专利名称：谐振器、滤波器以及谐振器的制造技术
方法
技术领域：
本发明一般涉及谐振器、滤波器以及制造谐振器的方法，尤其涉及压电谐振器、具有该压电谐振器的高频滤波器以及该谐振器的制造方法。具体地，本发明涉及谐振频率的调整技术。
背景技术：
随着无线通信设备(例如移动电话)的迅速增长，对由小型轻质谐振器以及上述谐振器的组合构成的滤波器的需求日益增加。迄今为止，通过利用压电材料表面上产生的表面声波(下文称为SAW)，作为压电元件的SAW谐振器或具有该SAW谐振器的SAW滤波器已经用于过滤作为电信号的特定谐振频率分量。近来，因为压电薄膜谐振器具有良好的高频特性，并且能够被设计为较小的尺寸并具有单片结构，所以压电薄膜谐振器以及具有这种压电薄膜谐振器的滤波器正在日益受到关注。
将上述压电薄膜谐振器分为两种类型，FBAR(薄膜腔声谐振器)和SMR(固态装配谐振器)。FBAR包括层叠在诸如硅或玻璃的基板上的上电极膜、压电膜和下电极膜的层叠结构。在面对上电极膜的下电极膜的正下方设置孔或腔来限制弹性能量(elastic energy)。通过对基板表面上设置的牺牲层(sacrifice layer)进行湿法刻蚀或者从硅基板的背面进行湿法刻蚀或干法刻蚀来形成该腔。另一方面，SMR具有声反射膜结构，代替了上述孔，在声反射膜结构中高声阻膜和低声阻膜以λ/4的膜厚交替层叠，其中λ为声波的波长。
可以使用铝(Al)、铜(Cu)、钼(Mo)、钨(W)、钽(Ta)、铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)和铱(Ir)作为压电薄膜谐振器中的电极膜。可以使用氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)和钛酸铅(PbTiO3)作为压电膜。
可以在压电薄膜谐振器中的上电极与下电极之间施加高频电压作为电信号，然后由于上电极与下电极之间设置的压电膜中的逆压电效应而激发出声波。由于压电效应，将声波产生的偏移(deviation)转换成电信号。将该声波完全反射到上电极膜和下电极膜的表面上，这些表面分别与空气接触。该声波为在压电膜的厚度方向上具有主要位移的纵模振动波。可以利用上述谐振效应获得具有所需频率特性的谐振器或滤波器。
例如，在FBAR型压电薄膜谐振器上，在频率H＝nλ/2处出现谐振，其中H表示形成在孔上的以上电极膜、压电膜和下电极膜为主要部件的层叠结构的总厚度，λ表示声波的波长。因此，nλ/2表示波长λ一半的整数倍(n倍)。这里，在将V设为由压电膜材料决定的声波的传播速度的情况下，谐振频率F＝nW(2H)。可以由层叠结构的总厚度H控制谐振频率F。
在通过排列多个上述压电薄膜谐振器来设计滤波器的情况下，以下几点至关重要。首先，排列在单个基板或晶片上的多个压电薄膜谐振器的谐振频率必须互相略不相同，通常差百分之几。实现上述谐振频率的调整称为Δf调整处理。下面，将第一谐振器定义为在Δf调整处理中改变其谐振频率的谐振器，将第二谐振器定义为在Δf调整处理中不改变其谐振频率的谐振器。其次，必须通过控制上述谐振器的频率来精确调整滤波器的中心频率。例如，由多个第一谐振器和第二谐振器构成的滤波器可能由于形成薄膜层叠结构的精确程度而具有与设计值有偏差的中心频率。因此，必须将滤波器的中心频率调整到设计值。
如上所述，对具有多个压电薄膜谐振器的高精度滤波器，至少需要调整两次谐振频率。
如上所述，应当考虑到以下几点来制造压电薄膜谐振器和具有该压电薄膜谐振器的滤波器。首先，应当在单个基板或晶片上制造第一谐振器和第二谐振器，并且应当在Δf调整处理中精确地调整各个第一谐振器的谐振频率。其次，应当精确调整具有多个第一谐振器和第二谐振器的滤波器的中心频率。
公知地，谐振器的谐振频率与薄膜层叠结构的厚度(重量)成反比。也就是说，薄膜层叠结构越厚(越重)，谐振频率往往越低。薄膜层叠结构越薄(越轻)，谐振频率往往越高。
传统上，作为Δf调整方法，如下方法是公知的，从而可以在单个基板上制造具有不同谐振频率的多个谐振器。
在日本专利申请特开第2002-335141号公报(下文称为文献1)中描述了第一种方法。通过使上电极变薄并使谐振频率更高来进行这种调整。但是，该方法的问题在于在制造薄膜电极时电极表面被活化、与存在的氧气发生化学反应并被氧化。因此，难于获取稳定的谐振特性。第一谐振器和第二谐振器的上电极在Δf调整处理之后具有不同的表面状态。这妨碍了均匀地调整第一和第二谐振器的谐振频率，并使得难于在维持滤波器特性的同时稳定地调整中心频率。
在日本专利申请特开第2002-359539号公报(下文称为文献2)中描述了第二种方法。通过使上电极的表面氧化来调整频率。与第一方法中一样，在第二方法中很难均匀地氧化具有不同表面状态的上电极。由此，很难稳定地调整中心频率。
在美国专利第5,894,647号(下文称为文献3)中描述了第三种方法。通过使上电极变厚并将谐振频率变低来进行该调整。但是该方法需要将基板或晶片从真空设备中取出一次以部分地在单个基板上设置新层。此时，自然会在上电极膜上形成氧化膜。该自然氧化膜与上述新添加的膜之间具有较差的膜粘合性。问题在于很难获得良好的谐振特性并实现高精度的调整。此外，虽然在单个基板上形成的多个谐振器中只有少量谐振器需要具有厚的上电极膜，但这仍然需要增加制造步骤并增加了生产成本。
如上所述，常规Δf调整方法中的任何一种都无法充分调整谐振器的谐振频率以及滤波器的中心频率。
发明内容
鉴于上述情况作出了本发明，本发明的总目的是提供一种能够对单个基板或晶片上制造的多个压电薄膜谐振器进行精确的Δf调整、并精确地调整具有多个压电薄膜谐振器的滤波器的中心频率的方法。
根据本发明的一个方面，优选地，提供了一种谐振器，其包括设置在基板主表面上的压电薄膜、设置在压电薄膜第一表面上的第一电极膜、设置在压电薄膜第二表面上的第二电极膜、设置在所述第一电极膜和所述第二电极膜其中之一上的频率调整膜，所述频率调整膜包括膜叠层，该膜叠层包括设置在第一电极膜和第二电极膜其中之一上的第一调整膜，以及设置在所述第一调整膜上的第二调整膜。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造谐振器的方法，包括在基板主表面上的压电薄膜的第一表面上形成第一电极膜；在压电薄膜的第二表面上形成第二电极膜；在第一电极膜和第二电极膜其中之一上形成频率调整膜；以及调整频率调整膜的一部分的厚度，以调整所述压电薄膜的谐振频率。
根据本发明的又一方面，提供了一种制造谐振器的方法，包括在基板主表面上的压电薄膜的第一表面上形成第一电极膜，在压电薄膜的第二表面上形成第二电极膜，并在第一电极膜和第二电极膜其中之一上形成第一频率调整膜；调整第一频率调整膜的一部分的厚度，以调整压电薄膜的第一谐振频率；在第一频率调整膜上形成第二频率调整膜；并且调整第二频率调整膜的一部分的厚度，以调整压电薄膜的第二谐振频率。
下面参照
本发明的优选实施例，其中图1A至1C使出了根据本发明第一实施例的压电薄膜谐振器；图2A至2C是表示滤波器的带通特性的曲线图；图3A至3C表示根据本发明的其中在串联支路和并联支路中均连接有多个压电薄膜谐振器的滤波器；图4A至4E表示根据本发明第一实施例的谐振器和滤波器的制造工艺；图5A至5D表示根据本发明第一实施例的谐振器和滤波器的制造工艺；图6A至6D表示根据本发明第一实施例的谐振器和滤波器的制造工艺；图7是中心频率调整前后的滤波器特性的曲线图，该滤波器是按照根据本发明的上述工艺生产的；图8是表示第二调整膜的刻蚀时间随滤波器中心频率的变化量ω而变化的曲线图；图9A至9C示出了根据本发明第二实施例的压电薄膜谐振器；图10A和10B表示其中在串联支路和并联支路中均连接有多个根据本发明的压电薄膜谐振器的滤波器；图11A至11E示出了根据本发明第二实施例的谐振器和滤波器的制造工艺；图12A至12D示出了根据本发明第二实施例的谐振器和滤波器的制造工艺；图13A至13D示出了根据本发明第二实施例的谐振器和滤波器的制造工艺；图14A至14C示出了根据本发明第三实施例的压电薄膜谐振器；图15A和15B示出了其中在串联支路和并联支路中均连接有多个根据本发明第三实施例的压电薄膜谐振器的滤波器；图16A至16E示出了根据本发明第三实施例的谐振器和滤波器的制造工艺；图17A至17D示出了根据本发明第三实施例的谐振器和滤波器的制造工艺；以及图18A至18C表示根据本发明第三实施例的谐振器和滤波器的制造工艺。
具体实施例方式
下面参照
本发明的实施例。
(第一实施例)
图1A至1C示出了根据本发明第一实施例的压电薄膜谐振器。图1A是俯视图。图1B和1C是沿图1A中所示的线A-A截取的剖面图。图1A至1C所示的压电薄膜谐振器可以用作具有梯形结构的滤波器的串联支路谐振器或并联支路谐振器。
该压电薄膜谐振器包括由硅基板制成的基板11、下电极膜12、ALN制成的压电膜13以及Ru制成的上电极膜14。下电极膜12是Ru膜12a与Cr膜12b层叠的双层结构(Ru/Cr)。在上电极膜14上设置第一调整膜15。在第一调整膜15上设置由SiO2制成的第二调整膜16。由SiO2制成的第二调整膜16还设置在基板11和压电膜13的没有被下电极膜12和上电极膜14覆盖的部分上。设置第一调整膜15和第二调整膜16来调整频率。第二调整膜16是由SiO2制成的，但并不限于SiO2。可以在第二调整膜16中采用难于氧化的材料，如SiO2之外的其它金属氧化物，或者诸如SiN、AlN等金属氮化物等。通过设置在压电膜13中的接触窗口(contact window)19露出下电极膜12。
从基板11的背面形成孔17，该孔穿透基板11。孔17用作限制弹性能量的腔，并与上电极膜14与下电极膜12交叠的区域对应。利用氟化气体从硅基板的背面刻蚀该硅基板来形成该腔17。腔17的上开口被第一调整膜15和第二调整膜16覆盖。换言之，设置了覆盖腔17的整个上开口的第一调整膜15和第二调整膜16。第一调整膜15和第二调整膜16也被设置在上电极14的一部分表面上。后面将描述的其它实施例具有与腔17类似的腔并按照与上述相同的方式设置。
例如，频率为5.2GHz的压电薄膜谐振器具有厚度为100nm的由Ru制成的下电极膜12a、厚度为50nm的Cr膜12b、厚度为400nm的由AlN制成的压电膜13、以及厚度为100nm的由Ru制成的上电极膜14。
下面说明其中在串联支路和并联支路中设置有多个谐振器的梯状滤波器。下面的梯状滤波器采用FBAR型谐振器。
图2A至2C是滤波器的带通特性的曲线图。更具体地，图2A是具有单个并联支路FBAR的滤波器的带通特性的曲线图。图2B是具有单个串联支路FBAR的另一滤波器的带通特性的曲线图。图2C是表示其中在串联支路和并联支路设置有两个FBAR的另一滤波器的带通特性的曲线图。
参照图2A至2C，FBAR具有双谐振特性，包括谐振频率和反谐振频率。如图2A所示，当滤波器具有一个串联支路FBAR时，在谐振频率frs处观察到最小插入损耗(insertion loss)，而在反谐振频率fas处观察到最大插入损耗。如图2B所示，当滤波器具有一个并联支路FBAR时，在谐振频率frp处观察到最大插入损耗，而在反谐振频率fap处观察到最小插入损耗。如图2C所示，当串联支路FBAR的谐振频率frs大致等于并联支路FBAR的谐振频率fap时，滤波器用作中心频率为fc的带通滤波器。通过优化设置在图2C中所示的梯形结构中的串联支路和并联支路谐振器及其组合的谐振特性能够获得所需的滤波器特性。
图3A至3C示出了这样的滤波器，在该滤波器中将每一个都如上配置的多个压电薄膜谐振器排列在串联支路和并联支路中。图3A是该滤波器的俯视图，图3B是沿图3A中所示的线A’-A’截取的剖视图。图3C是图3A所示的滤波器的电路图。参照图3A至图3C，滤波器由四个串联支路谐振器(S)和三个并联支路谐振器(P)组成。这些压电薄膜谐振器具有与图1A至1C所示的压电薄膜谐振器几乎相同的基本结构。用作具有FBAR的带通滤波器的该滤波器需要具有减小了谐振频率的多个并联支路谐振器，其通过这样的排列来实现，其中串联支路谐振器的第一调整膜15比并联支路谐振器的调整膜薄。
下面将参照图4A至4E、图5A至5E以及图6A至6D说明滤波器的制造工艺。首先，参照图4A和4B，通过溅射在厚度为300μm的硅基板11上设置由Ru膜12a和Cr膜12b组成的膜叠层，作为下电极膜12。然后，如图4C所示，通过光刻法和刻蚀(湿或干)技术将下电极膜12构图成所需形状。如图4D所示，生长出用作压电膜13的AlN薄膜。如图4E所示，又通过溅射依次生长出作为上电极膜14的Ru膜和作为第一调整膜15的Ti膜。
接下来，参照图5A，通过光刻法以及湿法刻蚀或干法刻蚀技术将第一调整膜15和上电极膜14构图成所需形状。可以通过剥离法(lift-off)对第一调整膜15和上电极膜14进行构图。
如图5B所示，通过光刻技术利用抗蚀剂18局部地遮蔽第一调整膜15。如图5C所示，对第一调整膜15进行局部干法刻蚀以使其变薄，从而调整第一调整膜15的重量。然后，去除抗蚀剂18。对第一调整膜15和上电极膜14进行构图的处理和部分地减少第一调整膜15的厚度的处理的顺序可以以与上述顺序相反的顺序进行。
接下来，如图5D所示，通过光刻法以及湿法刻蚀或干法刻蚀技术将压电膜13构图为所需形状。然后，如图6A和6B所示，通过溅射生长出由SiO2制成的第二调整膜16，并去除上电极膜14上设置的第一调整膜15和第二调整膜16的不需要部分，以使得可以在其上形成凸点焊盘(bump pad)(未示出)。
最后，参照图6C，通过光刻技术在硅基板11的背面上对用于干法刻蚀的抗蚀剂进行构图，以形成腔17。在基板11的背面设置腔17，与上电极膜14和下电极膜12面对的交叠区域对应。通过上述方式，如图6D所示，由此生产出如图1A至1C所示的压电薄膜谐振器和如图3A至3C所示的滤波器。
在交替重复进行利用SF6气体的刻蚀处理和形成腔17的侧壁保护膜的处理的条件下，进行干法刻蚀以形成腔17。利用上述刻蚀条件，可以将腔17形成为具有与硅基板11的主表面基本垂直的侧壁形状。
作为上述基板11、电极膜12和14、以及压电膜13的示例，上面已经描述了一些材料。但是，常规和通常使用的材料也能够获得与根据本发明的谐振器和滤波器的材料相同的效果。第一调整膜15并不限于Ti。第一调整膜15可以为导电膜(如金属膜或合金膜)，或者绝缘膜(如SiO2、SiN或AlN)，只要通过照射用于刻蚀的激发能能够使部分膜变薄就行。上述刻蚀方法包括离子铣削、反应离子刻蚀和脉冲激光(pulse laser)。此外，如上所述，第二调整膜16不必为SiO2。第二调整膜16可以为合金膜或者诸如SiO2、SiN或AlN的绝缘膜，只要通过照射用于刻蚀的激发能可以使部分膜变薄就行。可以使用牺牲层来形成下电极膜12下的腔17。此外，谐振器可以为具有代替腔17的声反射膜的SMR谐振器。将具有高声阻抗膜和低声阻抗膜的声反射膜交替层叠为λ/4的膜厚，其中λ为声波的波长。
图7是中心频率调整前后的滤波器特性的曲线图，该滤波器是按照根据本发明的上述工艺生产的。横轴表示频率(GHz)，纵轴表示通带中的插入损耗(抑制程度由dB表示)。这里，通过对由SiO2制成的第二调整膜进行干法刻蚀，并逐渐减小部分第二调整膜来进行中心频率的调整。参照图7，频率特性根据第二调整膜的厚度(即重量)而变化，并且可以控制中心频率。
图8是第二调整膜的刻蚀时间随滤波器中心频率的变化量Δω而变化的曲线图。参照图8，滤波器的中心频率的变化量Δω随着第二调整膜的刻蚀时间(即刻蚀量)，基本呈线性变化。
因此进行Δf调整处理，通过控制第一调整膜的厚度，即重量，来调整压电薄膜晶体管的谐振频率。然后，通过控制第二调整膜的重量来进行滤波器中心频率的Δω调整。从而，可以分开进行滤波器中心频率的Δf调整处理和Δω调整处理，由此可以校正中心频率的任何偏移而不会降低滤波器特性。
图9A至9C示出了根据本发明第二实施例的压电薄膜谐振器。图9A是该谐振器的俯视图，图9B和9C是沿图9A所示的线A-A截取的剖面图。压电薄膜谐振器可以用作根据本发明的串联支路谐振器或并联支路谐振器。
压电薄膜谐振器包括硅基板51、下电极膜52、AlN制成的压电膜53和Ru制成的上电极膜54。下电极膜52是层叠有Ru膜52a和Cr膜52b的双层结构(Ru/Cr)。在串联支路谐振器的情况下，在Cr膜55b的面对上电极膜54和下电极膜52的区域上设置由SiO2制成的第二调整膜56。在并联支路谐振器的情况下，在上电极膜54和下电极膜52隔着压电膜53相互面对的交叠区域中形成第一调整膜55。第一调整膜55是具有不同刻蚀选择性的Ti膜55a和Cr膜55b的层叠膜(Ti/Cr)。由SiO2制成的第二调整膜56也被设置在基板51和压电膜53的没有被下电极膜52或上电极膜54覆盖的部分上。该第二调整膜56由SiO2制成，但是并不限于SiO2。可以采用难于氧化的材料，如SiO2之外的氧化金属，或者氮化金属(如SiN、AlN)等。可以在压电膜53上设置接触窗口59。可以通过接触窗口59露出下电极膜52。
在基板51的背面设置孔57，作为限制弹性能量的腔，并且该孔57大致对应于上电极膜54和下电极膜52相面对的交叠区域。可以利用氟化气体从硅基板51的背面刻蚀硅基板51来形成该腔57。
例如，频率为5.2GHz的压电薄膜谐振器具有厚度为100nm的由Ru制成的下电极薄膜52a，厚度为50nm的Cr膜52b，厚度为400nm的AlN制成的压电膜53以及由厚度为100nm的Ru制成的上电极膜54。
图10A和10B示出了其中在串联支路和并联支路中设置有多个根据第二实施例的压电薄膜谐振器的滤波器。图10A是该滤波器的俯视图，图10B是沿图10A所示的线A’-A’截取的剖视图。参照图10A和10B，该滤波器由三个并联支路谐振器(P)和四个串联支路谐振器(S)构成。这些压电薄膜谐振器的基本结构与图9A至9C所示的压电薄膜谐振器几乎是相同的。用作具有这些压电薄膜谐振器的带通滤波器的该滤波器需要包括具有谐振频率被减小了的并联支路谐振器，这可以通过如下安排来实现，其中在各个串联支路谐振器中的第一调整膜55只包括Cr膜55b，而在各个并联支路谐振器中，第一调整膜55由Ti膜55a和Cr膜55b的层叠膜(Ti/Cr)制成。这里，Cr膜55b用作上电极膜54与第二调整膜56之间的粘合层。
接下来，将参照图11A至11E、图12A至12D以及图13A至13D说明根据第二实施例的制造滤波器的工艺。首先，参照图11A和11B，通过溅射在厚度为300μm的硅基板51上形成Ru膜52a和Cr膜52b的膜叠层，作为下电极膜52。接下来，如图11C所示，通过光刻法以及湿法刻蚀或干法刻蚀技术将下电极膜52构图为所需形状。如图11D所示，生长出用作压电膜53的AlN薄膜。如图11E所示，通过溅射形成作为上电极膜54的Ru膜，然后通过溅射生长出作为第一调整膜55的Ti膜。
接下来，参照图12A，通过光刻法以及湿法刻蚀或干法刻蚀技术将第一调整膜55和上电极膜54构图成所需形状。可以通过剥离法对第一调整膜55和上电极膜54进行构图。
如图12B所示，利用光刻技术，通过抗蚀剂58局部掩盖第一调整膜55。如图12C所示，局部地干法刻蚀第一调整膜55的Ti膜55a以使其变薄，同时第一调整层55的Cr膜55b保持完整。通过这种方式，一部分第一调整膜55的厚度减小。此外，剩下的Cr膜55b还用作上电极膜54与第二调整层56之间的粘合剂层。构图第一调整膜55和上电极膜54的处理和部分减小第一调整膜55厚度的处理的顺序可以按照与上述顺序相反的顺序进行。此外，可以按照相反顺序层叠Ti膜55a和Cr膜55b，以采用Cr/Ti层结构。此外，第一调整膜55的材料并不限于Ti或Cr，而是可以采用具有刻蚀选择性的双膜，如导电膜和绝缘膜(例如SiO2、SiN或AlN)。
接下来，参照图12D，通过光刻法以及湿法刻蚀或干法刻蚀技术将压电膜53构图为所需形状。参照图13A和13B，通过溅射形成由SiO2制成的第二调整膜56，去除上电极膜54上设置的第一调整膜55和第二调整膜56中的不需要的部分，从而在其上形成凸点焊盘(未示出)。这里，第二调整膜56并不限于SiO2，而是可以为诸如SiO2、SiN或AlN的绝缘膜，只要通过照射用于刻蚀的激发能量可以使一部分膜变薄即可。
最后，参照图13C，通过光刻技术在硅基板51的背面上对用于干法刻蚀的抗蚀剂进行构图，以提供腔57。将腔57设置在基板51的背面上，与上电极膜54和下电极膜52隔着压电膜53而交叠的区域对应。参照图13D，生产出图9A至9C所示的压电薄膜谐振器以及图10所示的滤波器。
在交替重复进行利用SF6气体的刻蚀处理和对于腔17形成侧壁保护膜的处理的条件下，进行干法刻蚀以形成腔17。利用上述刻蚀条件，可以将腔17形成为具有与硅基板11的主表面基本垂直的侧壁形状。
作为上述基板51、电极膜52和54、以及压电膜53的示例，上面描述了一些材料。可以使用牺牲层来形成下电极膜52下面的腔57。此外，代替腔57，可以将高声阻抗膜和低声阻抗膜交替层叠为λ/4的膜厚，其中λ是声波的波长。
通过根据本发明的第二实施例的制造工艺，可以通过调整第一调整膜55中的Ti膜55a的厚度来控制谐振频率的偏移量。利用这种方法，与刻蚀电极膜的常规使用的控制方法相比，可以高精度地调整谐振频率，并可以因此提高上电极膜54和第二调整膜56的粘性。由此，还可以提高滤波器特性。此外，通过调整材料不同于第一调整膜55的第二调整膜的厚度，即重量，来控制滤波器的中心频率。由此可以稳定地控制中心频率。
(第三实施例)图14A至14C示出了根据本发明第三实施例的压电薄膜谐振器。图14A是谐振器的俯视图，图14B和14C是沿图14A所示的线A-A的剖视图。本实施例中的压电薄膜谐振器可以用作串联支路谐振器或并联支路谐振器。
压电薄膜谐振器包括硅基板101、下电极膜102、AlN制成的压电膜103、以及Ru制成的上电极膜104。下电极膜102是Ru膜102a和Cr膜102b层叠的双层结构(Ru/Cr)。在上电极膜104与下电极膜102隔着压电膜103而面对的交叠区域中设置由SiO2制成的第一调整膜105。在第一调整膜105上设置由SiO2制成的第二调整膜106。也就是说，第一调整膜105和第二调整膜106都是由SiO2制成的。在下面的说明中，有时，第一和第二调整层105和106被简称为频率调整膜109。通过形成在压电膜103中的接触窗口129来露出下电极膜102。
频率调整膜109还形成在基板101和压电膜103的未被下电极膜102和上电极膜104覆盖的表面上。在基板101中形成用于限制弹性能量的腔107，并且该腔107大至与上电极膜104和下电极膜104隔着压电膜103相互面对的交叠区域相对应。利用氟化气体从硅基板的背面刻蚀该硅基板来形成腔17。
例如，频率为5.2GHz的压电薄膜谐振器具有厚度为100nm的由Ru制成的下电极膜102a、厚度为50nm的Cr膜102b、厚度为400nm的由AlN制成的压电膜103、以及厚度为100nm的由Ru制成的上电极膜104。
图15A和15B表示其中在串联支路和并联支路中设置有多个根据本发明第三实施例的压电薄膜谐振器的滤波器。图15A是滤波器的俯视图。图15B是沿图15A中所示的线A’-A’截取的剖视图。如图15A和15B所示，该滤波器具有三个并联支路谐振器(P)和四个串联支路谐振器(S)。这些压电薄膜谐振器的基本结构与图14A至14C中所示的结构几乎是一样的。用作带有压电薄膜谐振器的带通滤波器的滤波器包括谐振频率被减少了的并联支路谐振器，这是通过如下安排来实现的，其中使并联支路谐振器中的频率调整膜109比串联支路谐振器中的频率调整膜109厚，从而变得更重。可以在上电极膜104和频率调整膜109之间设置薄膜(未示出)。
下面，将参照图16A至16E、图17A至17D、以及图18A至18C来说明制造该滤波器的工艺。首先，参照图16A和16B，通过溅射在厚度为300μm的硅基板101上设置Ru膜102a和Cr膜102b的层叠膜，作为下电极膜102。接下来，如图16C所示，通过光刻法以及湿法刻蚀或干法刻蚀技术将下电极薄膜102构图为所需形状。然后，如图16D所示，生长出用作压电膜103的AlN薄膜。随后，如图16E所示，通过溅射形成作为上电极膜104的Ru膜、然后通过溅射形成作为第一调整膜105和第二调整膜106的SiO2膜，来形成频率调整层109。这里，可以在上电极膜104与频率调整膜109之间设置薄膜，以提高其间的粘性。
接下来，如图17A所示，通过光刻法以及湿法刻蚀技术或干法刻蚀技术将频率调整膜109和上电极膜104构图为所需形状。可以通过剥离法对频率调整膜109和上电极膜104进行构图。
然后，如图17B所示，通过光刻技术利用抗蚀剂108局部覆盖频率调整膜109。参照图17C，通过湿法刻蚀或干法刻蚀部分地去除由SiO2制成的频率调整膜109，以使一部分厚度减小。频率调整膜109和上电极膜104的构图处理和部分减小频率调整膜109厚度的处理的顺序可以按照与上述相反的顺序进行。
接下来，参照图17D，通过光刻法以及湿法刻蚀或干法刻蚀技术将压电膜103构图成所需形状。参照图18A，去除上电极膜104上设置的频率调整膜109中的不需要的部分，从而可以在其上形成凸点焊盘。
最后，参照图18B，利用光刻技术在硅基板101的背面上对用于干法刻蚀的抗蚀剂进行构图，以形成腔107。将腔107设置在基板101的背面，与上电极膜104和下电极膜102隔着压电膜103而面对的交叠区域相对应。通过上述方式，如图18C所示，生产出图14A至图14C所示的压电薄膜谐振器以及图15A和15B所示的滤波器。
在交替重复进行利用SF6气体的刻蚀处理和形成腔107的侧壁保护膜的处理的条件下，进行干法刻蚀以形成腔107。通过上述刻蚀条件，可以将腔107形成为具有与硅基板101的主表面基本垂直的侧壁形状。
作为上述基板101、电极膜102和104、以及压电膜103的示例，上面描述了一些材料。频率调整膜109的材料可以不限于SiO2，而可以是诸如氧化物或氮化物(如SiN或AlN)的难于氧化的材料。可以使用牺牲层来形成下电极膜102下的腔107。此外，代替腔107，可以将高声阻抗膜和低声阻抗膜交替层叠为λ/4的膜厚，其中λ是声波的波长。
如上所述，根据本发明的谐振器包括具有双层结构的频率调整膜。第一调整膜用于Δf调整，第二调整膜用于校正滤波器制造工艺中所引起的频率偏移。通过预先设置上述两个频率调整膜可以分开并独立地控制Δf调整以及滤波器中心频率的调整，由此可以在单个基板或晶片上制造具有不同频率的压电薄膜谐振器。此外，可以精确地控制其中连接有多个谐振器的滤波器的中心频率。
上述第二调整膜是由难于氧化的材料(如氧化物或氮化物)制成的绝缘膜。此外，第二调整膜是由与上电极膜的材料不同的材料制成的。通过选择这些材料，可以抑制由于Δf调整处理中上电极膜表面的氧化而引起的谐振器特性的劣化和不利影响，并抑制由于谐振频率特性的劣化而引起的对滤波器的中心频率调整处理的不利影响。此外，可以避免与用于凸点的或用于连接导线的导电下层之间的粘合性劣化而引起的生产量的下降。
根据本发明，可以实现对单个基板或晶片上制造的压电薄膜谐振器的精确Δf调整。同时，可以精确地控制具有多个压电薄膜谐振器的滤波器中心频率。
本发明的滤波器并不限于具有单个通带的滤波器，而是可以包括复用器或具有多个通带的双频带滤波器。例如，复用器可以与天线相连，以将彼此靠近存在的发送信号和接收信号分开。复用器可以包括发送滤波器和接收滤波器，两个滤波器可以由单个基板构成，或者由独立的基板构成。发送滤波器和接收滤波器分别包括相连成梯形的多个谐振器，并具有相邻的发送信号通带和接收信号通带。
本发明并不限于上述实施例，可以在不脱离本发明范围的情况下进行其它实施例、变型和修改。
本发明基于2004年3月31日提交的日本专利申请No.2004-101878，在此以引用的方式并入其全部内容。
权利要求
1.一种谐振器，包括设置在基板的主表面上的压电薄膜；设置在所述压电薄膜的第一表面上的第一电极膜；设置在所述压电薄膜的第二表面上的第二电极膜；设置在所述第一电极膜和所述第二电极膜二者之中的一个电极膜上的频率调整膜；所述频率调整膜包括膜叠层，所述膜叠层包括设置在所述第一电极膜和所述第二电极膜二者之中的所述一个电极膜上的第一调整膜，以及设置在所述第一调整膜上的第二调整膜。
2.根据权利要求1所述的谐振器，其中，所述第二调整膜包括与所述第一调整膜的材料不同的材料。
3.根据权利要求1所述的谐振器，其中，所述第二调整膜包括由与所述第一调整膜的材料不同的材料制成的绝缘膜。
4.根据权利要求1所述的谐振器，其中，所述第一调整膜包括被层叠并具有不同刻蚀选择性的至少两个膜。
5.根据权利要求1所述的谐振器，其中所述基板包括腔；并且所述频率调整膜至少覆盖所述腔的整个顶面。
6.根据权利要求1所述的谐振器，其中所述基板包括腔；并且所述频率调整膜部分地设置在所述第一电极膜和所述第二电极膜二者之中的所述一个电极膜上，并至少覆盖所述腔的整个顶面。
7.根据权利要求5所述的谐振器，其中所述腔是设置在所述基板背面上的孔。
8.一种谐振器，包括设置在基板的主表面上的压电薄膜；设置在所述压电薄膜的第一表面上的第一电极膜；设置在所述压电薄膜的第二表面上的第二电极膜；设置在所述第一电极膜和所述第二电极膜二者之中的一个电极膜上的频率调整膜，所述频率调整膜为难于氧化的绝缘膜。
9.一种包括设置在单个基板上的多个谐振器的滤波器，所述多个谐振器中的每一个包括在基板的主表面上制造的压电薄膜；在所述压电薄膜的第一表面上设置的第一电极膜；在所述压电薄膜的第二表面上设置的第二电极膜；以及设置在所述第一电极膜和所述第二电极膜二者之中的一个电极膜上的频率调整膜，所述频率调整膜包括层叠膜，所述层叠膜包括设置在所述第一电极膜和所述第二电极膜二者之中的所述一个电极膜上的第一调整膜，以及设置在所述第一调整膜上的第二调整膜。
10.根据权利要求9所述的滤波器，其中所述多个谐振器具有不同的厚度。
11.根据权利要求9所述的滤波器，其中所述滤波器为具有设置成梯形结构的多个串联支路谐振器和多个并联支路谐振器的梯形滤波器；并且所述并联支路谐振器的频率调整膜比所述串联支路谐振器的频率调整膜厚。
12.根据权利要求9所述的滤波器，其中所述滤波器为梯形滤波器，其具有设置为梯形结构的多个串联支路谐振器和多个并联支路谐振器；并且所述并联支路谐振器具有低于所述串联支路谐振器的谐振频率。
13.根据权利要求9所述的滤波器，其中所述谐振器包括设置成梯形结构的多个串联支路谐振器和多个并联支路谐振器；所述串联支路谐振器的所述第一频率调整膜具有单层结构；所述并联支路谐振器的所述第一频率调整膜具有双层结构，每层具有不同的刻蚀选择性。
14.根据权利要求9所述的滤波器，其中所述滤波器的中心频率以及所述谐振器的谐振频率是由所述谐振器的所述频率调整层的厚度来调整的。
15.根据权利要求9所述的滤波器，其中所述多个谐振器中的每一个具有由所述第一调整膜调整的谐振频率；并且所述滤波器具有由所述第二调整膜的厚度调整的中心频率。
16.一种制造谐振器的方法，包括在基板主表面上的压电薄膜的第一表面上形成第一电极膜，在所述压电薄膜的第二表面上形成第二电极膜，以及在所述第一电极膜和所述第二电极膜二者之中的一个电极膜上形成频率调整膜；以及调整所述频率调整膜的一部分的厚度，以调整所述压电薄膜的谐振频率。
17.一种制造谐振器的方法，包括在基板主表面上的压电薄膜的第一表面上形成第一电极膜，在所述压电薄膜的第二表面上形成第二电极膜，在所述第一电极膜和所述第二电极膜二者之中的一个电极膜上形成第一频率调整膜；调整所述第一频率调整膜的一部分的厚度，以调整所述压电薄膜的第一谐振频率；在所述第一频率调整膜上形成第二频率调整膜；以及调整所述第二频率调整膜的一部分的厚度，以调整所述压电薄膜的第二谐振频率。
18.根据权利要求16所述的方法，其中通过刻蚀调整所述频率调整膜的所述一部分的厚度。
19.根据权利要求18所述的方法，其中通过离子铣削、反应离子刻蚀和脉冲激光中的一种进行所述刻蚀。
全文摘要
谐振器、滤波器以及谐振器的制造。该谐振器包括设置在基板主表面上的压电薄膜；设置在压电薄膜的第一表面上的第一电极膜；设置在压电薄膜第二表面上的第二电极膜；设置在所述第一电极膜和所述第二电极膜其中之一上的频率调整膜；所述频率调整膜包括膜叠层，该膜叠层包括设置在第一电极膜和第二电极膜其中之一上的第一调整膜，以及设置在第一调整膜上的第二调整膜。第一调整膜用于Δf调整，第二调整膜用于校正滤波器制造工艺中生成的频率偏移。由此，可以准确地控制其中连接有多个谐振器的滤波器的中心频率。
文档编号H01L41/22GK1677852SQ20051006377
公开日2005年10月5日 申请日期2005年3月31日 优先权日2004年3月31日
发明者横山刚, 西原时弘, 坂下武, 谷口真司, 岩城匡郁, 上田政则, 宫下勉 申请人:富士通媒体部品株式会社, 富士通株式会社