JP2019198066A - 埋め込み型境界リングを備えた結合共振器フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】スプリアスモードを減少させ、性能を向上させた結合共振器フィルタを提供する。【解決手段】結合共振器フィルタは、第１の共振器と、第２の共振器と、１つ以上の介在層と、第１の境界リングと、第２の境界リングとを含む。第１の共振器は、第１の圧電層と、第１の圧電層と接触する第１及び第２の電極とを含む。第２の共振器は、第２の圧電層と、第２の圧電層と接触する第３及び第４の電極とを含む。１つ以上の介在層は、第１の共振器と第２の共振器との間に存在し、第１の共振器と第２の共振器とを音響的に結合させている。第１の境界リングは、第１の電極上に存在する。第２の境界リングは、第３の電極上に存在する。第１の境界リングと第２の境界リングとの両方を提供することにより、結合共振器フィルタのスプリアスモードを抑制し、それによって当該フィルタの性能を向上させることができる。【選択図】図２

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年３月２８日に出願された仮特許出願第６２／６４９，３３９号の利益を主張するものであり、当該仮特許出願の開示は、その全体が参照によりここで本明細書に組み込まれる。

本開示の分野
本開示は、結合共振器フィルタに関し、特に、埋め込み型境界リングを含む結合共振器フィルタに関する。

最新の無線通信デバイスにおいて音響フィルタが広く使用されている。無線通信規格が発展し続け、帯域幅がより狭く、かつ周波数がより高い通信帯域をより多く採用するにつれて、これらの規格の厳しい要件を満たすように音響フィルタを設計することがますます困難になっている。近年、結合共振器フィルタが登場した。このフィルタは、従来の表面弾性波及びバルク弾性波フィルタによって以前より実現可能なフィルタリング能力を超えたフィルタリング能力を提供しようとするものである。結合共振器フィルタは、従来の表面弾性波及びバルク弾性波フィルタの同等物よりも高い選択性を提供することが多く、更にはより高い周波数で動作し得る。従って、結合共振器フィルタには、発展中の規格によってますます必要とされるように、狭い信号帯域内の信号を高周波でフィルタリングするための能力が期待されている。しかしながら、従来の結合共振器フィルタは、従来の表面弾性波及びバルク弾性波フィルタにおいて通常認められている多くの問題に遭遇する。例えば、結合共振器フィルタは、その性能を劣化させるスプリアスモードを含む場合がある。スプリアスモードを抑制する目的で従来の表面弾性波及びバルク弾性波フィルタにいくつかの設計変更がなされてきたが、結合共振器フィルタの動作特性が様々であることは、多くの場合、これらの設計変更が同一の効果を持たないことを意味する。その結果、結合共振器フィルタは、依然として、その性能を劣化させるスプリアスモードに陥る。上記の観点から、スプリアスモードを減少させ、それによって性能を向上させた結合共振器フィルタが求められている。

一実施形態において、結合共振器フィルタは、第１の共振器と、第２の共振器と、１つ以上の介在層と、第１の境界リングと、第２の境界リングとを含む。第１の共振器は、第１の圧電層と、第１の圧電層と接触する第１の電極とを含む。第２の共振器は、第２の圧電層と、第２の圧電層と接触する第２の電極とを含む。１つ以上の介在層は、第１の共振器と第２の共振器との間に存在し、第１の共振器と第２の共振器とを音響的に結合させている。第１の境界リングは、第１の電極上に存在する。第２の境界リングは、第２の電極上に存在する。第１の境界リングと第２の境界リングとの両方を提供することにより、結合共振器フィルタのスプリアスモードを抑制し、それによって当該フィルタの性能を向上させることができる。

一実施形態において、結合共振器フィルタは、第１の共振器と、第２の共振器と、１つ以上の介在層と、第１の境界リングと、第２の境界リングとを含む。第１の共振器は、第１の圧電層と、第１の圧電層と接触する第１の電極とを含む。第２の共振器は、第２の圧電層と、第２の圧電層と接触する第２の電極とを含む。１つ以上の介在層は、第１の共振器と第２の共振器との間に存在し、第１の共振器と第２の共振器とを音響的に結合させている。第１の境界リングは、第１の電極上に存在する。第２の境界リングは、１つ以上の介在層のうちの第１の介在層上に存在する。第１の境界リングと第２の境界リングとの両方を提供することにより、結合共振器フィルタのスプリアスモードを抑制し、それによって当該フィルタの性能を向上させることができる。

当業者は、添付図面に関連して好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明を読んだ後、本開示の範囲を認識し、本開示の追加的な態様を認めるであろう。

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付図面は、本開示のいくつかの態様を例示するものであり、本説明と共に、本発明の原理を説明するのに役立つ。

本開示の一実施形態に従った結合共振器フィルタの断面図を示す。 本開示の一実施形態に従った結合共振器フィルタの断面図を示す。 本開示の一実施形態に従った結合共振器フィルタの断面図を示す。 本開示の一実施形態に従った結合共振器フィルタの断面図を示す。 本開示の一実施形態に従った結合共振器フィルタの断面図を示す。 本開示の一実施形態に従った積層水晶フィルタの断面図を示す。 本開示の一実施形態に従った結合共振器フィルタの断面図を示す。

以下に記載された実施形態は、実施形態を実施することを当業者に可能にするために必要な情報を表し、実施形態を実施する際のベストモードを示す。添付図面に照らして以下の説明を読むことにより、当業者は、本開示の概念を理解すると共に、本明細書において特に対象とされないこれらの概念の適用例を認識するであろう。これらの概念及び適用例は、本開示及び添付された特許請求項の範囲内に含まれることが理解されるべきである。

第１、第２などの用語が、各種要素を説明するために本明細書で使用され得るものの、これらの要素は、これらの用語によって限定されるべきではないことが理解されよう。これらの用語は、単に、１つの要素を別の要素と区別するために使用される。例えば、本開示の範囲から逸脱することなく、第１の要素を第２の要素と称することができ、同様に、第２の要素を第１の要素と称することができる。本明細書で使用される場合、用語「及び／または」は、列挙された関連項目のうちの１つ以上のいずれかの組み合わせ及び全ての組み合わせを含む。

層、領域または基板などの要素が別の要素の「上に（ｏｎ）」存在する、または「上へと（ｏｎｔｏ）」延在すると言及されるとき、その要素は、他の素子の上に直接存在する、もしくは他の素子の上へと直接延在することができ、または介在要素が存在してもよいことが理解されよう。これに対して、要素が別の要素の「上に直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｏｎ）」存在する、または「上へと直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｏｎｔｏ）」延在すると言及されるときには、介在素子が存在しない。同様に、層、領域または基板などの要素が別の要素の「上に（ｏｖｅｒ）」存在する、または「上に（ｏｖｅｒ）」延在すると言及されるとき、その要素は、他の素子の上に直接存在する、もしくは他の素子の上に直接延在することができ、または介在要素が存在してもよい。これに対して、要素が別の要素の「上に直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｏｖｅｒ）」存在する、または「上に直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｏｖｅｒ）」延在すると言及されるときには、介在素子が存在しない。要素が別の要素に「接続されている（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」または「結合されている（ｃｏｕｐｌｅｄ）」と言及されるとき、その要素は、他の素子に直接接続もしくは結合することができ、または介在要素が存在してもよいことも理解されよう。これに対して、要素が別の要素に「直接接続されている（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」または「直接結合されている（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）」と言及されるときには、介在素子が存在しない。

「下（ｂｅｌｏｗ）」または「上（ａｂｏｖｅ）」または「上方（ｕｐｐｅｒ）」または「下方（ｌｏｗｅｒ）」または「水平（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」または「垂直（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」などの相対的な用語は、図面に示されるように、１つの要素、層または領域と、別の要素、層または領域との関係を説明するために本明細書で使用され得る。これらの用語及び上述した用語は、図面に表された方向に加えて、デバイスの異なる方向を含むように意図されることが理解されよう。

本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本開示を限定することを意図しない。本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈において特に明確な指示がない限り、複数形も含むことが意図される。用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」及び／または「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、本明細書で使用されるとき、記載された特徴、整数、ステップ、動作、要素及び／または構成要素の存在を指定するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素及び／またはこれらの集合の存在も追加も排除しない。

特に定義されない限り、本明細書で使用される全ての用語（技術用語及び科学用語を含む）は、本開示が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書で使用される用語は、本明細書及び関連技術分野の文脈におけるその意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書でそのように明確に定義されない限り、理想的な意味または過度に形式的な意味には解釈されないことが更に理解されよう。

図１は、本開示の一実施形態に従った結合共振器フィルタ１０の断面図を示す。結合共振器フィルタ１０は、第１の共振器１２、第２の共振器１４、第１の共振器１２と第２の共振器１４との間の１つ以上の介在層１６、基板１８、及び第２の共振器１４と基板１８との間の１つ以上の追加介在層２０を含む。第１の共振器１２は、第２の共振器１４上に存在する。第２の共振器１４は、基板１８上に存在する。第１の共振器１２は、第１の電極２４Ａと第２の電極２４Ｂとの間に挟まれた第１の圧電層２２を含むバルク弾性波（ｂｕｌｋ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ：ＢＡＷ）共振器である。第２の共振器１４も、第３の電極２８Ａと第４の電極２８Ｂとの間に挟まれた第２の圧電層２６を含むＢＡＷ共振器である。介在層１６は、第２の電極２４Ｂと第３の電極２８Ａとの間に存在する。追加介在層２０は、第４の電極２８Ｂと基板１８との間に存在する。

介在層１６及び追加介在層２０は、第１の共振器１２と第２の共振器１４とを音響的に（すなわち、機械的に）所望の程度まで結合させている。第１の共振器１２と第２の共振器１４との間の音響結合の量は、所望のフィルタ応答を提供するように調整されてもよい。上述したように、結合共振器フィルタ１０は、当該フィルタの性能を劣化させるスプリアスモードに陥る場合がある。従って、第１の境界リング３０Ａ及び第２の境界リング３０Ｂが設けられている。本実施形態において、第１の境界リング３０Ａは第１の電極２４Ａ上に設けられており、第２の境界リング３０Ｂは第４の電極２８Ｂ上に設けられている。具体的には、第１の境界リング３０Ａは、結合共振器フィルタ１０の上部を形成する第１の電極２４の表面に設けられている。第２の境界リング３０Ｂは、結合共振器フィルタ１０の上部の反対側にある第４の電極２８Ｂの表面に設けられており、第２の共振器１４が第２の境界リング３０Ｂと結合共振器フィルタ１０の上部との間に存在するようになっている。本明細書に述べたように、境界リングは、このリングが設けられている層上の質量を増加または減少させた領域である。本実施形態において、第１の境界リング３０Ａ及び第２の境界リング３０Ｂは、それぞれ、第１の電極２４Ａ及び第４の電極２８Ｂ上の追加金属層として示されており、従って、これらのリングが設けられている領域上の第１の電極２４Ａ及び第２の電極２８Ｂの質量をそれぞれ増加させる。第１の境界リング３０Ａ及び第２の境界リング３０Ｂは、結合共振器フィルタ１０の有効領域３２の周辺に沿った枠状構造として設けられてもよい。その場合、有効領域３２は、第１の共振器１２の電極２４が第２の共振器１４の電極２８と重なり合う領域である。第１の境界リング３０Ａ及び第２の境界リング３０Ｂの中央部は空いていてもよい。すなわち、第１の境界リング３０Ａ及び第２の境界リング３０Ｂの中央部は、これらのリングがそれぞれ設けられている層の質量を変化させない場合がある。第１の境界リング３０Ａ及び第２の境界リング３０Ｂの幅Ｗ_ＢＯ及び高さＨ_ＢＯは、所望の応答を提供するように、必要に応じて個別に調整されてもよい。更に、第１の境界リング３０Ａ及び第２の境界リング３０Ｂの材料は、所望の応答を提供するように選択されてもよい。一実施形態において、第１の境界リング３０Ａ及び第２の境界リング３０Ｂはタングステン（Ｗ）を含む。

境界リングは、従来のバルク弾性波共振器のスプリアスモードを抑制するために以前から使用されてきたが、それらのリングは、従来、デバイスの上部電極にのみ適用されてきた。単一の境界リングをこの従来の方法で提供することは、結合共振器フィルタの性能を低下させる場合がある。というのも、このリングは、スプリアスモードを抑制しない場合があり、更には挿入損失の増加を招く可能性があるためである。更に、結合共振器フィルタの上部電極上に単一の境界リングを使用することは、スプリアスモードの抑制を調整することを考慮していない。というのも、このような従来の境界リングの厚さは、境界リング領域の分散にほとんど影響を与えないためである。結合共振器フィルタ１０内に埋め込まれる第２の境界リング３０Ｂを追加することにより、スプリアスモードを抑制することができる。更に、結合共振器フィルタ１０の挿入損失はほとんど増加しない。最後に、第２の境界リング３０Ｂを追加することは、デバイスの境界リングモード（従来、単一の境界リングのみを含むデバイスの挿入損失の低下として見える）を結合共振器フィルタ１０の通過帯域の下に移動させる。

一実施形態において、介在層１６及び追加介在層２０は、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）及び／またはタングステン（Ｗ）を含む。各種実施形態において、介在層１６及び追加介在層２０は、異なる材料を有する交互層であってもよい。第１の圧電層２２及び第２の圧電層２６は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む。第１の電極２４Ａ、第２の電極２４Ｂ、第３の電極２８Ａ及び第４の電極２８Ｂは、タングステン（Ｗ）及びアルミニウム銅（ＡｌＣｕ）を含む金属積層体を含む。基板はシリコン（Ｓｉ）を含む。当業者は、上記に挙げた結合共振器フィルタ１０の部分に種々の材料が使用されてもよいことを容易に認めるであろう。それらの材料の全ては、本明細書において企図される。

図２は、本開示の追加的な実施形態に従った結合共振器フィルタ１０を示す。図２に示した結合共振器フィルタ１０は、図１に示した結合共振器フィルタと実質的に類似している。ただし、第２の境界リング３０Ｂが、第４の電極２８Ｂではなく第３の電極２８Ａ上に存在する点を除く。具体的には、第２の境界リング３０Ｂは、結合共振器フィルタ１０の上部に対向する第３の電極２８Ａの表面に設けられており、第２の境界リング３０Ｂが第２の共振器１４と結合共振器フィルタ１０の上部との間に存在するようになっている。いくつかの実施形態において、結合共振器フィルタ１０は、２つより多い境界リング３０を含んでもよい。例えば、図１及び図２に関連して説明した実施形態を組み合わせて、第２の境界リング３０Ｂを図２に示したように第３の電極２８Ａ上に置き、かつ第２の境界リング３０Ｂを図１に示したように第４の電極２８Ｂ上に置くようにしてもよい。

図３は、本開示の追加的な実施形態に従った結合共振器フィルタ１０を示す。図３に示した結合共振器フィルタ１０は、図１に示した結合共振器フィルタと実質的に類似している。ただし、第２の境界リング３０Ｂが、第４の電極２８Ｂではなく介在層１６のうちの１つの上に、特に第３の介在層１６Ｃ上に存在する点を除く。とりわけ、第２の境界リング３０Ｂは、同様に、第１の中間層１６Ａ及び第２の中間層１６Ｂなどの中間層１６のうちの任意の１つの上に置かれてもよく、更には、それらの中間層の任意の表面に置かれてもよい。いくつかの実施形態において、結合共振器フィルタ１０は、２つより多い境界リング３０を含んでもよい。例えば、図１、図２及び図３に関する実施形態を、上述した方法と類似した任意の方法で組み合わせてもよい。

上述したように、境界リング３０は、これらのリングが設けられている層上の質量の増加または質量の減少を提供することができる。更に、境界リング３０は、これらのリングが設けられている層のある領域における質量の増加、及びこれらのリングが設けられている層の別の領域における質量の減少を提供することができる。図４は、第１の境界リング３０Ａ及び第２の境界リング３０Ｂを、それぞれ、第１の電極２４Ａ及び第２の電極２４Ｂ上の質量を減少させた領域として示す。図５は、「段」構成をとった第１の境界リング３０Ａ及び第２の境界リング３０Ｂを示す。この構成により、境界リングのある部分が質量を減少させる一方、境界リングの他の部分が質量を増加させる、すなわち、境界リングの異なる部分が異なる量によって質量を変化させるようになっている。特に、図５は、第１の境界リング３０Ａを第１の内側境界リング３０Ａ−１及び第１の外側境界リング３０Ａ−２として示し、第２の境界リング３０Ｂを第２の内側境界リング３０Ｂ−１及び第２の外側境界リング３０Ｂ−２として示す。第１の内側境界リング３０Ａ−１及び第２の内側境界リング３０Ｂ−１は、それぞれ、第１の電極２４Ａ及び第４の電極２８Ｂ上の質量を減少させた領域である。第１の外側境界リング３０Ａ−２及び第２の外側境界リング３０Ｂ−２は、それぞれ、第１の電極２４Ａ及び第４の電極２８Ｂ上の質量を増加させた領域である。２つの「段」のみが示されているが（質量を減少させた領域及び質量を増加させた領域）、第１の境界リング３０Ａ及び第２の境界リング３０Ｂは所望の効果を実現するために任意の数の「段」を含んでもよいことを当業者は容易に認めるであろう。

本開示の原理は、積層水晶フィルタ３４に同様に適用される。この例を図６に示す。積層水晶フィルタ３４は、結合共振器フィルタ１０と実質的に類似している。ただし、共有電極３６を提供するために中間層１６が除去され、第２の電極２４Ｂが第３の電極２８Ａと組み合わされている点を除く。第１の境界リング３０Ａ及び第２の境界リング３０Ｂの単一構成のみが図６の積層水晶フィルタ３４のために示されているが、当業者は、結合共振器フィルタ１０に関して上述した第１の境界リング３０Ａ及び第２の境界リング３０Ｂの変形例のうちのいずれも積層水晶フィルタ３４に同様に適用されることを認めるであろう。

本開示の原理は、１つ以上の薄膜バルク弾性波共振器（ｆｉｌｍ ｂｕｌｋ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ：ＦＢＡＲ）を含む結合共振器フィルタにも同様に適用される。このような結合共振器フィルタ１０を図７に示す。図７に示した結合共振器フィルタ１０は、図１〜図５に関して上述した結合共振器フィルタと実質的に類似している。ただし、中間層２０が除去され、第２の共振器１４が基板１８内の空気空洞３８上に懸架されている点を除く。空気空洞３８は説明のために特定のサイズ及び形状を有するように示されているが、空気空洞３８は任意の数の異なる構成で設けられてもよいことを当業者は容易に認めるであろう。これらの構成の全ては本明細書において企図される。更に、第１の境界リング３０Ａ及び第２の境界リング３０Ｂの単一構成のみが図７に示されているが、当業者は、上述した第１の境界リング３０Ａ及び第２の境界リング３０Ｂの変形例のうちのいずれも図７に示した実施形態に同様に適用されることを認めるであろう。

当業者は、本開示の好ましい実施形態に対する改良及び修正を認識するであろう。このような全ての改良及び修正は、本明細書に開示された概念及び後続する請求項の範囲内にあるとみなされる。

Claims (20)

1. 第１の圧電層と、前記第１の圧電層と接触する第１の電極とを含む第１の共振器と、
   第２の圧電層と、前記第２の圧電層と接触する第２の電極とを含む第２の共振器と、
   前記第１の共振器と前記第２の共振器との間の１つ以上の介在層であって、前記第１の共振器と前記第２の共振器とを音響的に結合させている前記１つ以上の介在層と、
   前記第１の電極上の第１の境界リングと、
   前記第２の電極上の第２の境界リングと
   を含む、結合共振器フィルタ（ＣＲＦ）。
2. 前記第１の共振器及び前記第２の共振器はバルク弾性波（ＢＡＷ）共振器である、請求項１に記載のＣＲＦ。
3. 前記第１の電極は前記ＣＲＦの上面を形成する、請求項２に記載のＣＲＦ。
4. 前記第２の圧電層は前記第２の電極と前記第１の共振器との間に存在する、請求項３に記載のＣＲＦ。
5. 前記第２の共振器と前記ＣＲＦの底面との間に１つ以上の追加介在層を更に含む、請求項４に記載のＣＲＦ。
6. 前記第２の電極は前記第２の圧電層と前記第１の共振器との間に存在する、請求項３に記載のＣＲＦ。
7. 前記第１の圧電層上に第１の追加電極を更に含み、前記第１の圧電層が前記第１の電極と前記第１の追加電極との間に存在するようになっている、請求項１に記載のＣＲＦ。
8. 前記第２の圧電層上に第２の追加電極を更に含み、前記第２の圧電層が前記第２の電極と前記第２の追加電極との間に存在するようになっている、請求項７に記載のＣＲＦ。
9. 前記第２の圧電層は前記第２の電極と前記第１の共振器との間に存在する、請求項１に記載のＣＲＦ。
10. 前記第２の電極は前記第２の圧電層と前記第１の共振器との間に存在する、請求項１に記載のＣＲＦ。
11. 前記第１の境界リングは前記ＣＲＦの有効領域の外側縁に沿って設けられている、請求項１に記載のＣＲＦ。
12. 前記第２の境界リングは前記ＣＲＦの前記有効領域の外側縁に沿って設けられている、請求項１１に記載のＣＲＦ。
13. 第１の圧電層と、前記第１の圧電層と接触する第１の電極とを含む第１の共振器と、
    ・第２の圧電層と、前記第２の圧電層と接触する第２の電極とを含む第２の共振器と、
    ・前記第１の共振器と前記第２の共振器との間の１つ以上の介在層であって、前記第１の共振器と前記第２の共振器とを音響的に結合させている前記１つ以上の介在層と、
    ・前記第１の電極上の第１の境界リングと、
    ・前記１つ以上の介在層のうちの第１の介在層上の第２の境界リングと
    を含む、結合共振器フィルタ（ＣＲＦ）。
14. 前記第１の共振器及び前記第２の共振器はバルク弾性波（ＢＡＷ）共振器である、請求項１３に記載のＣＲＦ。
15. 前記第１の電極は前記ＣＲＦの上面を形成する、請求項１４に記載のＣＲＦ。
16. 前記１つ以上の介在層のうちの少なくとも１つは、前記１つ以上の介在層のうちの前記第１の介在層と前記第１の共振器との間に存在する、請求項１５に記載のＣＲＦ。
17. 前記第２の共振器と前記ＣＲＦの底面との間に１つ以上の追加介在層を更に含む、請求項１３に記載のＣＲＦ。
18. 前記１つ以上の介在層のうちの前記第１の介在層は金属層である、請求項１３に記載のＣＲＦ。
19. 前記第１の境界リングは前記ＣＲＦの有効領域の外側縁に沿って設けられている、請求項１３に記載のＣＲＦ。
20. 前記第２の境界リングは前記ＣＲＦの前記有効領域の外側縁に沿って設けられている、請求項１９に記載のＣＲＦ。

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