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特開2022-77502低熱インピーダンスの横方向励起されたフィルムバルク音響共振器
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022077502
(43)【公開日】2022-05-23
(54)【発明の名称】低熱インピーダンスの横方向励起されたフィルムバルク音響共振器
(51)【国際特許分類】
H03H 9/25 20060101AFI20220516BHJP
H03H 9/145 20060101ALI20220516BHJP
【ＦＩ】
H03H9/25 C
H03H9/145 D
【審査請求】有
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2021175220
(22)【出願日】2021-10-27
(31)【優先権主張番号】63/112,395
(32)【優先日】2020-11-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/217,923
(32)【優先日】2021-03-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】514326649
【氏名又は名称】レゾナント インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＲＥＳＯＮＡＮＴ ＩＮＣ．
(74)【代理人】
【識別番号】100106002
【弁理士】
【氏名又は名称】正林 真之
(74)【代理人】
【識別番号】100120891
【弁理士】
【氏名又は名称】林 一好
(74)【代理人】
【識別番号】100165157
【弁理士】
【氏名又は名称】芝 哲央
(74)【代理人】
【識別番号】100126000
【弁理士】
【氏名又は名称】岩池 満
(72)【発明者】
【氏名】ダイヤー グレッグ
(72)【発明者】
【氏名】オブライアン クリス
(72)【発明者】
【氏名】フェンツィ ニール オー．
(72)【発明者】
【氏名】コスタ ジェームズ アール．
【テーマコード（参考）】
5J097
【Ｆターム（参考）】
5J097AA19
5J097BB15
5J097CC05
5J097DD19
5J097EE08
5J097FF04
5J097GG04
5J097GG07
5J097KK09
5J097KK10
(57)【要約】 （修正有）
【課題】非常に高い電気機械結合と高周波機能を有する横方向に励起されたフィルムバルク音響共振器（ＸＢＡＲ）を提供する。
【解決手段】低熱インピーダンスのフィルムバルク音響共振器１００は、基板１２０と、結合酸化物（ＢＯＸ）層１２２を介して基板の上面に取り付けられた背面を有する単結晶の圧電プレート１１０と、を有する。プレートの前面に形成されたインターデジタル変換器（ＩＤＴ）１３０は、ダイアフラム１１５に配置されたインターリーブされたフィンガー１３６を備える。圧電プレートとＢＯＸ層は、導体パターンと基板の間の熱抵抗を低くするために、フィルタデバイスの表面積の少なくとも一部分から除去される。
【選択図】図１
【解決手段】低熱インピーダンスのフィルムバルク音響共振器１００は、基板１２０と、結合酸化物（ＢＯＸ）層１２２を介して基板の上面に取り付けられた背面を有する単結晶の圧電プレート１１０と、を有する。プレートの前面に形成されたインターデジタル変換器（ＩＤＴ）１３０は、ダイアフラム１１５に配置されたインターリーブされたフィンガー１３６を備える。圧電プレートとＢＯＸ層は、導体パターンと基板の間の熱抵抗を低くするために、フィルタデバイスの表面積の少なくとも一部分から除去される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
表面を有する基板と、
前面及び背面を有する単結晶圧電プレートであって、前記基板のキャビティにまたがるダイアフラムを形成する前記圧電プレートの一部を除いて、前記背面が結合酸化物（ＢＯＸ）層を介して前記基板の表面に取り付けられる、単結晶圧電プレートと、
インターデジタル変換器（ＩＤＴ）を含み、前記ＩＤＴのインターリーブされたフィンガーがダイアフラムに配置されるように、前記単結晶圧電プレートの前面に形成された導体パターンと、
を含む、熱インピーダンスが低い音響共振器デバイスであって、
前記圧電プレート及び前記ＢＯＸ層は、前記導体パターンと前記基板との間で、より低い熱抵抗を提供するために、前記音響共振器デバイスの表面積の少なくとも一部から除去される、音響共振器デバイス。
前面及び背面を有する単結晶圧電プレートであって、前記基板のキャビティにまたがるダイアフラムを形成する前記圧電プレートの一部を除いて、前記背面が結合酸化物（ＢＯＸ）層を介して前記基板の表面に取り付けられる、単結晶圧電プレートと、
インターデジタル変換器（ＩＤＴ）を含み、前記ＩＤＴのインターリーブされたフィンガーがダイアフラムに配置されるように、前記単結晶圧電プレートの前面に形成された導体パターンと、
を含む、熱インピーダンスが低い音響共振器デバイスであって、
前記圧電プレート及び前記ＢＯＸ層は、前記導体パターンと前記基板との間で、より低い熱抵抗を提供するために、前記音響共振器デバイスの表面積の少なくとも一部から除去される、音響共振器デバイス。
【請求項2】
除去される前記圧電プレート及び前記ＢＯＸ層は、前記導体パターンと前記基板との間で所定の量の熱抵抗を低減するために、前記音響共振器デバイスの前記基板の前記表面の選択された場所から除去される結合層及び圧電層の所定の領域である、請求項１に記載の音響共振器デバイス。
【請求項3】
前記基板の上部と、
前記結合層の側面と、
前記圧電層の側面及び上面の一部と、
前記ＩＤＴの側面及び上面の一部と、
に取り付けられる第二の金属層をさらに備える、請求項２に記載の音響共振器デバイス。
前記結合層の側面と、
前記圧電層の側面及び上面の一部と、
前記ＩＤＴの側面及び上面の一部と、
に取り付けられる第二の金属層をさらに備える、請求項２に記載の音響共振器デバイス。
【請求項4】
前記インターリーブされたフィンガーには、２セットのフィンガーであり、前記ＩＤＴは、前記２セットのフィンガーのそれぞれに取り付けられたバスバーをさらに備え、
前記バスバーの少なくとも一部は、前記基板上にあり、
前記第二の金属層は、前記フィンガーの上部ではなく、前記バスバーの上部に取り付けられる、請求項３に記載の音響共振器デバイス。
前記バスバーの少なくとも一部は、前記基板上にあり、
前記第二の金属層は、前記フィンガーの上部ではなく、前記バスバーの上部に取り付けられる、請求項３に記載の音響共振器デバイス。
【請求項5】
除去される前記圧電プレート及び前記ＢＯＸ層は、前記結合層、プレート、及びＩＤＴの周囲に延在し、島を形成する、請求項４に記載の音響共振器デバイス。
【請求項6】
前記ＢＯＸ層及び前記圧電プレートは、前記キャビティの周囲を超えて一定長さ延びる過剰部分を除外する、請求項１に記載の音響共振器デバイス。
【請求項7】
前記キャビティが周囲を有し、前記過剰部分は、
前記キャビティの前記周囲の長さと幅を超えて２～２５％以上延びる前記キャビティにまたがる前記圧電材料の周囲の長さと幅である、請求項８に記載の音響共振器デバイス。
前記キャビティの前記周囲の長さと幅を超えて２～２５％以上延びる前記キャビティにまたがる前記圧電材料の周囲の長さと幅である、請求項８に記載の音響共振器デバイス。
【請求項8】
前記基板がＳｉであり、前記結合層がＳｉＯ２であり、前記ＩＤＴが金属であり、インターリーブされた前記フィンガーの重なり合う距離が前記共振器デバイスの開口部を規定し、前記圧電プレートがニオブ酸又は酸リチウムのいずれかである、請求項１に記載の音響共振器デバイス。
【請求項9】
前記ＩＤＴに適用されるそれぞれの無線周波数信号は、前記キャビティ上の前記圧電プレートで一次剪断音響モードを励起し、前記ダイアフラムの厚さは、前記圧電プレートで前記一次剪断音響モードを調整するように選択され、ＲＦフィルタの入力と出力を形成する、前記ＩＤＴへの接続をさらに含む、請求項１に記載の音響共振器デバイス。
【請求項10】
キャビティを有する基板と、
前記基板上に形成され、前記キャビティにまたがる圧電プレートであって、前記キャビティにまたがる部分でダイアフラムを形成する圧電プレートと、
前記圧電プレートと前記基板との間の結合酸化物（ＢＯＸ）層と、
前記圧電プレートの前面上で、前記キャビティ上にインターリーブされたフィンガーを有するインターデジタル変換器（ＩＤＴ）と、
を備える、フィルタデバイスであって、
前記キャビティは周囲を有し、
前記ＢＯＸ層及び前記圧電プレートは、導体パターンと前記基板との間で、より低い熱抵抗を提供するために、前記周囲を延長した範囲を超えて除去され、前記フィルタデバイスの表面領域から過剰部分を除外する、フィルタデバイス。
前記基板上に形成され、前記キャビティにまたがる圧電プレートであって、前記キャビティにまたがる部分でダイアフラムを形成する圧電プレートと、
前記圧電プレートと前記基板との間の結合酸化物（ＢＯＸ）層と、
前記圧電プレートの前面上で、前記キャビティ上にインターリーブされたフィンガーを有するインターデジタル変換器（ＩＤＴ）と、
を備える、フィルタデバイスであって、
前記キャビティは周囲を有し、
前記ＢＯＸ層及び前記圧電プレートは、導体パターンと前記基板との間で、より低い熱抵抗を提供するために、前記周囲を延長した範囲を超えて除去され、前記フィルタデバイスの表面領域から過剰部分を除外する、フィルタデバイス。
【請求項11】
前記基板がＳｉであり、前記結合層がＳｉＯ２であり、前記ＩＤＴが金属であり、前記圧電プレートがニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムのいずれかである、請求項１０に記載のフィルタデバイス。
【請求項12】
除去される前記圧電プレート及び前記ＢＯＸ層は、前記導体パターンと前記基板との間で所定の量の熱抵抗を低減するために、前記フィルタデバイスの前記基板の前記表面の選択された場所から除去される前記結合層及び前記圧電層の所定の領域である、請求項１０に記載のフィルタデバイス。
【請求項13】
前記基板の上部と、
前記結合層の側面と、
前記圧電層の側面及び上面の一部と、
前記ＩＤＴの側面及び上面の一部と、
に取り付けられる第二の金属層をさらに備える、請求項１２に記載のフィルタデバイス。
前記結合層の側面と、
前記圧電層の側面及び上面の一部と、
前記ＩＤＴの側面及び上面の一部と、
に取り付けられる第二の金属層をさらに備える、請求項１２に記載のフィルタデバイス。
【請求項14】
前記インターリーブされたフィンガーには、２セットのフィンガーであり、前記ＩＤＴは、前記２セットのフィンガーのそれぞれに取り付けられたバスバーをさらに備え、
前記バスバーの少なくとも一部は、前記基板上にあり、
前記第二の金属層は、前記フィンガーの上部ではなく、前記バスバーの上部に取り付けられる、請求項１３に記載のフィルタデバイス。
前記バスバーの少なくとも一部は、前記基板上にあり、
前記第二の金属層は、前記フィンガーの上部ではなく、前記バスバーの上部に取り付けられる、請求項１３に記載のフィルタデバイス。
【請求項15】
前記ＩＤＴに適用される無線周波数信号は、前記キャビティ上の前記圧電プレートで一次剪断音響モードを励起する、請求項１０に記載のフィルタデバイス。
【請求項16】
前記圧電プレートの厚さが、前記圧電プレートで前記一次剪断音響モードを調整するように選択される、請求項１５に記載のフィルタデバイス。
【請求項17】
キャビティを有する基板と、
前記基板上に形成され、前記キャビティにまたがる圧電プレートであって、前記キャビティにまたがる部分でダイアフラムを形成する圧電プレートと、
前記圧電プレートと前記基板との間の結合酸化物（ＢＯＸ）層と、
前記圧電プレートの前面上で、前記キャビティ上にインターリーブされたフィンガーを有するインターデジタル変換器（ＩＤＴ）と、
を備える、フィルタデバイスであって、
前記圧電プレート及び前記ＢＯＸ層は、導体パターンと前記基板との間で所定の量の熱抵抗を低減するために、前記フィルタデバイスの前記基板の前記表面の選択された場所から除去される、フィルタデバイス。
前記基板上に形成され、前記キャビティにまたがる圧電プレートであって、前記キャビティにまたがる部分でダイアフラムを形成する圧電プレートと、
前記圧電プレートと前記基板との間の結合酸化物（ＢＯＸ）層と、
前記圧電プレートの前面上で、前記キャビティ上にインターリーブされたフィンガーを有するインターデジタル変換器（ＩＤＴ）と、
を備える、フィルタデバイスであって、
前記圧電プレート及び前記ＢＯＸ層は、導体パターンと前記基板との間で所定の量の熱抵抗を低減するために、前記フィルタデバイスの前記基板の前記表面の選択された場所から除去される、フィルタデバイス。
【請求項18】
前記圧電プレート及び前記ＢＯＸ層は、前記キャビティの周囲を超えて一定長さ延びる過剰部分を除外する、請求項１７に記載のフィルタデバイス。
【請求項19】
前記基板がＳｉであり、前記結合層がＳｉＯ２であり、前記ＩＤＴが金属であり、前記圧電プレートがニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムのいずれかである、請求項１７に記載のフィルタデバイス。
【請求項20】
前記ＩＤＴに適用される無線周波数信号は、前記キャビティ上の前記圧電プレートで一次剪断音響モードを励起し、前記圧電プレートの厚さが、前記圧電プレートで前記一次剪断音響モードを調整するように選択される、請求項１７に記載のフィルタデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本特許文書の公開部分に著作権保護の対象となる資料が含まれている。この特許文書の開示の一部は、著作権保護の対象となる資料を含む。この特許文書は、所有者のトレードドレスである、又はその可能性がある事項を図示及び／又は説明することがある。著作権及びトレードドレスの所有者は、特許商標庁の特許ファイル又は記録に記載されている本特許開示がいかなる者によって複製されることに異議を唱えないが、それ以外の場合は、すべての著作権及びトレードドレスの権利を留保する。
【0002】
（関連出願情報）
本特許出願は、２０２０年１１月１１日に出願された「ＸＢＡＲ ＷＩＴＨ ＬＯＷ ＴＨＥＲＭＡＬＩＭＰＥＤＡＮＣＥ」と題する同時係属中の米国仮特許出願第６３／１１２，３９５号の優先権を主張するものである。
本特許出願は、２０２０年１１月１１日に出願された「ＸＢＡＲ ＷＩＴＨ ＬＯＷ ＴＨＥＲＭＡＬＩＭＰＥＤＡＮＣＥ」と題する同時係属中の米国仮特許出願第６３／１１２，３９５号の優先権を主張するものである。
【0003】
本開示は、音響波共振器を使用する無線周波数フィルタに関し、特に通信機器で使用するためのフィルタに関する。
【背景技術】
【0004】
無線周波数（ＲＦ）フィルタは、一部の周波数を通過させ、他の周波数を阻止させるように構成された２ポートデバイスであり、「通過」は比較的低い信号損失で送信することを意味し、「阻止」はブロック又は大幅に減衰させることを意味する。フィルタを通過する周波数の範囲は、フィルタの「通過帯域」と呼ばれる。このようなフィルタによって停止される周波数の範囲は、フィルタの「阻止帯域」と呼ばれる。典型的なＲＦフィルタは、少なくとも１つの通過帯域と、少なくとも１つの阻止帯域を有する。通過帯域又は阻止帯域の特定の要件は、特定のアプリケーションに依存する。例えば、「通過帯域」は、フィルタの挿入損失が１ｄＢ、２ｄＢ、又は３ｄＢなどの定義された値よりも優れている周波数範囲として定義され得る。「阻止帯域」は、フィルタの拒否がアプリケーションに応じて２０ｄＢ、３０ｄＢ、４０ｄＢ、又はそれ以上などの定義された値よりも大きい周波数範囲として定義され得る。
【0005】
ＲＦフィルタは、情報が無線リンクを介して送信される通信システムで使用される。例えば、ＲＦフィルタは、セルラーベースステーション、携帯電話及びコンピューティングデバイス、衛星トランシーバー及び地上局、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）デバイス、ラップトップコンピューター及びタブレット、固定ポイント無線リンク、及び他の通信システムのＲＦフロントエンドで見られる。ＲＦフィルタは、レーダー、電子及び情報戦システムでも使用される。
【0006】
ＲＦフィルタは通常、特定のアプリケーションごとに、挿入損失、拒否、絶縁、電力処理、直線性、サイズ及びコストなどの性能パラメータ間の最良の妥協点を実現するために多くの設計上のトレードオフを必要とする。特定の設計及び製造方法と機能強化は、これらの要件の１つ又は複数を同時に実現できる。
【0007】
無線システムにおけるＲＦフィルタの性能の向上は、システム性能に幅広い影響を与える可能性がある。ＲＦフィルタの改善を活用して、セルサイズの拡大、バッテリ寿命の延長、データレートの向上、ネットワーク容量の拡大、コストの削減、セキュリティの強化、信頼性の向上などのシステム性能の改善を実現できる。これらの改善は、無線システムの多くのレベルで、例えば、ＲＦモジュール、ＲＦトランシーバー、モバイル又は固定サブシステム、又はネットワークレベルなど、個別に又は組み合わせて実現できる。
【0008】
現在の通信システム用の高性能ＲＦフィルタは、一般に、弾性表面波（ＳＡＷ）共振器、バルク音響波（ＢＡＷ）共振器、フィルムバルク音響波共振器（ＦＢＡＲ）、及びその他のタイプの音響共振器を含む音響波共振器を組み込んでいる。ただし、これらの既存のテクノロジーは、将来の通信ネットワークで提案されているより高い周波数での使用には適していない。
【0009】
より広い通信チャネル帯域幅への欲求は、必然的により高い周波数の通信帯域の使用へとつながる。携帯電話ネットワークの無線アクセス技術は、３ＧＰＰ（第三世代パートナーシッププロジェクト）（登録商標）によって標準化されている。第五世代モバイルネットワークの無線アクセス技術は、５Ｇ ＮＲ（新しい無線）規格で定義されている。５Ｇ ＮＲ規格は、いくつかの新しい通信帯域を定義している。これらの新しい通信帯域の２つは、３３００ＭＨｚ～４２００ＭＨｚの周波数範囲を使用するｎ７７と、４４００ＭＨｚ～５０００ＭＨｚの周波数範囲を使用するｎ７９である。帯域ｎ７７と帯域ｎ７９の両方が時分割複信（ＴＤＤ）を使用するため、帯域ｎ７７及び／又は帯域ｎ７９で動作する通信デバイスは、アップリンクとダウンリンクの両方の送信に同じ周波数を使用する。帯域ｎ７７及びｎ７９のバンドパスフィルタは、通信デバイスの送信電力を処理できる必要がある。５ＧＨｚと６ＧＨｚのＷｉＦｉ帯域にも、高周波と広い帯域幅が必要である。５Ｇ ＮＲ規格では、周波数が２４．２５ＧＨｚ～４０ＧＨｚのミリ波通信帯域も定義されている。
【0010】
横方向に励起されたフィルムバルク音響共振器（ＸＢＡＲ）は、マイクロ波フィルタで使用するための音響共振器構造である。ＸＢＡＲは、「横方向に励起されたフィルムバルク音響共振器」と題する特許文献１に記載されている。ＸＢＡＲ共振器は、単結晶圧電材料の薄い浮遊層又はダイアフラム上に形成されたインターデジタル変換器（ＩＤＴ）で構成されている。ＩＤＴは、第一のバスバーから延びる第一のセットの平行なフィンガーと、第二のバスバーから延びる第二のセットの平行なフィンガーとを含む。第一と第二のセットの平行なフィンガーは、インターリーブされている。ＩＤＴに適用されたマイクロ波信号は、圧電ダイアフラムで剪断一次音波を励起する。ＸＢＡＲ共振器は、非常に高い電気機械結合と高周波機能を提供する。ＸＢＡＲ共振器は、バンドリジェクトフィルタ、バンドパスフィルタ、デュプレクサ、マルチプレクサなど、様々なＲＦフィルタで使用できる。ＸＢＡＲは、周波数が３ＧＨｚを超える通信帯域のフィルタでの使用に特に適している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】米国特許第１０，４９１，２９１号明細書
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】横方向に励起されたフィルムバルク音響共振器（ＸＢＡＲ）の概略的平面図及び２つの概略的断面図を含む。
【図3A】ＸＢＡＲの代替の概略的断面図である。
【図3B】ＸＢＡＲにおける関心のある一次音響モードの図解である。
【図3C】ＸＢＡＲを使用する高周波バンドパスフィルタの概略的回路図及びレイアウトである。
【図4A】選択された場所から結合酸化物層（ＢＯＸ）及び圧電層の所定の領域を除去する場合と除去しない場合のＸＢＡＲデバイスの設計パラメータを用いた計算の例を示す表である。
【図4B】選択された場所からＢＯＸ及び圧電層の所定の領域を除去することなく、ＸＢＡＲデバイスの一般化された断面及び熱回路をそれぞれ示すブロック図である。
【図4C】選択された場所からＢＯＸ及び圧電層の所定の領域を除去することなく、ＸＢＡＲデバイスの一般化された断面及び熱回路をそれぞれ示す流れ図である。
【図5A】選択された場所から除去された結合層及び圧電層の所定の領域を有するＸＢＡＲデバイスの概略的断面図である。
【図5B】選択された場所から除去された結合層及び圧電層の３つの所定の領域を有するＸＢＡＲデバイスの概略的断面図である。
【図5C】選択された場所に薄くされた結合層を有するＸＢＡＲデバイスの概略的断面図である。
【図5D】選択された場所に前面エッチングされたキャビティ及び薄くされた結合層を有するＸＢＡＲデバイスの概略的断面図である。
【図5E】サーマルビアを有し、選択された場所に前面エッチングされたキャビティ及び薄くされた結合層を有するＸＢＡＲデバイスの概略的断面図である。
【図6】導電体と基板との間の熱インピーダンスが低いＸＢＡＲを作製するためのプロセスを示す簡略化されたフローチャートである。
【0013】
この説明全体を通して、図に表示される要素には、３桁又は４桁の参照指定子が割り当てられる。ここで、下２桁は要素に固有であり、上１桁又は上２桁は要素が最初に導入された図番号である。図と併せて説明されていない要素は、同じ参照指定子を有する前述の要素と同じ特性及び機能を有すると推定され得る。
【発明を実施するための形態】
【0014】
（装置の説明）
横方向に励起されたフィルムバルク音響共振器（ＸＢＡＲ）は、マイクロ波フィルタで使用するための音響共振器構造である。ＸＢＡＲは、「横方向に励起されたフィルムバルク音響共振器」と題する特許文献１に記載されている。ＸＢＡＲ共振器は、圧電材料の薄い浮遊層又はダイアフラム上に形成されたインターデジタル変換器（ＩＤＴ）を有する導体パターンで構成される。ＩＤＴには２つのバスバーがあり、そのそれぞれが１セットのフィンガーに取り付けられており、２セットのフィンガーは、共振器が取り付けられている基板に形成されたキャビティの上のダイアフラムにインターリーブされている。ダイアフラムは、キャビティにまたがっており、前面及び／又は背面誘電体層を含むことがある。ＩＤＴに適用されたマイクロ波信号は、圧電ダイアフラム内の剪断一次音波を励起し、その結果、音響エネルギーがＩＤＴによって生成された電界の方向に直交する層又は横方向になる層の表面に実質的に垂直に流れるようになる。ＸＢＡＲ共振器は、非常に高い電気機械結合と高周波機能を提供する。
横方向に励起されたフィルムバルク音響共振器（ＸＢＡＲ）は、マイクロ波フィルタで使用するための音響共振器構造である。ＸＢＡＲは、「横方向に励起されたフィルムバルク音響共振器」と題する特許文献１に記載されている。ＸＢＡＲ共振器は、圧電材料の薄い浮遊層又はダイアフラム上に形成されたインターデジタル変換器（ＩＤＴ）を有する導体パターンで構成される。ＩＤＴには２つのバスバーがあり、そのそれぞれが１セットのフィンガーに取り付けられており、２セットのフィンガーは、共振器が取り付けられている基板に形成されたキャビティの上のダイアフラムにインターリーブされている。ダイアフラムは、キャビティにまたがっており、前面及び／又は背面誘電体層を含むことがある。ＩＤＴに適用されたマイクロ波信号は、圧電ダイアフラム内の剪断一次音波を励起し、その結果、音響エネルギーがＩＤＴによって生成された電界の方向に直交する層又は横方向になる層の表面に実質的に垂直に流れるようになる。ＸＢＡＲ共振器は、非常に高い電気機械結合と高周波機能を提供する。
【0015】
ＸＢＡＲダイアフラムから熱を除去するための主要なメカニズムは、ＩＤＴフィンガーを介して基板に伝導することである。ダイアフラムからの熱は、フィンガーを介して導体パターンの他の部分に伝導され、次いで、基板に伝導されることがある。しかしながら、ＩＤＴバスバー及び導体パターンの他の導体は、典型的には、圧電層と結合酸化物（ＢＯＸ）の層によって基板から分離される。圧電層とＢＯＸの熱伝導率が低いことは、効率的な熱除去に対する実質的な障壁となっている。
【0016】
以下では、ＩＤＴ又はバスバーから基板に熱を効率的に伝導するＸＢＡＲ共振器のための改良されたＸＢＡＲ共振器、フィルタ、及び製造技術を説明する。これは、導体パターンと基板との間で所定の量の熱抵抗を低減するために、デバイスの基板の表面の選択された位置から結合層（例えば、ＢＯＸ）及び／又は圧電層の所定の領域を除去することによって、行うことができる。
【0017】
図１は、横方向に励起されたフィルムバルク音響共振器（ＸＢＡＲ）１００の簡略化された概略的上面図及び直交断面図を示す。共振器１００などのＸＢＡＲ共振器は、バンドリジェクトフィルタ、バンドパスフィルタ、デュプレクサ、及びマルチプレクサを含む様々なＲＦフィルタで使用し得る。ＸＢＡＲは、周波数が３ＧＨｚを超える通信帯域のフィルタでの使用に特に適している。
【0018】
ＸＢＡＲ１００は、それぞれ平行な前面１１２及び背面１１４を有する圧電プレート１１０の表面上に形成された薄膜導体パターンから構成される。圧電プレートは、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ケイ酸ランタンガリウム、窒化ガリウム、又は窒化アルミニウムなどの圧電材料の薄い単結晶層である。圧電プレートは、前面と背面に対するＸ、Ｙ、Ｚ結晶軸の方向が既知で一貫しているようにカットされる。この特許で提示されている例では、圧電プレートはＺカットされている。つまり、Ｚ軸は表面に垂直である。ただし、ＸＢＡＲは、他の結晶学的配向を有する圧電プレート上に製造され得る。
【0019】
圧電プレート１１０の背面１１４は、圧電プレート１１０に機械的支持を提供する基板１２０に取り付けられている。基板１２０は、例えば、シリコン、サファイア、石英、又は他のいくつかの材料であり得る。基板は、シリコン熱酸化物（ＴＯＸ）及び結晶シリコンの層を有し得る。圧電プレート１１０の背面１１４は、ウェーハボンディングプロセスを用いて基板１２０に接合するか、又は基板１２０上に成長させるか、又は他の何らかの方法で基板に取り付け得る。圧電プレートは、基板に直接取り付けられるか、あるいはＳｉＯ２、又はＡｌ２Ｏ３などの別の酸化物の結合酸化物（ＢＯＸ）層などの結合酸化物層１２２、介して基板に取り付けてもよい。図１に示すように、ダイアフラム１１５は、キャビティ１の周囲１４５のすべての周りで圧電プレート１１０の残りの部分と隣接している。この文脈において、「隣接する」は、「介在物なしで連続的に接続される」ことを意味する。しかしながら、結合酸化物層（ＢＯＸ）は、プレート１１０を基板１２０に結合することが可能である。ＢＯＸ層は、周囲１４５の周りのプレートと基板との間に存在し得、周囲自体の内部よりもキャビティからさらに離れて延びることができる。それを除去するプロセス（すなわち、本発明）がない場合、ＢＯＸは、圧電プレートと基板との間のいたるところにある。ＢＯＸは、典型的には、キャビティを形成する一部としてダイアフラム１１５の背面から取り外される。
【0020】
ＸＢＡＲ１００の導体パターンは、インターデジタル変換器（ＩＤＴ）１３０を含む。ＩＤＴ１３０は、第一のバスバー１３２から延びるフィンガー１３６などの第一の複数の平行なフィンガーと、第二のバスバー１３４から延びる第二の複数のフィンガーとを含む。第一及び第二の複数の平行なフィンガーがインターリーブされる。インターリーブされたフィンガー１３６は、一般にＩＤＴの「アパーチャ」と呼ばれる距離ＡＰでオーバーラップする。ＩＤＴ１３０の最も外側のフィンガー間の中心間距離Ｌは、ＩＤＴの「長さ」である。
【0021】
第一及び第二のバスバー１３２、１３４は、ＸＢＡＲ１００の端子又は電極として機能する。ＩＤＴ１３０の２つのバスバー１３２、１３４の間に適用された無線周波数又はマイクロ波信号は、圧電プレート１１０内で一次音響モードを励起する。さらに詳細に論じられるように、励起された一次音響モードは、音響エネルギーが圧電プレート１１０の表面に対して法線方向に沿って伝播するバルク剪断モードであり、これはまた、ＩＤＴフィンガーによって生成された電界の方向に垂直又は横方向である。したがって、ＸＢＡＲは、横方向に励起されたフィルムバルク波共振器と見なされる。
【0022】
ＩＤＴ１３０を含む圧電プレート１１０の部分１１５が、基板１２０に接触することなくキャビティ１４０上に、又はキャビティの底部に懸架されるように、キャビティ１４０が基板１２０内に形成される。「キャビティ」とは、「固体内の空の空間」という従来の意味を有する。キャビティには、ガス、空気、又は真空が含まれている場合がある。場合によっては、プレート１１０の上にキャビティ（図示せず）を有する第二の基板、パッケージ、又は他の材料もあり、これは、基板１２０及びキャビティ１４０の鏡像であり得る。プレート１１０の上のキャビティは、キャビティ１４０よりも深さが深い空の空間を有し得る。フィンガーは、キャビティ（又はキャビティの間）の上に延びる（及びバスバーの一部も、任意選択で上に延びることができる）。キャビティ１４０は、基板１２０を完全に貫通する穴（図１の断面Ａ－Ａ及び断面Ｂ－Ｂに示されるように）又は基板１２０内のくぼみ（続いて図３Ａに示されるように）であり得る。キャビティ１４０は、例えば、圧電プレート１１０及び基板１２０が取り付けられる前又は後に、基板１２０を選択的にエッチングすることによって形成され得る。図１に示すように、キャビティ１４０は、ＩＤＴ１３０のアパーチャＡＰ及び長さＬよりも広い拡がりを有する長方形の形状を有する。ＸＢＡＲのキャビティは、規則的なポリゴンや不規則なポリゴンなど、様々な形状をしていてよい。ＸＢＡＲのキャビティは、辺の数が４より多い場合と少ない場合があり、それらの辺は、直線であっても、あるいは曲線であってもよい。
【0023】
キャビティ１４０上に懸架された圧電プレートの部分１１５は、マイクロフォンのダイアフラムに物理的に類似しているため、本明細書では「ダイアフラム」（より良い用語がないため）と呼ばれる。ダイアフラムは、キャビティ１４０の周囲全体、又はほぼ周囲全体の圧電プレート１１０の残りの部分に連続的かつシームレスに接続することができる。この文脈において、「隣接する」とは、「介在物なしで連続的に接続される」ことを意味する。場合によっては、ＢＯＸ層は、プレート１１０を周囲の基板１２０に結合することができる。
【0024】
図１の提示を容易にするために、ＩＤＴフィンガーの幾何学的ピッチ及び幅は、ＸＢＡＲの長さ（寸法Ｌ）及びアパーチャ（寸法ＡＰ）に関して大幅に誇張されている。典型的なＸＢＡＲは、ＩＤＴ１１０に１０を超える平行なフィンガーを有する。ＸＢＡＲは、ＩＤＴ１１０に数百、場合によっては数千の平行フィンガーを有し得る。同様に、断面図のフィンガーの太さも、大幅に誇張されている。
【0025】
図２は、図１のＸＢＡＲ１００の詳細な概略的断面図を示す。断面図は、ＩＤＴのフィンガーを含むＸＢＡＲ１００の一部であり得る。圧電プレート１１０は、厚さｔｓを有する圧電材料の単結晶層である。ｔｓは、例えば、１００ｎｍ～１５００ｎｍであり得る。３．４ＧＨｚ～６ＧＨｚのＬＴＥＴＭ帯域（例えば、帯域４２、４３、４６）のフィルタで使用する場合、厚さｔｓは、例えば、２００ｎｍ～１０００ｎｍであり得る。
【0026】
前面誘電体層２１４は、圧電プレート１１０の前面に任意選択で形成し得る。ＸＢＡＲの「前面」は、定義上、基板とは反対側を向いている表面である。前面誘電体層２１４は、厚さｔｆｄを有する。前面誘電体層２１４は、ＩＤＴフィンガー２３８の間に形成される。図２には示されていないが、前面誘電体層２１４は、ＩＤＴフィンガー２３８上に堆積されてもよい。背面誘電体層２１６は、圧電プレート１１０の背面に任意選択で形成され得る。背面誘電体層は、ＢＯＸ層であるか、又はＢＯＸ層を含み得る。背面誘電体層２１６は、厚さｔｂｄを有する。前面及び背面誘電体層２１４、２１６は、二酸化ケイ素又は窒化ケイ素などの非圧電誘電体材料であってもよい。ｔｆｄ及びｔｂｄは、例えば、０～５００ｎｍであり得る。ｔｆｄ及びｔｂｄは、典型的には、圧電プレートの厚さｔｓよりも小さい。ｔｆｄ及びｔｂｄは、必ずしも等しくなく、前面及び背面誘電体層２１４、２１６は、必ずしも同じ材料である必要はない。前面及び背面誘電体層２１４、２１６のいずれか又は両方は、２つ以上の材料の複数の層から形成され得る。
【0027】
前面誘電体層２１４は、フィルタ内のＸＢＡＲデバイスのいくつか（例えば、選択されたもの）のＩＤＴ上に形成され得る。前面誘電体２１４は、いくつかのＸＢＡＲデバイスのＩＤＴフィンガーの間に形成され、それを覆うことができるが、他のＸＢＡＲデバイスでは形成されない。例えば、前面周波数設定誘電体層をシャント共振器のＩＤＴ上に形成して、前面誘電体がより薄いか、又は全くない直列共振器の共振周波数に対してシャント共振器の共振周波数を下げることができる。一部のフィルタには、様々な共振器上に２つ以上の異なる厚さの前面誘電体が含まれている場合がある。共振器の共振周波数は、前面の誘電体の厚さを選択することによって、少なくとも部分的に共振器を「調整」するように設定することができる。
【0028】
さらに、不動態化層は、ＸＢＡＲデバイスの外部の回路に電気接続が行われる接触パッドを除いて、ＸＢＡＲデバイス１００の表面全体にわたって形成され得る。不働態化層は、ＸＢＡＲデバイスがパッケージに組み込まれている間、ＸＢＡＲデバイスの表面をシール及び保護することを意図した薄い誘電体層である。前面誘電体層及び／又は不働態化層は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、他の誘電体材料、又はこれらの材料の組み合わせであり得る。
【0029】
不動態化層の厚さは、圧電プレート及び金属導体を水及び化学的腐食から保護するように、特に電力耐久性の目的で選択することができる。その厚さは、１０～１００ｎｍの範囲であり得る。不動態化材料は、ＳｉＯ２及びＳｉ３Ｎ４材料などの複数の酸化物及び／又は窒化物コーティングで構成されている場合がある。
【0030】
ＩＤＴフィンガー２３８は、アルミニウム又は実質的にアルミニウム合金、銅又は実質的に銅合金、ベリリウム、タングステン、モリブデン、金、又は他のいくつかの導電性材料からなる１つ又は複数の層であり得る。フィンガーと圧電プレート１１０との間の接着を改善するために、及び／又はフィンガーを不動態化又はカプセル化するために、クロム又はチタンなどの他の金属の薄い（導体の総厚に対して）層をフィンガーの下及び／又は上に形成し得る。ＩＤＴのバスバー（図１の１３２、１３４）は、フィンガーと同じ材料又は異なる材料で作り得る。
【0031】
寸法ｐは、ＩＤＴフィンガーの中心間の間隔又は「ピッチ」であり、これはＩＤＴのピッチ及び／又はＸＢＡＲのピッチと呼ばれる場合がある。寸法ｗは、ＩＤＴフィンガーの幅又は「マーク」である。ＸＢＡＲのＩＤＴは、表面音響波（ＳＡＷ）共振器で使用されるＩＤＴとは大幅に異なる。ＳＡＷ共振器では、ＩＤＴのピッチは、共振周波数での音響波長の半分である。さらに、ＳＡＷ共振器ＩＤＴのマーク対ピッチ比は、典型的には、０．５に近い（つまり、マーク又はフィンガーの幅は、共振時の音響波長の約４分の１である）。ＸＢＡＲでは、ＩＤＴのピッチｐは、典型的には、フィンガーの幅ｗの２～２０倍である。さらに、ＩＤＴのピッチｐは、典型的には、圧電スラブ２１２の厚さｔｓの２～２０倍である。ＸＢＡＲのＩＤＴフィンガーの幅は、共振時の音響波長の４分の１に制限されていない。例えば、ＸＢＡＲのＩＤＴフィンガーの幅は５００ｎｍ以上であり得るので、ＩＤＴは光学リソグラフィーを使用して製造することができる。ＩＤＴフィンガーの厚さｔｍは、１００ｎｍから幅ｗにほぼ等しい値まであり得る。ＩＤＴのバスバー（図１の１３２、１３４）の厚さは、ＩＤＴフィンガーの厚さｔｍと同じであっても、それより大きくてもよい。
【0032】
図３Ａは、図１で定義された断面Ａ－Ａに沿ったＸＢＡＲデバイス３００の代替の断面図を示す。図３Ａでは、圧電プレート３１０が基板３２０に取り付けられている。圧電プレート３１０の一部は、基板のキャビティ３４０にまたがるダイアフラム３１５を形成する。基板３２０を完全には貫通しないキャビティ３４０が、ＸＢＡＲのＩＤＴを含む圧電プレート３１０の部分の下の基板に形成される。ＩＤＴのフィンガー３３６などのフィンガーは、ダイアフラム３１５上に配置される。プレート３１０、ダイアフラム３１５、及びフィンガー３３６は、プレート１１０、ダイアフラム１１５、及びフィンガー１３６であり得る。キャビティ３４０は、例えば、圧電プレート３１０を取り付ける前に基板３２０をエッチングすることによって形成され得る。あるいは、キャビティ３４０は、圧電プレート３１０に設けられた１つ又は複数の開口部を通って基板に到達する選択的エッチャントで基板３２０をエッチングすることによって形成され得る。ダイアフラム３１５は、キャビティ３４０の周囲３４５の大部分の周りで圧電プレート３１０の残りの部分と隣接していてもよい。例えば、ダイアフラム３１５は、キャビティ３４０の周囲の少なくとも５０％の周りで圧電プレート３１０の残りの部分と隣接していてもよい。
【0033】
１つ又は複数の中間材料層３２２は、プレート３１０と基板３２０との間に取り付けられ得る。中間層は、プレート３１０及び基板３２０に取り付けられているか、又は結合されている結合層、ＢＯＸ層、エッチング停止層、シーリング層、接着剤層、又は他の材料の層であり得るか、又はそれらを含み得る。層３２２は、これらの層の１つ又は複数、あるいはこれらの層の組み合わせであり得る。
【0034】
キャビティ３４０は断面で示されているが、キャビティの横方向の拡がりは、図面の平面に垂直な方向でキャビティ３４０を取り囲み、サイズを定義する基板３２０の連続した閉じたバンド領域であることを理解すべきである。キャビティ３４０の横方向（すなわち、図に示されるように左右）の拡がりは、横方向エッジ基板３２０によって定義される。キャビティ３４０の垂直方向（すなわち、図に示されるようにプレート３１０から下向き）の拡がり又は基板への深さ。この場合、キャビティ３４０は、長方形の側面断面、又はほぼ長方形の断面を有する。
【0035】
図３Ａに示されるＸＢＡＲ３００は、本明細書では「前面エッチング」構成と呼ばれるが、その理由は、（圧電プレート３１０を取り付ける前又は後に）キャビティ３４０が基板３２０の前面からエッチングされるからである。図１のＸＢＡＲ１００は、本明細書では「背面エッチング」構成と呼ばれるが、その理由は、圧電プレート１１０を取り付けた後、キャビティ１４０が基板１２０の背面からエッチングされるからである。ＸＢＡＲ３００は、キャビティ３４０の左側及び右側で、圧電プレート３１０に１つ又は複数の開口部３４２を示している。しかしながら、場合によっては、圧電プレート３１０の開口部３４２は、キャビティ３４０の左側又は右側にのみ存在する。
【0036】
図３Ｂは、ＸＢＡＲにおける関心のある一次音響モードの図解である。図３Ｂは、圧電プレート３１０及び３つのインターリーブされたＩＤＴフィンガー３３６を含むＸＢＡＲ３５０の小さな部分を示す。ＸＢＡＲ３５０は、本書の任意のＸＢＡＲの一部であり得る。インターリーブされたフィンガー３３６にＲＦ電圧が適用される。この電圧は、フィンガー間に時間とともに変化する電界を生成する。「電界」とラベル付けされた矢印によって示されるように、電界の方向は、圧電プレート３１０の表面に対して、主として横方向、又は平行である。圧電プレートの誘電率が高いので、電界は、空気に比べてプレートに非常に集中する。横方向電界は、圧電プレート３１０において剪断変形を導入し、したがって、一次剪断モード音波を強く励起する。この文脈では、「剪断変形」は、材料内の平行な平面が、相互に平行移動している間も、平行のままであり、一定の距離を維持する変形として定義される。「剪断音響モード」は、媒体の剪断変形をもたらす媒体内の音響振動モードとして定義される。ＸＢＡＲ３５０の剪断変形は、曲線３６０によって表され、隣接する小さな矢印は、原子運動の方向及び大きさの概略的な表示を提供する。原子運動の程度、及び圧電プレート３１０の厚さは、視覚化を容易にするために大幅に誇張されている。原子運動は主に横方向（すなわち、図３Ｂに示すように水平）であるが、励起された一次剪断音響モードの音響エネルギーの流れの方向は、矢印３６５が示すように、圧電プレートの前面及び背面に対して、実質的に直交している。
【0037】
剪断音響波共振に基づく音響共振器は、現在の最先端のフィルムバルク音響共振器（ＦＢＡＲ）及び、厚さ方向に電界をかけるしっかりと取り付けられた共振器バルク音響波（ＳＭＲ ＢＡＷ）デバイスよりも優れた性能を達成できる。剪断波ＸＢＡＲ共振の圧電結合は、他の音響共振器と比較して高くなる可能性がある（＞２０％）。したがって、高い圧電結合により、かなりの帯域幅を有するマイクロ波及びミリ波フィルタの設計と実装が可能になる。
【0038】
図３Ｃは、ＸＢＡＲを使用する高周波バンドパスフィルタ３７０の概略的回路図及びレイアウトである。フィルタ３７０は、３つの直列共振器３８０Ａ、３８０Ｂ、３８０Ｃ及び２つのシャント共振器３９０Ａ、３９０Ｂを含む従来のラダーフィルタアーキテクチャを有する。３つの直列共振器３８０Ａ、３８０Ｂ、３８０Ｃは、第一のポートと第二のポートとの間に直列に接続されている。図３Ｃに示すように、第一及び第二のポートは、それぞれ「イン」及び「アウト」とラベル付けされている。しかしながら、フィルタ３７０は双方向であり、いずれのポートもフィルタの入力又は出力として機能する。２つのシャント共振器３９０Ａ、３９０Ｂは、直列共振器間のノードから接地に接続されている。すべてのシャント共振器及び直列共振器は、単一のダイ上のＸＢＡＲである。
【0039】
フィルタ３７０の３つの直列共振器１３８０Ａ、３８０Ｂ、３８０Ｃ及び２つのシャント共振器３９０Ａ、３９０Ｂは、シリコン基板（図示せず）に結合された圧電材料の単一プレート３１０上に形成される。各共振器は、それぞれのＩＤＴ（図示せず）を含み、ＩＤＴの少なくともフィンガーが基板のキャビティ上に配置されている。この文脈及び同様の文脈では、「それぞれ」という用語は、「各モノを各モノに関連付ける」ことを意味する、つまり、一対一の対応である。図３Ｃでは、キャビティは、破線の長方形（長方形３４５など）として概略的に示されている。この例では、各ＩＤＴはそれぞれのキャビティ上に配置されている。他のフィルタでは、２つ以上の共振器のＩＤＴが単一のキャビティ上に配置され得る。
【0040】
図４Ａは、導体パターンと基板との間で所定の量の熱抵抗を低減するために、デバイスの基板の表面の選択された場所から結合酸化物層（ＢＯＸ）及び圧電層の所定の領域を除去する場合と除去しない場合のＸＢＡＲデバイスの設計パラメータを用いた計算の例を示す表４００である。表４００は、ＢＯＸ及びＬＮ圧電層プレート１１０がＸＢＡＲ熱伝導に及ぼす影響のスプレッドシートによる推定値であってもよい。
【0041】
表４００の第一の行は、表の列のデータラベルの凡例を示している。第二と第三の行は、その列に、導体パターンと基板との間で所定の量の熱抵抗を低減するために、デバイスの基板の表面の選択された場所から結合酸化物層（ＢＯＸ）及び圧電層の所定の領域を除去する場合と除去しない場合（それぞれ）のＸＢＡＲデバイスのシミュレーションの値を示す。表中の「バンプ」への言及は、デバイス（たとえば、導体層又はバスバー）と外部回路との間の接続を行うためのボンディングパッド、金又ははんだバンプ、又は他の手段であり得る。
【0042】
表４００は、以下の順に示す９つの列を有する。それらは、次の列に示されている６つのバンプの熱抵抗の合計値（ケルビン／ワット（Ｋ／Ｗ））として「Ｒ＿ｎｏｄｅ」、バンプの数としての「＃バンプ」、一連の「接触熱抵抗」を含む各バンプのＫ／Ｗ単位の熱抵抗としての「Ｒ＿ｎｏｄｅ」、各バンプの直径である「バンプ直径」、ＢＯＸ素材の層の厚さである「Ｔ＿Ｂｏｘ」、ＬＮ又は圧電材料の層の厚さである「Ｔ＿ＬＮ」、バンプ材料の厚さである「Ｔ＿ｂｕｍｐ」である。列８と列９は、このシミュレーションでＢＯＸ材料に使用されるＳｉＯ２のこのシミュレーションの圧電プレート材料であるニオブ酸リチウム（ＬＮ）、このシミュレーションのバンプ材料である金（Ａｕ）、及び、このシミュレーションのＩＤＴ材料であるアルミニウム（Ａｌ）の既知の熱伝導率を示す。このシミュレーションは、また、図４Ｂのブロック図４０２及び図４Ｃの流れ図４０４を使用することができる。表４００の代表的な例は、図４Ｃの流れ図４０４の４７４及び４７５からの熱抵抗への寄与を明示的に決定している。
【0043】
接点、バンプ、ＩＤＴ、共振器ダイアフラム、回路基板、又はＸＢＡＲデバイスの他の構成要素などの熱抵抗は、Ｋ／Ｗでシミュレート又は測定することができる。熱流が平面に直交する平面材料の場合、Ｒｔ＝Ｌ／ｋＡであり、ここで、Ｒｔは熱抵抗で、ＬはＢＯＸの層及び／又は圧電プレート材料などの平面の厚さで、ｋは材料の熱伝導率で、ＡはＢＯＸの層及び／又は圧電プレート材料の層などの平面の面積である。平面の面積Ａは、平面内の熱輸送からの寄与を推定するために、異なる物理的面積を有する平面材料の接合部での物理的な平面の面積よりも大きい「有効面積」である場合もある。
【0044】
表４００は、金属ＩＤＴとシリコン基板との間の結合酸化物及びＬＮの「熱接触抵抗」が、ダイからの熱伝導に関して重要であることを示している。表４００は、第三の行のＢＯＸとＬＮプレートがない場合と比較して、第二の行のＢＯＸとＬＮプレート１１０がある場合のバンプあたりの熱抵抗が４倍を超える可能性を示すスプレッドシート計算のバージョンを示している。ＢＯＸなしでシミュレートされた１９Ｋ／Ｗの熱抵抗の減少は、デバイスの熱抵抗全体のかなりの部分になる可能性がある。１９Ｋ／Ｗは、熱抵抗全体の１０％～３０％の間である可能性がある。熱抵抗の減少により、連続波ＲＦ動作中のＸＢＡＲフィルタの温度上昇が１０％～３０％低下する。ＸＢＡＲフィルタの動作温度を下げることの主な利点は、フィルタの最高周波数チャネルで、動作寿命が延び、出力電力が向上することである。
【0045】
図４Ｂ及び図４Ｃは、導体パターンと基板との間で所定の量の熱抵抗を低減するために、デバイスの基板の表面の選択された場所から結合酸化物層（ＢＯＸ）及び圧電層の所定の領域を除去することなく、ＸＢＡＲデバイスの一般化された断面及び熱回路をそれぞれ示すブロック図４０２及び流れ図４０４である。
【0046】
ブロック図４０２及び流れ図４０４は、対応する基板熱抵抗「Ｒ＿Ｓｉ」４２２を有するシリコン基板４２０を示す。基板の上部に取り付けられ、基板のキャビティ４４０上に懸架されているのは、ＬＮ圧電プレート５１０である。ＢＯＸの層は、キャビティの周囲の周りの基板４２０にプレートを取り付ける。キャビティ４４０の上を含むプレート５１０の上部に取り付けられて延びるのは、金属層Ｍ１ ４３０である。プレート５１０及び層Ｍ１は、熱抵抗「Ｒ＿ｍｅｍｂｒａｎｅ」４１２を有する共振器を形成する。層Ｍ１ ４３０の最上部に取り付けられているのは、対応するＭ２熱抵抗「Ｒ＿ｃｏｎｔａｃｔ」４７５を有する接触金属層Ｍ２ ４７０である。層Ｍ２に取り付けられているのは、対応するバンプ熱抵抗「Ｒ＿ｂｕｍｐ」４７４を有する金バンプ４７２である。バンプ４７２の反対側の端に取り付けられているのは、対応する熱抵抗「Ｒ＿ｃａｒｒｉｅｒ」４５２を有する対応するＰＣＢ熱抵抗を有するプリント回路基板（ＰＣＢ）４５０である。
【0047】
「Ｐ＿ｒｅｓ」４６２及び「Ｐ＿ｄｉｅ」４６３は、それぞれ、使用中にこの経路を通って伝導される、共振器によって生成される熱及びフィルタ内の追加の加熱を表す。これらの追加の損失には、ブロック図４０２及びフロー図４０４に明示的に示されていない共振器によって生成される熱、電気配線からの寄生散逸、及びより一般的には非理想的な導体及び誘電体材料に起因する他の損失を含むことがある。この熱は、温度Ｔ＿０のヒートシンク４６０に伝導される。定常状態の共振器温度は、回路理論からＴ＿ｒｅｓ＝Ｔ＿０＋Ｐ＿ｒｅｓ＊（Ｒ＿ｍｅｍｂｒａｎｅ＋Ｒ＿ｃｏｎｔａｃｔ）＋（Ｐ＿ｒｅｓ＋Ｐ＿ｄｉｅ）＊（Ｒ＿Ｓｉ＋Ｒ＿ｃｏｎｔａｃｔ＋Ｒ＿ｂｕｍｐ＋Ｒ＿ｃａｒｒｉｅｒ）として導出される。したがって、ＢＯＸの熱抵抗「Ｒ＿ｃｏｎｔａｃｔ」４７５は、フィルタで散逸されるすべての熱がこの層を介して伝導されるため、ボトルネック又は「チョークポイント」として機能する。
【0048】
ＰＣＢ４５０は、アルミナ（例えば、Ａｌ２Ｏ３）及び／又はタングステン（Ｗ）であり得るか、又はそれらを含み得る。それは、信号ルーティング（例えば、ビア、トレース、及び接触パッド）を備えた高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ）によって形成され得る。場合によっては、ＰＣＢ４５０は銅（Ｃｕ）を使用したＰＣＢラミネートである。これは、既知のＰＣＢプロセスによって形成され、既知の信号ルーティングを有することがある。層Ｍ１及び層Ｍ２の材料は、ＩＤＴ１３０について記載されているように、金属又は導体であり得る。それらは、同じ材料であってもよい。それらは異なる材料であってもよい。それらは、１つ又は複数の異なる処理ステップの間に形成され得る。これらのステップは、ＩＤＴを形成するためのステップとは異なることがある。
【0049】
「バンプ」の下に除去されたＢＯＸがある場合と、ない場合とのデバイスのそれぞれの場合についての表４００からの熱抵抗のシミュレーションは、関係Ｒ＿ｎｏｄｅ＝Ｒ＿ｃｏｎｔａｃｔ＋Ｒ＿ｂｕｍｐによって図４０４に関連している。この関係から、ＢＯＸの除去によって、Ｒ＿ｎｏｄｅが４分の１削減のデバイスの重要性が推定される。共振器の温度上昇の約半分であるＴ＿ｒｅｓ－Ｔ＿０は、図４０４のＲ＿Ｓｉ４２２、Ｒ＿ｃｏｎｔａｃｔ４７５、Ｒ＿ｂｕｍｐ４７４、及びＲ＿ｃａｒｒｉｅｒ４５２に関連付けられる。さらに、Ｒ＿ｎｏｄｅ自体が共振器の温度上昇の２０％～４０％を構成する場合がある。したがって、ＢＯＸを除去すると、フィルタとその共振器の特定の属性に応じて、共振器全体の熱抵抗が１０％～３０％減少すると予想される。
【0050】
ＩＤＴ又はバスバーから基板に熱を効率的に伝導する改良されたＸＢＡＲ共振器及びフィルタを製造することを目的として、導体パターンと基板との間で所定の量の熱抵抗を低減するために、結合層（例えば、ＢＯＸ）及び／又は圧電層の所定の領域を、デバイスの基板の表面の選択された場所から除去することができる。選択された場所から除去された所定の領域は、それらの除去がフィルタによって通過されるフィルタリング性能（例えば、通過する周波数範囲）に影響を与えたり変化させたりしないために除去される過剰なＢＯＸ及び圧電材料として説明され得る。場合によっては、除去すると、周波数範囲及び／又は波の通過振幅の５％未満だけ性能が変化する可能性がある。場合によっては、１０％未満変化する。３％未満の変化であってもよい。
【0051】
場合によっては、フィルタ１００又は３７０（又は部分１１５の周り）のキャビティのキャビティ周囲１４５又は３４５を越えて一定距離延びる過剰なＢＯＸ及び圧電材料が除去された改良されたＸＢＡＲ共振器及びフィルタを製造するために、ＢＯＸの部分又は領域（例えば、層３２２、５２２又は５８２）及びプレート又は層の圧電材料（例えば、層１１０、３１０、４１０又は５１０）を除去することができる。この除去には、ａ）キャビティの周囲を超えて長さ方向にキャビティの長さの２～２５％長く伸び、ｂ）キャビティの周囲を越えて幅方向にキャビティの幅より２～２５％長く伸びるＢＯＸ及び圧電材料の除去が含まれる場合がある。この除去は、導体パターンと基板との間で所定の量の熱抵抗を低減するために、過剰なＢＯＸ及び圧電材料を除去することを含み得る。この除去は、接触層に直接隣接する（例えば、接触する）場所から、及び／又は接触バンプの下の場所から、余分なＢＯＸ及び圧電材料を除去することを含み得る。これには、ＸＢＡＲ共振器又はＲＦフィルタのダイアフラムの外側から、たとえば、共振器又はダイアフラムがまたがる（例えば、懸架されている、又は伸びている）キャビティの横の場所から、ＢＯＸ及び圧電材料を除去することが含まれる場合がある。
【0052】
図５Ａは、ＩＤＴパターン５３６と基板５２０との間で所定の量の熱抵抗を低減するために、デバイスの基板の表面上の選択された場所から除去された結合層５２２（例えば、ＢＯＸ層）及び圧電層５１０を有するＸＢＡＲデバイス５００の概略的断面図である。デバイス５００は、デバイス１００及び／又は３００を表すことができる。図５Ａは、図１の断面Ａ－Ａ、図１の断面Ｂ－Ｂ、及び／又は図３Ａの平面Ａ－Ａにあるフィルタデバイスの図であり得る。図５Ａは、キャビティ５４０を有する基板５２０を備えるフィルタデバイス５００を示す。ＢＯＸ層５２２は、基板上に形成され、キャビティ５４０にまたがる。圧電プレート５１０は、結合層５２２に結合され、キャビティ５４０にまたがる。場合によっては、結合層５２２は、キャビティ５４０上には存在せず、プレートが基板に取り付けられている場所の間にのみ存在する。
【0053】
圧電プレート５１０の前面に形成されたインターデジタル変換器（ＩＤＴ）５３０は、バスバー５３２及び５３４と、インターリーブされたフィンガー５３６とを有する。各バスバーは、インターリーブされたフィンガー５３６を形成する１セットのフィンガーに取り付けられている。フィンガー５３６は、キャビティ５４０にまたがるか、又はキャビティ５４０上にある場合がある。場合によっては、ＩＤＴのバスバーの一部もキャビティの上にある。他の場合では、キャビティの上にはなく、すべてのバスバーは基板５２０の上にある。バスバーの少なくとも一部は、ＩＤＴで生成された熱をより適切に基板に伝導するために、（例えば、キャビティの上にはなく）基板上にある。
【0054】
デバイス５００は、キャビティ５４０の幅ＷＣと、層５２２及び５１０の幅ＷＰと、ＩＤＴ５３０の幅ＷＩＤＴとを有する。また、図１～図３Ｂに記載されているように、これらの幅に関連するキャビティ、層、及びＩＤＴの長さも有する。幅及び対応する長さは、キャビティ、層（例えば、ダイアフラム）及びＩＤＴの周囲を定義することができる。
【0055】
Ｍ２材料の第二の金属層５７０及び５７１は、基板５２０の上部と、結合層５２２の側面と、圧電層５１０の側面及び上面の一部と、フィンガー５３６の上部ではなく、バスバーの上部などのＩＤＴ５３６の側面及び上面の一部に取り付けられている。場合によっては、第二の金属層５７０及び５７１は、結合層５２２、プレート５１０及びＩＤＴ５３０の周囲に延在する単一の金属層であって、それらの島を形成する。
【0056】
図５Ａ～５Ｅの基板、結合層、圧電プレート／層、ＩＤＴ、フィンガー、バスバー、導体パターンに使用できる材料は、図１～図４について説明した材料と同じであり得る。図５Ａ～５Ｅの層Ｍ１及び層Ｍ２の材料は、図１～図４について説明した材料と同じであり得る。結合層５２２は、二酸化ケイ素、Ａｌ２Ｏ３、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ＳｉＯＣ、窒化アルミニウム、金属酸化物、別の酸化物又は別の適切な結合材料などのＢＯＸであり得る。それは、そのような材料の１つ又は複数からなる複数の層である可能性がある。
【0057】
フィルタリング中にダイアフラム５１０内又はダイアフラム５１０によって生成された熱は、フィンガー５３６を介して、ＩＤＴ５３０のバスバー５３２及び５３４に、次いで、基板５２０に伝導され得る。しかしながら、ＩＤＴのバスバー及び他のパーツは、圧電層及び結合酸化物（ＢＯＸ）層によって基板から分離されている。
【0058】
したがって、フィンガー５３６及びバスバー５３２、５３４から基板５２０に熱を効率的に伝導する改良されたＸＢＡＲ共振器５００は、導体パターンと基板との間で所定の量の熱抵抗を低減するために、デバイス５００の基板の表面の選択された場所から結合層５２２及び圧電層５１０の所定の領域（例えば、過剰量）ＷＲ１及びＷＲ２を除去することによって形成される。除去は、共振器の周囲の層５２２及び５１０を除去して、キャビティ５４０上に層５２２、５１０及びＩＤＴ５３０の島を残すアイランドエッチングの概念によって行うことができる。この場合、領域ＷＲ１及びＷＲ２は、結合層５２２、プレート５１０及びＩＤＴ５３０の周囲に延在する単一の領域であり、それらの島を形成する。
【0059】
複数のデバイス５００が、各島を分離する領域ＷＲ１及びＷＲ２を有する基板５２０上の島として存在し得ると考えられる。ここでは、層５７０は、各島の間に部分的に延びることができる。他の場合には、それはすべての島の間で完全に延びることもある。
【0060】
所定の領域ＷＲ１及びＷＲ２を除去すると、「接触熱抵抗」が所定の量だけ低減する。導体パターンと基板との間の熱抵抗の低減における所定の量は、熱抵抗の２分の１、３分の１、５分の１、又は１０分の１の低減であり得る。場合によっては、その低減は、３分の１になる。他の場合は、その低減は、１０分の１になる。領域ＷＲ１及びＷＲ２の領域サイズは、所望の低減の所定の量に基づいて選択又は事前決定され得る。ＷＲ１とＷＲ２の範囲は１μｍ～２００μｍで、最大の拡がりは共振器から共振器、又は共振器からバンプオフセットによって決定される。ＷＲ１とＷＲ２とは互いに同一である必要はないが、同一であることも除外されない。
【0061】
選択された場所は、結合層５２２及び圧電層５１０の除去が行われる所定の領域ＷＲ１及びＷＲ２である。例えば、結合層５２２及び圧電層５１０は、キャビティにまたがり、キャビティの周囲を越えて一定長さを延びる過剰部分を有する。過剰部分は、キャビティの長さと幅（ＷＣ）の周囲を超えて、一定の長さと幅の距離（ＷＲ１とＷＲ２）に伸びることがある。過剰部分は、キャビティの周囲を越えて長さ及び幅が、キャビティの長さ距離と幅距離のａ）５、１０又は２０％を超えて延びる、又はｂ）２～２５％延びる結合層及び圧電層の周囲であり得る。除去される領域ＷＲ１及びＷＲ２は、共振器間又は共振器とバンプとの間の金属ルーティングによってカバーされる領域の一部又は全部に対応する。
【0062】
ＩＤＴ及び第二の金属導体は、金属又は別の適切な導電性材料であり得る。基板は、シリコン又は別の適切な基板半導体材料であり得る。結合層は、二酸化ケイ素又は別の適切な結合材料などのＢＯＸであり得る。
【0063】
圧電層５１０は、層５１０を除去するが、層５２２のいずれも除去しない選択的エッチング技術又は化学を使用して、領域ＷＲ１及びＷＲ２で層５１０上から離れてエッチングされ得る。ここでは、層５２２は、エッチング層５１０のためのエッチング停止層であり得る。
【0064】
結合層５２２は、層５２２を除去するが、基板１２０のいかなる厚さ又は機能的に関連する厚さも除去しない選択的エッチング技術又は化学を使用して、領域ＷＲ１及びＷＲ２で基板５２０上から離れてエッチングされ得る。ここでは、基板１２は、エッチング層５２２のためのエッチング停止層であり得る。
【0065】
場合によっては、結合層５２２及び圧電層５１０の両方が、両方の層を除去するが、基板１２０のいかなる厚さ又は機能的に関連する厚さを除去しない選択的エッチング技術又は化学を使用して、領域ＷＲ１及びＷＲ２で基板５２０上から離れてエッチングされる。ここでは、基板５２０は、両方の層をエッチングするためのエッチング停止層であり得る。
【0066】
ＢＯＸ及びＬＮ層５１０、５２２の領域を除去することは、ＩＤＴの電気的絶縁経路に影響を与えない可能性がある。なぜなら、ＢＯＸ＋ＬＮが領域ＷＲ１及びＷＲ２から除去された場合、Ｍ２層とＳｉ基板層５２０との間に静電容量がないからである。例えば、領域ＷＲ１及びＷＲ２で基板５２０の表面上に形成された高い電気抵抗を有するトラップリッチ層は、電気的絶縁経路を確保するのに十分である可能性が高い。場合によっては、酸化されたＴｉ層などの領域ＷＲ１及びＷＲ２で基板５２０の表面上に形成されたバリア層で高い抵抗を維持することが望ましいであろう。このような層は、寄生熱抵抗の寄与を最小限に抑えるために、０ｎｍ～２０ｎｍの厚さになる。
【0067】
図５Ｂは、ＩＤＴパターン５３６と基板５２０との間で所定の量の熱抵抗を低減するために、デバイスの基板の表面上の選択された場所から除去された結合層５２２及び圧電層５１０の３つの所定の領域を有するＸＢＡＲデバイス５０２の概略的断面図である。デバイス５０２は、層５２２、５１０の幅ＷＰ１及び別の幅ＷＰ２、領域ＷＲ１及びＷＲ２の除去と同様の理由で除去される、層５２２、５１０の第三の領域の幅ＷＲ３を含むデバイス５００の代替構成を表すことができる。また、デバイス５０２は、図示されたように、層５７１に取り付けられたバンプ５７２も有する。バンプ５７２は、バンプ４７２で説明することができる。
【0068】
【0069】
デバイス５０２の場合、Ｍ２材料の第二の金属層５７３が、ＷＰ２で結合層５２２の側面に、ＷＰ２で圧電層５１０の側面及び上面に、上面層５７１に取り付けられている。また、ＷＲ３で基板５２０の上部に、層５７３の側面に取り付けられたＭ２材料の第二の金属層５７４を、その上面に取り付けられたバンプ５７２とともに有する。場合によっては、第二の金属層５７３及び５７４は、共振器又は層５７１の横の結合層５２２及びプレート５１０に形成されたトレンチを通って延びる別個の金属層である。トラップリッチなＳｉ又は高抵抗金属膜では十分な電気的絶縁が得られない領域で、さらに電気的絶縁を提供するために、長さＷＰ２にわたってＢＯＸ５２２とＬＮ５１０を残してもよい。しかしながら、ＷＲ２とＷＲ３が直接隣接するように、ＷＰ２もゼロになる場合がある。
【0070】
したがって、フィンガー５３６及びバスバー５３２、５３４から基板５２０に熱を効率的に伝導する改良されたＸＢＡＲ共振器５０２は、導体パターンと基板との間で所定の量の熱抵抗を低減するために、デバイス５０２の基板の表面の選択された場所から結合層５２２及び圧電層５１０の所定の領域（例えば、過剰量）ＷＲ１、ＷＲ２及びＷＲ３を除去することによって形成される。除去は、図５について説明した層５２２、５１０及びＩＤＴ５３０の島とは別に、又はそれに加えて、共振器の周囲の横にあるトレンチ内の層５２２及び５１０を除去するトレンチエッチングの概念によって行うことができる。ＷＲ３の最小サイズはバンプ５７２の直径であり、典型的には、５μｍ～１００μｍの範囲である。ＷＲ３も、ＷＲ２まで延びることができ、最大２００μｍまで延びることができる。
【0071】
デバイス５０２の選択された場所及び所定の量は、デバイス５００の場合と同じであり得る。ＷＲ領域で基板５２０上から離れて結合層５２２及び圧電層５１０をエッチングすることは、デバイス５０２において、デバイス５００の場合と同じであり得る。
【0072】
図５Ｃは、ＩＤＴパターン５３６と基板５２０との間で所定の量の熱抵抗を低減するために、デバイスの基板の表面上の選択された場所に薄くされた結合層５８２を有するＸＢＡＲデバイス５０４の概略的断面図である。デバイス５０４は、領域ＷＲ１及びＷＲ２に層５８２及び５１０を含むデバイス５００の代替構成を表すことができる。場合によっては、結合層５８２は、キャビティ５４０上に存在せず、プレートが基板に取り付けられている場所の間にのみ存在する。
【0073】
デバイス５０４の場合、Ｍ２材料の第二の金属層５８０及び５８１は、フィンガー５３６の上部ではなくバスバーのなど、ＩＤＴ５３０の側面及び上面に、また圧電層５１０の上面に取り付けられている。
【0074】
場合によっては、第二の金属層５８０及び５８１は、ＩＤＴ５３０の周囲に延在する単一の金属層であり、ＩＤＴ５３０の島を形成する。図５Ａについて説明したように、複数の島として複数のデバイスが存在する場合もある。
【0075】
したがって、フィンガー５３６及びバスバー５３２、５３４から基板５２０に熱を効率的に伝導する改良されたＸＢＡＲ共振器５０４は、導体パターンと基板との間で所定の量の熱抵抗を低減するために、デバイス５０４の基板の表面上の選択された場所でＷＲ１及びＷＲ２に薄くされた結合層５８２を有することによって形成される。
【0076】
層５８２は、５０～５００ｎｍの間の厚さを有する。厚さは１００～４００ｎｍの間であってもよい。場合によっては、７０～１３０ｎｍである。
【0077】
層５８２は、層５２２の材料のより薄い層を堆積することによって、及び／又は層５２２を層５８２の厚さに研磨することによって形成され得る。それは、薄いＢＯＸの概念に従って、ＢＯＸのより厚い層から形成され得る。
【0078】
一例では、層５２２の２μｍの厚さの層は、ＩＤＴ５３０と基板５２０との間の熱抵抗の８０％にするか、又は８０％である。しかしながら、層５８２の１００ｎｍの厚さの層を使用すると、この熱抵抗の８０％が少なくとも４分の１か５分の１に減少する。
【0079】
より薄い層５８２を使用することにより、キャビティ５４０を、図３Ａについて説明したような前面エッチング技術によって形成することも可能になる。例えば、図５Ｄは、ＩＤＴパターン５３６と基板５２０との間で所定の量の熱抵抗を低減するために、デバイスの基板の表面上の選択された場所に前面エッチングキャビティ５９０及び薄くされた結合層５８２を有するＸＢＡＲデバイス５０６の概略的断面図である。デバイス５０６は、デバイス５００の代替構成を表すことができ、領域ＷＩＤＴ内にＩＤＴ５３０及び層５１０と、領域ＷＲ１及びＷＲ２内に層５８２及び５１０とを含む。結合層５８２は、前面キャビティエッチング中にエッチング除去されており、したがって、キャビティ５９０上には存在せず、プレートが基板に取り付けられている場所の間にのみ存在する。他の場合には、結合層５８２は、前面エッチング中に除去されず、キャビティ５９０上にも存在する。キャビティ５９０は、キャビティ３４０と同様であり得る。
【0080】
キャビティ５９０は、基板５２０を完全には貫通せず、ＩＤＴを含む圧電プレート５１０の部分の下の基板に形成される。キャビティ５９０は、層５８２及び５１０を基板に取り付ける前に、基板５２０をエッチングすることによって形成することができる。別の場合において、キャビティ５９０は、層５１０を層５８２に取り付けてキャビティ上に層５１０のダイアフラムを形成する前に、基板５２０及び層５８２をエッチングすることによって形成される。あるいは、キャビティ５９０は、圧電プレート５１０に設けられた１つ又は複数の開口部５４２を通って基板に到達する選択的エッチャントで基板５２０をエッチングすることによって形成され得る。開口部５４２は、開口部３４２と同様であり得る。開口部５４２以外では、プレート５１０のダイアフラムは、キャビティ５９０の周囲の大部分の周りに隣接し得る。例えば、層５１０のダイアフラムは、キャビティ５９０の周囲の少なくとも５０％の周りに隣接し得る。デバイス５０６の場合、Ｍ２材料の第二の金属層５８０及び５８１は、また、層５１０の開口部５４２の場所をカバーしている。
【0081】
したがって、フィンガー５３６及びバスバー５３２、５３４から基板５２０に熱を効率的に伝導する改良されたＸＢＡＲ共振器５０６は、導体パターンと基板との間で所定の量の熱抵抗を低減するために、デバイス５０６の基板の表面上の選択された場所ＷＲ１及びＷＲ２に、前面エッチングされたキャビティ５９０、及び薄くされた結合層５８２を有することによって形成される。
【0082】
層５８２は、前面エッチングの概念を備えた薄いＢＯＸを使用して、キャビティ５９０の前面エッチングの前に形成され得る。キャビティ５９０を形成するためのエッチングは、パターン化された「タブ」を使用してキャビティを定義することができ、これは、キャビティ領域の下及び中の基板層５２０のＳｉ材料にエッチングされる。基板５２０のタブ領域は、事前にパターン化され、犠牲層で満たされ、Ｓｉ材料のエッチングの前にタブ材料を再平面化するために化学機械研磨（ＣＭＰ）を受けることができる。
【0083】
図５Ｃについて述べたように、薄層５８２は、パターン化されていないウェーハ形成キャビティに必要とされる可能性があるより厚い層などのより厚い層５２２よりも熱抵抗が低い。
【0084】
キャビティ５９０は、エッチング中に層５１０のパターン化されていないＬＮから開かれた穴５４２を有する空気キャビティとして形成され得る。Ｓｉ基板は、エッチングキャビティを規定するために選択的エッチング停止機能で事前にパターン化されても、あるいはキャビティサイズがエッチャントのタイプ及び露出によって制御されるようにパターン化されていなくてもよい。次に、金属５８０及び５８１が、下の空気キャビティに入ることなく、層５１０、開口部５４２、及びＩＤＴ５３０の一部の上に形成される。
【0085】
薄い層５８２を使用することにより、共振器周囲の周囲の場所で層５１０及び５８２を通してサーマルビアをエッチングして、ＩＤＴ５３０と基板５２０との間の熱抵抗をさらに低減することもできる。例えば、図５Ｅは、ＩＤＴパターン５３６と基板５２０との間で所定の量の熱抵抗を低減するために、デバイスの基板の表面上の選択された場所に、サーマルビア５２８、前面エッチングキャビティ５９０及び薄くされた結合層５８２を有するＸＢＡＲデバイス５０８の概略的断面図である。デバイス５０８は、サーマルビア５２８を含むデバイス５０６の代替構成を表すことができる。結合層５８２は、キャビティ５９０上に存在しない。他の場合には、結合層５８２は、キャビティ５９０上に存在する。サーマルビア５２８は、直径又は幅が２μｍ～１００μｍの範囲であり得る。それらの断面は、円形、正方形、楕円形、又は長方形であり得る。Ｓｉ基板５２０へのサーマルビアの範囲は、Ｓｉ基板の厚さの０．５％～５０％の範囲であり得る。その場合、典型的な寸法は、２００μｍのＳｉ基板５２０に対して１μｍ～１００μｍである。サーマルビアは、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｎｉなどの導電性金属、これらの材料の合金から構成され得、又はこれらの材料を相加的に重ねることによって構成され得る。
【0086】
サーマルビア５２８は、層５１０、５８２内の金属又はポリシリコン領域を追加して、層５２０の上面又は厚さを通して蒸着することによって形成され、ＩＤＴから基板への熱伝導率を増加させるヒートシンクを作成することができる。領域５２８の材料は、ＩＤＴバスバー５３４、５３２からシリコン層５２０に熱を伝達する熱特性を有するように選択された金属又はポリシリコン材料であり得る。領域は、開口部５４２を形成するときに、層５１０、５８２及び任意選択で５２０を通して形成することができ、それは、ビア５２８の場所でそれらの層を通してエッチングも行い、次いで、層５８０及び５８１を堆積するときなど、それらの領域に金属又はポリシリコンを堆積することによって行われる。ビア５２８は、共振器プレート５１０で生じた熱を均一に基板に伝導するために、キャビティ５９０の周りにリングを形成することができる。図５Ａで説明したように、複数のデバイスの島の複数のキャビティの周りに複数のリングが存在する場合がある。
【0087】
高熱抵抗層５１０及び５８２を通る低熱抵抗ビア５２８を追加することによって、層５８０／５８１から基板に流れる熱に対して、層５１０及び５８２を通る経路よりも低い熱抵抗のビア５２８を作成することによって、ＩＤＴから、層５８０／５８１を通り、基板５２０に至る経路の熱抵抗が低減する。これは、所与の入力熱負荷に対する所与のプレート共振器の温度上昇を低減する。
【0088】
したがって、フィンガー５３６及びバスバー５３２、５３４から基板５２０に熱を効率的に伝導する改良されたＸＢＡＲ共振器５０８は、導体パターンと基板との間で所定の量の熱抵抗を低減するために、デバイスの基板の表面上の選択された位置ＷＲ１及びＷＲ２に、サーマルビア５２８、前面エッチングされたキャビティ５９０、及び薄くされた結合層５８２を有することによって形成される。
【0089】
サーマルビア５２８は、サーマルビアの概念を備えた薄いＢＯＸの前面エッチングを使用して、開口部５４２及び／又はキャビティ５９０の前面エッチングの前又は最中に形成することができる。キャビティに湿式エッチングを使用し、ビア開口部に乾式エッチングを使用するなどして、ビアとは異なるエッチャントをキャビティに使用することができる。エッチングには、複数のフォトリソグラフィー処理ステップが必要になることがある。別の場合には、ビア材料の堆積前のビア開口部のパターン化中に、キャビティ開口部のより複雑な「被覆」を使用することができる。
【0090】
ビア５２８を使用することの１つの利点は、ＩＤＴと基板との間の熱抵抗を下げるために、追加の金属を流すなどの追加のフォトリソグラフィー処理ステップを行うよりも、熱ビアを定義する方が簡単であることである。
【0091】
また、図５Ａ～５Ｃのキャビティ５４０の背面エッチングの場合、キャビティがエッチングされるときに層５１０がエッチングされないように、背面エッチングストップとして１～３μｍの厚いＳｉＯ２層５２２が必要となり得ることに留意されたい。一方、図５Ｄ～５Ｅのキャビティ５９０の前面エッチングのために、より薄い層５８２は、２００ｎｍ～４００ｎｍのＢＯＸ材料の薄い酸化物であってもよい。
【0092】
（方法の説明）
図６は、間の熱インピーダンスが低く、したがって、ＩＤＴ又はバスバーから基板に熱を効率的に伝導するＸＢＡＲ音響共振器を作製するためのプロセス６００を示す簡略化されたフローチャートである。プロセス６００は、導体パターンと基板との間で所定の量の熱抵抗を低減するために、ａ）ＢＯＸ及び／又は圧電層５１０及び５２２の所定の領域を基板の表面の選択された場所から除去すること、ＢＯＸ材料のより薄い層５８２を使用すること、及び／又はサーマルビア５２８を使用することを含む。
図６は、間の熱インピーダンスが低く、したがって、ＩＤＴ又はバスバーから基板に熱を効率的に伝導するＸＢＡＲ音響共振器を作製するためのプロセス６００を示す簡略化されたフローチャートである。プロセス６００は、導体パターンと基板との間で所定の量の熱抵抗を低減するために、ａ）ＢＯＸ及び／又は圧電層５１０及び５２２の所定の領域を基板の表面の選択された場所から除去すること、ＢＯＸ材料のより薄い層５８２を使用すること、及び／又はサーマルビア５２８を使用することを含む。
【0093】
プロセス６００は、６０５で基板及び圧電材料のプレートから開始し、６９５で図５Ａ～５Ｅに示すような完成したＸＢＡＲ又はフィルタで終了する。後述するように、圧電プレートは、犠牲基板上に取り付けられてもよく、圧電材料のウェーハの一部であってもよい。図６のフローチャートには主要なプロセスステップのみが含まれる。様々な従来のプロセスステップ（例えば、表面処理、化学的機械的処理（ＣＭＰ）、洗浄、検査、堆積、フォトリソグラフィー、ベーキング、アニーリング、モニタリング、テストなど）は、図６に示されているステップの前、間、後、及び最中に実行できる。
【0094】
図６のフローチャートは、基板にキャビティが形成される時期と方法が異なるＸＢＡＲを製造するためのプロセス６００の３つの変形例を捉えている。キャビティは、ステップ６１０Ａ、６１０Ｂ、又は６１０Ｃで形成され得る。プロセス６００の３つの変形例のそれぞれにおいて、これらのステップのうちの１つだけが実行される。
【0095】
図６のフローチャートも、図５Ａ～５Ｃに示すように、結合層及び圧電材料が所定の領域から除去される時期及び方法が異なるＸＢＡＲを作製するためのプロセス６００の２つの変形例を捉えている。例えば、過剰なＢＯＸ及び圧電材料は、ステップ６２５Ａ又は６２５Ｂで除去され得る。プロセス６００のこれらの２つの変形例のそれぞれにおいて、これらのステップのうちの１つのみが実行される。別の変形例では、過剰なＢＯＸ及び圧電材料のいくつかは、ステップ６２５Ａで除去され得、それらのより多くは、ステップ６２５Ｂで除去される。
【0096】
圧電プレートは、例えば、Ｚカット、回転Ｚカット、又は回転Ｙカットのニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムであり得る。圧電プレートは、プレート１１０について前述したように、他の材料及び／又は他のカットであり得る。基板は、シリコンであり得る。基板は、エッチング又は他の処理によって深いキャビティの形成を可能にする何らかの他の材料であり得る。
【0097】
プロセス６００の１つの変形例では、６２０で圧電プレートが基板に結合される前に、１つ又は複数のキャビティが６１０Ａで基板に形成される。フィルタデバイス内で、各共振器に対して別個のキャビティを形成することができる。１つ又は複数のキャビティは、従来のフォトリソグラフィー及びエッチング技術を使用して形成することができる。これらの技術は、等方性であっても、異方性であってもよく、深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）を使用してもよい。典型的には、６１０Ａで形成されたキャビティは基板を貫通せず、結果として生じる共振器デバイスは、図３Ａに示すような断面を有することになる。
【0098】
６２０で、圧電プレートが基板に結合される。圧電プレートと基板は、ウェーハ結合プロセスによって結合することができる。典型的には、基板と圧電プレートの合わせ面は、高度に研磨されている。酸化物などの中間結合材料の１つ又は複数の層が、圧電プレート及び基板の一方又は両方の合わせ面上に形成又は堆積される。一方又は両方の合わせ面は、例えば、プラズマプロセスを使用して活性化することができる。次に、合わせ面をかなりの力で一緒に押して、圧電プレートと基板又は中間材料層との間に分子結合を確立することができる。
【0099】
６２０の第一の変形例では、圧電プレートは、最初に犠牲基板上に取り付けられる。圧電プレートと基板が結合層を使用して結合された後、犠牲基板、及び介在する層が除去されて、圧電プレートの表面（以前に犠牲基板に面していた表面）が露出する。犠牲基板は、例えば、材料に依存する湿式若しくは乾式エッチング、又は他の何らかのプロセスによって除去することができる。
【0100】
６２０の第二の変形例では、単結晶圧電ウェーハから開始する。イオンは、圧電ウェーハの表面の下の制御された深さまで注入される（図６には図示せず）。イオン注入の表面から深さまでのウェーハの部分は、薄い圧電プレートであり、（又は、になり）、ウェーハの残りは、事実上犠牲基板である。圧電ウェーハの注入された表面とデバイス基板が結合された後、圧電ウェーハは、注入されたイオンの平面で分割され（例えば、熱衝撃を使用して）、圧電材料の薄いプレートが露出されて基板に結合されたままで残り得る。薄い圧電材料の厚さは、注入されたイオンのエネルギー（したがって深さ）によって決まる。イオン注入とそれに続く薄いプレートの分離のプロセスは、一般に「イオンスライシング」と呼ばれる。圧電ウェーハが分割された後、薄い圧電プレートの露出面を研磨又は平坦化することができる。
【0101】
プロセス６００のいずれかの変形例において、結合層５２２又は５８２は、図５Ａ～５Ｅについて説明したように、プレートを基板に結合するために使用される。層５８２を使用することは、図５Ｄ～５Ｅについて説明したように、導体パターンと基板との間で所定の量の熱抵抗を低減するために、ＢＯＸ材料のより薄い層５８２を使用することになる。ＢＯＸ材料のより薄い層５８２は、プロセス６００の任意の１つ又は複数のプロセス中に形成されたサーマルビア５２８と共に使用すること、及び／又は図５Ｅについて説明したように、導体パターンと基板との間で所定の量の熱抵抗を低減するために使用することができる。
【0102】
プロセス６００の１つの変形例では、６２５Ａで、図５Ａ～５Ｃについて説明したように、ＢＯＸ及び圧電プレートの所定の領域が除去される。これは、６２０で圧電プレートが基板に結合された後、６３０で導体パターンが形成される前に、所定の領域を除去し得る。所定の領域は、パターン化及びエッチングによって除去され得る。ここでは、基板層５２０は、圧電材料の所定の領域を除去するために、エッチングストップとして使用することができる。６２５Ａでの除去は、また、ビア５２８を形成するためのプレート、ＢＯＸ、及び任意選択で基板の領域を除去することを含み得る。
【0103】
１つ又は複数のＸＢＡＲデバイスを規定する導体パターン及び誘電体層は、６３０で圧電プレートの表面上に形成される。典型的には、フィルタデバイスは、順次堆積及びパターン化される２つ以上の導体層を有する。導体層は、ボンディングパッド、金又ははんだバンプ、又はデバイスと外部回路との間の接続を行うための他の手段を含み得る。導体層は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、モリブデン、タングステン、ベリリウム、金、又は他の導電性金属であり得る。任意選択で、他の材料の１つ又は複数の層を、導体層の下（すなわち、導体層と圧電プレートとの間）及び／又は導体層の上に配置することができる。例えば、チタン、クロム、又は他の金属の薄膜を使用して、導体層と圧電プレートとの間の接着を改善することができる。導体層は、ボンディングパッド、金又ははんだバンプ、又はデバイスと外部回路との間の接続を行うための他の手段を含み得る。
【0104】
導体パターンは、圧電プレートの表面上に導体層を堆積させ、パターン化されたフォトレジストを通してエッチングすることによって余分な金属を除去することによって、６３０で形成することができる。あるいは、導体パターンは、リフトオフプロセスを使用して６３０で形成することができる。フォトレジストを圧電プレート上に堆積させ、パターン化して導体パターンを定義することができる。導体層は、圧電プレートの表面上に順番に堆積させることができる。次に、フォトレジストを除去することができ、これにより、余分な材料が除去され、導体パターンが残る。場合によっては、６３０での形成は、プレートを基板に結合する前にＩＤＴが形成される場合など、６２０での結合の前に発生する。
【0105】
プロセス６００の別の変形例では、６２５Ｂで、ＢＯＸ及び圧電プレートの所定の領域が除去されるが、これは、６３０で導体パターンが形成された後で、６４０で前面誘電体が任意選択で形成される前である。所定の領域は、図５Ａ～５Ｃで述べたように、除去され得る。所定の領域は、パターン化及びエッチングによって除去され得る。６２５Ｂでの除去は、また、ビア５２８を形成するためのプレート、ＢＯＸ、及び任意選択で基板の領域を除去することを含み得る。
【0106】
６４０において、１つ又は複数の前面誘電体層は、ＩＤＴ又はＸＢＡＲデバイスの１つ又は複数の所望の導体パターン上に、圧電プレートの前面に誘電体材料の１つ又は複数の層を堆積することによって形成され得る。１つ又は複数の誘電体層は、スパッタリング、蒸着、又は化学蒸着などの従来の蒸着技術を使用して蒸着することができる。１つ又は複数の誘電体層は、導体パターンの上を含む、圧電プレートの表面全体にわたって堆積され得る。あるいは、１つ又は複数のリソグラフィプロセス（フォトマスクを使用）を使用して、誘電体層の堆積を、ＩＤＴのインターリーブされたフィンガーの間など、圧電プレートの選択された領域に制限することができる。マスクを使用して、圧電プレートの異なる部分に異なる厚さの誘電体材料を堆積させることもできる。場合によっては、６４０での堆積には、選択したＩＤＴの前面に少なくとも１つの誘電体層の第一の厚さを堆積することを含むが、他のＩＤＴ上に誘電体がないこと、あるいは少なくとも１つの誘電体の第一の厚さよりも薄い第二の厚さを堆積することを含む。別の方法は、これらの誘電体層がＩＤＴのインターリーブされたフィンガーの間にある場合である。
【0107】
１つ又は複数の誘電体層は、例えば、米国特許第１０，４９１，１９２号に記載されているように、直列共振器の共振周波数に対してシャント共振器の共振周波数をシフトするために、シャント共振器のＩＤＴ上に選択的に形成される誘電体層を含み得る。１つ又は複数の誘電体層は、デバイスの全体又は実質的な部分の上に堆積されたカプセル化／不動態化層を含み得る。
【0108】
これらの誘電体層の異なる厚さにより、選択されたＸＢＡＲは、他のＸＢＡＲと比較して異なる周波数に調整される。例えば、フィルタ内のＸＢＡＲの共振周波数は、一部のＸＢＡＲで異なる前面誘電体層の厚さを使用して調整できる。
【0109】
ｔｆｄ＝０を有するＸＢＡＲ（すなわち、誘電体層を有さないＸＢＡＲ）のアドミタンスと比較して、ｔｆｄ＝３０ｎｍの誘電体層を有するＸＢＡＲのアドミタンスは、誘電体層を有さないＸＢＡＲと比較して、共振周波数を約１４５ｍＬ低減させる。ｔｆｄ＝６０ｎｍの誘電体層を有するＸＢＡＲのアドミタンスは、誘電体層を有さないＸＢＡＲと比較して、共振周波数を約３０５ＭＨｚ低減させる。ｔｆｄ＝９０ｎｍの誘電体層を有するＸＢＡＲのアドミタンスは、誘電体層を有さないＸＢＡＲと比較して、共振周波数を約４７５ＭＨｚ低減させる。重要なことに、様々な厚さの誘電体層が存在しても、圧電結合に、ほとんど、又は全く影響を与えない。
【0110】
プロセス６００の第二の変形例では、すべての導体パターン及び誘電体層が６３０で形成された後、６１０Ｂで基板の裏側に１つ又は複数のキャビティが形成される。フィルタデバイス内で、各共振器に対して別個のキャビティを形成することができる。１つ又は複数のキャビティは、異方性又は配向依存の乾式又は湿式エッチングを使用して形成され、基板の裏側を通って圧電プレートに穴を開けることができる。この場合、結果として得られる共振器デバイスは、図１及び図５Ａ～５Ｃに示されるような断面を有することになる。
【0111】
プロセス６００の第三の変形例では、基板層３２０の窪みの形態の１つ又は複数のキャビティは、圧電プレートの開口部を通して導入されたエッチャントを使用して、基板の前面に形成された犠牲層をエッチングすることによって６１０Ｃで形成され得る。フィルタデバイス内で、各共振器に対して別個のキャビティを形成することができる。圧電プレートの穴を通過し、基板の前面のくぼみに形成された犠牲層をエッチングする等方性又は非配向依存の乾式エッチングを使用して、１つ又は複数のキャビティを形成することができる。６１０Ｃで形成された１つ又は複数のキャビティは、基板層３２０を完全には貫通せず、結果として得られる共振器デバイスは、図３Ａ及び図５Ｄ～５Ｅに示されるような断面を有することになる。
【0112】
プロセス６００のすべての変形例において、フィルタデバイス又はＸＢＡＲデバイスは、６６０で完了する。６６０で起こり得るアクションは、図５Ａ～５Ｅのように、層５７０、５７１、５７３、５７４、５８０、及び５８１などの金属層Ｍ２を堆積することを含む。それらのアクションは、また、ビア５２８の材料を堆積させることを含み得る。
【0113】
６６０で起こり得るアクションには、デバイスの全部又は一部に、ＳｉＯ２又はＳｉ３Ｏ４などのカプセル化／不動態化層を堆積すること、デバイスと外部回路との間を接続するためのボンディングパッド又ははんだバンプ又は他の手段を形成すること、複数のデバイスを含むウェーハから個々のデバイスを切り出すこと、その他のパッケージング手順、及びテストも含まれる。６６０で起こり得る別のアクションは、デバイスの前面から金属又は誘電体の材料を追加又は除去することにより、フィルタデバイス内の共振器の共振周波数を調整することである。フィルタデバイスが完了した後、プロセスは６９５で終了する。図１～図３Ｃ及び図５Ａ～５Ｅは、６６０で完了した後のＸＢＡＲデバイス又は共振器の例を示している場合がある。
【0114】
（結言）
この説明全体を通して、示される実施形態及び実施例は、開示又は特許請求される装置及び手順に対する制限ではなく、模範と見なされるべきである。本明細書に提示される例の多くは、方法動作又はシステム要素の特定の組み合わせを含むが、それらの行為及びそれらの要素は、同じ目的を達成するために他の方法で組み合わせることができることを理解されたい。フローチャートに関しては、追加のステップを入れることも、より少ないステップで行うこともでき、示されているステップを組み合わせて、又はさらに改良して、本明細書に記載の方法を達成することができる。一実施形態に関連してのみ論じられる動作、要素、及び特徴は、他の実施形態における同様の役割から除外されることを意図するものではない。
この説明全体を通して、示される実施形態及び実施例は、開示又は特許請求される装置及び手順に対する制限ではなく、模範と見なされるべきである。本明細書に提示される例の多くは、方法動作又はシステム要素の特定の組み合わせを含むが、それらの行為及びそれらの要素は、同じ目的を達成するために他の方法で組み合わせることができることを理解されたい。フローチャートに関しては、追加のステップを入れることも、より少ないステップで行うこともでき、示されているステップを組み合わせて、又はさらに改良して、本明細書に記載の方法を達成することができる。一実施形態に関連してのみ論じられる動作、要素、及び特徴は、他の実施形態における同様の役割から除外されることを意図するものではない。
【0115】
本明細書で使用される場合、「複数」は２つ以上を意味する。本明細書で使用される場合、アイテムの「セット」は、そのようなアイテムの１つ又は複数を含み得る。本明細書で使用される場合、書面による説明又は特許請求の範囲において、「備える」、「含む」、「携える」、「有する」、「含有する」、「関与する」などの用語は、オープンであると理解されるべきであり、つまり、含むが、これに限定されない。クレームに関して、それぞれ「からなる」及び「本質的にからなる」の移行句のみが、閉じた又は半分閉じた移行句である。クレーム要素を変更するためのクレームでの「第一」、「第二」、「第三」などの序数用語の使用は、それ自体では、いかなる又はあるクレーム要素の別のクレーム要素に対する優先順位、優位性、順序、又は方法の動作が実行される時間的な順序を意味するものではなく、ただし、クレーム要素を区別するために、特定の名前を持つ１つのクレーム要素を同じ名前を持つ別の要素から区別するためのラベルとしてのみ使用される（ただし、序数の用語を使用するため）。本明細書で使用される場合、「及び／又は」は、列挙されたアイテムが代替形態であることを意味するが、これらの代替形態も、列挙されたアイテムの任意の組み合わせを含む。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図5E】
【図6】
【外国語明細書】