JP2006508598A - 音響共振器用の支持体、音響共振器、および対応する集積回路 - Google Patents

Abstract

【課題】高いレベルの音響分離を実現する。
【解決手段】高音響インピーダンス材料の層（１１）と、低電気誘電率を有する材料で作られた低音響インピーダンス材料の層（１２）と、を含む少なくとも１つの二層アセンブリを備える音響共振器（４）用の支持体（７）を提供する。

Description

本発明は、集積回路の分野に関し、より具体的には、１つまたは複数の音響共振器または圧電共振器を備える集積回路に関する。

１つまたは複数の音響共振器または圧電共振器を備える集積回路は、例えば、フィルタリング機能を使用する信号処理の用途で使用されることができる。

音響共振器は、集積回路と一体になっているが、集積回路から、音響的すなわち機械的に分離されていなければならない。この目的のために、そのような分離を実現することのできる支持体を設けることができる。該支持体は、高音響インピーダンスを有する層と低音響インピーダンスを有する層を交互に含むことができる。この点については、下記の特許文献を参照されたい。

「音響インピーダンス(acoustic impedance)」という用語は、材料の密度ρに音響速度νを乗算することにより与えられる量Ｚを意味するよう理解される。すなわち、Ｚ＝ρνである。音響速度νは、
ν＝（ρＣ_３３）^１／２
によって定義されるものとして解することができる。ここで、Ｃ_３３は、弾性コンプライアンス・マトリクス(elastic compliance matrix)の係数のうちの１つである。
米国特許第６０８１１７１号

高い音響分離性能を実現するためには、材料間の音響インピーダンスの差ができるだけ大きいことが望ましい。

本発明は、この要求を満たすことを目的とする。

本発明は、高いレベルの音響分離を提供する、音響共振器用の支持体を提案する。

本発明の一つの側面に従う音響共振器用の支持体は、高音響インピーダンス材料の層と、低電気誘電率材料で作られた低音響インピーダンス材料の層と、を備える少なくとも１つの二層アセンブリを備える。実際、低電気誘電率は、低音響インピーダンスと両立するものであり、このような材料においては、音響波は低速度で伝播する。

低音響インピーダンス材料の比電気誘電率(relative electrical permittivity)は、４よりも小さいのが有利である。好ましくは、３よりも小さく、さらに、２．５よりも小さいのが良好である。

低音響インピーダンス材料の層は、該層が一部を形成する回路の残り部分を製作するのに、例えば相互接続レベルを製作するのに使用される材料の１つで生成されるのが有利である。

一実施形態では、低音響インピーダンス材料は、ＳｉＯＣを備える。ＳｉＣＯは、非常に低い誘電率を有する誘電体層を、基板または相互接続内に生成するのに使用される材料である。好ましくは、多孔質ＳｉＯＣを使用することができ、多孔質ＳｉＯＣの音響インピーダンスは、いっそう低い。そのような材料の孔(pore)は、一般に、アルゴンのような気体で満たされる。

本発明の好ましい実施形態では、支持体は、１つの二層アセンブリを備える。このような支持体は、特にコンパクトで経済的である。本発明の他の実施形態では、２つの二層アセンブリを備える支持体を提供することができ、これにより、通常少なくとも３つの二層アセンブリを備えている既知の支持体よりも、コンパクトで経済的であると共に、優れた音響的分離を保証する。しかしながら、本発明に従う支持体が、３個以上の二層アセンブリを備える場合でも、一定のコンパクトさを維持しつつ、音響分離特性を、実質的に大きく改善することができる。

本発明の一実施形態では、高音響インピーダンス材料は、次の種類、すなわち、窒化アルミニウム、銅、ニッケル、タングステン、金、白金、モリブデンのうちの少なくとも１つを備える。窒化アルミニウムは、アモルファスの形態で存在することができ、回路の他の層を生成するのにしばしば使用されるので、有利である。銅は、タングステンの音響インピーダンスよりも低い音響インピーダンスを有するが、回路の相互接続でしばしば使用されるので有益である。このように、支持体の銅層は、相互接続を製作するための共通のステップ中に生成されることができる。タングステンは、特に高い音響インピーダンスを示す。

本発明の一実施形態では、高音響インピーダンス材料の層は、０．３から３．２μｍの厚さを有する。

本発明の一実施形態では、低音響インピーダンス材料の層は、０．３から０．７μｍの厚さを有する。

また、本発明は、能動要素および支体を備える音響共振器を提案する。この支持体は、高音響インピーダンス材料の層と、低電気誘電率材料で作られた低音響インピーダンス材料の層と、を備える少なくとも１つの二層アセンブリを備える。

本発明の一実施形態では、能動要素は、２つの電極の間に配置される少なくとも１つの圧電層を備える。下部電極は、支持体上に位置していてもよい。圧電層は、結晶性窒化アルミニウムで作られることができる。支持体は、能動要素と、回路の残り部分との間のインターフェースとして作用する。

また、本発明は、基板と、一組の相互接続と、能動要素および支持体を備えた音響共振器と、を備える集積回路を提案する。支持体は、高音響インピーダンス材料の層と、低電気誘電率材料で作られた低音響インピーダンス材料の層と、を備える少なくとも１つの二層アセンブリを備える。

本発明の一実施形態では、音響共振器は、一組の相互接続上に配置される。例えば、一組の相互接続の上部誘電体層によって支持される。

本発明の他の実施形態では、音響共振器は、一組の相互接続の近くに配置され、音響共振器の能動要素の上部電極は、該一組の相互接続の上面と同じ高さであることができる。

少なくとも１つの材料が、支持体と、基板または一組の相互接続と、の間で共通であるのが有利である。銅は、支持体の高音響インピーダンス材料の層としてだけでなく、該一組の相互接続のメタライゼーション(metallization)線としても機能することができる。好ましくは、支持体の高音響インピーダンス材料の層と、該一組の相互接続のメタライゼーション・レベルとの両方について、共通の製作ステップが提供される。

低音響インピーダンス材料の層は、相互接続層と同じレベルに配置されることができる。

限定を意図しない実施例として与えられ、図面で示されるいくつかの実施形態の詳細な説明から、本発明は、よりはっきりと理解され、また他の有利点が明らかになるであろう。

図１に示されるように、集積回路１は、能動領域（active zone, 図示せず）が一般に形成される基板２と、該基板の上に配置され、該基板の上面と接し、かつ該基板の要素間を相互接続することを可能にする少なくとも１つの金属化レベルを含む、一組の相互接続３と、を備える。

集積回路１は、該一組の相互接続３の上に、該相互接続３の上面３ａと接して配置される、機械共振器(mechanical resonator)４により、完成される。一組の相互接続３によって支持される機械共振器４には、電気接続（図示せず）も備えられる。

図２に示す実施形態では、音響共振器４は、一組の相互接続３内に配置され、かつ相互接続３の上面３ａと同じ高さにある。この構成によれば、集積回路１は、よりコンパクトになる。音響共振器４の下部は、該一組の相互接続３に組み入れられることができ、上部は、振動することができるように自由な状態に置かれると共に、該一組の相互接続３の残り部分から溝５を介して分離される。溝５は、部品が横（水平）方向で分離されることを保証する。すなわち、溝５は、基板と直接干渉することなしに層が振動することを可能にする。溝５の厚さは小さく、例えば、１μｍ未満であることができる。

音響共振器４の構造を、図３を参照してより詳細に説明する。

音響共振器４は、能動要素６と、一組の相互接続３の上面３ａに位置して該能動要素６を支持する支持体７と、を備える。

能動要素６は、下部電極８、圧電層９、および上部電極１０の形態の３つの主要な層を備える。電極８および１０は、一組の相互接続３に提供される導体に電気的に接続されている（図示せず）。電極８および１０は、導電性材料、例えばアルミニウム、銅、白金、モリブデン、ニッケル、チタン、ニオビウム、銀、金、タンタル、ランタン、その他で作られる。電極８および１０の間に配置される圧電層９は、例えば、結晶性の窒化アルミニウム、酸化亜鉛、硫化亜鉛、ＬｉＴａＯ、ＰｂＴｉＯ、ＰｂＺｒＴｉ、ＫＮｂＯ_３型のセラミック、またはランタンを含んだセラミック等で作られることができる。

圧電層９は、数μｍ、例えば２．４μｍの厚さを有することができる。電極８および１０は、圧電層９よりも実質的に小さな厚さ、例えば０．１μｍを有することができる。

支持体７は、一組の相互接続３の上面３ａに位置する高音響インピーダンス層１１、および下部電極８を支える低音響インピーダンス層１２を備える。

高音響インピーダンス層１１は、アモルファス窒化アルミニウム、銅、ニッケル、タングステン、金、またはモリブデンのような高密度材料で作られることができる。これらの種類の合金またはこれらの種類の部分層の重ね合わせを考えることができる。タングステンは、非常に高い音響インピーダンスを示し、さらに、特にキセノン(xenon)環境における、例えばキセノン・プラズマによる、残留している製作上の制約を回避するために用いられることがある。銅は、タングステンほどには有利な音響インピーダンス特性を示さないが、導電線を形成するために相互接続で使用されることが多いという利点がある。高音響インピーダンス層１１における銅の使用によって、相互接続の導電線の製造ステップと同じ製造ステップで、上記の層１１を生成することができるようになり、これは特に経済的である。

低電気誘電率(low electrical permittivity)と低音響インピーダンスの間の対応関係のため、低音響インピーダンス層は、低電気誘電率を有する材料で作られる。層１２の材料の誘電率は、４よりも小さい。しかし、基板の能動領域または一組の相互接続３において誘電体層としてしばしば使用される、３未満の誘電率を有する材料、例えば約２．９の誘電率を有する誘電体、を使用することが好ましい。ここで再び、同じ製造ステップを使用して、層１２および一組の相互接続３の誘電体層を形成することができる。例えば、ＳｉＯＣまたはＳｉＯＣをベースにした材料を使用することができる。２．５未満、例えば約２．０の超低誘電率を有する材料で層１２を作ることが、いっそう有利である。この目的のために、層１２は、多孔質(porous)ＳｉＯＣで作られることができ、または、そのような材料に基づいて作られることができる。

一組の相互接続の製作に使用される化学的な種類で支持体７を生成することが、経済的な見地から特に有利であることは理解されるであろう。該一組の相互接続の製作ステップから、該支持体を生成するための利益を得ることができる。こうして、追加のステップおよびより長い製作プロセスを回避することができる。

層１２の低音響インピーダンス材料は、層１１の音響インピーダンスに対して、非常に大きな音響インピーダンス差を示すので、能動要素６および集積回路の残り部分の間の層７によって提供される音響的および／または機械的分離が改善される。その結果として、同じ分離特性に対して、層７における層１１と１２の対の数を減らすことができる。このようにして、従来は３または４対の層を必要とした用途は、たったの１または２対の層１１および１２だけで実現されることができ、したがって、音響共振器がよりコンパクトになり、またコストが下がる。図３は、一対の層１１および１２を有する支持体７を示す。しかし、層１１と１２の２対の重ね合わせ、または、層１１と１２の３以上の対の重ね合わせさえも有する支持体７を実現することができ、そしてこれは、非常に高いレベルの音響分離特性を与える。

留意すべきことであるが、低音響インピーダンスの第１の層が、１つまたは複数の二層(bilayer)の下に配置される場合、反射器(reflector)は、奇数の層を備えることができる。

低音響インピーダンス層１２の厚さは、能動要素６の共振周波数に依存し、波長の約４分の１であることが有利である。層１２は、ほぼ１０分の数マイクロメートル、好ましくは０．７μｍ未満、例えば０．２μｍから０．７μｍの厚さを有することができる。高音響インピーダンス層１１の厚さは、約１０分の数ミクロン、例えば０．３μｍから３．２μｍであることができる。

したがって、本発明は、３０×１０^−６から１３０×１０^−６ｋｇ／ｍ^２・ｓの非常に高い音響インピーダンスを有する音響共振器用の支持体を提供する。こうして、層数の減少によって、よりコンパクトでより経済的な音響共振器から、また集積回路から、恩恵を受けることができる。

本発明の第１の実施形態に従う、集積回路を示す図。 本発明の第２の実施形態に従う、集積回路を示す図。 本発明の一実施形態に従う、音響共振器を示す図。

符号の説明

１ 集積回路
２ 基板
３ 相互接続
４ 音響共振器
６ 能動要素
７ 支持物
８、１０ 電極
９ 圧電層
１１ 高音響インピーダンス材料の層
１２ 低音響インピーダンス材料の層

Claims (15)

1. 音響共振器（４）用の支持体（７）であって、
   高音響インピーダンス材料の層（１１）と、低電気誘電率材料で作られた低音響インピーダンス材料の層（１２）と、を含む少なくとも１つの二層アセンブリを備える、
   支持体。
2. 前記低音響インピーダンス材料の電気誘電率は、４よりも小さく、好ましくは３よりも小さい、
   請求項１に記載の支持体。
3. 前記低音響インピーダンス材料の比電気誘電率は、２．５よりも小さい、
   請求項２に記載の支持体。
4. 前記低音響インピーダンス材料は、ＳｉＯＣを含む、
   請求項１から３のいずれかに記載の支持体。
5. 前記低音響インピーダンス材料は、多孔質ＳｉＯＣを含む、
   請求項４に記載の支持体。
6. １つまたは２つの二層アセンブリを備える、
   請求項１から５のいずれかに記載の支持体。
7. 前記高音響インピーダンス材料は、窒化アルミニウム、銅、ニッケル、タングステン、金、白金、モリブデンのうちの少なくとも１つを含む、
   請求項１から６のいずれかに記載の支持体。
8. 前記高音響インピーダンス材料の層は、０．３から３．２μｍの厚さを有する、
   請求項１から７のいずれかに記載の支持体。
9. 前記低音響インピーダンス材料の層は、０．７μｍ未満、好ましくは０．３から０．７μｍの厚さを有する、
   請求項１から８のいずれかに記載の支持体。
10. 能動要素（６）および支持体（７）を備える音響共振器（４）であって、
    該支持体（７）は、高音響インピーダンス材料の層（１１）と、低電気誘電率材料で作られた低音響インピーダンス材料の層（１２）と、を含む少なくとも１つの二層アセンブリを備える、
    音響共振器。
11. 前記能動要素（６）は、電極（８、１０）間に配置される少なくとも１つの圧電層（９）を備える、
    請求項１０に記載の共振器。
12. 基板（２）と、一組の相互接続と、能動要素（６）および支持体（７）を備えた音響共振器（４）と、を備える集積回路（１）であって、
    前記支持体（７）は、高音響インピーダンス材料の層（１１）と、低電気誘電率材料で作られた低音響インピーダンス材料の層（１２）と、を含む少なくとも１つの二層アセンブリを備える、
    集積回路。
13. 前記音響共振器（４）は、前記一組の相互接続（３）上に配置される、
    請求項１２に記載の回路。
14. 前記音響共振器（４）は、前記一組の相互接続（３）の近くに配置される、
    請求項１２に記載の回路。
15. 低音響インピーダンス材料の層は、相互接続層と同じレベルに配置される、
    請求項１２から１４のいずれかに記載の回路。
    

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