝を被覆する前記頂電極層の部分を頂電極凹み部として形成するステップと、
前記第２の犠牲層及び前記第１の犠牲層を除去し、前記第２の犠牲層及び前記第１の犠牲層の位置にキャビティを形成するステップであって、前記頂電極凹み部及び前記底電極凹み部がいずれも前記圧電共振層の外周における前記キャビティの領域に位置し、前記底電極凹み部及び前記頂電極凹み部がいずれも前記圧電共振層を囲んだ周辺方向に延在しており、両者が少なくとも部分的に対向するステップとを含むバルク音響波共振器の製造方法が提供される。
基板を提供し、第１の犠牲層を一部の前記基板上に形成するステップと、
前記第１の犠牲層の下方における基板の表面を露出しない第１の溝を前記第１の犠牲層のエッジ部分に形成するステップと、
底電極層を前記第１の犠牲層上に形成し、前記第１の溝の表面を被覆する前記底電極層の部分を底電極凹み部として形成するステップと、
前記底電極凹み部を露出させる圧電共振層を前記底電極層上に形成するステップと、
第２の溝が形成される第２の犠牲層を前記圧電共振層の周囲において露出する領域に形成するステップと、
頂電極層を前記圧電共振層及び圧電共振層の周囲における一部の第２の犠牲層上に形成し、前記第２の溝を被覆する前記頂電極層の部分を頂電極凹み部として形成するステップと、
前記第２の犠牲層及び前記第１の犠牲層を除去し、前記第２の犠牲層及び前記第１の犠牲層の位置にキャビティを形成するステップであって、前記頂電極凹み部及び前記底電極凹み部がいずれも前記圧電共振層の外周における前記キャビティの領域に位置し、前記底電極凹み部及び前記頂電極凹み部がいずれも前記圧電共振層を囲んだ周辺方向に延在しており、両者が少なくとも部分的に対向するステップとを含むバルク音響波共振器の製造方法が提供される。
【0013】
従来技術に比べて、本発明の技術的解決手段は、以下の有益な効果を有する。
１、電気エネルギーを底電極及び頂電極に印加するとき、圧電共振層において生じた圧電現象により、厚さ方向に伝播する望ましい縦波及び圧電共振層の平面に沿って伝播する望ましくない横波を生成し、該横波は、圧電共振層の外周に浮いたキャビティ上の底電極凹み部及び頂電極凹み部に遮断され、圧電共振層に対応する領域に反射され、さらに横波がキャビティの外周における膜層に伝播すること起因する損失を減少させ、これによって、音響波損失を改善し、共振器の品質係数を向上させ、最終的にデバイスの性能を向上させることができる。
１、電気エネルギーを底電極及び頂電極に印加するとき、圧電共振層において生じた圧電現象により、厚さ方向に伝播する望ましい縦波及び圧電共振層の平面に沿って伝播する望ましくない横波を生成し、該横波は、圧電共振層の外周に浮いたキャビティ上の底電極凹み部及び頂電極凹み部に遮断され、圧電共振層に対応する領域に反射され、さらに横波がキャビティの外周における膜層に伝播すること起因する損失を減少させ、これによって、音響波損失を改善し、共振器の品質係数を向上させ、最終的にデバイスの性能を向上させることができる。
【0014】
２、圧電共振層の周辺とキャビティの周辺とが相互に分離され、すなわち、圧電共振層がキャビティの外周における基板の上方まで連続的に延在しておらず、バルク音響波共振器の有効作動領域をキャビティ領域に完全に制限することができ、底電極ブリッジ部及び頂電極ブリッジ部がいずれもキャビティの一部の辺のみまで延在しており（すなわち、底電極層及び頂電極層がキャビティを完全に被覆することない）、これによって、キャビティの周囲の膜層による、圧電共振層において生じた縦方向振動への影響を減少させ、性能を向上させる。
【0015】
３、底電極凹み部と頂電極凹み部とが相互に重なる部分を有しても、重なる部分の間が隙間構造であり、これによって、寄生パラメータを大幅に低減させることができ、頂電極層及び底電極層のキャビティ領域における電気的接触などの問題を回避し、デバイスの信頼性を向上させることができる。
【0016】
底電極ブリッジ部及び頂電極ブリッジ部とキャビティとが重なる部分は、いずれも浮いており、底電極ブリッジ部及び頂電極ブリッジ部は、キャビティの領域とは、相互にずれ（すなわち、両者は、キャビティ領域において重ならない）、これによって、寄生パラメータを大幅に低減させることができ、底電極ブリッジ部と頂電極ブリッジ部とが接触することにより引き起こされるリークや短絡などの問題を回避し、デバイスの信頼性を向上させることができる。
【0017】
５、前記底電極ブリッジ部は、それ自体が位置するキャビティの一部の上方において、キャビティを完全にカバーし、これによって、大面積の底電極ブリッジ部を用いて、その上方の膜層に強力な機械的支持を提供し、ことにより、キャビティの崩れのため、デバイスが失効してしまうという問題を回避する。
【0018】
６、頂電極凹み部が頂電極共振部の全周を囲み、底電極凹み部が底電極共振部の全周を囲み、圧電共振層の周辺から横波を全方位に遮断し、さらに好ましい品質係数を取得することができる。
【0019】
７、底電極凹み部、底電極共振部及び底電極ブリッジ部は、同じ膜層で形成され、膜厚が均一であり、頂電極凹み部、頂電極共振部及び頂電極ブリッジ部は、同じ膜層で形成され、膜厚が均一であり、これによって、プロセスを簡略化し、コストを削減することができ、底電極凹み部の膜厚が底電極層の他の部分とほぼ同じであり、頂電極凹み部の膜厚が頂電極層の他の部分とほぼ同じであるため、底電極凹み部及び頂電極凹み部が切断してしまう状況が発生することなく、デバイスの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1A】本発明の一実施例のバルク音響波共振器の上面構造模式図である。
【図2A】本発明の他の実施例のバルク音響波共振器の上面構造模式図である。
【図2B】本発明の他の実施例のバルク音響波共振器の上面構造模式図である。
【図2C】本発明の他の実施例のバルク音響波共振器の上面構造模式図である。
【図2D】本発明の他の実施例のバルク音響波共振器の上面構造模式図である。
【図2E】本発明の別の実施例のバルク音響波共振器の断面構造模式図である。
【図3】本発明の一実施例のバルク音響波共振器の製造方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、図面及び具体的な実施例を参照しながら、本発明の技術的解決手段についてさらに詳細説明する。以下の説明に基づいて、本発明の効果及び特徴はより明確になる。なお、図面は、いずれも非常に簡略化される形式、不正確な比例を用いており、本発明の実施例を容易、明瞭かつ補助的に説明するためのものに過ぎない。同様に、本明細書に記載の方法が一連のステップを含むと、本明細書に示されるこれらのステップの順序は、これらのステップを実行できる唯一の順序ではなく、いくつかの前記ステップは、省略されてもよく、及び／又は、本明細書で説明されていないいくつかの他のステップは、該方法に追加されてもよい。さらに本明細書におけるある物とある物とが「相互にずれる」ことの意味は、両者がキャビティ領域において重ならず、すなわち、両者のキャビティの底面での投影が重ならないことである。
【0022】
図１Ａ～図１Ｃを参照し、図１Ａは、本発明の一実施例のバルク音響波共振器の上面構造模式図であり、図１Ｂは、図１でのＸＸ’に沿う断面構造模式図であり、図１Ｃは、図１ＡでのＹＹ’線に沿う断面構造模式図であり、本実施例のバルク音響波共振器は、基板と、底電極層１０４と、圧電共振層１０５１と、頂電極層１０８とを含む。
【0023】
前記基板は、ベース１００と、前記ベース１００上に被覆されるエッチング保護層１０１とを含む。前記ベース１００は、当業者にとって周知される任意の適宜な基材であってもよく、たとえば、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、シリコンゲルマニウム炭化（ＳｉＧｅＣ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、又は、他のＩＩＩ／Ｖ化合物半導体、これらの半導体で構成される多層構造などのうちの少なくともの１つであってもよいし、又は、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）、積層シリコン・オン・インシュレータ（ＳＳＯＩ）、積層シリコン・ゲルマニウム・オン・インシュレータ（Ｓ－ＳｉＧｅＯＩ）、積層シリコン・ゲルマニウム・オン・インシュレータ（ＳｉＧｅＯＩ）及びゲルマニウム・オン・インシュレータ（ＧｅＯＩ）であってもよいし、又は、両面研磨シリコンウエハー（Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｉｄｅ Ｐｏｌｉｓｈｅｄ Ｗａｆｅｒｓ、ＤＳＰ）であってもよいし、酸化アルミニウムなどのセラミックベース、セキエイ、又は、ガラスベースなどであってもよい。前記エッチング保護層１０１の材料は、任意の適宜な誘電体材料であってもよく、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒素酸化ケイ素、炭化窒化ケイ素などの材料のうちの少なくとも１つを含むがこれらに限られない。該エッチング保護層は、一方、最終的に製造されるバルク音響波共振器の構造安定性を向上させ、バルク音響波共振器とベース１００との間の分離を強化させ、ベース１００に対する抵抗率要求を低減させることができ、他方、バルク音響波共振器の製造過程で、基板の他の領域がエッチングされないように保護し、それにより、デバイスの性能及び信頼性を向上させる。
【0024】
底電極層１０４と基板との間にキャビティ１０２が形成される。図１Ａ～図１Ｃを参照し、本実施例では、前記キャビティ１０２は、エッチングプロセスにより、前記エッチング保護層１０１及びベース１００の一部の厚さを順にエッチングすることで形成されてもよく、底部全体が前記基板に凹んだ溝構造となる。しかし、本発明の技術は、これに限定されず、図２Ｅを参照し、本発明の他の実施例では、前記キャビティ１０２は、エッチング保護層１０１の面に突設された犠牲層を後続に除去する方法を用いて除去するプロセスにより、エッチング保護層１０１の頂面の上方に形成されてもよく、全体が前記エッチング保護層１０１の面に突設されるキャビティ構造となる。また、本実施例では、キャビティ１０２の底面の形状は、矩形であってもよいが、本発明の他の実施例では、キャビティ１０２の底面形状は、さらに、円形、楕円形、又は、矩形以外の多角形（例えば、五角形、六角形）であってもよい。
【0025】
圧電共振層１０５１は、圧電共振部と呼ばれてもよく、前記キャビティ１０２の上方領域に位置し（つまり、前記キャビティ１０２の領域内に位置する）、バルク音響波共振器の有効作動領域に対応し、底電極層１０４と頂電極層１０８との間に設けられる。底電極層１０４は、順に接続される底電極ブリッジ部１０４０、底電極凹み部１０４１及び底電極共振部１０４２を含み、頂電極層１０８は、順に接続される頂電極ブリッジ部１０８０、頂電極凹み部１０８１及び頂電極共振部１０８２を含み、底電極共振部１０４２、頂電極共振部１０８２がいずれも圧電共振層１０５１と重なり、重なる底電極共振部１０４２、圧電共振層１０５１、及び頂電極共振部１０８２に対応する前記キャビティ１０２の領域は、前記バルク音響波共振器の有効作動領域１０２Ａを構成し、キャビティ１０２の有効作動領域１０２Ａ以外の部分は、無効領域１０２Ｂであり、圧電共振層１０５１は、有効作動領域１０２Ａに位置するとともに、キャビティ１０２の周囲の膜層と分離され、バルク音響波共振器の有効作動領域をキャビティ１０２の領域に完全に制限することができ、キャビティの周囲の膜層による、圧電共振層において生じた縦方向振動に対する影響を減少させ、無効領域１０２Ｂにおいて生じた寄生パラメータを低減させ、デバイスの性能を向上させることができる。底電極共振部１０４２、圧電共振層１０５１、頂電極共振部１０８２は、いずれも上下面が平面である平坦構造であり、前記底電極凹み部１０４１は、前記有効作動領域１０２Ａの外周におけるキャビティ１０２Ｂの上方に位置するとともに、前記底電極共振部１０４２に電気的に接続され、前記キャビティの底面に近接する方向に凹んでおり、前記頂電極凹み部１０８１は、前記有効作動領域１０２Ａの外周におけるキャビティ１０２Ｂの上方に位置するとともに、前記頂電極共振部１０８２に電気的に接続され、前記キャビティ１０２の底面に近接する方向に凹んでいる。底電極凹み部１０４１全体が底電極共振部１０４２の頂面より低く、頂電極凹み部１０８１全体が頂電極共振部１０８２の頂面より低く、前記頂電極凹み部１０８１及び前記底電極凹み部１０４１がいずれも前記圧電共振層１０５１の外周におけるキャビティ領域（すなわち、１０２Ｂ）に位置する。底電極凹み部１０４１と頂電極凹み部１０８１とは、中実構造であってもよく、中空構造であってもよく、好ましくは中空構造であり、これによって、底電極層１０４と頂電極層１０８の膜厚を均一にすることができ、中実の底電極凹み部１０４１の重力のため、底電極共振部１０４２と圧電共振層１０５１とが分離されてしまうことを回避し、中実の頂電極凹み部１０８１により引き起こされる、頂電極共振部１０８２及びその下方の圧電共振層１０５１と底電極共振部１０４２の崩れ変形を回避し、さらに共振係数を改善する。前記底電極共振部１０４２、前記頂電極共振部１０８２は、いずれも多角形であり（頂面及び底面がいずれも多角形である）、前記底電極共振部１０４２と前記頂電極共振部１０８２の形状は、類似してもよいし（図２Ａ～２Ｂ及び２Ｄに示す）、又は、完全に同じであってもよい（図１Ａ及び図２Ｃに示す）。圧電共振層１０５１は、前記底電極共振部１０４２及び前記頂電極共振部１０８２の形状に類似する多角形構造である。
【0026】
図１Ａ～図１Ｃを参照し、本実施例では、底電極層１０４、圧電共振層１０５１及び頂電極層１０８が「腕時計」状の膜層構造を構成し、底電極ブリッジ部１０４０が底電極共振部１０４２の１つの角と位置合わせされ、頂電極ブリッジ部１０８０が頂電極共振部１０８２の１つの角と位置合わせされ、底電極ブリッジ部１０４０及び頂電極ブリッジ部１０８０が「腕時計」の２つのバンドに相当し、前記底電極凹み部１０４１は、前記底電極共振部１０４２の辺に沿って設けられるとともに、前記底電極ブリッジ部１０４０と前記底電極共振部１０４２とが位置合わせされる領域のみに設けられ、前記頂電極凹み部１０８１は、前記頂電極共振部１０８２の辺に沿って設けられるとともに、前記頂電極ブリッジ部１０８０と前記頂電極共振部１０８２とが位置合わせされる領域のみに設けられ、前記底電極凹み部１０４１及び前記頂電極凹み部１０８１は、「腕時計」の文字盤と２つのバンドとの間の接続構造に相当し、有効領域１０２Ａでの底電極共振部１０４２、圧電共振層１０５１、頂電極共振部１０８２の積層構造が「腕時計」の文字盤に相当し、該文字盤は、バンド部がキャビティ１０２の周囲の基板上の膜層に接続されるほか、残りの部分がいずれもキャビティ１０２を介してキャビティ１０２の周囲の基板上の膜層と分離される。すなわち、本実施例では、前記底電極凹み部１０４１及び前記頂電極凹み部１０８１がいずれも前記圧電共振層１０５１の周辺方向を囲んで延在しており、前記底電極凹み部１０４１及び前記頂電極凹み部１０８１は、それぞれ圧電共振層１０５１の周辺方向に沿って、圧電共振層１０５１の一部の辺のみに囲まれ、圧電共振層１０５１が位置する平面を参照とし、前記頂電極凹み部１０８１及び前記底電極凹み部１０４１は、それぞれ圧電共振層１０５１の両側に位置するとともに、完全に対向し、これによって、所定の横波遮断効果を実現するとともに、頂電極ブリッジ部１０８０及び底電極ブリッジ部１０４０で被覆されていない無効領域１０２Ｂの面積の減少に寄与し、さらにデバイスのサイズの減少に寄与し、また、頂電極ブリッジ部１０８０及び底電極ブリッジ部１０４０の面積の減少に寄与し、寄生パラメータをさらに減少させ、デバイスの電気的性能を向上させる。前記底電極ブリッジ部１０４０は、前記底電極凹み部１０４１の前記底電極共振部１０４２と背向する側に電気的に接続され、前記底電極凹み部１０４１の上から、前記底電極凹み部１０４１の外側に浮いたキャビティ（すなわち、１０２Ｂ）の上方を経由した後に、前記キャビティ１０２の外周における一部のエッチング保護層１０１の上方まで延在しており、前記頂電極ブリッジ部１０８０は、前記頂電極凹み部１０８１の前記頂電極共振部１０８２と背向する側に電気的に接続され、前記頂電極凹み部１０８１の上から、前記頂電極凹み部１０８１の外側に浮いたキャビティ（すなわち、１０２Ｂ）の上方を経由した後に、前記キャビティ１０２の外周における一部のエッチング保護層１０１の上方まで延在しており、前記底電極ブリッジ部１０４０及び前記頂電極ブリッジ部１０８０が前記キャビティ１０２の２つの対向する辺の外側の基板の上方まで延在しており、このとき、前記底電極ブリッジ部１０４０と前記頂電極ブリッジ部１０８０とは、キャビティ１０２領域において相互にずれ（すなわち、両者が重ならない）、これによって、寄生パラメータを低減させ、底電極ブリッジ部と頂電極ブリッジ部とが接触することによる、リークや短絡などの問題を回避し、デバイスの性能を向上させることができる。前記底電極ブリッジ部１０４０は、対応する信号線を接続することにより、底電極凹み部１０４１を介して底電極共振部１０４２に対応する信号を転送するために用いられ、前記頂電極ブリッジ部１０８０は、対応する信号線を接続することにより、頂電極凹み部１０８１を介して頂電極共振部１０８２に対応する信号を転送するために用いられ、それにより、バルク音響波共振器が正常に作動できるようにし、具体的には、底電極ブリッジ部１０４０、頂電極ブリッジ部１０８０を介してそれぞれ底電極共振部１０４２及び頂電極共振部１０８２に時変電圧を印加することにより、縦方向延在モード、又は、「ピストン」モードを励起し、圧電共振層１０５１は、電気エネルギー形態のエネルギーを縦波に変換し、この過程で寄生横波を生成し、底電極凹み部１０４１及び頂電極凹み部１０８１は、これらの横波がキャビティの外周における膜層に伝播することを遮断し、それをキャビティ１０２の領域内に制限することができ、それにより、横波によるエネルギー損失を回避し、品質係数を向上させる。
【0027】
好ましくは、頂電極凹み部１０８１及び底電極凹み部１０４１の線幅は、それぞれ対応するプロセスに許容される最小線幅であり、底電極凹み部１０４１と圧電共振層１０５１との間の水平距離及び頂電極凹み部１０８１と圧電共振層１０５１との間の水平距離は、いずれも対応するプロセスに許容される最小距離であり、これによって、頂電極凹み部１０８１及び底電極凹み部１０４１が所定の横波遮断効果を実現できるとともに、デバイス面積の減少に寄与する。
【0028】
また、前記頂電極凹み部１０８１の側壁は、前記圧電共振層の頂面に対して、傾斜した側壁であり、図１Ｂに示すように、前記頂電極凹み部１０８１の図１ＡでのＸＸ’線に沿う断面は、台形、又は、台形に類似する形状であり、前記頂電極凹み部１０８１の２つの側壁と前記圧電共振層１０５１の頂面との間の角度β１、β２がいずれも４５度以下であり、これによって、頂電極凹み部１０８１の側壁が垂直過ぎるため、頂電極凹み部１０８１が切断してしまい、さらに頂電極共振部１０８２に信号を転送する効果に影響を与えることを回避し、また、頂電極層１０８全体の厚さ均一性をさらに向上させることができ、前記底電極凹み部１０４１の側壁は、前記圧電共振層の底面に対して、傾斜した側壁であり、図１Ｂに示すように、前記底電極凹み部１０４１の図１ＡでのＸＸ’線に沿う断面は、台形、又は、台形に類似する形状であり、前記底電極凹み部１０４１の２つの側壁と前記圧電共振層１０５１の底面との間の角度α１、α２がいずれも４５度以下であり、これによって、前記底電極凹み部１０４１の側壁が垂直過ぎるため、底電極層１０４が切断してしまい、さらに底電極共振部１０４２に信号を転送する効果に影響を与えることを回避し、また、底電極層１０４の厚さ均一性をさらに向上させることができる。
【0029】
本発明の１つの好適な実施例では、底電極共振部１０４２、底電極凹み部１０４１及び底電極ブリッジ部１０４０は、同じ膜層の製造プロセス（すなわち、同じ膜層製造プロセス）で形成され、頂電極共振部１０８２、頂電極凹み部１０８１及び頂電極ブリッジ部１０８０は、同じ膜層の製造プロセス（すなわち、同じ膜層製造プロセス）で形成され、すなわち、底電極共振部１０４２、底電極凹み部１０４１及び底電極ブリッジ部１０４０は、一体に製作される膜層であり、頂電極共振部１０８２、頂電極凹み部１０８１及び頂電極ブリッジ部１０８０は、一体に製作される膜層であり、これによって、プロセスを簡略化し、コストを削減し、底電極共振部１０４２、底電極凹み部１０４１及び底電極ブリッジ部１０４０を製作するための膜層材料と、頂電極共振部１０８２、頂電極凹み部１０８１及び頂電極ブリッジ部１０８０を製作するための膜層材料とは、それぞれ、本分野技術において周知される任意の適宜な導電性材料又は半導体材料を用いてもよく、導電性材料は、導電性を有する金属材料であってもよく、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、レニウム（Ｒｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）及びルテニウム（Ｒｕ）のうちの１種又は複数種であり、前記半導体材料は、たとえば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅＣなどである。当然ながら、本発明の他の実施例では、プロセスコスト及びプロセス技術で許容される前提で、底電極共振部１０４２、底電極凹み部１０４１及び底電極ブリッジ部１０４０は、異なる膜層製造プロセスで形成されてもよく、頂電極共振部１０８２、頂電極凹み部１０８１及び頂電極ブリッジ部１０８０は、異なる膜層製造プロセスで形成されてもよい。
【0030】
図２Ａ～図２Ｄを参照し、横波遮断効果をさらに向上させるために、底電極凹み部１０４１が底電極共振部１０４２のより多くの連続辺まで延在しており、頂電極凹み部１０８１が頂電極共振部１０８２のより多くの連続辺まで延在しており、頂電極凹み部１０８１と底電極凹み部１０４１とが垂直方向に重なる場合、頂電極凹み部１０８１と底電極凹み部１０４１とが垂直方向に隙間を有するため、層間接触することない。たとえば、図２Ａを参照し、底電極凹み部１０４１と頂電極凹み部１０８１とのキャビティ１０２の底面での投影は、ちょうど接続され、又は、ほぼ接続されてもよく、すなわち、底電極凹み部１０４１と頂電極凹み部１０８１とのキャビティ１０２底面での投影は、完全に密閉な環、又は、ほぼ密閉な環を構成してもよく、これによって、底電極凹み部１０４１と頂電極凹み部１０８１とが嵌合されることで、圧電共振層１０５１の全ての周辺に対して横波遮断を行うことができ、この場合、底電極凹み部１０４１と頂電極凹み部１０８１とのキャビティ１０２底面での投影大きさは、両者を組み合わせてなる環を均一に分割してもよく（このとき、底電極凹み部１０４１と頂電極凹み部１０８１とは、それぞれ圧電共振層１０５１に位置するとともに、全ての部分がいずれも完全に対向する）、均一に分割しなくてもよい（このとき、底電極凹み部１０４１と頂電極凹み部１０８１とは、それぞれ圧電共振層１０５１の両側に位置するとともに、一部だけ対向する）。またたとえば、図２Ｂを参照し、圧電共振層１０５１、頂電極共振部１０８２及び底電極共振部１０４２は、いずれも五角形の平面構造であり、圧電共振層１０５１の面積が最小であり、頂電極共振部１０８２がそれより大きく、底電極共振部１０４２の面積が最大であり、前記底電極凹み部１０４１は、底電極共振部１０４２の各辺に沿って設けられるとともに、各辺に接続されており、前記頂電極凹み部１０８１の前記頂電極ブリッジ部１０８０より接続される境界のキャビティ１０２の底面での一部の投影又は全ての投影は、底電極凹み部１０４１のキャビティ１０２の底面での投影から露出され、前記頂電極凹み部１０８１は、頂電極共振部１０８２の各辺に沿って設けられるとともに、各辺に接続されており、前記底電極凹み部１０４１の前記底電極ブリッジ部１０４０より接続される境界のキャビティ１０２の底面での一部の投影又は全ての投影は、頂電極凹み部１０８１のキャビティ１０２の底面での投影から露出され、これによって、底電極凹み部１０４１と頂電極ブリッジ部１０８０とが重ならず、頂電極凹み部１０８１と底電極ブリッジ部１０４０とが重ならないようにし、さらに寄生パラメータを低減させることができ、また、底電極凹み部１０４１と頂電極凹み部１０８１とは、相互に少しずれてもよく、さらに完全にずれてもよく、すなわち、このとき、底電極凹み部１０４１と頂電極凹み部１０８１とは、圧電共振層１０５１に垂直な方向に、一部が上下に位置合わせされる（又は、重なると呼ばれる）、又は、完全にずれるが、圧電共振層１０５１の周辺方向に、全ての部分がいずれも対向し、それにより、キャビティ１０２の底面での投影構造において、底電極凹み部１０４１が頂電極凹み部１０８１を部分的に囲むことができ、このようにして、底電極凹み部１０４１と頂電極凹み部１０８１とが嵌合されることで、圧電共振層１０５１の全ての周辺に対して横波遮断を行うことができ、底電極凹み部１０４１と頂電極凹み部１０８１との位置合わせ要求を低減させることができ、プロセスの製作難度の低減に寄与する。またたとえば、図２Ｃを参照し、圧電共振層１０５１、頂電極共振部１０８２及び底電極共振部１０４２は、いずれも五角形の平面構造であり、圧電共振層１０５１の面積が最小であり、頂電極共振部１０８２と底電極共振部１０４２とは、面積、形状などが同じであるか、又は、ほぼ同じであり、底電極凹み部１０４１は、底電極共振部１０４２の全周を囲み、頂電極凹み部１０８１は、頂電極共振部１０８２の全周を囲み、底電極凹み部１０４１と頂電極凹み部１０８１とのキャビティ１０２底面での投影が重なり、頂電極共振部１０８２と底電極共振部１０４２とのキャビティ１０２底面での投影が重なり、これによって、垂直方向に位置する異なる高さの底電極凹み部１０４１及び頂電極凹み部１０８１がいずれも密閉な環状を呈することにより、圧電共振層１０５１の生じた異なる高さの横波を遮断することができる。つまり、底電極凹み部１０４１が底電極共振部１０４２のより多くの連続辺まで延在しており、頂電極凹み部１０８１が頂電極共振部１０８２のより多くの連続辺まで延在している場合、前記底電極凹み部１０４１及び前記頂電極凹み部１０８１がいずれも前記圧電共振層１０５１の周辺方向を囲んで延在しており、前記底電極凹み部１０４１及び前記頂電極凹み部１０８１は、それぞれ圧電共振層１０５１の周辺方向に沿って圧電共振層１０５１の周辺を部分的に囲み（図２Ａ～２Ｂに示す）、このとき、前記頂電極凹み部１０８１及び前記底電極凹み部１０４１の両者の少なくとも一部が対向し、又は、前記底電極凹み部１０４１及び前記頂電極凹み部１０８１は、それぞれ圧電共振層１０５１の周辺方向に沿って圧電共振層１０５１の全周を囲み（図２Ｃに示す）、このとき、前記頂電極凹み部１０８１及び前記底電極凹み部１０４１の両者の全ての部分がいずれも対向する。
【0031】
図２Ａ～２Ｄを参照し、本発明のこれらの実施例では、前記底電極ブリッジ部１０４０は、前記底電極凹み部１０４１の前記底電極共振部１０４２と背向する少なくとも１つの辺、又は、少なくとも１つの角に電気的に接続され、前記底電極凹み部１０４１の対応する辺から、前記底電極凹み部１０４１の外側に浮いたキャビティ（すなわち、１０２Ｂ）の上方を経由した後に、前記キャビティ１０２の外周における一部のエッチング保護層１０１の上方まで延在しており、前記頂電極ブリッジ部１０８０は、前記頂電極凹み部１０８１の前記頂電極共振部１０８２と背向する少なくとも１つの辺又は少なくとも１つの角に電気的に接続され、前記頂電極凹み部１０８１から、前記頂電極凹み部１０８１の外側に浮いたキャビティ（すなわち、１０２Ｂ）の上方を経由した後に、前記キャビティ１０２の外周における一部のエッチング保護層１０１の上方まで延在しており、前記頂電極ブリッジ部１０８０と前記底電極ブリッジ部１０４０との前記キャビティ１０２の底面での投影は、ちょうど接続されてもよいし、相互に分離されてもよく、これによって、前記頂電極ブリッジ部１０８０と前記底電極ブリッジ部１０４０とは、キャビティ１０２の領域において、重ならずに相互にずれる。たとえば、図１Ａ、図２Ａ～２Ｃに示すように、底電極ブリッジ部１０４０は、前記キャビティ１０２の１本の辺のみの外周における一部の基板の上方まで延在しており、前記頂電極ブリッジ部１０８０は、前記キャビティ１０２の１本の辺のみの外周における一部の基板の上方まで延在しており、前記頂電極ブリッジ部１０８０と前記底電極ブリッジ部１０４０との前記キャビティ１０２の底面での投影が相互に分離され、これによって、前記頂電極ブリッジ部１０８０と前記底電極ブリッジ部１０４０とが重なるとき、寄生パラメータの導入や、引き起こす可能性があるリークや短絡などの問題を回避する。しかし、好ましくは、図２Ｄを参照し、前記底電極凹み部１０４１が前記底電極共振部１０４２の複数の連続辺に沿って設けられるとき、前記底電極ブリッジ部１０４０は、前記底電極凹み部１０４１の前記底電極共振部１０４２と背向する全ての辺に沿って設けられるとともに、前記キャビティ１０２の外周における基板まで連続的に延在しており、これによって、底電極ブリッジ部１０４０は、前記キャビティ１０２の外周におけるより多くの方向での一部の基板の上方まで延在していることができ、すなわち、このとき、前記底電極ブリッジ部１０４０は、それ自体が位置するキャビティの一部の上方においてキャビティ１０２を完全にカバーし、それにより、大面積の底電極ブリッジ部１０４０の敷設により、有効作動領域１０２Ａの膜層に対する支持力を増加させ、キャビティ１０２の崩れを防止する。さらに好ましくは、前記底電極ブリッジ部１０４０が前記キャビティ１０２の外周におけるより多くの方向での一部の基板の上方まで延在しているとき、前記頂電極ブリッジ部１０８０は、前記キャビティ１０２の外周における１つの方向のみでの一部の基板の上方まで延在しており、たとえば、キャビティ１０２の上面形状が矩形である場合、前記頂電極ブリッジ部１０８０がキャビティ１０２の１本の辺のみの外周における基板の上方まで延在しており、底電極ブリッジ部１０４０が前記キャビティ１０２の他の３本の辺まで延在しており、このとき、前記頂電極ブリッジ部１０８０と前記底電極ブリッジ部１０４０との前記キャビティ１０２の底面での投影は、ちょうど接続されるか、又は、相互に分離され、すなわち、このとき、前記底電極ブリッジ部１０４０は、それ自体が位置するキャビティの一部の上方において、キャビティ１０２を完全にカバーし、前記頂電極ブリッジ部１０８０の幅方向に、前記頂電極ブリッジ部１０８０と重ならない。これによって、頂電極ブリッジ部を大面積設けると、底電極ブリッジ部などの構造と垂直方向に重なるため、多すぎる寄生パラメータが導入されることを回避し、デバイスの電気的性能及び信頼性をさらに向上させることができる。
【0032】
本発明の各実施例では、前記キャビティ１０２の上面形状が多角形である場合、底電極ブリッジ部１０４０及び頂電極ブリッジ部１０８０のそれぞれから、前記キャビティの少なくとも１つの辺が露出され、これによって、底電極凹み部１０４１が接続される底電極共振部１０４２、及び頂電極凹み部１０８１が接続される頂電極共振部１０８２は、それぞれ少なくとも一端が完全に浮いており、このように、無効領域１０２Ｂの面積の減少に寄与し、さらに無効領域１０２Ｂにおいて生じた寄生コンデンサなどの寄生パラメータを減少させ、デバイスの性能を向上させる。好ましくは、前記底電極凹み部１０４１は、前記キャビティ１０２の上方において少なくとも前記頂電極ブリッジ部１０８０と相互にずれ（すなわち、両者がキャビティ領域において重ならない）、前記頂電極凹み部１０８１は、前記キャビティ１０２の上方において少なくとも前記底電極ブリッジ部１０４０と相互にずれ（すなわち、両者がキャビティ領域において重ならない）、前記頂電極凹み部１０８１と前記底電極凹み部１０４１との前記キャビティ１０２の底面での投影は、ちょうど接続されるか、又は、相互にずれるか、又は、一部だけ重なる。これによって、無効領域１０２Ｂにおいて生じた寄生コンデンサなどの寄生パラメータをさらに低減させ、デバイスの性能を向上させる。
【0033】
なお、最適な横波遮断効果を実現し、小さいサイズのデバイスの製作に寄与するために、頂電極凹み部１０８１及び底電極凹み部１０４１が有効作動領域１０２Ａに近接するほど、好ましく、頂電極凹み部１０８１及び底電極凹み部１０４１の線幅が小さいほど、好ましく、好ましくは、頂電極凹み部１０８１及び底電極凹み部１０４１の線幅はそれぞれ、対応するプロセスに許容される最小線幅であり、頂電極凹み部１０８１及び底電極凹み部１０４１と有効作動領域１０２Ａと（すなわち、圧電共振層１０５１と）の水平距離はそれぞれ、対応するプロセスに許容される最小距離である。
【0034】
なお、上記各実施例では、頂電極共振部１０８２と底電極共振部１０４２とは、形状が類似し又は同じであり、面積が同じであるか、又は、底電極共振部１０４２の面積が頂電極共振部１０８２の面積より大きいが、本発明の技術的解決手段は、これに限られない。本発明の他の実施例では、頂電極共振部１０８２と底電極共振部１０４２との形状は、類似しなくてもよいが、頂電極凹み部１０８１及び底電極凹み部１０４１は、形状が圧電共振層１０５１の形状に一致し、圧電共振層１０５１の少なくとも１つの辺に沿って延在できることが好ましい。さらに、研究によれば、バルク音響波共振器の寄生横波のほとんどが有効作動領域１０２Ａ上の膜層とキャビティの外周における基板との間の接続構造を介して伝達されることを発見し、従って、本発明の各実施例では、有効作動領域１０２Ａの膜層を効果的に支持できることを確保する前提で、頂電極ブリッジ部１０８０の面積（つまり、線幅）を最小、底電極ブリッジ部１０４０の面積（つまり、線幅）を最小にできる限り制御することができる。
【0035】
本発明の一実施例は、上記の任意の本発明の実施例に記載の少なくとも１つのバルク音響波共振器を備えるフィルタをさらに提供する。
【0036】
本発明の一実施例は、本発明の一実施例に記載の少なくとも１つのフィルタを備える無線周波数通信システムをさらに提供する。
【0037】
図３を参照し、本発明の一実施例は、本発明のバルク音響波共振器（たとえば、図１Ａ～図２Ｄに示すバルク音響波共振器）の製造方法であって、
基板を提供し、第１の犠牲層を一部の前記基板上に形成するステップＳ１と、
前記第１の犠牲層の下方の基板の面が露出されていない第１の溝を前記第１の犠牲層のエッジ部分に形成するステップＳ２と、
底電極層を前記第１の犠牲層上に形成し、前記底電極層の前記第１の溝の面に被覆される部分が底電極凹み部を形成するステップＳ３と、
圧電共振層を前記底電極層上に形成し、圧電共振層から前記底電極凹み部を露出させるステップＳ４と、
第２の溝が形成される第２の犠牲層を前記圧電共振層の周囲から露出される領域に形成するステップＳ５と、
頂電極層を前記圧電共振層及び圧電共振層の周囲の一部の第２の犠牲層上に形成し、前記頂電極層の前記第２の溝に被覆される部分が頂電極凹み部を形成するステップＳ６と、
前記第２の犠牲層及び前記第１の犠牲層を除去し、前記第２の犠牲層及び前記第１の犠牲層の位置にキャビティを形成するステップＳ７と、を含む、製造方法をさらに提供する。
基板を提供し、第１の犠牲層を一部の前記基板上に形成するステップＳ１と、
前記第１の犠牲層の下方の基板の面が露出されていない第１の溝を前記第１の犠牲層のエッジ部分に形成するステップＳ２と、
底電極層を前記第１の犠牲層上に形成し、前記底電極層の前記第１の溝の面に被覆される部分が底電極凹み部を形成するステップＳ３と、
圧電共振層を前記底電極層上に形成し、圧電共振層から前記底電極凹み部を露出させるステップＳ４と、
第２の溝が形成される第２の犠牲層を前記圧電共振層の周囲から露出される領域に形成するステップＳ５と、
頂電極層を前記圧電共振層及び圧電共振層の周囲の一部の第２の犠牲層上に形成し、前記頂電極層の前記第２の溝に被覆される部分が頂電極凹み部を形成するステップＳ６と、
前記第２の犠牲層及び前記第１の犠牲層を除去し、前記第２の犠牲層及び前記第１の犠牲層の位置にキャビティを形成するステップＳ７と、を含む、製造方法をさらに提供する。
【0038】
【0039】
まず、図１Ａ及び図４Ａを参照し、基板を提供し、具体的には、ベース１００を提供し、ベース１００にエッチング保護層１０１を被覆する。前記エッチング保護層１０１は、熱酸化、熱窒化、熱酸窒化などの熱処理方法、又は、化学気相堆積、物理気相堆積又はアトミックレイヤデポジションなどの堆積方法など、任意の適宜なプロセス方法によって、ベース１００上に形成されてもよい。さらに、保護層１０１のエッチング厚さは、実際のデバイスプロセスのニーズに応じて合理的に設定されてもよく、ここで具体的には限定しない。
【0040】
続いて、図１Ａ、１Ｂ及び図４Ａを参照し、ホトエッチング及びエッチングプロセスにより、基板をエッチングすることにより、少なくとも１つの第３の溝１０２’を形成する。該エッチングプロセスは、湿式エッチング又は乾式エッチングプロセスであってもよく、乾式エッチングプロセスを用いることが好ましく、乾式エッチングは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、イオンビームエッチング、プラズマエッチング、又は、レーザ切断を含むがこれらに限られない。第３の溝１０２’の深さ及び形状は、全て、製造すべきバルク音響波共振器に必要なキャビティの深さ及び形状に決められ、第３の溝１０２’の横断面形状は、矩形であり、本発明の他の実施例では、第３の溝１０２’の横断面は、さらに、円形、楕円形又は矩形以外の他の多角形（五角形、六角形など）など、他の任意の適宜な形状であってもよい。
【0041】
次に、図１Ａ、１Ｂ及び図４Ｂを参照し、第１の犠牲層１０３を形成して第３溝１０２’に充填する。前記第１の犠牲層１０３は、材質が異なるとともに、下から上に積層される第１のサブ犠牲層１０３１及び第２のサブ犠牲層１０３２を含み、第１のサブ犠牲層１０３１及び第２のサブ犠牲層１０３２を設けることにより、この後に第１の溝をエッチングして形成するときに、エッチングの停止点を正確に制御し、さらに、この後に形成される底電極凹み部１０４１の凹み深さを正確に制御することができ、上記から分かるように、第２のサブ犠牲層１０３２の厚さにより、この後に形成される底電極凹み部１０４１の凹み深さが決められる。２つの方法を用いて第１の犠牲層１０３を形成してもよい。
【0042】
続いて図１Ａ、１Ｂ及び図４Ｂを参照し、第３溝１０２’に第１の犠牲層１０３を充填する１つの方法は、以下を含む。まず、気相堆積又はエピタキシャル成長プロセスにより、第１のサブ犠牲層１０３１を前記第３溝１０２’に充填し、前記第１のサブ犠牲層１０３１として選択される材料は、いくつかのプロセスにより処理された後に、ベース１００及びエッチング保護層１０１と異なる材料に変換することができ、本実施例では、前記第１のサブ犠牲層１０３１は、ベース１００と異なる半導体材料を選択し、化学気相堆積プロセスにより基板上に形成し、このとき、前記第１のサブ犠牲層１０３１は、前記第３溝１０２’に充填されるだけではなく、第３溝１０２’の周囲のエッチング保護層１０１の面に被覆され、次に、化学機械平坦化（ＣＭＰ）プロセスにより、前記第１のサブ犠牲層１０３１の頂部を前記エッチング保護層１０１の頂面まで平坦化することにより、前記第１のサブ犠牲層１０３１を第３溝１０２’のみに位置させ、続いて、第１のサブ犠牲層１０３１の材質に基づいて、酸化処理、窒化処理及びイオン注入のうちの少なくとも１種など、適宜な表面改質処理プロセスを選択し、前記第１のサブ犠牲層１０３１の頂部の所定の厚さに対して表面改質処理を行うことにより、この一部の厚さの第１のサブ犠牲層１０３１を他の材質の第２のサブ犠牲層１０３２に変換し、前記第２のサブ犠牲層１０３２及び表面改質処理されていないその下方の残りの前記第１のサブ犠牲層１０３１は、前記第３溝１０２’に満充填される第１の犠牲層を構成し、たとえば、ベース１００がＳｉベースであり、第１のサブ犠牲層１０３１がＧｅであり、エッチング保護層１０１が酸化ケイ素であると、酸素ガス雰囲気において、第１のサブ犠牲層１０３１の頂部の所定の厚さに対して酸化処理を行って、第２のサブ犠牲層１０３２として酸化ゲルマニウムに変換してもよく、第２のサブ犠牲層１０３２の厚さは、この後に形成する必要がある底電極凹み部１０４１の凹み深さに決められ、この後に、表面処理プロセスのため、充填された第１の犠牲層１０３の頂面とその周囲のエッチング保護層１０１の頂面とが面一でなくなる可能性があり、平坦な音響薄膜の後続形成に不利であり、従って、化学機械平坦化（ＣＭＰ）プロセスにより、さらに前記第２のサブ犠牲層１０３２の頂部を前記エッチング保護層１０１の頂面まで平坦化する必要があり、それにより、前記第１の犠牲層１０３の頂面とその周囲のエッチング保護層１０１の頂面とを再び面一にし、それにより、後続のプロセスに平坦な操作面を提供する。
【0043】
続いて図１Ａ、１Ｂ及び図４Ｂを参照し、第３溝１０２’に第１の犠牲層１０３を充填する他の方法は、以下を含む。まず、エピタキシャル成長プロセス、熱酸化プロセス、気相堆積プロセス又は塗布プロセスなどの適宜なプロセスにより、第１のサブ犠牲層１０３１とされる材料を前記第３溝１０２’に充填し、充填された前記第１のサブ犠牲層１０３１の材料は、当業者にとって周知される、エッチング保護層１０１及びベース１００と異なる任意の材料であってもよく、例えば、アモルファス炭素、フォトレジスト、誘電体材料（たとえば、窒化ケイ素、酸炭化ケイ素、多孔質材料など）、又は、半導体材料（たとえば、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、ゲルマニウム）などであり、このとき、形成される第１のサブ犠牲層１０３１が少なくとも前記第３溝１０２’に満充填され、次に、乾式エッチングプロセス、又は、湿式エッチングプロセスを用いて、前記第１のサブ犠牲層１０３１の材料をエッチングバックすることにより、前記第３溝１０２’以外の前記第１のサブ犠牲層１０３１の材料を除去し、前記第３溝１０２’での前記第１のサブ犠牲層１０３１の材料の頂面を前記ベース１００の頂面より低くし、前記第１のサブ犠牲層１０３１を形成し、前記エッチングバックの深さは、この後に形成する必要がある第１の溝の深さ（すなわち、底電極での底電極凹み部の凹み深さ）に決められ、続いて、エピタキシャル成長プロセス、熱酸化プロセス、気相堆積プロセス、又は、塗布プロセスなどの適宜なプロセスにより、第２のサブ犠牲層１０３２を前記第３溝１０２’に充填し、前記第２のサブ犠牲層１０３２は、前記第３溝１０２’に満充填され、材質が前記第１のサブ犠牲層１０３１と異なり、前記第２のサブ犠牲層１０３２及びその下方の前記第１のサブ犠牲層１０３１は、前記第３溝１０２’に満充填された前記第１の犠牲層１０３を形成し、第２のサブ犠牲層１０３２の材質は、たとえば、窒化ケイ素、窒素酸化ケイ素、リンシリコンガラスなどの誘電体材料であってもよい。
【0044】
図１Ａ、１Ｂ及び図４Ｃを参照し、ステップＳ２で、ホトエッチングとエッチングの組合せプロセスにより、第１の犠牲層１０３に対応する製作すべきバルク音響波共振器の有効作動領域（図４Ｈでの１０２Ａ）の外周における第２のサブ犠牲層１０３２をエッチングしてもよく、エッチングを第１のサブ犠牲層１０３１の頂面まで停止してもよいし、第１のサブ犠牲層１０３１まで停止し、さらに第１の溝１０３３を形成するように、一定のオーバーエッチングが存在してもよい。第１の溝１０３３の線幅、大きさ、形状及び位置により、この後に形成される底電極での底電極凹み部の線幅、大きさ、形状及び位置が決められる。本実施例では、第１の溝１０３３の図２ＡのＸＸ’に沿う縦断面は、いずれも台形であり、第１の溝１０３３の側壁と第２のサブ犠牲層１０３２の頂面との間の角度φ１、φ２が４５度より小さく、これによって、後続の底電極材料層の堆積に寄与し、この後に形成される底電極層の第３溝１０２’領域内での厚さ均一性をさらに向上させる。本発明の他の実施例では、第１の溝１０３３の断面形状は、さらに上から下に狭くなる球冠であってもよく、すなわち、図１ＡのＸＸ’線に沿う縦断面は、Ｕ字状である。好ましくは、前記第１の溝１０３３と前記有効作動領域１０２Ａとの間の水平距離は、第１の溝１０３３のエッチング位置合わせプロセスに許容される最小距離であり、前記第１の溝１０３３の線幅は、対応するプロセスに許容される最小線幅である。
【0045】
図１Ａ、１Ｂ及び４Ｄを参照し、ステップＳ３で、まず、予め形成される底電極の材料に応じて、適宜な方法を選択して、エッチング保護層１０１、第２のサブ犠牲層１０３２及び第１の溝１０３３の面に底電極材料層（図示せず）を被覆してもよく、たとえば、マグネトロンスパッタリング、蒸着などの物理気相堆積、又は、化学気相堆積方法によって底電極材料層を形成し、次に、底電極パターンが定義されるフォトレジスト層（図示せず）をリソグラフィプロセスで底電極材料層上に形成し、フォトレジスト層をマスクとして、前記底電極材料層をエッチングすることにより、底電極層（すなわち、残りの底電極材料層）１０４を形成し、この後に、フォトレジスト層を除去する。底電極材料層は、本分野技術において周知される任意の適宜な導電性材料又は半導体材料を用いることができ、導電性材料は、導電性を有する金属材料であってもよく、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、レニウム（Ｒｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）及びルテニウム（Ｒｕ）のうちの１種又は複数種であり、前記半導体材料は、たとえば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅＣなどである。本実施例では、底電極層（残りの底電極材料層）１０４は、この後に形成される有効作動領域１０２Ａに被覆される底電極共振部１０４２と、第１の溝１０３３に被覆される底電極凹み部１０４１と、底電極凹み部１０４１の一側から第２のサブ犠牲層１０３２の面を経由して、第３の溝１０２’の外側での一部のエッチング保護層１０１上まで延在している底電極ブリッジ部１０４０と、底電極共振部１０４２及び底電極凹み部１０４１といずれも分離される底電極の外周部１０４３とを含み、該底電極の外周部１０４３は、該領域の形成すべきバルク音響波共振器の１つの金属接点として、底電極ブリッジ部１０４０の底電極共振部１０４２と背向する側に接続されてもよいし、隣接するバルク音響波共振器の底電極ブリッジ部の一部として、底電極ブリッジ部１０４０と分離されてもよく、本発明の他の実施例では、底電極の外周部１０４３は、省略されてもよい。底電極共振部１０４２の上面形状は、五角形であってもよく、本発明の他の実施例では、四角形又は六角形などであってもよく、底電極凹み部１０４１は、底電極ブリッジ部１０４０と底電極共振部１０４２との間に設けられ、前記底電極凹み部１０４１は、前記底電極共振部１０４２の少なくとも１つの辺に沿って設けられるとともに、前記底電極共振部１０４２の対応する辺に接続され、前記底電極ブリッジ部１０４０は、前記底電極凹み部１０４１の前記底電極共振部１０４２と背向する少なくとも１つの辺、又は、少なくとも１つの角に電気的に接続され、前記底電極凹み部１０４１の対応する辺から、前記底電極凹み部１０４１の外側に被覆された第２のサブ犠牲層１０３２の頂面を経由した後に、前記第３の溝１０２’の外周における一部のエッチング保護層１０１の頂面上まで延在しており、すなわち、前記底電極凹み部１０４１は、前記底電極共振部１０４２の辺に沿って設けられるとともに、前記底電極ブリッジ部１０４０と前記底電極共振部１０４２とが位置合わせされる領域に少なくとも設けられ、たとえば、前記底電極凹み部１０４１は、前記底電極共振部１０４２の全周を囲んで、閉環構造を構成してもよく（図２Ｃを参照）、前記底電極共振部１０４２の１つの辺のみに沿って設けられてもよく、前記底電極共振部１０４２の２本又は２本以上の連続辺に沿って設けられる開環構造であってもよい（図２Ａ～２Ｂ、２Ｄを参照し）。底電極凹み部１０４１の形状、線幅及び有効作動領域１０２Ａとの間の水平距離などは、いずれも第１の溝１０３３の成形プロセスに決められる。好ましくは、前記底電極ブリッジ部１０４０は、それ自体が位置するキャビティの一部の上方において、キャビティ１０２を完全にカバーし、前記頂電極ブリッジ部１０８０の幅方向に、前記頂電極ブリッジ部１０８０と重ならないことにより、後続の膜層に対する支持力を向上させ、前記頂電極ブリッジ部１０８０と重なるため、不必要な寄生パラメータが導入されることをできるだけ回避する。底電極共振部１０４２は、無線周波数（ＲＦ）信号などの電気信号を受信又は提供する入力電極又は出力電極として用いられてもよい。本実施例では、底電極凹み部１０４１は、第１の溝１０３３に満充填されておらず、その上面が中空構造を構成し、底電極凹み部１０４１、底電極共振部１０４２、及び底電極ブリッジ部１０４０は、同じ厚さを有するが、本発明は、これに限られない。本発明の他の実施例では、底電極凹み部１０４１は、第１の溝１０３３に満充填される中実構造であってもよい。
【0046】
図１Ａ、１Ｂ及び図４Ｅを参照し、ステップＳ４で、まず、化学気相堆積、物理気相堆積又はアトミックレイヤデポジションなど、当業者にとって周知される任意の適宜な方法で圧電材料層１０５を堆積形成してもよく、次に、圧電薄膜パターンが定義されたフォトレジスト層（図示せず）をリソグラフィプロセスで圧電材料層１０５上に形成し、フォトレジスト層をマスクとして、前記圧電材料層１０５をエッチングすることにより、圧電共振層１０５１を形成し、この後に、フォトレジスト層を除去する。前記圧電材料層１０５の材料は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、セキエイ（Ｑｕａｒｔｚ）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ3）、又は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）など、ウルツ鉱型結晶構造を有する圧電材料及びそれらの組合せを用いてもよい。圧電材料層１０５は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含むと、さらに、希土類金属を含んでもよく、例えば、スカンジウム（Ｓｃ）、エルビウム（Ｅｒ）、イットリウム（Ｙ）及びランタン（Ｌａ）のうちの少なくとも１種である。また、圧電材料層１０５は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含むと、さらに、遷移金属（例えば、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）及びハフニウム（Ｈｆ）のうちの少なくとも１種）を含んでもよい。パターニングした後に残りの圧電材料層１０５は、相互に分離される圧電共振層１０５１と圧電外周部１０５０とを含み、圧電共振層１０５１は、底電極共振部１０４２上に位置し、底電極凹み部１０４１が露出され、底電極共振部１０４２に完全に被覆されてもよいし、又は、部分的に被覆されてもよい。圧電共振層１０５１の形状は、底電極共振部１０４２の形状と同じであってもよく、異なってもよく、その上面形状は、五角形であってもよく、四角形、六角形、七角形、又は、八角形などの他の多角形であってもよい。圧電外周部１０５０と圧電共振層１０５１との間に隙間を形成することにより、底電極凹み部１０４１及び前記底電極共振部１０４２の周囲の第２のサブ犠牲層１０３２を露出させ、形成される隙間によって、後続の第２の犠牲層の形成領域を制限し、また、後続の第２の溝の形成に平坦なプロセス面を提供し、圧電外周部１０５０は、この後に形成される頂電極の外周部と、この前に形成される底電極の外周部１０４３とを分離させることを実現し、また、後続の第２の犠牲層及び頂電極の形成に平坦なプロセス面を提供することができる。
【0047】
図１Ａ、１Ｂ及び図４Ｆを参照し、ステップＳ５で、まず、コーティングプロセスや気相堆積プロセスなどの適宜なプロセスにより、圧電外周部１０５０、圧電共振層１０５１、及び圧電外周部１０５０と圧電共振層１０５１との間の隙間に第２の犠牲層１０６を被覆してもよく、第２の犠牲層１０６が圧電外周部１０５０と圧電共振層１０５１との間の隙間を満充填することができ、該第２の犠牲層１０６の材料は、アモルファス炭素、フォトレジスト、誘電体材料（たとえば、窒化ケイ素、酸炭化ケイ素、多孔質材料など）、又は、半導体材料（たとえば、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、ゲルマニウム）などから選択される少なくとも１種であってもよく、第２の犠牲層１０６の材質が第１の犠牲層１０３と異なることが好ましく、第２の溝１０７を形成する後続のエッチングプロセスにおいて、第１の犠牲層１０３の頂面をエッチング停止点として用い、さらにこの後に形成される第２の溝１０７の深さを制御することができ、次に、ＣＭＰプロセスにより第２の犠牲層１０６に対して頂部平坦化を行うことにより、第２の犠牲層１０６を圧電外周部１０５０と圧電共振層１０５１との間の隙間のみに充填し、圧電外周部１０５０、圧電共振層１０５１及び第２の犠牲層１０６が平坦な上面を構成する。本発明の他の実施例では、エッチングバックプロセスにより、圧電外周部１０５０及び圧電共振層１０５１の上面上の第２の犠牲層１０６を除去することにより、圧電外周部１０５０と圧電共振層１０５１との間の隙間のみに充填してもよい。次に、リソグラフィプロセス、又は、ホトエッチングとエッチングの組合せプロセスにより、第２の犠牲層１０６をパターニングし、第２の溝１０７を形成し、第２の溝１０７の形状、大きさ及び位置などにより、この後に形成される頂電極凹み部の形状、大きさ及び位置などが決められる。好ましくは、第２の溝１０７の側壁は、圧電共振層１０５１が位置する平面に対して、傾斜した側壁であり、第２の溝１０７の側壁と圧電共振層１０５１の頂面との間の角度θ１、θ２がいずれも４５度以下であり、これによって、この後に頂電極凹み部１０８１に材料を被覆することに寄与し、切断の発生を回避し、厚さ均一性を向上させるに寄与する。さらに好ましくは、第２の溝１０７の線幅は、対応するプロセスに許容される最小線幅であり、第２の溝１０７と前記圧電共振層１０５１との間の水平距離は、対応するプロセスに許容される最小距離であり、これによって、好ましい横波遮断効果を実現するとともに、デバイスのサイズの減少に寄与する。本発明の他の実施例では、第２の溝１０７と第１の溝１０３３とは、垂直方向に全然重ならないとき、第２の犠牲層１０６をエッチングした後に、形成される第２の溝１０７の底面を第１の犠牲層１０３の所定の厚さまで停止するように、一定のオーバーエッチングが存在してもよく、例えば、第２の溝１０７が第１のサブ犠牲層１０３１の頂面と面一にされ、これによって、この後に形成される頂電極凹み部１０８１は、底電極凹み部１０４１で囲まれていない圧電共振層１０５１の辺の部分を補い、頂電極凹み部１０８１と底電極凹み部１０４１の組合せが圧電共振層１０５１の全周を囲むことができる。本発明の他の実施例では、第２の犠牲層１０６及び第２の溝１０７の形成については、ステップＳ１～Ｓ２での第１の犠牲層１０３及び第１の溝１０３３の形成方法を参照することができ、ここで詳しく説明しない。
【0048】
図１Ａ、図１Ｂ及び図４Ｇを参照し、ステップＳ６で、まず、予め形成された頂電極の材料に基づいて、適宜な方法を選択し、圧電外周部１０５０、圧電共振層１０５１、第２の犠牲層１０６及び第２の溝１０７の面に頂電極材料層（図示せず）を被覆してもよく、たとえば、マグネトロンスパッタリング蒸着などの物理気相堆積、又は、化学気相堆積方法によって、頂電極材料層を形成してもよく、頂電極材料層は、各位置で厚さが均一であってもよく、次に、頂電極パターンが定義されたフォトレジスト層（図示せず）をリソグラフィプロセスで頂電極材料層上に形成し、フォトレジスト層をマスクとして、前記頂電極材料層をエッチングすることにより、頂電極層（すなわち、パターニングされた頂電極材料層、又は、残りの頂電極材料層）１０８を形成し、この後に、フォトレジスト層を除去する。頂電極材料層は、本分野技術において周知される任意の適宜な導電性材料又は半導体材料を用いてもよく、導電性材料は、導電性を有する金属材料であってもよく、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｒｈ及びＲｕのうちの１種又は複数種などであり、前記半導体材料は、たとえば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅＣなどである。本実施例では、頂電極層１０８は、圧電共振層１０５１上に被覆される頂電極共振部１０８２と、第２の溝１０７上に被覆される頂電極凹み部１０８１と、頂電極凹み部１０８１から、一部の第２の犠牲層１０６の頂面を経由して、頂電極凹み部１０８１の外側の圧電外周部１０５０上まで延在している頂電極ブリッジ部１０８０と、頂電極共振部１０８２及び頂電極凹み部１０８１といずれも分離される頂電極の外周部１０８３とを含み、該頂電極の外周部１０８３は、該領域の形成すべきバルク音響波共振器の１つの金属接点として、頂電極ブリッジ部１０８０の頂電極共振部１０８２と背向する一側に接続されてもよく、隣接するバルク音響波共振器の頂電極ブリッジ部の一部として、頂電極ブリッジ部１０８０と分離されてもよく、本発明の他の実施例では、頂電極の外周部１０８３は省略されてもよい。頂電極共振部１０８２の上面形状は、圧電共振層１０５１の形状と同じであってもよく、異なってもよく、その上面形状がたとえば五角形であり、圧電共振層１０５１を頂電極共振部１０８２と底電極共振部１０４２との間に完全に挟み込むように、頂電極共振部１０８２の面積が圧電共振層１０５１より大きいことが好ましく、それにより、デバイスのサイズの減少及び寄生パラメータの低減に寄与する。本発明の他の実施例では、頂電極共振部１０８２の形状は、さらに四角形、六角形、七角形、又は、八角形などの多角形であってもよい。頂電極層１０８は、無線周波数（ＲＦ）信号などの電気信号を受信又は提供する入力電極、又は、出力電極として用いられてもよい。たとえば、底電極層１０４が入力電極として用いられると、頂電極層１０８が出力電極として用いられてもよく、底電極層１０４が出力電極として用いられると、頂電極層１０８が入力電極として用いられてもよく、圧電共振層１０５１は、頂電極共振部１０８２又は底電極共振部１０４２を介して入力された電気信号をバルク音響波に変換する。たとえば、圧電共振層１０５１は、物理振動により電気信号をバルク音響波に変換する。頂電極凹み部１０８１は、前記頂電極共振部１０８２の少なくとも１つの辺に沿って設けられるとともに、前記頂電極共振部１０８２の対応する辺に接続され、すなわち、前記頂電極凹み部１０８１は、前記頂電極共振部１０８２の辺に沿って設けられるとともに、前記頂電極ブリッジ部１０８０と前記頂電極共振部１０８２とが位置合わせされる領域に少なくとも設けられ、たとえば、頂電極凹み部１０８１は、前記頂電極共振部１０８２の全周を囲んで、閉環構造を構成し（図２Ｃ及び２Ｄに示すように）、またたとえば、頂電極凹み部１０８１は、前記頂電極共振部１０８２の複数の連続辺において延在することにより、開環構造を構成する（図２Ａ及び２Ｂに示す）、前記頂電極ブリッジ部１０８０は、前記頂電極凹み部１０８１の前記頂電極共振部１０８２と背向する側に電気的に接続され、前記頂電極凹み部１０８１上から、一部の第２の犠牲層１０６の頂面を経由して、第３の溝１０２’の外側の一部のエッチング保護層１０１の頂面まで延在しており、前記頂電極ブリッジ部１０８０と前記底電極ブリッジ部１０４０とは、相互にずれ（すなわち、両者がキャビティ１０２の領域において重ならない）、前記頂電極ブリッジ部１０８０及び前記底電極ブリッジ部１０４０のそれぞれから、第３の溝１０２’の少なくとも１つの辺が露出される。本発明の一実施例では、図２Ａ及び図２Ｂを参照し、前記第３の溝１０２’の底面に垂直な方向に、前記頂電極凹み部１０８１が前記底電極ブリッジ部１０４０の前記底電極凹み部１０４１に面する辺と重ならず、前記底電極凹み部１０４１が前記頂電極ブリッジ部１０８０の前記頂電極凹み部１０８１に面する辺と重ならない。前記頂電極ブリッジ部１０８０と前記底電極ブリッジ部１０４０との前記第３の溝１０２’の底面での投影は、ちょうど接続されるか、又は、相互に分離され、前記頂電極ブリッジ部１０８０は、前記第３の溝１０２’の１本の辺のみの外周における一部の基板の上方まで延在してもよい。
【0049】
図１Ａ、１Ｂ及び図４Ｈを参照し、ステップＳ７で、ホトエッチングとエッチングプロセス、又は、レーザ切断との組合せプロセスにより、圧電外周部１０５０の第３の溝１０２’に面する辺、又は、バルク音響波共振器のデバイス領域の外周に穴を開けてもよく、一部の１０３、一部の第２の溝１０７又は第２の溝１０７に露出される第２の犠牲層１０６のうちの少なくとも１つを露出可能な開放穴（図示せず）を形成し、次に、前記開放穴にガス及び／又は薬液を導入することにより、前記第２の溝１０７、前記第２の犠牲層１０６、及び前記第１の犠牲層１０３を除去し、さらに第３の溝を改めて空にすることにより、キャビティ１０２を形成し、該キャビティ１０２は、底電極凹み部１０４１で制限される第３の溝１０２’の空間と、頂電極凹み部１０８１で増加される空間と、頂電極凹み部１０８１の下方において、元々第２の犠牲層１０６で占有された空間とを含む。キャビティ１０２の上方に浮くとともに、順に積層される底電極共振部１０４２、圧電共振層１０５１及び頂電極共振部１０８２は、独立したバルク音響薄膜を構成し、底電極共振部１０４２、圧電共振層１０５１、頂電極共振部１０８２及びキャビティ１０２が垂直方向に沿ってお互いに重なる部分は、有効領域であり、有効作動領域１０２Ａとして定義され、該有効作動領域１０２Ａは、無線周波数信号などの電気エネルギーを底電極共振部１０４２及び頂電極共振部１０８２に印加するとき、圧電共振層１０５１において生じた圧電現象のため、圧電共振層１０５１の厚さ方向（すなわち、縦方向）に振動及び共振が発生し、キャビティ１０２の他の領域は、無効領域１０２Ｂであり、該無効領域１０２Ｂは、電気エネルギーを頂電極層１０８及び底電極層１０４に印加しても、圧電現象のため共振しない領域である。有効作動領域１０２Ａの上方に浮くとともに、順に積層される底電極共振部１０４２、圧電共振層１０５１及び頂電極共振部１０８２で構成されるバルク音響薄膜は、圧電共振層１０５１の圧電現象の振動に対応する共振周波数の無線周波数信号を出力することができる。具体的には、電気エネルギーを頂電極共振部１０８２と底電極共振部１０４２に印加するとき、圧電共振層１０５１において生じた圧電現象により、バルク音響波を生じる。この場合、生じたバルク音響波は、望ましい縦波のほか、寄生横波もあり、該横波が頂電極凹み部１０８１及び底電極凹み部１０４１で遮断され、有効作動領域１０２Ａに制限され、キャビティの外周における膜層に伝播されることを防止し、これによって、横波がキャビティの外周における膜層に伝播することによる音響波損失を改善し、それにより、共振器の品質係数を向上させ、最終的にデバイスの性能を向上させることができる。
【0050】
なお、ステップＳ７は、形成すべきキャビティ１０２の上方の全ての膜層が製作された後に、実行されてもよく、これによって、続いて、第１の犠牲層１０３及び第２の犠牲層１０６を用いて、キャビティ１０２が位置する空間及びその上に形成される底電極層１０４～頂電極層１０８で積層される膜層構造を保護することができ、キャビティ１０２が形成された後に、続いて後続のプロセスを行うときに引き起こされるキャビティの崩れリスクを回避する。また、ステップＳ７で形成される開放穴は、残されてもよく、それにより、後続の２つの基板の結合などのパッケージングプロセスで開放穴を密封し、さらにキャビティ１０２を密閉することができる。
【0051】
なお、上記各実施例のバルク音響波共振器の製造方法のステップＳ１で、基板をエッチングして第３の溝１０２’を形成し、第３の溝１０２’を充填するプロセスにより、第１の犠牲層１０３を一部の基板上に形成することにより、ステップＳ７で形成されるキャビティ１０２は、底部全体が前記基板に凹んだ溝構造であるが、本発明の技術的解決手段は、これに限られない。本発明の他の実施例のステップＳ１で、さらに膜層堆積とホトエッチング及びエッチングとの組み合わせプロセスにより、基板上に突設される第１の犠牲層１０３を形成することにより、ステップＳ７で形成されるキャビティ１０２は、全体が前記基板面に突設されるキャビティ構造になり、具体的には、図２Ｅ及び図５を参照し、ステップＳ１で、提供される基板に、キャビティ１０２を製作するための第３溝１０２’を形成せずに、まず、ベース１００の面のエッチング保護層１０１に第１のサブ犠牲層１０３１及び第２のサブ犠牲層１０３２を順に被覆し、第１のサブ犠牲層１０３１及び第２のサブ犠牲層１０３２の形成プロセスは、上記実施例を参照することができ、すなわち、異なる材質の２層の膜層を連続的に堆積するプロセス、又は、予め堆積された厚い膜層の頂部の所定の厚さに対して材質変換を行うプロセスにより、積層される第１のサブ犠牲層１０３１及び第２のサブ犠牲層１０３を形成し、次にホトエッチングとエッチングの組合せプロセスにより、第２のサブ犠牲層１０３２及び第１のサブ犠牲層１０３１をパターニングし、対応するキャビティ１０２の領域に被覆される第２のサブ犠牲層１０３２及び第１のサブ犠牲層１０３１のみを残し、さらに第１の犠牲層１０３を一部の基板上に形成し、該第１の犠牲層１０３は、上から下に広くなる構造であってもよく、第１の犠牲層１０３の厚さにより、この後に形成されるキャビティ１０２の深さが決められる。該実施例では、形成される底電極の外周部１０４３、底電極ブリッジ部１０４０、圧電外周部１０５０、頂電極の外周部１０８３、頂電極ブリッジ部１０８０の対応する側壁は突出する第１の犠牲層１０３に適応するように変形し、縦断面がいずれも「Ｚ」字状構造になる必要があるほか、後続のステップは、図４Ａ～図４Ｈに示す実施例のバルク音響波共振器の製造方法での対応する部分と完全に同じであり、ここで詳しく説明しない。
【0052】
本発明のバルク音響波共振器は、好ましくは、本発明のバルク音響波共振器の製作方法を用いることで、底電極ブリッジ部、底電極凹み部及び底電極共振部を同じプロセスで製作し、頂電極ブリッジ部、頂電極凹み部及び頂電極共振部を同じプロセスで製作し、さらにプロセスを簡略化し、製作コストを低減させる。
【0053】
当然ながら、当業者は、本発明の要旨および範囲から逸脱することなく、本発明に対して様々な変更および修正を行うことができる。このように、本発明のこれらの修正および変形が本発明の特許請求の範囲およびそれらの同等の技術の範囲に属すると、本発明はこれらの修正および変形を含むことを意図する。
【符号の説明】
【0054】
１００ ベース
１０１ エッチング保護層
１０２ キャビティ
１０２’ 第３の溝
１０２Ａ 有効作動領域
１０２Ｂ 無効領域
１０３ 第１の犠牲層
１０３１ 第１のサブ犠牲層
１０３２ 第２のサブ犠牲層
１０３３ 第１の溝
１０４ 底電極層（すなわち、残りの底電極材料層）
１０４０ 底電極ブリッジ部
１０４１ 底電極凹み部
１０４２ 底電極共振部
１０４３ 底電極の外周部
１０５ 圧電材料層
１０５０ 圧電外周部
１０５１ 圧電共振層（又は、圧電共振部と呼称される）
１０６ 第２の犠牲層
１０７ 第２の溝
１０８ 頂電極層（すなわち、残りの頂電極材料層）
１０８０ 頂電極ブリッジ部
１０８１ 頂電極凹み部
１０８２ 頂電極共振部
１０８３ 頂電極の外周部
１０１ エッチング保護層
１０２ キャビティ
１０２’ 第３の溝
１０２Ａ 有効作動領域
１０２Ｂ 無効領域
１０３ 第１の犠牲層
１０３１ 第１のサブ犠牲層
１０３２ 第２のサブ犠牲層
１０３３ 第１の溝
１０４ 底電極層（すなわち、残りの底電極材料層）
１０４０ 底電極ブリッジ部
１０４１ 底電極凹み部
１０４２ 底電極共振部
１０４３ 底電極の外周部
１０５ 圧電材料層
１０５０ 圧電外周部
１０５１ 圧電共振層（又は、圧電共振部と呼称される）
１０６ 第２の犠牲層
１０７ 第２の溝
１０８ 頂電極層（すなわち、残りの頂電極材料層）
１０８０ 頂電極ブリッジ部
１０８１ 頂電極凹み部
１０８２ 頂電極共振部
１０８３ 頂電極の外周部
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図4F】
【図4G】
【図4H】
【図5】