積層された2種の異なる圧電材料を備えるBAW部品、当該BAW部品用の積層体、及び当該BAW部品の製造方法

本発明は、例えば、移動通信装置用のRFフィルタに用いられるようなBAW部品、当該BAW部品用の積層体、及び当該BAW部品の製造方法に関する。

移動通信装置の小型化に向けての現在の動向は、より小さな電子部品及び電気音響部品を要求するものである。BAW(Bulk Acoustic Wave、バルク音波)部品は、RFフィルタ、例えば移動通信装置のフロントエンドモジュールにおけるデュプレクサに用いることが可能である。一般的にデュプレクサは、TX(送信)フィルタ及びRX(受信)フィルタを備えている。これらTXフィルタ及びRXフィルタは、近接するが異なる通過帯域を有したバンドパスフィルタである。BAWバンドパスフィルタの通過帯域を決定する重要な要素は、フィルタの共振子における2つの電極層の間に配置された圧電材料の厚み、及び共振子の質量負荷である。

従来のBAWデュプレクサの一形式として、TXフィルタとRXフィルタとで圧電材料の厚みが異なるものがある。この場合、これら2つのフィルタは、異なる工程で、異なる支持基板上に製造される。

別の形式の従来のBAWデュプレクサは、例えば上部電極上に設けられた付加的な層などの付加的質量体を有しており、このような質量体を、選択したいくつかの共振子に積み重ねて設けることにより、共振周波数を低下させている。

これらの形式のBAWデュプレクサの製造方法は、いずれも、比較的複雑で、費用がかかり、誤りが生じやすい。特に、異なる支持基板上にTXフィルタとRXフィルタとを有するような従来のデュプレクサは、小型化に向けての努力に反するものとなる。

同じ基板上に2つのBAW積層体を容易に配置して、小型化したBAWフィルタが得られるようなBAW部品、及び、製造方法の改善により、優れた部品の利点を増大可能な構成のBAW部品が必要とされている。更に、BAW部品用の積層体、及びBAW部品の製造方法が求められている。

従って、本発明の目的は、改善されたBAW部品、BAW部品用の積層体、及びBAW部品の製造方法を提供することにある。

独立請求項に記載の発明は、上述したような問題点の解決策を提供するものである。また、従属請求項に記載の発明は、好ましい態様を提供するものである。

BAW部品は、下部電極、上部電極、及び下部電極と上部電極との間に設けられた積層体を有する第1BAW共振子を備える。積層体は、第1圧電材料を有する第1層と、第2圧電材料を有する第2層とを備える。第1圧電材料は、第2圧電材料とは異なる。

積層体におけるこれら2つの異なる圧電材料は、物理的特性及び化学的特性の少なくとも一方が異るものとすることができる。第1BAW共振子は、下部電極と上部電極との間に第1圧電材料または第2圧電材料が設けられた第2BAW共振子に隣接して、支持基板上に配置することが可能である。第2BAW共振子の圧電材料の厚みは、第1BAW共振子における同じ圧電材料の層の厚みと等しくすることができる。この場合、第1BAW共振子は、第2BAW共振子には設けられていない圧電材料の層が存在することにより、共振周波数を異ならせ、異なる通過帯域を設けることが可能である。

このようなBAW部品は、以下に述べるような原子構造の高品質材料を用いて製造することが可能である。

一態様において、第1BAW共振子は、下部電極と上部電極との間に第1圧電材料が設けられた第2BAW共振子に隣接して、支持基板上に配置される。第1BAW共振子と第2BAW共振子とは、第1圧電材料を有する層の厚みが等しい。

一態様において、BAW部品は、更に支持基板と第2BAW共振子とを備える。第1BAW共振子と第2BAW共振子とは、同じ支持基板上に配置される。

一態様において、第1BAW共振子の積層体は、第1の厚みを有し、第2BAW共振子は、第1の厚みとは異なる第2の厚みを有した圧電材料層を備える。

厚い方の圧電材料層を有したBAW共振子を、低い方の通過帯域を有するフィルタに用い、薄い方の圧電材料層を有したBAW共振子を、高い方の通過帯域を有するフィルタに用いることができる。従って、第1BAW共振子をTXフィルタに用い、第2BAW共振子をRXフィルタに用いることが可能である。

一態様において、第1圧電材料と第2圧電材料とは、同じエッチング剤に対して異なるエッチング選択比を有する。

これにより、双方の共振子が備える圧電材料を、同一工程で同じ厚さに積層させることが可能となる。第1BAW共振子に設けられるもう一方の圧電材料は、両方の共振子の領域に積層させることが可能である。その後に、第1BAW共振子の領域をレジスト層で覆い、エッチング剤により食刻することで、このもう一方の圧電材料を第2BAW共振子の領域から除去することができる。第1圧電材料は、エッチング剤に対してエッチング停止層として機能する。このエッチング工程の後、双方の共振子の圧電材料の上に、それぞれ上部電極が配置される。

一態様において、エッチング剤は、ウエットエッチング用のエッチング剤である。

一態様において、エッチング剤は、フォトリソグラフィ工程でも使用可能な無金属イオン現像液である。エッチング剤は、湿潤剤に混合された2.36%の水酸化テトラメチルアンモニウムを含むようにすることが可能である。

一態様において、エッチング剤は、ドライエッチング用のエッチング剤である。

一態様において、第1圧電材料は、Sc(スカンジウム)ドープAlN(窒化アルミニウム)であり、第2圧電材料は、AlN(窒化アルミニウム)である。

従って、BAW部品の積層体は、ScドープAlNを有する第1層と、AlNを有する第2層とを備えていてもよい。

これ以外に第1圧電材料または第2圧電材料に使用することが可能な材料は、GaAs(ガリウムヒ素)、ZnO(酸化亜鉛)、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)、及びKNN((K_(1-x)Na_x)NbO₃、但し、Kはカリウム、Naはナトリウム、Nbはニオブ、Oは酸素)である。

ScドープAlN(Sc_xAl_(1-y)N)のドーピングレベルは、yが概ねxと等しい状態で、1%≦x≦25%とすることができ、特に、5%≦x≦7%とすることが可能である。

一態様において、BAW部品は、デュプレクサであり、第1BAW共振子は、当該デュプレクサにおけるTXフィルタの共振子である。

BAW部品は、ブラッグミラー(Bragg Mirror)を基にした部品、または音響エネルギを閉じ込めるために積層体の下方に形成されたキャビティを有するFBAR(圧電薄膜共振子)部品とすることが可能である。

例えばレバー構造を有したMEMS部品など、更なる変形も可能である。例えば、圧電MEMSスイッチを備えた部品とすることも可能である。また、複数のスイッチを有する部品とすることも可能である。2つのスイッチを備えた態様では、両方のスイッチを単一の支持基板に形成することが可能である。第1カンチレバーが1つの圧電材料層を有する一方、第2カンチレバーが2つの圧電材料層を有するようにすることができる。従って、互いに異なる閉動電圧を有した2つのスイッチを、同一の支持基板上に形成することが可能である。

BAW部品の製造方法は、 下部電極を用意する工程と、 前記下部電極の上または上方に、第1圧電材料を配置する工程と、 前記第1圧電材料の上または上方に、前記第1圧電材料とは異なる第2圧電材料を配置する工程と、 前記第2圧電材料の上または上方に、上部電極を配置する工程と を備える。

これらの工程により、第1BAW共振子を形成することが可能である。第1BAW共振子に隣接して第2BAW共振子を形成することが可能であり、この場合、第1BAW共振子を形成するための、 下部電極を用意する工程と、 前記下部電極の上または上方に、第1圧電材料を配置する工程と の2つの工程を、第2BAW共振子の形成にも利用することができる。

第1BAW共振子の上にだけ第2圧電材料を配置するため、例えばレジスト層を用いるなどして、更にフォトリソグラフィ工程を適用することが可能である。

一態様において、上記の製造方法は、 前記上部電極を配置する前に、予め特定した領域にある第2圧電材料を除去する工程を更に備え、 前記予め特定した領域にある前記第1圧電材料の上または上方、及び前記予め特定した領域に近接する領域における第2圧電材料の上または上方に、前記上部電極を配置する。

この予め特定した領域は、第2BAW共振子の領域であり、予め特定した領域に近接した領域は、第1BAW共振子の領域である。

BAW部品やBAWデュプレクサを製造するための他の方法に比べ、本発明の方法により、例えば電気音響結合係数κ²などのパラメータが改善されるというような、優れた電気音響特性が得られる、高品質の層を有した積層構造がもたらされる。

このようなBAW部品は、他の共振子とは異なる共振周波数を有したBAW共振子を得るために利用することができる。異なる共振周波数は、デュプレクサにおけるTXフィルタ及びRXフィルタに必要となり得るものである。しかしながら、そのような共振周波数における違いは、直列腕共振子が、並列腕共振子とは異なる共振周波数を有する必要があるようなラダー型フィルタ構成においても必要となり得る。ラダー型フィルタ構成において、並列腕共振子の反共振周波数が、直列腕共振子の共振周波数と概ね一致する場合に、バンドパスフィルタが得られる。並列腕共振子の共振周波数が、直列腕共振子の反共振周波数と一致する場合には、ノッチフィルタからなる帯域阻止フィルタが得られる。

第1圧電材料に関わる積層工程、及び第2圧電材料に関わる積層工程の2つの工程は、それぞれ該当箇所に対して実施することも可能であり、或いは真空破壊を用いて行うことも可能である。それぞれの積層工程の際に真空破壊を用いた場合であっても、良好な層の品質が得られる。

積層体Lを有した基本的なBAW共振素子の積層体を示す図である。

2つのBAW共振素子の積層体を有したBAW部品を示す図である。

音響ミラーを備えたBAW部品の構成要素を示す図である。

製造工程の1つを示す図である。

製造工程の1つを示す図である。

製造工程の1つを示す図である。

最終の製造工程を示す図である。

異なる閉動電圧の圧電スイッチを有する部品を示す図である。

BAW部品、積層体、及び製造方法のそれぞれの例、並びにそれぞれの作動原理は、概要図に示されている。

図1は、下部電極BEと上部電極TEとの間に積層体Lを備えたBAW部品BAWCを示す図である。積層体Lは、第1圧電材料PM1を有した第1層と、第2圧電材料PM2を有した第2層とを備える。第2圧電材料PM2は、第1圧電材料PM1と上部電極TEとの間に配置されている。第1圧電材料PM1は、第2圧電材料PM2とは異なる。これにより、共通の支持基板上に、それぞれの共振周波数が異なる複数のBAW共振子を有した高品質のBAW部品を得ることができる。

図2は、第1BAW共振子BAWR1が第2BAW共振子BAWR2に隣接して配置されたBAW部品BAWCを示す図である。これら2つの共振子は、いずれも1つの支持基板CSの上または上方に配置することが可能である。これら2つの共振子は、いずれも、下部電極BE、上部電極TE、及び第1圧電材料PM1を備え、第1BAW共振子BAWR1のみが、第2圧電材料PM2を備えている。第1BAW共振子BAWR1の圧電材料の方が、第2BAW共振子BAWR2の圧電材料よりも厚くなっている。従って、これら2つの共振子は、実行が容易な製造工程により、共通の支持基板CSの上または上方に、互いに隣り合うように製造することが可能であるにもかかわらず、互いに異なる共振周波数を有する。

図3は、上部電極を省略し、BAW部品BAWCの主要構成部材を示す図である。2つの共振子用積層体は、それぞれの音響ミラーAMの上に配置されている。音響ミラーAMは、高い音響インピーダンスと低い音響インピーダンスとを交互に有した層構造を備えている。音響ミラーAMは、音響エネルギを閉じ込めて、それぞれの共振子の共振モードを確立可能とするものである。

図4は、いくつかの製造工程の1つにおける一段階を示す図であって、この工程では、共通の支持基板CSの上に、2つの共振子用積層体が互いに隣り合って配置される。下部電極を積層して構造化した後、それぞれの共振子用積層体に対応する下部電極の上に、第1圧電材料PM1が積層されて構造化される。

1以上の層を構造化することは、必ずしも必要ではない。

図5は、いくつかの製造工程の更なる一工程を示す図であり、この工程では、第1圧電材料PM1の上に、第2圧電材料PM2が配置される。但し、第2圧電材料PM2は、共振子用積層体の一方のみに必要なものであり、他方の共振子用積層体からは除去する必要がある。

そこで、図6は、第1BAW共振子の積層体の上にレジスト膜RESが配置される工程を示している。レジスト膜RESによって、後に第1BAW共振子BAWR1を構成する積層体が保護される一方、図の左側に示すように、後に第2BAW共振子BAWR2を構成するもう一方の共振子用積層体から第2圧電材料PM2が除去される。異なる圧電材料の異なる特性により、エッチング剤が左側の第2圧電材料を食刻し、この第2圧電材料PM2が完全に除去されると、エッチング処理が終了するようになっている。左側の共振子用積層体の第1圧電材料の上面は、この工程におけるエッチング停止面となる。

図7は、最終の製造工程を示す図であり、この工程では、それぞれの共振子用積層体の上に、上部電極TEが積層され構造化される。

図8は、第1圧電材料PM1及び第2圧電材料PM2を備えた積層体が、下部電極BEと上部電極TEとの間に配置されて、カンチレバー状のスイッチSW1を形成しているBAW部品を示す図である。このようなスイッチSW1は、第2圧電材料PM2を有していないスイッチSW2に隣接して配置されている。このように2つのスイッチを異なる構成とすることにより、異なる閉動電圧とすることが可能となる。

BAW部品、BAW部品用の積層体、及びBAW部品の製造方法のいずれも、上述した実施形態や図中に示す実施形態に限定されるものではない。更なる材料もしくは層を備えた部品、積層体もしくは製造方法、更なる共振子を備えた部品、または更なる積層工程、エッチング工程、もしくはこれら工程の組み合わせを備えた製造方法も、本発明によって構成されるものである。

AM 音響ミラー BAWC BAW部品 BAWR1 第1BAW共振子 BAWR2 第2BAW共振子 BE 下部電極 CS 支持基板 L 積層体 PM1 第1圧電材料 PM2 第2圧電材料 RES レジスト膜 SW1 スイッチ SW2 スイッチ TE 上部電極