特表 2022-506474 音響反射型の横方向に励振される薄膜バルク弾性波共振子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-17

(54)【発明の名称】音響反射型の横方向に励振される薄膜バルク弾性波共振子

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/145 20060101AFI20220107BHJP

   H03H 9/25 20060101ALI20220107BHJP

   H03H 3/08 20060101ALI20220107BHJP

   H03H 9/64 20060101ALI20220107BHJP

【ＦＩ】

H03H9/145 Z

H03H9/25 Z

H03H9/25 C

H03H3/08

H03H9/64 Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021523869

(86)(22)【出願日】2019-10-29

(85)【翻訳文提出日】2021-06-25

(86)【国際出願番号】 US2019058632

(87)【国際公開番号】W WO2020092414

(87)【国際公開日】2020-05-07

(31)【優先権主張番号】62/753,809

(32)【優先日】2018-10-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/230,443

(32)【優先日】2018-12-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】62/818,564

(32)【優先日】2019-03-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/438,141

(32)【優先日】2019-06-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(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】プレスキ ヴィクター

(72)【発明者】

【氏名】ヤンドラパッリ ソウミャ

(72)【発明者】

【氏名】ハモンド ロバート ビー．

(72)【発明者】

【氏名】ガルシア ブライアント

(72)【発明者】

【氏名】ターナー パトリック

(72)【発明者】

【氏名】ジョン ジェッソン

(72)【発明者】

【氏名】ヤンチェフ ヴェントシスラフ

【テーマコード（参考）】

5J097

【Ｆターム（参考）】

5J097AA19

5J097BB15

5J097BB17

5J097DD07

5J097EE09

5J097GG03

5J097GG04

5J097KK03

5J097KK09

(57)【要約】

共振子デバイス、フィルタデバイス、及びそれらの製造方法が開示される。共振子デバイスは、基板と、平行な表面及び裏面を有する単結晶圧電板とを含む。基板の外面と単結晶圧電板の裏面との間には、音響ブラッグ反射器が挟まれている。表面には櫛型電極（ＩＤＴ）が形成されている。このＩＤＴは、ＩＤＴに印加された高周波信号に応じて、圧電板にせん断弾性波を励起するように構成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

音響共振子デバイスであって、
外面を有する基板と、
平行な表面及び裏面を有する単結晶圧電板と、
前記基板の前記外面と前記単結晶圧電板の前記裏面との間に挟まれている音響ブラッグ反射器と、
前記単結晶圧電板の前記表面に形成されている櫛型電極（ＩＤＴ）であって、前記ＩＤＴに印加された高周波信号に応答して前記単結晶圧電板に一次音響モードを励起するように構成されている櫛型電極（ＩＤＴ）と
を含み、
前記一次音響モードの音響エネルギーの流れの方向が、前記単結晶圧電板の前記表面及び裏面に実質的に直交している音響共振子デバイス。

【請求項2】

前記単結晶圧電板のｚ軸が前記表面及び裏面の法線方向である請求項１に記載のデバイス。

【請求項3】

前記ＩＤＴが、前記ＩＤＴのフィンガーが前記単結晶圧電板のｘ軸に平行であるように配向される請求項２に記載のデバイス。

【請求項4】

前記単結晶圧電板がニオブ酸リチウム及びタンタル酸リチウムのうちの１つである請求項２に記載のデバイス。

【請求項5】

前記音響ブラッグ反射器が、前記音響共振子デバイスの共振周波数においてせん断弾性波を反射するように構成されている請求項１に記載のデバイス。

【請求項6】

前記音響ブラッグ反射器が、
高音響インピーダンス層と低音響インピーダンス層とを交互に繰り返す複数の層
を含み、
前記複数の層のすべてが誘電体材料である請求項１に記載のデバイス。

【請求項7】

前記高音響インピーダンス層が窒化ケイ素及び窒化アルミニウムのうちの１つであり、
前記低音響インピーダンス層がオキシ炭化ケイ素である請求項６に記載のデバイス。

【請求項8】

前記複数の層が少なくとも４層かつ７層以下を含む請求項７に記載のデバイス。

【請求項9】

前記圧電板の前記表面及び裏面の間の厚さが２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である請求項１に記載のデバイス。

【請求項10】

前記ＩＤＴのフィンガーのピッチが、前記圧電板の厚さの２倍以上かつ前記圧電板の厚さの２５倍以下である請求項１に記載のデバイス。

【請求項11】

前記ＩＤＴのフィンガーが幅を有し、
前記ピッチが前記幅の２倍以上かつ前記幅の２５倍以下である請求項１０に記載のデバイス。

【請求項12】

フィルタデバイスであって、
外面を有する基板と、
平行な表面及び裏面を有する単結晶圧電板と、
前記基板の前記外面と前記単結晶圧電板の前記裏面との間に挟まれている音響ブラッグ反射器と、
前記単結晶圧電板の前記表面に形成されている導体パターンであって、シャント共振子及び直列共振子を含むそれぞれの複数の共振子の複数の櫛型電極（ＩＤＴ）を含む導体パターンと、
前記シャント共振子の前記ＩＤＴの上に堆積された第１の厚さを有する第１の誘電体層と、
前記直列共振子の前記ＩＤＴの上に堆積された第２の厚さを有する第２の誘電体層と
を含み、
前記複数のＩＤＴのすべてが、前記ＩＤＴに印加されたそれぞれの高周波信号に応答して前記単結晶圧電板にそれぞれの一次音響モードを励起するように構成されており、
すべての前記一次音響モードの音響エネルギーの流れの方向が、前記単結晶圧電板の前記表面及び裏面に実質的に直交しており、
前記第１の厚さが前記第２の厚さよりも大きいフィルタデバイス。

【請求項13】

前記単結晶圧電板のｚ軸が前記表面及び裏面の法線方向である請求項１２に記載のフィルタデバイス。

【請求項14】

前記複数のＩＤＴのすべてが、各ＩＤＴのフィンガーが前記単結晶圧電板のｘ軸に平行であるように配向される請求項１３に記載のフィルタデバイス。

【請求項15】

前記圧電板がニオブ酸リチウム及びタンタル酸リチウムのうちの１つである請求項１２に記載のフィルタデバイス。

【請求項16】

前記音響ブラッグ反射器が、すべての前記複数の共振子の共振周波数及び反共振周波数を含む周波数範囲にわたってせん断弾性波を反射するように構成されている請求項１２に記載のフィルタデバイス。

【請求項17】

前記音響ブラッグ反射器が、
高音響インピーダンス層と低音響インピーダンス層とを交互に繰り返す複数の誘電体層
を含み、
前記高音響インピーダンス層が窒化ケイ素及び窒化アルミニウムのうちの１つであり、
前記低音響インピーダンス層がオキシ炭化ケイ素である請求項１６に記載のフィルタデバイス。

【請求項18】

前記複数の層が少なくとも４層かつ７層以下を含む請求項１７に記載のフィルタデバイス。

【請求項19】

前記圧電板の前記表面及び裏面の間の厚さが２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である請求項１２に記載のフィルタデバイス。

【請求項20】

前記複数のＩＤＴのすべてが、前記圧電板の厚さの２倍以上かつ前記圧電板の厚さの２５倍以下であるそれぞれのピッチを有する請求項１２に記載のフィルタデバイス。

【請求項21】

前記第２の厚さが０以上であり、
前記第１の厚さが３００ｎｍ以下である請求項１２に記載のフィルタデバイス。

【請求項22】

前記複数の共振子が２以上のシャント共振子を含み、
前記第１の誘電体層が、前記２以上のシャント共振子の上に堆積されている請求項１２に記載のフィルタデバイス。

【請求項23】

前記複数の共振子が２以上の直列共振子を含み、
前記第２の誘電体層が、前記２以上の直列共振子の上に堆積されている請求項１２に記載のフィルタデバイス。

【請求項24】

前記シャント共振子の共振周波数が、少なくとも部分的に、前記第１の厚さによって設定され、
前記直列共振子の共振周波数が、少なくとも部分的に、前記第２の厚さによって設定される請求項１２に記載のフィルタデバイス。

【請求項25】

前記第１の厚さと前記第２の厚さとの差が、前記直列共振子の共振周波数よりも少なくとも１００ＭＨｚ低い前記シャント共振子の共振周波数を設定するのに十分である請求項２４に記載のフィルタデバイス。

【請求項26】

前記第１及び第２の誘電体層がＳｉＯ２であり、
前記第１の厚さと前記第２の厚さとの差が２５ｎｍ以上である請求項１２に記載のフィルタデバイス。

【請求項27】

音響共振子デバイスの製造方法であって、
デバイス基板の一方又は両方の外面及び犠牲基板に取り付けられた第２面を有する単結晶圧電板の第１面に複数の材料層を堆積することにより、音響ブラッグ反射器を形成する工程と、
前記音響ブラッグ反射器の前記複数の層が前記単結晶圧電板の前記第１面と前記デバイス基板との間に挟まれるように、前記犠牲基板に取り付けられた前記単結晶圧電板を前記デバイス基板に接合する工程と、
前記犠牲基板を除去して、前記単結晶圧電板の前記第２面を露出させる工程と、
前記単結晶圧電板の前記第２面に櫛型電極（ＩＤＴ）を形成する工程と
を含み、
前記ＩＤＴが、前記ＩＤＴに印加された高周波信号に応答して前記単結晶圧電板に一次音響モードを励起するように構成されており、前記一次音響モードの音響エネルギーの流れの方向が、前記単結晶圧電板の前記表面及び裏面に実質的に直交している方法。

【請求項28】

フィルタデバイスの製造方法であって、
デバイス基板の一方又は両方の外面及び犠牲基板に取り付けられた第２面を有する単結晶圧電板の第１面に複数の材料層を堆積することにより、音響ブラッグ反射器を形成する工程と、
前記音響ブラッグ反射器の前記複数の層が前記単結晶圧電板の前記第１面と前記デバイス基板との間に挟まれるように、前記犠牲基板に取り付けられた前記単結晶圧電板を前記デバイス基板に接合する工程と、
前記犠牲基板を除去して、前記単結晶圧電板の前記第２面を露出させる工程と、
前記単結晶圧電板の前記第２面に導体パターンを形成する工程であって、前記導体パターンは、シャント共振子及び直列共振子を含むそれぞれの複数の共振子の複数の櫛型電極（ＩＤＴ）を含む工程と、
第１の厚さを有する第１の誘電体層を前記シャント共振子の前記ＩＤＴの上に堆積する工程と、
第２の厚さを有する第２の誘電体層を前記直列共振子の前記ＩＤＴの上に堆積する工程と
を含み、
前記複数のＩＤＴのすべてが、前記ＩＤＴに印加されたそれぞれの高周波信号に応答して前記単結晶圧電板にそれぞれの一次音響モードを励起するように構成されており、
すべての前記一次音響モードの音響エネルギーの流れの方向が、前記単結晶圧電板の前記表面及び裏面に実質的に直交しており、
前記第１の厚さが前記第２の厚さよりも大きい方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、弾性波共振子を用いた高周波フィルタに関し、特に通信機器において使用するためのフィルタに関する。

【背景技術】

【0002】

高周波（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ポートのデバイスであり、「通過」は比較的低い信号損失で伝送することを意味し、「阻止」は遮断又は実質的に減衰させることを意味する。フィルタが通過させる周波数の範囲は、そのフィルタの「通過帯域（パスバンド）」と呼ばれる。そのようなフィルタによって阻止される周波数の範囲は、フィルタの「阻止帯域（ストップバンド）」と呼ばれる。典型的なＲＦフィルタは、少なくとも１つの通過帯域及び少なくとも１つの阻止帯域を有する。通過帯域や阻止帯域に関する具体的な必要条件は、具体的な用途に依存する。例えば、「通過帯域」は、フィルタの挿入損失が１ｄＢ、２ｄＢ、３ｄＢ等の規定の値よりも良好な周波数範囲として定義されてもよい。「阻止帯域」は、フィルタの挿入損失が用途に応じて２０ｄＢ、３０ｄＢ、４０ｄＢ、又はそれ以上のような規定の値よりも大きい周波数範囲として定義されてもよい。

【0003】

ＲＦフィルタは、無線リンクで情報を伝送する通信システムで使用される。例えば、ＲＦフィルタは、セルラー基地局、携帯電話及び計算装置、衛星トランシーバー及び地上局、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ、モノのインターネット）デバイス、ラップトップコンピュータ及びタブレット、固定点無線リンク、並びにその他の通信システムのＲＦフロントエンドに見られる可能性がある。ＲＦフィルタは、レーダー及び電子戦・情報戦システムでも使用されている。

【0004】

ＲＦフィルタは通常、特定の用途ごとに、挿入損失、拒絶、アイソレーション（分離）、電力操作、リニアリティ（線形性）、サイズ、コスト等の性能パラメータ間の最適な妥協点を実現するために、多くの設計トレードオフを必要とする。特定の設計及び製造の方法と向上とは、これらの要件の１つ又はいくつかにとって同時に有利になる可能性がある。

【0005】

無線システムにおけるＲＦフィルタの性能向上は、システム性能に幅広い影響を与えることができる。ＲＦフィルタの改良は、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、低コスト化、セキュリティの強化、信頼性の向上等のシステム性能の向上を実現するために活用することができる。これらの改良は、ＲＦモジュール、ＲＦトランシーバー、モバイル若しくは固定のサブシステム、又はネットワークのレベル等、無線システムの多くのレベルで、個別に又は組み合わせて実現することができる。

【0006】

通信チャネルの帯域幅を広くしたいという要望は、必然的に、より高い周波数の通信帯域の使用につながる。現在のＬＴＥ（商標）（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ、ロング・ターム・エボリューション）仕様では、３．３ＧＨｚから５．９ＧＨｚの周波数帯が定義されている。これらの帯域の中には、現在使用されていないものもある。将来の無線通信の提案には、２８ＧＨｚまでの周波数のミリ波通信帯域が含まれている。

【0007】

現在の通信システムの高性能ＲＦフィルタは、一般的に、表面弾性波（ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ、ＳＡＷ）共振子、バルク弾性波（ｂｕｌｋ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ、ＢＡＷ）共振子、薄膜バルク弾性波共振子（ｆｉｌｍ ｂｕｌｋ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ、ＦＢＡＲ）等の弾性波共振子を内蔵する。しかしながら、これらの既存技術は、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。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0008】

共振子デバイス、フィルタデバイス、及びそれらの製造方法が開示される。共振子デバイスは、基板と、平行な表面及び裏面を有する単結晶圧電板とを含む。基板の外面と単結晶圧電板の裏面との間には、音響ブラッグ反射器が挟まれている。表面には櫛型電極（ＩＤＴ）が形成されている。このＩＤＴは、ＩＤＴに印加された高周波信号に応じて、圧電板にせん断弾性波を励起するように構成されている。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、横方向に励振される薄膜バルク弾性波共振子（ｆｉｌｍ ｂｕｌｋ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ、ＸＢＡＲ）の模式的平面図及び模式的断面図を含む。

【図2】図２は、音響反射型の横方向に励振される薄膜バルク弾性波共振子（ＳＭ ＸＢＡＲ）の模式的平面図及び模式的断面図を含む。

【図3】図３は、図２のＳＭ ＸＢＡＲの一部の拡大模式的断面図である。

【図4】図４は、ＳＭ ＸＢＡＲにおけるせん断水平音響モードを示すグラフである。

【図5A】図５Ａは、第１の例示的なＳＭ ＸＢＡＲの一部の拡大模式的断面図である。

【図5B】図５Ｂは、第１の例示的なＳＭ ＸＢＡＲのアドミッタンスのチャートである。

【図6A】図６Ａは、第２の例示的なＳＭ ＸＢＡＲの一部の拡大模式的断面図である。

【図6B】図６Ｂは、第２の例示的なＳＭ ＸＢＡＲのアドミッタンスのチャートである。

【図7A】図７Ａは、第３の例示的なＳＭ ＸＢＡＲの一部の拡大模式的断面図である。

【図7B】図７Ｂは、第３の例示的なＳＭ ＸＢＡＲのアドミッタンスのチャートである。

【図8A】図８Ａは、第４の例示的なＳＭ ＸＢＡＲの一部の拡大模式的断面図である。

【図8B】図８Ｂは、第４の例示的なＳＭ ＸＢＡＲのアドミッタンスのチャートである。

【図9】図９は、ＳＭ ＸＢＡＲのＱファクタの、音響ブラッグ反射器の層数への依存性を示すチャートである。

【図10】図１０は、異なる誘電体層の厚さを有する２つのシミュレーションされたＳＭ ＸＢＡＲのアドミッタンスを比較するチャートである。

【図11】図１１は、表側の誘電体層の厚さの関数として、シミュレーションされたＳＭ ＸＢＡＲＳ及びＸＢＡＲＳのアドミッタンスを比較するチャートである。

【図12】図１２は、５つのＳＭ ＸＢＡＲを含むフィルタのブロック図である。

【図13】図１３は、ＳＭ ＸＢＡＲを製造するためのプロセスのフロー図である。

【0010】

本明細書を通じて、図に現れる要素には、３桁又は４桁の参照識別子が割り当てられており、それらの参照識別子において、下２桁はその要素に固有のものであり、最上位の１桁又は２桁は、その要素が最初に紹介されている図の番号である。図と一緒に説明されていない要素は、同じ参照識別子を持つ前に説明された要素と同じ特性及び機能を持っていると推定されてもよい。

【発明を実施するための形態】

【0011】

装置の説明
図１は、出願第１６／２３０，４４３号、「ＴＲＡＮＳＶＥＲＳＥＬＹ－ＥＸＣＩＴＥＤ ＦＩＬＭ ＢＵＬＫ ＡＣＯＵＳＴＩＣ ＲＥＳＯＮＡＴＯＲ」に記載されているような横方向に励振される薄膜バルク弾性波共振子（薄膜バルク音響共振子、ＸＢＡＲ）１００の簡略化された模式的上面図及び直交する断面図を示す。共振子１００等のＸＢＡＲ共振子は、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フィルタに使用されてもよい。ＸＢＡＲは、特に３ＧＨｚを超える周波数を持つ通信帯域用のフィルタにおいて使用するのに適している。

【0012】

ＸＢＡＲ１００は、平行な表面（前面）及び裏面、それぞれ１１２、１１４、を有する圧電板１１０の外面に形成された薄膜導体パターンから構成される。この圧電板は、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等の圧電材料の薄い単結晶層である。この圧電板は、表面及び裏面に対するＸ、Ｙ、Ｚの結晶軸の向きが既知であり、かつ一致するように切断される。この特許の例では、圧電板はＺ切断されている、つまり、Ｚ軸が外面の法線方向である。しかしながら、ＸＢＡＲは、他の結晶方位を有する圧電板上に作製されてもよい。

【0013】

圧電板１１０の裏面１１４は、圧電板１１０に機械的な支持を与える基板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、又は何らかの他の材料であってもよい。圧電板１１０は、ウェハ接合プロセスを用いて基板１２０に接合されてもよいし、基板１２０上で成長させてもよいし、何らかの他の方法で基板に取り付けられてもよい。この圧電板は、基板に直接取り付けられてもよいし、１つ以上の中間材料層を介して基板に取り付けられてもよい。

【0014】

ＸＢＡＲ１００の導体パターンは、櫛型電極（櫛型変換器、インターデジタル変換器、ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ、ＩＤＴ）１３０を含む。ＩＤＴ１３０は、第１のバスバー１３２から延びる、フィンガー１３６等の第１の複数の平行なフィンガーと、第２のバスバー１３４から延びる第２の複数のフィンガーとを含む。第１及び第２の複数の平行なフィンガーは、インターリーブされている。インターリーブされたフィンガーは、一般にＩＤＴの「開口」と呼ばれる距離ＡＰだけオーバーラップする。ＩＤＴ１３０の最も外側のフィンガーの間の中心間距離Ｌは、ＩＤＴの「長さ」である。

【0015】

第１及び第２のバスバー１３２、１３４は、ＸＢＡＲ１００の端子として機能する。ＩＤＴ１３０の２つのバスバー１３２、１３４の間に印加された高周波又はマイクロ波信号は、圧電板１１０内に弾性波（音響波）を励起する。さらに詳しく説明するように、励起された弾性波は、圧電板１１０の外面の法線方向に伝搬するバルクせん断波であり、このバルクせん断波は、ＩＤＴフィンガーによって作られる電界の方向に対しても法線方向、すなわち横方向である。従って、このＸＢＡＲは、横方向に励振される薄膜バルク波共振子と考えられる。

【0016】

ＩＤＴ１３０を含む圧電板１１０の部分が、基板１２０に接触することなく、空洞１２５上に懸架されるように、基板１２０に空洞１２５が形成されている。「空洞」は、「中実体内の空の空間」という従来の意味を有する。空洞１２５は、基板１２０を完全に貫通する孔（Ａ－Ａ線断面図及びＢ－Ｂ線断面図に示すように）であってもよいし、基板１２０の凹部であってもよい。空洞１２５は、例えば、圧電板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り形成されてもよい。図１に示すように、空洞１２５は、ＩＤＴ１３０の開口ＡＰ及び長さＬよりも大きい範囲を有する長方形の形状を有する。ＸＢＡＲの空洞は、正多角形や不規則な多角形等、異なる形状を有していてもよい。ＸＢＡＲの空洞は、４つの辺よりも多くても少なくてもよく、これらの辺は直線でも曲線でもよい。

【0017】

図１での表現を容易にするために、ＩＤＴフィンガーの幾何学的なピッチ及び幅は、ＸＢＡＲの長さ（寸法Ｌ）及び開口（寸法ＡＰ）に対して大幅に誇張されている。典型的なＸＢＡＲは、ＩＤＴ１１０に１０本を超える平行なフィンガーを有する。ＸＢＡＲは、ＩＤＴ１１０内に数百、場合によっては数千の平行なフィンガーを有していてもよい。同様に、断面図におけるフィンガーの厚さは大幅に誇張されている。

【0018】

図２は、音響反射型の（空洞なしに中実実装された、ｓｏｌｉｄｌｙ－ｍｏｕｎｔｅｄ）横方向に励振される薄膜バルク弾性波共振子（ＳＭ ＸＢＡＲ）２００の簡略化された模式的上面図及び直交断面図を示す。共振子２００のようなＳＭ ＸＢＡＲ共振子は、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フィルタに使用されてもよい。ＳＭ ＸＢＡＲは、特に、３ＧＨｚを超える周波数を持つ通信帯域用のフィルタにおいて使用するのに適している。

【0019】

ＳＭ ＸＢＡＲ２００は、平行な表面及び裏面、それぞれ２１２、２１４、を有する圧電板２１０の表面２１２に形成された薄膜導体パターンから構成される。圧電板は、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等の圧電材料の薄い単結晶層である。圧電板は、表面及び裏面に対するＸ、Ｙ、Ｚの結晶軸の向きが既知であり、かつ一致するように切断される。この特許に提示される例では、圧電板はＺ切断されている、つまり、Ｚ軸が板の外面の法線方向である。しかしながら、ＳＭ ＸＢＡＲは、他の結晶方位を有する圧電板上に作製されてもよい。

【0020】

圧電板２１０の裏面２１４は、基板２２０に取り付けられ、機械的に支持されている。基板２２０は、例えば、シリコン、サファイア、石英、又は何らかの他の材料であってもよい。後で説明するように、圧電板２１０は、複数の中間材料層を介して基板２２０に取り付けられていてもよい。

【0021】

ＳＭ ＸＢＡＲ２００の導体パターンは、櫛型電極（ＩＤＴ）２３０を含む。ＩＤＴ２３０は、第１のバスバー２３２から延びる、フィンガー２３６等の第１の複数の平行なフィンガーと、第２のバスバー２３４から延びる第２の複数のフィンガーとを含む。第１及び第２の複数の平行なフィンガーは、インターリーブされている。インターリーブされたフィンガーは、一般にＩＤＴの「開口」と呼ばれる距離ＡＰだけオーバーラップする。ＩＤＴ２３０の最も外側のフィンガーの間の中心間距離Ｌは、ＩＤＴの「長さ」である。第１及び第２の複数のフィンガーの各フィンガーは、圧電板２１０のＸ軸に平行であってもよい。

【0022】

第１及び第２のバスバー２３２、２３４は、ＳＭ ＸＢＡＲ２００の端子として機能する。ＩＤＴ２３０の２つのバスバー２３２、２３４の間に印加された高周波又はマイクロ波信号は、圧電板２１０内に弾性波を励起する。さらに詳しく説明するように、励起された弾性波は、圧電板２１０の外面の法線方向に伝搬するバルクせん断波であり、このバルクせん断波は、ＩＤＴフィンガーによって作られる電界の方向に対しても法線方向、すなわち横方向である。従って、このＳＭ ＸＢＡＲは、横方向に励振される薄膜バルク波共振子と考えられる。

【0023】

図２での表現を容易にするために、ＩＤＴフィンガーの幾何学的なピッチ及び幅は、ＳＭ ＸＢＡＲの長さ（寸法Ｌ）及び開口（寸法ＡＰ）に対して大幅に誇張されている。典型的なＳＭ ＸＢＡＲは、ＩＤＴ２１０に１０本を超える平行なフィンガーを有する。ＳＭ ＸＢＡＲは、ＩＤＴ２１０内に数百、場合によっては数千の平行なフィンガーを有していてもよい。同様に、断面図におけるフィンガーの厚さは大幅に誇張されている。

【0024】

図３は、ＳＭ ＸＢＡＲ２００の詳細な模式的断面図を示す。圧電板２１０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であってもよい。出願番号第１６／２３０，４４３号、「ＴＲＡＮＳＶＥＲＳＥＬＹ－ＥＸＣＩＴＥＤ ＦＩＬＭ ＢＵＬＫ ＡＣＯＵＳＴＩＣ ＲＥＳＯＮＡＴＯＲ」は、２００ｎｍ～１０００ｎｍの厚さを有する圧電板に対するＸＢＡＲのシミュレーションデータを含む。３．４ＧＨｚ～６ＧＨｚのＬＴＥ（商標）帯域（例えば帯域４２、４３、４６）に対するフィルタに使用される場合、厚さｔｓは、例えば２００ｎｍ～５００ｎｍであってもよい。

【0025】

表面側誘電体層３１４が、圧電板２１０の表面２１２に任意に形成されてもよい。表面側誘電体層３１４は、厚さｔｆｄを有する。表面側誘電体層３１４は、ＩＤＴフィンガー２３６の間に形成されてもよい。図２には示されていないが、表面側誘電体層３１４は、ＩＤＴフィンガー２３６の上に堆積されてもよい。表面側誘電体層３１４は、二酸化ケイ素や窒化ケイ素等の非圧電性誘電体材料であってもよい。ｔｆｄは、例えば、０～５００ｎｍであってもよい。

【0026】

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、金、又は他の導電性材料であってもよい。フィンガーと圧電板２１０との間の接着性を向上させるために、及び／又はフィンガーを不動態化若しくは封止するために、クロム又はチタン等の他の金属の（導体の総厚さに対して）薄い層が、フィンガーの下及び／又は上に形成されてもよい。ＩＤＴのバスバー（図２の２３２、２３４）は、フィンガーと同じ材料又は異なる材料から作製されてもよい。

【0027】

寸法ｐは、ＩＤＴの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ＳＭ ＸＢＡＲのピッチと呼ばれることがある。寸法ｗは、ＩＤＴフィンガーの幅又は「マーク」である。ＳＭ ＸＢＡＲのＩＤＴは、表面弾性波（ＳＡＷ）共振子に用いられるＩＤＴとは実質的に異なる。ＳＡＷ共振子では、ＩＤＴのピッチは、共振周波数における弾性波長の１／２である。加えて、ＳＡＷ共振子のＩＤＴのマークとピッチの比は、通常０．５に近い（すなわち、マーク又はフィンガーの幅ｗは、共振時の弾性波長の約１／４である）。ＳＭ ＸＢＡＲでは、ＩＤＴのピッチｐは、通常、フィンガーの幅ｗの２～２０倍である。加えて、ＩＤＴのピッチｐは、通常、圧電スラブ２１２の厚さｔｓの２～２０倍である。ＳＭ ＸＢＡＲのＩＤＴのフィンガーの幅は、共振時の弾性波長の１／４に制約されない。例えば、ＳＭ ＸＢＡＲのＩＤＴフィンガーの幅は、光リソグラフィを用いてＩＤＴを作製できるように、５００ｎｍ以上であってもよい。ＩＤＴフィンガーの厚さｔｍは、１００ｎｍから幅ｗにほぼ等しくてもよい。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と同じか、それよりも大きくてもよい。

【0028】

音響ブラッグ反射器３４０は、基板２２０の外面２２２と圧電板１１０の裏面２１４との間に挟まれている。「挟まれている」という用語は、音響ブラッグ反射器３４０が、基板２２０の外面２２２と圧電板２１０の裏面２１４との間に配置されていると同時に、それらに物理的に接続されていることを意味する。状況によっては、追加材料の薄い層が、音響ブラッグ反射器３４０と基板２２０の外面２２２との間、及び／又は、ブラッグ反射器３４０と圧電板２１０の裏面２１４との間に配置されてもよい。このような追加材料の層は、例えば、圧電板２１０、音響ブラッグ反射器３４０、及び基板２２０の接合を容易にするために存在してもよい。

【0029】

音響ブラッグ反射器３４０は、高い音響インピーダンスを有する材料と低い音響インピーダンスを有する材料とを交互に繰り返す複数の層を含む。「高い」及び「低い」は、相対的な用語である。各層について、比較の基準は、隣接する層である。各「高」音響インピーダンス層は、隣接する「低」音響インピーダンス層の両方の音響インピーダンスよりも高い音響インピーダンスを有する。各「低」音響インピーダンス層は、隣接する高音響インピーダンス層の両方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。各層は、ＳＭ ＸＢＡＲ２００の共振周波数又はその近傍における弾性波長の１／４に等しいか、又は約１／４の厚さを有する。比較的低い音響インピーダンスを有する材料としては、二酸化ケイ素、オキシ炭化ケイ素、アルミニウム、及び架橋ポリフェニレンポリマー等の特定のプラスチック類が挙げられる。比較的高い音響インピーダンスを有する材料としては、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素、並びにモリブデン、タングステン、金及び白金等の金属が挙げられる。音響ブラッグ反射器３４０の高音響インピーダンス層の全てが同じ材料である必要はなく、低音響インピーダンス層の全てが同じ材料である必要はない。図２の例では、音響ブラッグ反射器３４０は、合計６つの層を有する。音響ブラッグ反射器は、７つ以上の層を有していてもよいし、５つ以下の層を有していてもよい。

【0030】

図４は、ＳＭ ＸＢＡＲ４００における一次音響モードの図解による表示である。図４は、圧電板４１０及び３つのインターリーブされたＩＤＴフィンガー４３０を含むＳＭ ＸＢＡＲ４００の小部分を示す。圧電板４１０は、ｚ軸が板の外面の法線方向になるように切断された単結晶ニオブ酸リチウムであってもよい。ＩＤＴフィンガーは、ｙ軸がフィンガーの法線方向になるように、板のｘ軸に平行に配向されてもよい。

【0031】

インターリーブされたフィンガー４３０に印加されたＲＦ電圧は、フィンガーの間に時間的に変化する電界を形成する。電界の方向は、「電界」とラベル付けされた破線の矢印で示されるように、横方向、すなわち圧電板４１０の外面に平行であり、ＩＤＴフィンガーの長さに直交する。圧電板の高い誘電率のため、電界は空気に対して板内に高濃度に集中する。横方向の電界は、圧電板４１０にせん断変形を導入し、その結果、せん断モードの弾性波を強く励起する。これに関して、「せん断変形」は、材料中の平行な面が平行なままで、相対的に並進しながら一定の距離を保つような変形と定義される。「せん断弾性波」は、媒体のせん断変形をもたらす媒体中の弾性波（音響波）と定義される。圧電板４１０におけるせん断変形は、曲線４６０によって表され、隣接する小さな矢印は、原子の動きの方向及び大きさを模式的に示している。原子の動きの程度、及び圧電板４１０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。原子の動きは主に横方向（すなわち、図４に示すように水平方向）であるが、一次せん断音響モードの音響エネルギーの流れの方向は、矢印４６５によって示されるように、圧電板の外面に対して実質的に直交している。

【0032】

音響ブラッグ反射器４４０は、圧電板４１０と基板４２０との間に挟まれている。音響ブラッグ反射器４４０は、音響エネルギー（矢印４６５）を優勢に圧電板４１０に閉じ込めるために、せん断弾性波を反射する。前述したように、音響ブラッグ反射器４４０は、比較的高い音響インピーダンスを有する材料と比較的低い音響インピーダンスを有する材料の交互の層で構成され、各層は、ＸＢＡＲ４００の共振周波数におけるせん断弾性波（矢印４６５）の波長の約１／４の厚さを有する。図４の例では、音響ブラッグ反射器４４０は、合計６つの層を有する。音響ブラッグ反射器は、７つ以上の層を有していてもよいし、５つ以下の層を有していてもよい。

【実施例】

【0033】

例１
図５Ａは、ＳｉＯ２層及びＳｉ３Ｎ４層を交互に含む音響ブラッグ反射器５１０を有するＳＭ ＸＢＡＲ５００の模式的断面図である。圧電板は、Ｚ切断（すなわち、Ｚ軸が板の外面の法線方向である）されたニオブ酸リチウム（ＬＮ）であり、その厚さは４００ｎｍである。ＩＤＴフィンガーはアルミニウムであり、その厚さは１００ｎｍである。ＩＤＴフィンガーのピッチ及び幅はそれぞれ５μｍ及び５００ｎｍである。ＩＤＴは、ＩＤＴフィンガーが圧電板のＸ軸と平行になるように配向されている。音響ブラッグ反射器５１０は、厚さ２１０ｎｍのＳｉＯ２層と厚さ３２０ｎｍのＳｉ３Ｎ４層とが交互に配置された合計２０層を有する。音響ブラッグ反射器５１０のこの多数の層は、ＳｉＯ２層及びＳｉＮ３層の音響インピーダンスの差が比較的小さいことから必要とされる。音響ブラッグ反射器５１０及び圧電板を支持する基板はシリコンである。

【0034】

図５Ｂは、図５ＡのＳＭ ＸＢＡＲ５００のアドミッタンスの正規化された大きさ（対数スケール）を周波数の関数としてプロット５６０したチャート５５０である。チャート５５０とそれに続くチャート６５０、７５０、８５０のデータは、有限要素法（ＦＥＭ）技術を用いたＳＭ ＸＢＡＲデバイスのシミュレーションによって作成した。圧電板、音響ブラッグ反射器、及びＩＤＴフィンガーにおける損失は、標準的な材料パラメータを使用してシミュレーションした。

【0035】

シミュレーションしたＸＢＡＲ５００についてのアドミッタンスプロット５６０は、４１６６ＭＨｚの周波数ＦＲで共振を示し、４３７５ＭＨｚの周波数ＦＡＲで反共振を示す。共振時のＱと反共振時のＱは、どちらも低すぎて、高周波フィルタとしては有用ではない。ＳＭ ＸＢＡＲ５００の低い性能は、主に基板への音響エネルギーの損失によるものである。ＳｉＯ２層とＳｉ３Ｎ４層の間の音響インピーダンスの不整合（ミスマッチ）は比較的小さく、層のペアごとに低い反射係数を決定する。このことは、比較的多数のペアがあっても、結果的に、ブラッグミラーを介した大きな伝送損失をもたらす。

【0036】

例２
図６Ａは、ＳｉＯ２層及びタングステン（Ｗ）層を交互に含む音響ブラッグ反射器６１０を有するＳＭ ＸＢＡＲ６００の模式的断面図である。圧電板は、Ｚ切断された（すなわち、Ｚ軸が板の法線方向である）ニオブ酸リチウム（ＬＮ）であり、その厚さは４００ｎｍである。ＩＤＴフィンガーはアルミニウムであり、その厚さは１００ｎｍである。ＩＤＴフィンガーのピッチ及び幅はそれぞれ６μｍ及び１．８μｍである。ＩＤＴは、ＩＤＴフィンガーが圧電板のＸ軸と平行になるように配向されている。音響ブラッグ反射器６１０は、厚さ２１０ｎｍ又は２７０ｎｍのＳｉＯ２層と、厚さ１６０ｎｍ又は１７０ｎｍのＷ層とが交互に配置された合計７層を有する。音響ブラッグ反射器６１０の（音響ブラッグ反射器５１０と比較した）少ない層数は、ＳｉＯ２層とＷ層の音響インピーダンスの差が比較的大きいことによって許容される。基板はシリコンである。

【0037】

図６Ｂは、図６ＡのＳＭ ＸＢＡＲ６００のアドミッタンスの正規化された大きさ（対数スケール）を周波数の関数としてプロット６６０したチャート６５０である。シミュレーションしたＸＢＡＲ６００についてのアドミッタンスプロット６６０は、４２２５ＭＨｚの周波数ＦＲで高Ｑの共振を示し、４３７５ＭＨｚの周波数ＦＡＲで高Ｑの反共振を示す。共振周波数と反共振周波数の差は１５０ＭＨｚ、すなわち共振周波数の約３．５％である。

【0038】

共振周波数と反共振周波数の間の比較的小さな差は、音響反射型のＸＢＡＲ６００における電気機械的結合が低いことを示す。低い電気機械的結合は、少なくとも部分的には、導電性Ｗ層の存在によって引き起こされ、この導電性Ｗ層はＩＤＴ電極によって生成された電界が圧電板を貫通するのを防止する。

【0039】

例３
図７Ａは、低音響インピーダンス層と高音響インピーダンス層を交互に含む音響ブラッグ反射器７１０を有するＳＭ ＸＢＡＲ７００の模式的断面図である。圧電板は、Ｚ切断された（すなわち、Ｚ軸が板の法線方向である）ニオブ酸リチウム（ＬＮ）であり、その厚さは４００ｎｍである。ＩＤＴフィンガーはアルミニウムであり、その厚さは１００ｎｍである。ＩＤＴフィンガーのピッチ及び幅はそれぞれ６μｍ及び１．８μｍである。ＩＤＴは、ＩＤＴフィンガーが圧電板のＸ軸と平行になるように配向されている。音響ブラッグ反射器７１０は、合計７層を有する。低音響インピーダンス層は、厚さが２１０ｎｍ、２７０ｎｍ、又は２８５ｎｍのＳｉＯ２である。圧電板に最も近い高音響インピーダンス層は、厚さ３６０ｎｍのＳｉ３Ｎ４である。他の２つの高音響インピーダンス層は、厚さ１７０ｎｍのＷである。誘電体のＳｉ３Ｎ４高インピーダンス層を組み込むことで、図５ＡのＳＭ ＸＢＡＲ５００と比較して、導電性のＷ層がＩＤＴ電極から５７０ｎｍ離れている。基板はシリコンである。

【0040】

図７Ｂは、図７ＡのＳＭ ＸＢＡＲ７００のアドミッタンスの正規化された大きさ（対数スケール）を周波数の関数としてプロット７６０したチャート７５０である。シミュレーションしたＸＢＡＲ７００についてのアドミッタンスプロット７６０は、４２００ＭＨｚの周波数ＦＲで高Ｑの共振を示し、４４１６ＭＨｚの周波数ＦＡＲで高Ｑの反共振を示す。共振周波数と反共振周波数の差は２１６ＭＨｚ、つまり共振周波数の約５．１％である。

【0041】

共振周波数と反共振周波数の差が１５０ＭＨｚから２１６ＭＨｚに（ＳＭ ＸＢＡＲ６００と比較して）増加していることは、図７のＳＭ ＸＢＡＲ７００が図６のＳＭ ＸＢＡＲ６００よりも高い電気機械的結合を有していることを示しており、おそらくは導電性Ｗ層を圧電板から遠くへ移動させたことが原因であると考えられる。圧電板と音響ブラッグ反射器の最も近い金属層との間の距離は、ＳＭ ＸＢＡＲの電気機械的結合係数を（段階的に）調整するために使用されてもよい。

【0042】

例４
図８Ａは、低音響インピーダンス及び高音響インピーダンスの誘電体層を交互に含む音響ブラッグ反射器８１０を有するＳＭ ＸＢＡＲ８００の模式的断面図である。圧電板は、Ｚ切断された（すなわち、Ｚ軸が板の法線方向である）ニオブ酸リチウム（ＬＮ）であり、その厚さは４００ｎｍである。ＩＤＴフィンガーはアルミニウムであり、その厚さは１００ｎｍである。ＩＤＴのフィンガーのピッチ及び幅はそれぞれ５μｍ及び１μｍである。ＩＤＴは、圧電板のｙ軸がＩＤＴフィンガーの法線方向であるように配向されている。音響ブラッグ反射器８１０は、合計７層を有する。低音響インピーダンス層は、厚さ７５ｎｍのＳｉＯＣである。高音響インピーダンス層は、厚さ３００ｎｍのＳｉ３Ｎ４である。基板はシリコンである。圧電板と隣接するＳｉＯＣ層との間に接着性を持たせるために、１０ｎｍのＳｉＯ２層を用いてもよい。

【0043】

図８Ｂは、図８ＡのＳＭ ＸＢＡＲ８００のアドミッタンスの正規化された大きさ（対数スケール）を周波数の関数としてプロット８６０したチャート８５０である。シミュレーションしたＳＭ ＸＢＡＲ８００のアドミッタンスプロット８６０は、４５３９ＭＨｚの周波数ＦＲで高Ｑの共振を示し、４９６５ＭＨｚの周波数ＦＡＲで高Ｑの反共振を示す。共振周波数と反共振周波数の差は４２４ＭＨｚ、つまり共振周波数の約９．３％である。

【0044】

ＳＭ ＸＢＡＲ８００の共振周波数と反共振周波数の間の（これまでの例と比較して）大きな差は、全誘電体ブラッグ反射器の使用、及びＳｉ３Ｎ４とＳｉＯＣの間の音響インピーダンスの大きな差によるものである。同様の結果は、音響ブラッグ反射器８１０の高インピーダンス層に窒化アルミニウムを用いても得られる可能性がある。

【0045】

図９は、ＳＭ ＸＢＡＲのＱファクタ（Ｑ値、Ｑ係数）と、音響ブラッグ反射器の層数との関係を示すチャートである。ＳＭ ＸＢＡＲは、上記段落００４４で説明したＳＭ ＸＢＡＲと同様のものである。実線９１０は、ブラッグ反射器内の総層数が３、４、５、及び７であるＳｉ３Ｎ４／ＳｉＯＣ音響ブラッグ反射器を有するＳＭ ＸＢＡＲについての共振周波数におけるＱファクタのプロットである。破線９２０は、ブラッグ反射器内の総層数が３、４、５、及び７であるＳｉ３Ｎ４／ＳｉＯＣ音響ブラッグ反射器を有するＳＭ ＸＢＡＲについての反共振周波数におけるＱファクタのプロットである。一対の線９３０は、ブラッグ反射器内の総層数が３、４、５、及び７であるＳｉＯ２／Ｗ音響ブラッグ反射器を有するＳＭ ＸＢＡＲについての共振周波数（実線）及び反共振周波数（破線）におけるＱファクタをプロットしている。図９に示したデータはすべて、有限要素法を用いたシミュレーションによるものである。いずれのタイプの音響ブラッグ反射器でも、共振周波数と反共振周波数の両方でＱ＞１０００を実現するためには、少なくとも合計４層が必要である。さらに、音響ブラッグ反射器の層数を８以上に増やすことで、Ｑファクタのさらなる向上が得られる可能性が高い。

【0046】

図１０は、表面側誘電体層がある場合とない場合のＳＭ ＸＢＡＲのアドミッタンスを、周波数の関数として比較したグラフ１０００である。アドミッタンスデータは、有限要素法（ＦＥＭ）技術を用いたＳＭ ＸＢＡＲデバイスのシミュレーションから得られたものである。圧電板は、厚さ４００ｎｍのＺ切断したニオブ酸リチウムである。ＩＤＴのピッチは３．９μｍであり、ＩＤＴの導体は厚さ１００ｎｍのアルミニウムである。

【0047】

実線１０１０は、ｔｆｄ＝０（すなわち、誘電体層のないＳＭ ＸＢＡＲ）及びＩＤＴ導体幅１．１μｍのＳＭ ＸＢＡＲのアドミッタンスのプロットである。破線１０２０は、厚さ１００ｎｍのＳｉＯ２層及びＩＤＴ導体幅１．０μｍのＳＭ ＸＢＡＲのアドミッタンスのプロットである。１００ｎｍのＳｉＯ２層の追加により、誘電体層のないＳＭ ＸＢＡＲと比較して、共振周波数が約４６０ＭＨｚ低下している。二次的な共振の周波数及び大きさは、一次的なせん断モードの共振とは異なる影響を受けている。

【0048】

重要なのは、誘電体層を持つ共振子と誘電体層を持たない共振子とに、同じブラッグ反射器構造（図８Ａに示す）を使用したことである。

【0049】

図１１は、ＸＢＡＲ（音響反射型ではない）共振子及びＳＭ ＸＢＡＲ共振子の共振周波数を、表面側の誘電体厚さの関数として比較したグラフ１１００である。２つの黒丸は、図１０でアドミッタンス特性を示したＳＭ ＸＢＡＲを表している。４つの白丸は、出願第１６／２３０、４４３号の図７にアドミッタンス特性が示されている４つのＸＢＡＲデバイスを表している。この４つのＸＢＡＲは、以下のパラメータを有する：ｔｓ＝４００ｎｍ、ｔｆｄ＝０、３０、６０、９０ｎｍ、ｔｍ＝１００ｎｍ、ｐ＝４．２μｍ、ｗ＝５００ｎｍ、ＡＰ＝２０μｍ、及びＮ（ＩＤＴフィンガーの総数）＝５１。圧電板はＺ切断したニオブ酸リチウムであり、ＩＤＴ導体はアルミニウムであり、ＩＤＴは基板の空洞に懸架された圧電板の一部に形成し、誘電体層はＳｉＯ２である。

【0050】

上記４つのＸＢＡＲ共振子についての表面側の誘電体厚さと共振周波数との関係は、一点鎖線１１２０で示されるように、ほぼ線形である。図１１には２つのＳＭ ＸＢＡＲ共振子についてのデータしかないが、破線１１１０で示されるように、ＳＭ ＸＢＡＲ共振子についても表面側の誘電体厚さと共振周波数との関係はほぼ線形であることが予想される。

【0051】

図１２は、ＳＭ ＸＢＡＲを用いた高周波バンドパスフィルタ１２００の模式的回路図である。フィルタ１２００は、３つの直列共振子１２１０Ａ、１２１０Ｂ、１２１０Ｃ、及び２つのシャント共振子１２２０Ａ、１２２０Ｂ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つの直列共振子１２１０Ａ、１２１０Ｂ、及び１２１０Ｃは、第１のポートと第２のポートとの間に直列に接続されている。図１２では、第１ポート及び第２ポートをそれぞれ「Ｉｎ」及び「Ｏｕｔ」と表記している。しかしながら、フィルタ１２００は対称的であり、どちらのポートもフィルタの入力又は出力として機能する。２つのシャント共振子１２２０Ａ、１２２０Ｂは、直列共振子間のノードからグランド（Ｇｎｄ）に接続されている。すべてのシャント共振子及び直列共振子は、ＳＭ ＸＢＡＲである。

【0052】

フィルタ１２００は、外面を有する基板と、平行な表面及び裏面を有する単結晶圧電板と、基板の外面と単結晶圧電板の裏面との間に挟まれた音響ブラッグ反射器とを含んでいてもよい。基板、音響ブラッグ反射器、及び単結晶板は、図１２では、矩形１２１０で表されている。単結晶圧電板の表面に形成された導体パターンは、３つの直列共振子１２１０Ａ、１２１０Ｂ、１２１０Ｃ及び２つのシャント共振子１２２０Ａ、１２２０Ｂのそれぞれに対応する櫛型電極（ＩＤＴ）を含む。全てのＩＤＴは、各ＩＤＴに印加されたそれぞれの高周波信号に応答して、単結晶圧電板にせん断弾性波を励起するように構成されている。

【0053】

フィルタ１２００のようなラダーフィルタでは、シャント共振子の共振周波数は、典型的には直列共振子の共振周波数よりも低い。ＳＭ ＸＢＡＲ共振子の共振周波数は、ＩＤＴピッチによって部分的には決定される。ＩＤＴピッチは、インピーダンスや電力操作性能等、他のフィルタパラメータにも影響を与える。広帯域のフィルタ用途では、ＩＤＴピッチの違いを用いるだけで、シャント共振子の共振周波数と直列共振子の共振周波数との間に必要な差を持たせるのは実用的ではない可能性がある。

【0054】

直列共振子に対してシャント共振子の一部又はすべての共振周波数を低下させるために、第１の厚さｔ１を有する第１の誘電体層（破線の長方形１２２５によって表される）が、シャント共振子１２２０Ａ、１２２０Ｂの一方又は両方のＩＤＴの上に堆積されてもよい。ｔ１よりも小さい第２の厚さｔ２を有する第２の誘電体層（破線の長方形１２１５によって表される）が、直列共振子１２１０Ａ、１２１０Ｂ、１２１０ＣのＩＤＴの上に堆積されてもよい。第１及び第２の誘電体層のそれぞれの厚さは、０≦ｔ２＜ｔ１≦３００ｎｍとなるように、０～３００ｎｍであってもよい。２つの異なる誘電体層の厚さを使用することは、直列共振子の共振周波数とシャント共振子の共振周波数との間に少なくとも１００ＭＨｚのシフトが必要とされる状況において適切である可能性がある。誘電体層が二酸化ケイ素である場合、ｔ１－ｔ２≧２５ｎｍは、直列共振子の共振周波数とシャント共振子の共振周波数との間に少なくとも１００ＭＨｚのシフトを引き起こすのに十分である。

【0055】

方法の説明
図１３は、ＳＭ ＸＢＡＲ又はＳＭ ＸＢＡＲを組み込んだフィルタの製造方法１３００の簡略化されたフロー図である。方法１３００は、犠牲基板１３０２上に配置された圧電膜及びデバイス基板１３０４を用いて１３１０で開始する。方法１３１０は、完成したＳＭ ＸＢＡＲ又はフィルタを得て１３９５で終了する。図１３のフロー図は、主要なプロセス工程のみを含む。様々な従来のプロセス工程（例えば、外面準備、洗浄、検査、ベーキング、アニーリング、監視、試験等）は、図１３に示す工程の前に、工程の間に、工程の後に、及び工程の中で実行されてもよい。

【0056】

非圧電基板に接合された単結晶圧電材料の薄い板が市販されている。本出願の時点では、ニオブ酸リチウム及びタンタル酸リチウムの両方の板が、シリコン、石英、溶融シリカを含む様々な基板に接合されて入手可能である。他の圧電材料の薄板は、現在又は将来入手できる可能性がある。圧電板の厚さは、３００ｎｍ～１０００ｎｍの間であってもよい。基板がシリコンの場合、圧電板と基板との間にＳｉＯ２の層が配置されていてもよい。圧電板１３０２は、例えば、ＳｉＯ２層を介在させてシリコンウェハに接合された厚さ４００ｎｍのＺ切断したニオブ酸リチウム（これまでのすべての例で用いられている）であってもよい。デバイス基板１３０４は、シリコン（これまでの例で使用されている）、溶融シリカ、石英、又は何らかの他の材料であってもよい。

【0057】

１３２０では、高音響インピーダンス材料及び低音響インピーダンス材料の交互の層を堆積させることによって、音響ブラッグ反射器を形成する。各層は、弾性波長の１／４に等しいか又は約１／４の厚さを有する。比較的低い音響インピーダンスを有する材料としては、二酸化ケイ素、オキシ炭化ケイ素、アルミニウム、及び架橋ポリフェニレンポリマー等の特定のプラスチック類が挙げられる。比較的高い音響インピーダンスを有する材料としては、窒化珪素、窒化アルミニウム、並びにモリブデン、タングステン、金及び白金等の金属が挙げられる。高音響インピーダンスの層はすべて同じ材料である必要はなく、低音響インピーダンスの層はすべて同じ材料である必要はない。音響ブラッグ反射器の層の総数は、約５から２０超であってもよい。

【0058】

１３２０では、音響ブラッグ反射器のすべての層を、犠牲基板１３０２上の圧電板の外面又はデバイス基板１３０４の外面のいずれかに堆積してもよい。あるいは、音響ブラッグ反射器の層の一部を犠牲基板１３０２上の圧電板の外面に堆積し、音響ブラッグ反射器の残りの層をデバイス基板１３０４の外面に堆積してもよい。

【0059】

１３３０において、犠牲基板１３０２上の圧電板及びデバイス基板１３０４を、音響ブラッグ反射器の層が圧電板とデバイス基板との間に挟まれるように接合してもよい。犠牲基板１３０２上の圧電板及びデバイス基板１３０４は、直接接合、表面活性化又はプラズマ活性化接合、静電接合、又は他の接合技術等のウェハ接合プロセスを用いて接合されてもよい。なお、音響ブラッグ反射体の１つ以上の層が圧電板及びデバイス基板の両方に堆積されている場合には、接合は、音響ブラッグ反射体の層間又は層内で行われることになる。

【0060】

犠牲基板１３０２上の圧電板及びデバイス基板１３０４が接合されてもよい後、犠牲基板、及び介在する任意の層が１３４０で除去され、圧電板の外面（それまで犠牲基板に面していた外面）が露出される。犠牲基板は、例えば、材料に応じて湿式若しくは乾式のエッチング、又は何らかの他のプロセスによって除去されてもよい。

【0061】

１３５０で、１３４０で犠牲基板を除去したときに露出した圧電板の外面上に、１つ以上の導体層を堆積してパターニングすることにより、各ＳＭ ＸＢＡＲのＩＤＴを含む導体パターンを形成する。この導体パターンは、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、又は何らかの他の導電性金属であってもよい。任意に、他の材料の１つ以上の層が、導体層の下（すなわち、導体層と圧電板との間）及び／又は上に配置されてもよい。例えば、導体層と圧電板との間の接着性を向上させるために、チタン、クロム又は他の金属の薄膜を用いてもよい。導体パターンの一部（例えば、ＩＤＴのバスバー及びＩＤＴ間の相互接続部）の上に、金、アルミニウム、銅又は他の高導電性金属の導電性向上層を形成してもよい。

【0062】

導体パターンは、１３５０において、圧電板の外面上に導体層及び任意に１つ以上の他の金属層を順に堆積させることによって形成されてもよい。その後、パターン化されたフォトレジストを介してエッチングすることにより、過剰な金属を除去してもよい。導体層は、例えば、プラズマエッチング、反応性イオンエッチング、湿式化学エッチング、及び他のエッチング技術によってエッチングすることができる。

【0063】

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１３５０で形成されてもよい。フォトレジストを圧電板の上に堆積させ、導体パターンを画定するようにパターニングしてもよい。導体層と、任意に１つ以上の他の層とを、圧電板の外面上に順に堆積してもよい。その後、フォトレジストを除去して、余分な材料を除去し、導体パターンを残してもよい。

【0064】

１３６０では、圧電板の表面側に１つ以上の誘電体材料の層を堆積させることによって、１つ以上の任意の表面側誘電体層を形成してもよい。この１つ以上の誘電体層は、スパッタリング、蒸発、又は化学気相成長等の従来の堆積技術を使用して堆積されてもよい。この１つ以上の誘電体層は、導体パターンの上を含む、圧電板の外面全体に堆積されてもよい。あるいは、１回以上の（フォトマスクを用いた）リソグラフィプロセスを用いて、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のみ等、圧電板の選択された領域に限定してもよい。また、マスクを使用して、圧電板の異なる部分に異なる厚さの誘電体材料を堆積することを可能にしてもよい。例えば、第１の厚さｔ１を有する第１の誘電体層を１つ以上のシャント共振子のＩＤＴ上に堆積させてもよい。第２の厚さｔ２を有する第２の誘電体層（ｔ２はゼロ以上でｔ１よりも小さい）が、直列共振子のＩＤＴ上に堆積されてもよい。

【0065】

導体パターン及び任意の表面側誘電体層が１３５０及び１３６０で形成された後、フィルタデバイスは１３７０で完成してもよい。１３７０で発生する可能性のあるアクションとしては、ＩＤＴ導体パターン以外の導体を形成するために追加の金属層を堆積及びパターニングすること、デバイスの全部又は一部を覆うＳｉＯ_２又はＳｉ_３Ｏ_４等の封止／パッシベーション層を堆積すること、デバイス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ハから個々のデバイスを切り出すこと、他のパッケージング工程、及び試験が挙げられる。１３７０で発生する可能性のある別のアクションは、金属又は誘電体材料をデバイスの表面側に追加又はデバイスの表面側から除去することによって、デバイス内の共振子の共振周波数を調整することである。フィルタ装置が完成した後、プロセスは１３９５で終了する。

【0066】

プロセス１３００の変形例は、１３０２において、異なる材料の犠牲基板上の薄い圧電板の代わりに、単結晶圧電ウェハを用いて開始する。イオンが、圧電ウェハの外面から内部の制御された深さに注入される（図１３には示されていない）。ウェハの外面からイオン注入の深さまでの部分が薄い圧電板であり（又はそうなり）、ウェハの残りの部分が犠牲基板である。前述したように１３２０で音響ブラッグ反射器を形成し、１３３０で、音響ブラッグ反射器が圧電ウェハ１３０２のイオン注入した外面とデバイス基板１３０４の間に配置されるように圧電ウェハとデバイス基板を接合する。１３４０で、圧電ウェハは、イオンが注入された面で（例えば、熱衝撃を用いて）分割され、圧電材料の薄板が露出して音響ブラッグ反射器に接合された状態になってもよい。薄い板状の圧電材料の厚さは、注入されたイオンのエネルギー（従って、深さ）によって決まる。イオン注入とそれに続く薄板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。

【0067】

締めくくりのコメント
本明細書全体を通して、示された実施形態及び例は、開示又は請求された装置及び手順に対する制限ではなく、例示とみなされるべきである。本明細書に提示された例の多くは、方法行為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てもよいということを理解すべきである。フロー図に関しては、追加の工程や少ない工程を行ってもよく、また、示された工程を組み合わせたり、さらに改良したりして、本明細書に記載された方法を実現してもよい。１つの実施形態に関連してのみ論じられた行為、要素、及び特徴は、他の実施形態における同様の役割から排除されることを意図していない。

【0068】

本明細書で使用する場合、「複数」は２つ以上を意味する。本明細書で使用する場合、項目の「セット」は、そのような項目のうちの１つ以上を含むことができる。本明細書で使用する場合、書面による説明又は特許請求の範囲のいずれにおいても、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（…を含む）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（…を含む、備える）」、「ｃａｒｒｙｉｎｇ（…を保有する）」、「ｈａｖｉｎｇ（…を有する）」、「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ（…を含有する）」、「ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ（…を含む、伴う）」等の用語は、オープンエンド型式であると理解されるべきであり、すなわち、「…を含むがこれらに限定されないこと」を意味する。請求項に関しては、「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ（…からなる）」及び「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ（…から実質的になる）」という移行句のみが、それぞれ、閉じた移行句又はほぼ閉じた移行句である。請求項の中で、請求項要素を修飾するために「第１」、「第２」、「第３」等の序数詞を使用することは、それ自体、ある請求項要素の別の請求項要素に対する優先性、先行性、若しくは順位、又は方法の行為が実行される時間的順序を意味するものではなく、ある名称を有するある１つの請求項要素を、（序数詞の使用を除いて）同じ名称を有する別の請求項要素と区別して、それらの請求項要素を区別するためのラベルとして使用されるに過ぎない。本明細書で使用される「及び／又は」は、列挙された項目が選択肢であることを意味するが、選択肢には列挙された項目の任意の組み合わせも含まれる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【手続補正書】

【提出日】2021-07-01

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

フィルタデバイスであって、
外面を有する基板と、
平行な表面及び裏面を有する単結晶圧電板と、
前記基板の前記外面と前記単結晶圧電板の前記裏面との間に挟まれている音響ブラッグ反射器と、
前記単結晶圧電板の前記表面に形成されている導体パターンであって、シャント共振子及び直列共振子を含むそれぞれの複数の共振子の複数の櫛型電極（ＩＤＴ）を含む導体パターンと、
前記シャント共振子の前記ＩＤＴの上に堆積された第１の厚さを有する第１の誘電体層と、
前記直列共振子の前記ＩＤＴの上に堆積された第２の厚さを有する第２の誘電体層と
を含み、
前記複数のＩＤＴのすべてが、前記ＩＤＴに印加されたそれぞれの高周波信号に応答して前記単結晶圧電板にそれぞれの一次音響モードを励起するように構成されており、
すべての前記一次音響モードの音響エネルギーの流れの方向が、前記単結晶圧電板の前記表面及び裏面に実質的に直交しており、
前記第１の厚さが前記第２の厚さよりも大きいフィルタデバイス。

【請求項2】

前記単結晶圧電板のｚ軸が前記表面及び裏面の法線方向である請求項１に記載のフィルタデバイス。

【請求項3】

前記複数のＩＤＴのすべてが、各ＩＤＴのフィンガーが前記単結晶圧電板のｘ軸に平行であるように配向される請求項２に記載のフィルタデバイス。

【請求項4】

前記圧電板がニオブ酸リチウム及びタンタル酸リチウムのうちの１つである請求項１に記載のフィルタデバイス。

【請求項5】

前記音響ブラッグ反射器が、すべての前記複数の共振子の共振周波数及び反共振周波数を含む周波数範囲にわたってせん断弾性波を反射するように構成されている請求項１に記載のフィルタデバイス。

【請求項6】

前記音響ブラッグ反射器が、
高音響インピーダンス層と低音響インピーダンス層とを交互に繰り返す複数の誘電体層
を含み、
前記高音響インピーダンス層が窒化ケイ素及び窒化アルミニウムのうちの１つであり、
前記低音響インピーダンス層がオキシ炭化ケイ素である請求項５に記載のフィルタデバイス。

【請求項7】

前記複数の層が少なくとも４層かつ７層以下を含む請求項６に記載のフィルタデバイス。

【請求項8】

前記圧電板の前記表面及び裏面の間の厚さが２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である請求項１に記載のフィルタデバイス。

【請求項9】

前記複数のＩＤＴのすべてが、前記圧電板の厚さの２倍以上かつ前記圧電板の厚さの２５倍以下であるそれぞれのピッチを有する請求項１に記載のフィルタデバイス。

【請求項10】

前記第２の厚さが０以上であり、
前記第１の厚さが３００ｎｍ以下である請求項１に記載のフィルタデバイス。

【請求項11】

前記複数の共振子が２以上のシャント共振子を含み、
前記第１の誘電体層が、前記２以上のシャント共振子の上に堆積されている請求項１に記載のフィルタデバイス。

【請求項12】

前記複数の共振子が２以上の直列共振子を含み、
前記第２の誘電体層が、前記２以上の直列共振子の上に堆積されている請求項１に記載のフィルタデバイス。

【請求項13】

前記シャント共振子の共振周波数が、少なくとも部分的に、前記第１の厚さによって設定され、
前記直列共振子の共振周波数が、少なくとも部分的に、前記第２の厚さによって設定される請求項１に記載のフィルタデバイス。

【請求項14】

前記第１の厚さと前記第２の厚さとの差が、前記直列共振子の共振周波数よりも少なくとも１００ＭＨｚ低い前記シャント共振子の共振周波数を設定するのに十分である請求項１３に記載のフィルタデバイス。

【請求項15】

前記第１及び第２の誘電体層がＳｉＯ２であり、
前記第１の厚さと前記第２の厚さとの差が２５ｎｍ以上である請求項１に記載のフィルタデバイス。

【請求項16】

フィルタデバイスの製造方法であって、
デバイス基板の一方又は両方の外面及び犠牲基板に取り付けられた第２面を有する単結晶圧電板の第１面に複数の材料層を堆積することにより、音響ブラッグ反射器を形成する工程と、
前記音響ブラッグ反射器の前記複数の層が前記単結晶圧電板の前記第１面と前記デバイス基板との間に挟まれるように、前記犠牲基板に取り付けられた前記単結晶圧電板を前記デバイス基板に接合する工程と、
前記犠牲基板を除去して、前記単結晶圧電板の前記第２面を露出させる工程と、
前記単結晶圧電板の前記第２面に導体パターンを形成する工程であって、前記導体パターンは、シャント共振子及び直列共振子を含むそれぞれの複数の共振子の複数の櫛型電極（ＩＤＴ）を含む工程と、
第１の厚さを有する第１の誘電体層を前記シャント共振子の前記ＩＤＴの上に堆積する工程と、
第２の厚さを有する第２の誘電体層を前記直列共振子の前記ＩＤＴの上に堆積する工程と
を含み、
前記複数のＩＤＴのすべてが、前記ＩＤＴに印加されたそれぞれの高周波信号に応答して前記単結晶圧電板にそれぞれの一次音響モードを励起するように構成されており、
すべての前記一次音響モードの音響エネルギーの流れの方向が、前記単結晶圧電板の前記第１面及び第２面に実質的に直交しており、
前記第１の厚さが前記第２の厚さよりも大きい方法。

【国際調査報告】