JP2022123876A - バスバーとインターデジタルトランスデューサフィンガーの端部との間に狭いギャップを有する横励起型圧電薄膜共振器 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロ波フィルタ用音響共振器構造を提供する。【解決手段】横励起型圧電薄膜共振器（ＸＢＡＲ）１００は、基板１２０のキャビティ１４０に跨るダイアフラム１１５を形成する圧電板の部分を除いて、基板の表面に取り付けられた圧電板を含む。圧電板に形成されたインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）１３０には、第１の平行フィンガー１３６がＩＤＴの第１のバスバー１３２から延び、第２の平行フィンガーがＩＤＴの第２のバスバー１３４から延びるようにダイアフラム１１５に交互配置される。交互配置されたフィンガーの間の距離は、ＩＤＴピッチを規定する。ＩＤＴは、第１の複数の平行フィンガーの端部と第２のバスバーとの間及び第２の複数の平行フィンガーの端部と第１のバスバーとの間のギャップ距離ｇｍを含む。ギャップ距離は、フィンガーの間の距離又はフィンガーの間の中心間距離により規定されるＩＤＴピッチの２／３未満である。【選択図】図１

Description

本開示は、弾性波共振器（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ）を用いた無線周波数フィルタ、特に通信装置用のフィルタに関する。

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関連出願の情報
本特許は、２０２１年２月１２日に出願された「狭いバスバー－電極ギャップ型ＸＢＡＲ」という名称の同時係属米国仮特許出願第６３／１４８，８０３号の優先権を主張する。

無線周波数（ＲＦ）フィルタは、いくつかの周波数を通過させ、他の周波数を阻止するように構成された２ポートデバイスである。「通過」は、比較的に低い信号損失で送信することを意味し、「阻止」は、遮断するか又は実質的に減衰させることを意味する。フィルタによって通過される周波数の範囲は、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阻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つの通過帯域及び少なくとも１つの阻止帯域を有する。通過帯域又は阻止帯域の具体的な（ｓｐｅｃｉｆｉｃ）要件は、特定の用途に依存する。例えば、「通過帯域」は、フィルタの挿入損失が１ｄＢ、２ｄＢ又は３ｄＢなどの規定値よりも良好な（ｂｅｔｔｅｒ）周波数範囲として規定されてもよい。「阻止帯域」は、フィルタの除去比が２０ｄＢ、３０ｄＢ、４０ｄＢなどの規定値を超えるか又は用途に応じてより大きい周波数範囲として規定されてもよい。

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において使用される。例えば、ＲＦフィルタは、セルラ基地局、携帯電話及びコンピューティングデバイス、衛星トランシーバ及び地上局、ＩｏＴ（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、並びに他の通信システムのＲＦフロントエンドに見られる。ＲＦフィルタは、レーダー、電子戦システム及び情報戦システムにおいても使用される。

ＲＦフィルタは、典型的には、特定の用途ごとに、挿入損失、除去比、絶縁、耐電力性、線形性、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達成するために、多くの設計上のトレードオフを必要とする。特定の設計、製造方法及び機能強化は、これらの１つ以上の要件に同時に役立つ（ｂｅｎｅｆｉｔ）ことができる。

無線システムにおけるＲＦフィルタの性能強化は、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、電池寿命の延長、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することができる。これらの改善は、ＲＦモジュール、ＲＦトランシーバ、モバイル又は固定サブシステムなどの無線システムの様々なレベルで個別に又は組み合わせて実現できるか又はネットワークレベルで実現できる。

現在の通信システム用の高性能ＲＦフィルタには、一般的に、表面弾性波（ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ（ＳＡＷ））共振器、バルク弾性波（ｂｕｌｋ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ（ＢＡＷ））共振器、薄膜圧電共振器（ｆｉｌｍ ｂｕｌｋ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ（ＦＢＡＲ））及びその他のタイプの音響共振器を含む弾性波共振器が組み込まれる。しかしながら、これらの既存の技術は、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及び帯域幅での使用には適しない。

より広い通信チャネル帯域幅への要望は、必然的に、より高い周波数の通信帯域の使用につながる。モバイルネットワーク用の無線アクセス技術は、３ＧＰＰ（第３世代パートナーシッププロジェクト）によって標準化されている。第５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）規格で規定される。５Ｇ ＮＲ規格は、いくつかの新しい通信帯域を定義する。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と、である。帯域ｎ７７及び帯域ｎ７９の両方が時分割複信（ｔｉｍｅ－ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｄｕｐｌｅｘｉｎｇ（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、アップリンク送信及びダウンリンク送信の両方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、高周波数及び広帯域幅が必要とされる。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る。

横励起型圧電薄膜共振器（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｌｙ－Ｅｘｃｉｔｅｄ Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ（ＸＢＡＲ））は、マイクロ波フィルタ用の音響共振器構造である。ＸＢＡＲは、「横励起型圧電薄膜共振器」と題する特許ＵＳ１０，４９１，２９１に記載されている。ＸＢＡＲ共振器は、単結晶圧電材料の、又は単結晶圧電材料を有する薄いフローティング層又はダイアフラムに形成されたインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を含む。ＩＤＴは、第１のバスバー（ｂｕｓｂａｒ）から延びる第１組の平行フィンガーと、第２のバスバーから延びる第２組の平行フィンガーと、を含む。第１及び第２の組の平行フィンガーは、交互配置される。ＩＤＴに印加されたマイクロ波信号は、圧電ダイアフラムにおいて剪断一次弾性波（ｓｈｅａｒ ｐｒｉｍａｒｙ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ）を励起する。ＸＢＡＲ共振器は、非常に高い電気機械結合及び高い周波数性能（能力）を提供する。ＸＢＡＲ共振器は、帯域除去フィルタ、バンドパスフィルタ、デュプレクサ、マルチプレクサなどの様々なＲＦフィルタで使用されてもよい。ＸＢＡＲは、周波数が３ＧＨｚを超える通信帯域のフィルタにおける使用によく適する。

横励起型圧電薄膜共振器（ＸＢＡＲ）の概略平面図及び２つの概略断面図を含む。 図１のＸＢＡＲの一部の拡大概略断面図である。 ＸＢＡＲの代替の概略断面図である。 ＸＢＡＲにおいて注目される一次音響モードの図解である。 バスバーとインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）フィンガーの端部との間に狭いギャップを有するＸＢＡＲの簡略化された概略上面図を示す。 異なるギャップ距離を有するＸＢＡＲのアドミタンス及びコンダクタンスの大きさを比較するグラフである。 異なるギャップ距離を有するＸＢＡＲのコンダクタンスを比較するグラフである。 異なるギャップ距離を有するＸＢＡＲのコンダクタンスを比較する別のグラフである。 ＸＢＡＲの最大バスバー－電極ギャップ距離とＩＤＴピッチとを比較するグラフである。 ＸＢＡＲを用いたフィルタの概略ブロック図である。 ＸＢＡＲを製造する従来のプロセスのフローチャートである。

この説明全体を通して、図面に現れる要素には、３桁又は４桁の参照番号が割り当てられ、ここで、最下位の２桁は、要素に特有のものであり、最上位の１桁又は２桁は、要素が最初に導入された図面番号である。図面と関連して説明されていない要素は、同じ参照番号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てもよい。

装置の説明

横励起型圧電薄膜共振器（ＸＢＡＲ）は、マイクロ波フィルタ用の新規な共振器構造である。ＸＢＡＲは、全ての開示内容が参照により本明細書に組み込まれる、「横励起型圧電薄膜共振器」と題する米国特許第１０，４９１，２９１号に記載される。ＸＢＡＲ共振器は、圧電材料の薄いフローティング層又はダイアフラムに形成されたインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を有する導体パターンを含む。ＩＤＴは、それぞれ１組のフィンガーに取り付けられた２つのバスバーを有する。２組のフィンガーは、共振器が装着された基板に形成されたキャビティ（空洞）の上方にダイアフラムに交互配置（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅ。インターリーブ）される。ダイアフラムは、キャビティに跨って、前側及び／又は後側の誘電体層を含んでもよい。ＩＤＴに印加されたマイクロ波信号は、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か又は横断する層の表面に実質的に垂直に流れるように、圧電ダイアフラムにおいて剪断一次弾性波を励起する。ＸＢＡＲ共振器は、非常に高い電気機械結合（ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）及び高い周波数性能を提供する。

圧電膜は、基板のキャビティに跨る単結晶圧電材料の板の一部であってもよい。圧電ダイアフラムは、膜であり、前側及び／又は後側の誘電体層を含んでもよい。ＸＢＡＲ共振器は、ダイアフラム又は膜上に形成されたインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を有するこのようなダイアフラム又は膜であってもよい。

ＸＢＡＲの共振周波数を決定する主要なパラメータは、キャビティの上方に吊り下げられた（浮かされた。ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ）圧電膜又はダイアフラムの厚さである。共振周波数は、ＩＤＴフィンガーのピッチ及び幅、又はマークにも依存する。多くのフィルタの用途では、ＩＤＴのピッチを変更することで達成できる範囲を超える共振及び／又は反共振周波数の範囲を有する共振器が必要である。

圧電板の圧電材料としてＹカットニオブ酸リチウムが使用されるＸＢＡＲでは、ＩＤＴフィンガーの端部と隣接するバスバーとの間のギャップ領域においてスプリアス（ｓｐｕｒｉｏｕｓ）モードが励起される。このようなスプリアスモードは、ＸＢＡＲのアドミタンスに望ましくないスプリアスを引き起こす。これらのスプリアスモードは、ＩＤＴフィンガーの端部と隣接／対向するバスバーとの間のギャップ距離がＩＤＴフィンガーピッチの一部（数分の一。ｆｒａｃｔｉｏｎ）に減少すると、抑制又は除去される。

以下では、改良されたＸＢＡＲ共振器、フィルタ、及びバスバーとインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）フィンガーの端部との間に狭いギャップを有するＸＢＡＲ共振器の製造技術について説明する。場合によっては、ＩＤＴフィンガーの端部と隣接するＩＤＴバスバーとの間のギャップ距離は、ＩＤＴフィンガーピッチの２／３倍未満であってもよい。更に又は独立して（ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙ）、ＩＤＴフィンガーの端部と隣接するＩＤＴバスバーとの間のギャップ距離は、ＩＤＴの交互配置されたフィンガーのＩＤＴフィンガーピッチの２／３～１／２であってもよい。

図１は、横励起型圧電薄膜共振器（ＸＢＡＲ）１００の簡略化された概略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、帯域除去フィルタ、バンドパスフィルタ、デュプレクサ、マルチプレクサなどの様々なＲＦフィルタで使用されてもよい。ＸＢＡＲは、周波数が３ＧＨｚを超える通信帯域のフィルタにおける使用に特に適する。

ＸＢＡＲ１００は、それぞれ平行な前面及び後面１１２、１１４を有する圧電板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。圧電板は、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ランタンガリウムシリケート、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。圧電板は、前面及び後面に対するＸ、Ｙ及び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。いくつかの実施例において、圧電板は、Ｚカットであってもよく、つまり、Ｚ軸は、表面に垂直である。他の実施例において、参照により本明細書に組み込まれ、２０２０年９月２９日に発行され、「回転Ｙ－Ｘカットニオブ酸リチウムを用いた横励起型圧電薄膜共振器」と題する米国特許第１０，７９０，８０２号に記載されるように、圧電板は、回転Ｙカットであってもよい。場合によっては、参照により本明細書に組み込まれ、２０２０年１２月１５日に出願され、「低下した周波数の温度係数を有する音響共振器及びフィルタ」と題する米国特許出願第１７／１２２，９７７号に記載されるように、圧電板は、オイラー角が（０，Ｂ，０）（０＜Ｂ＜７０である）であるＹカットであってもよい。しかしながら、ＸＢＡＲは、他の結晶学的配向を有する圧電板上に製造されてもよい。

圧電板１１０の後面１１４は、圧電板１１０に機械的支持を提供する基板１２０に取り付けられる。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ってもよい。基板は、シリコン熱酸化物（ＴＯＸ）層及び結晶シリコン層を有してもよい。圧電板１１０の後面１１４は、ウェハ接合プロセスを使用して基板１２０に接合されたり、基板１２０上に成長されたり、他のいくつかの方法で基板に取り付けられたりしてもよい。圧電板は、基板に直接的に取り付けられてもよく、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。

図１に示すように、ダイアフラム１１５は、キャビティ１４０の外周１４５全体の周りの圧電板１１０の残りの部分と隣接する。この文脈において、「隣接する」とは、「介在するアイテムなしで連続的に接続される」ことを意味する。

ＸＢＡＲ１００の導体パターンは、インターデジタルトランスデューサ（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などの第１の複数の平行フィンガーと、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の複数の平行フィンガーは、交互配置される。交互配置されたフィンガーは、ＩＤＴの「アパーチャー（ａｐｅｒｔｕｒｅ）」と一般的に呼ばれる距離ＡＰで重なる。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。

ＩＤＴフィンガーの端部と隣接するＩＤＴバスバー（例えば、交互配置されたフィンガーの対向するフィンガー用のバスバー）との間の距離ｇｍは、５～１０マイクロメートル（μｍ）であってもよい。場合によっては、該距離は、５μｍである。隣接するＩＤＴバスバーは、交互配置されたフィンガーの対向するフィンガー用のバスバーである。隣接するバスバーは、反対の電気極性（例えば、プラスｖマイナス（ｐｌｕｓ ｖ ｍｉｎｕｓ））を有してもよく、ＸＢＡＲフィルタの使用中の信号の入力及び出力であってもよい。

第１及び第２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の間に印加される無線周波数又はマイクロ波信号は、圧電板１１０において一次音響モードを励起する。更に詳細に議論されるように、励起された一次音響モードは、音響エネルギーが、圧電板１１０の表面に実質的に直交する方向に沿って伝播するバルク剪断モード（ｂｕｌｋ ｓｈｅａｒ ｍｏｄｅ）である。該方向はまた、ＩＤＴフィンガーによって生成された電界の方向に垂直であるか又は横断する。したがって、ＸＢＡＲは、横励起型圧電薄膜共振器と考えられる（ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ）。

キャビティ１４０は、ＩＤＴ１３０を含む圧電板１１０の部分１１５が、基板１２０又はキャビティの底部に接触せずにキャビティ１４０の上方に吊り下げられるように、基板１２０内に形成される。「キャビティ」は、「中実体内の空の空間」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もよい。場合によっては、基板１２０及びキャビティ１４０の鏡像であってもよい、板１１０の上にキャビティ（図示せず）を有する第２の基板、パッケージ又は他の材料もある。板１１０の上のキャビティは、キャビティ１４０の深さより大きい空の空間の深さを有してもよい。フィンガーは、キャビティ（又はキャビティ間）の上方に延びる（バスバーの一部は任意にキャビティの上方に延びてもよい）。キャビティ１４０は、（図１の断面Ａ－Ａ及び断面Ｂ－Ｂに示すように）基板１２０を完全に貫通する穴又は（続いて図３Ａに示すように）基板１２０内の凹部であってもよい。キャビティ１４０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、キャビティ１４０は、アパーチャーＡＰ１及びＩＤＴ１３０の長さＬより大きい範囲を有する長方形の形状を有する。ＸＢＡＲのキャビティは、規則的な多角形又は不規則的な多角形などの様々な形状を有してもよい。ＸＢＡＲのキャビティは、４辺（面）より多くてもよいし、少なくてもよく、これらは、まっすぐでもよく、カーブしていてもよい。

キャビティ１４０の上方に吊り下げられた圧電板の部分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、本明細書において「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の外周全体又はほぼ全体の周りの圧電板１１０の残りの部分に連続的かつシームレスに接続されてもよい。この文脈において、「隣接する」とは、「任意の介在するアイテム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、板１１０を外周の周りの基板１２０に接合してもよい。

図１における表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）及びアパーチャー（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る。

図２は、図１のＸＢＡＲ１００の詳細な概略断面図を示す。断面図は、ＩＤＴのフィンガーを含むＸＢＡＲ１００の一部であってもよい。圧電板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であってもよい。３．４ＧＨＺ～６ＧＨｚのＬＴＥ^ＴＭ帯域（例えば、帯域４２、４３、４６）のフィルタに使用される場合、厚さｔｓは、例えば２００ｎｍ～１０００ｎｍであってもよい。

前側誘電体層２１４は、圧電板１１０の前側に任意に形成されてもよい。ＸＢＡＲの「前側」は、定義上に基板とは反対側を向いている表面である。前側誘電体層２１４は、厚さｔｆｄを有する。前側誘電体層２１４は、ＩＤＴフィンガー２３８の間に形成される。図２に示されていないが、前側誘電体層２１４はまた、ＩＤＴフィンガー２３８の上方に堆積されてもよい。後側誘電体層２１６は、圧電板１１０の後側に任意に形成されてもよい。後側誘電体層２１６は、厚さｔｂｄを有する。前側誘電体層２１４及び後側誘電体層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であってもよい。ｔｆｄ及びｔｂｄは、典型的には、圧電板の厚さｔｓ未満である。ｔｆｄ及びｔｂｄは、必ずしも等しくなく、前側誘電体層２１４及び後側誘電体層２１６は、必ずしも同じ材料でなくてもよい。前側誘電体層２１４及び後側誘電体層２１６のいずれか又は両方は、２種以上の材料の複数の層から形成されてもよい。

前側誘電体層２１４は、フィルタ内のＸＢＡＲデバイス（装置）のいくつかの（例えば、選択された）ＩＤＴの上方に形成されてもよい。前側誘電体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、これらのフィンガーを被覆してもよいが、他のＸＢＡＲデバイスには形成されない。例えば、前側周波数設定誘電体層は、前側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ために、シャント共振器のＩＤＴの上方に形成されてもよい。いくつかのフィルタには、様々な共振器の上方に２つ以上の異なる厚さの前側誘電体が含まれてもよい。共振器の共振周波数は、前側誘電体の厚さを選択することにより少なくとも部分的に共振器を「調整」するように設定されてもよい。

更に、パッシベーション層は、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の表面全体をわたって形成されてもよい。パッシベーション層は、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して保護することを目的とする薄い誘電体層である。前側誘電体層及び／又はパッシベーション層は、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、いくつかの他の誘電体材料、又はこれらの材料の組み合わせであってもよい。

パッシベーション層の厚さは、圧電板と金属電極を水及び化学腐食から保護するために、特に電力耐久性の目的で選択されてもよい。パッシベーション層の厚さは、１０～１００ｎｍの範囲であってもよい。パッシベーション材料は、ＳｉＯ_２及びＳｉ_３Ｎ_４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もよい。

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、金又はいくつかの他の導電性材料の１層以上であってもよい。クロム又はチタンなどの他の金属の（導体の総厚さに対して）薄い層をフィンガーの下方及び／又は上方に形成して、フィンガーと圧電板１１０との間の接着を改善し、及び／又はフィンガーを不動態化（ｐａｓｓｉｖａｔｅ）するか又はカプセル化してもよい。ＩＤＴのバスバー（図１の１３２、１３４）は、フィンガーと同じ又は異なる材料で製造されてもよい。

寸法ｐは、ＩＤＴフィンガーの中心間距離又は「ピッチ」であり、ＩＤＴのピッチ及び／又はＸＢＡＲのピッチと呼ばれてもよい。寸法ｗは、ＩＤＴフィンガーの幅又は「マーク」である。ＸＢＡＲのＩＤＴは、表面弾性波（ＳＡＷ）共振器に使用されるＩＤＴと実質的に異なる。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。追加的に、ＳＡＷ共振器ＩＤＴのマークとピッチの比率は、典型的には、０．５に近い（すなわち、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。更に、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。ピッチｐは、３μｍ～８μｍであってもよい。ピッチｐは、４μｍ～５μｍであってもよい。板厚ｔｍは、３００ｎｍ～５００ｎｍであってもよい。板厚ｔｍは、４００ｎｍであってもよい。フィンガーの幅ｗは、０．５μｍ～７．５μｍであってもよい。フィンガーの幅ｗは、１μｍであってもよい。ＸＢＡＲのＩＤＴフィンガーの幅は、共振時の音響波長の４分の１に制限されない。例えば、ＸＢＡＲのＩＤＴフィンガーの幅は、５００ｎｍ以上であるため、ＩＤＴは、光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と同じであるか又はそれより大きくてもよい。

図３Ａは、図１において規定された切断面Ａ－Ａに沿ったＸＢＡＲデバイス３００の代替の断面図である。図３Ａにおいて、圧電板３１０は、基板３２０に取り付けられる。圧電板３１０の一部は、基板のキャビティ３４０に跨るダイアフラム３１５を形成する。キャビティ３４０は、基板３２０を完全には貫通せず、ＸＢＡＲのＩＤＴを含む圧電板３１０の部分の下方にある基板に形成される。ＩＤＴのフィンガー３３６などのフィンガーは、ダイアフラム３１５に配置される。板３１０、ダイアフラム３１５及びフィンガー３３６は、板１１０、ダイアフラム１１５及びフィンガー１３６であってもよい。キャビティ３４０は、例えば、圧電板３１０を取り付ける前に基板３２０をエッチングすることにより、形成されてもよい。或いは、キャビティ３４０は、圧電板３１０に設置された１つ以上の開口３４２を通って基板に到達する選択エッチング液を用いて基板３２０をエッチングすることにより、形成されてもよい。ダイアフラム３１５は、キャビティ３４０の外周３４５の大部分の周りの圧電板３１０の残りの部分と隣接してもよい。例えば、ダイアフラム３１５は、キャビティ３４０の外周の少なくとも５０％の周りの圧電板３１０の残りの部分と隣接してもよい。

１つ以上の中間材料層３２２は、板３１０と基板３２０との間に取り付けられてもよい。中間層は、接合層、エッチング停止層（ｅｔｃｈ ｓｔｏｐ ｌａｙｅｒ）、シール層、接着剤層、又は板３１０及び基板３２０に取り付けられるか又は接合される他の材料の層であってもよい。他の実施形態においては、圧電板３１０は基板３２０に直接的に取り付けられ、中間層は存在しない。

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範囲は、図面の平面に垂直な方向にキャビティ３４０を取り囲み、そのサイズを定義する基板３２０の連続した閉帯域（ｃｌｏｓｅｄ ｂａｎｄ ａｒｅａ）であることを理解されたい。キャビティ３４０の横方向（すなわち、図に示す左右）の範囲は、基板３２０の横方向縁部によって規定される。キャビティ３４０の垂直方向（すなわち、図に示すように板３１０から下向き）の範囲又は深さは、基板３２０内に延びる。この場合、キャビティ３４０は、側面断面、長方形又は略長方形の断面を有する。

図３Ａに示されるＸＢＡＲ３００は、（圧電板３１０を取り付ける前又は後に）キャビティ３４０が基板３２０の前側からエッチングされるので、本明細書において「前側エッチング」構成と呼ばれる。図１のＸＢＡＲ１００は、圧電板１１０を取り付けた後にキャビティ１４０が基板１２０の後側からエッチングされるので、本明細書において「後側エッチング」構成と呼ばれる。ＸＢＡＲ３００は、キャビティ３４０の左側及び右側にある圧電板３１０の１つ以上の開口３４２を示す。しかしながら、場合によっては、圧電板３１０の開口３４２は、キャビティ３４０の左側又は右側のみにある。

図３Ｂは、ＸＢＡＲにおいて注目される一次音響モードの図解である。図３Ｂは、圧電板３１０及び３つの交互配置されたＩＤＴフィンガー３３６を含むＸＢＡＲ３５０の一部を示す。ＸＢＡＲ３５０は、本明細書における任意のＸＢＡＲの一部であってもよい。交互配置されたフィンガー３３６にＲＦ電圧が印加される。この電圧は、フィンガーの間に時変電界を生成する。「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、主に横方向であるか又は圧電板３１０の表面に平行である。圧電板の誘電率が高いため、電界は、空気に比べて圧電板内に非常に（高度に）集中する。横方向の電界は、剪断変形を導入するため、圧電板３１０において、一次剪断モード音響モードを強く励起する。この文脈において、「剪断変形」は、材料内の平行な平面が平行のままであり、相互に平行移動しながら一定の距離を維持する変形として規定される。「剪断音響モード」は、媒体の剪断変形をもたらす媒体の音響振動モードとして規定される。ＸＢＡＲ３５０の剪断変形は、曲線３６０で表され、隣接する小さい矢印は、原子運動の方向及び大きさを概略的に示す。原子運動の程度及び圧電板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に示す水平方向）であるが、励起された一次剪断音響モード（ｐｒｉｍａｒｙ ｓｈｅａｒ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｍｏｄｅ）の音響エネルギーの流れの方向は、矢印３６５に示すように、圧電板の前面及び後面に実質的に直交する。

剪断弾性波共振に基づく音響共振器は、電界が厚さ方向に印加される、現在の最先端の薄膜圧電共振器（ＦＢＡＲ）及び固体実装共振器バルク弾性波（ＳＭＲ ＢＡＷ）デバイスより優れた性能を達成することができる。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％）。高い圧電結合により、相当の帯域幅を有するマイクロ波フィルタ及びミリ波フィルタの設計及び実装を可能にする。

図４Ａは、ＩＤＴフィンガーの端部と隣接するバスバーとの間のギャップ領域において励起されたスプリアスモードを減少させるためにバスバー４３２、４３４とインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）フィンガー４３６の端部との間に狭いギャップを有するＸＢＡＲデバイス４００の概略断面図である。このようなスプリアスモードは、ＸＢＡＲのアドミタンスに望ましくないスプリアスを引き起こす。ＸＢＡＲ１００と比較して、これらのスプリアスモードは、ＩＤＴフィンガーの端部と対向するバスバーとの間のギャップ距離がＩＤＴフィンガーピッチの一部（数分の一）、２μｍ未満及び／又は１μｍに減少すると抑制又は除去される。

デバイス４００は、デバイス１００のバージョンを表してもよいが、ギャップｎｇｍがｇｍより短い。デバイス４００は、デバイス３００のバージョンであってもよい。図４Ａは、平行な前面及び後面を有する圧電板４１０を含むフィルタデバイス４００を示す。圧電板の後面は、基板のキャビティに跨るダイアフラムを形成する圧電板４１０の部分を除いて、基板の上面（見えないが、圧電板４１０の後ろ）に取り付けられる。破線は、キャビティと基板の表面との交点によって規定されるキャビティの外周１４５である。破線内の圧電板１１０の部分は、ダイアフラムである。

圧電板は、圧電板の前面と後面の間に板厚ｔｓ（図に示されていないが、ページ内に延びている。図２も参照）を有する。厚さｔｓは一定の厚さであってもよい。厚さｔｓは、圧電板がキャビティに跨る一定の厚さであってもよい。

ＩＤＴ４３０は、キャビティとは反対側を向いている圧電板の表面に形成される。ＩＤＴ４３０は、第１のバスバー４３２と、第２のバスバー４３４と、複数の交互配置されたフィンガー４３６と、を含む。１３６と同様であるが、複数の交互配置されたフィンガー４３６は、ｇｍの代わりに、異なるギャップ距離ｎｇｍを有する。交互配置されたフィンガー４３６は、ＩＤＴのバスバー４３２に取り付けられ、そこから延びる一組の平行フィンガー４３８と、ＩＤＴのバスバー４３４に取り付けられ、そこから延びる一組の平行フィンガー４４０と、を含む。交互配置されたフィンガーは、平行フィンガー４３８の組及び４４０の組のうちの隣接するフィンガーの間に、ＩＤＴフィンガーピッチｐを有する。ピッチｐは、平行フィンガー４３８の組及び４４０の組のうちの直接隣接するフィンガーの間の中心間距離であってもよい。使用中、隣接するバスバーは、隣接するバスバーとのギャップ距離を形成するフィンガー端部を有するフィンガーに取り付けられたバスバーへの信号接続部の対向する信号接続部に接続される。

ＩＤＴの交互配置されたフィンガーは、共振器デバイスのアパーチャーＡＰ２を規定する交互配置されたフィンガーの重なり距離で、ダイアフラムに配置される。アパーチャーＡＰ２は、図１ＡのアパーチャーＡＰ１より距離が大きくてもよい。フィンガー４３６は、キャビティ１４０に跨るか又はキャビティ１４０の上方にある。場合によっては、ＩＤＴのバスバーの一部もキャビティの上方にある。その他の場合、全てのバスバーは、基板の上方にあるが、キャビティの上方にはない。

ＩＤＴは、フィンガー４４０の端部と隣接するバスバー４３２との間、及びフィンガー４３８の端部と隣接するバスバー４３４との間のギャップ距離ｎｇｍを有する。交互配置されたフィンガーの間の距離は、ＩＤＴピッチを規定してもよい。ＩＤＴピッチは、第１及び第２の複数の平行フィンガーのうちの隣接するフィンガーの間の中心間距離であってもよい。ギャップ距離は、ＩＤＴピッチの２／３倍未満であってもよい。ギャップ距離ｎｇｍは１．０～５μｍであってもよい。ギャップ距離ｎｇｍは、ＩＤＴピッチの１／２～２／３倍であってもよい。ギャップ距離ｎｇｍは、２．５μｍ～１．０μｍであってもよく、ＩＤＴピッチは、３μｍ～６．５μｍである。距離ｎｇｍは、１マイクロメートル（μｍ）であってもよく、板厚は、２００ｎｍ～８００ｎｍである。距離ｎｇｍは、板厚に関係なく、１マイクロメートル（μｍ）であってもよい。距離ｎｇｍ及びＩＤＴピッチの範囲の間の関係は、線形であってもよい。

場合によっては、フィンガー４３６の長さは、ギャップ距離をｇｍからｎｇｍに変更するために、フィンガー１３６の長さより２～５μｍ長い。場合によっては、フィンガー４３６の長さは、ギャップ距離を変更するために、フィンガー１３６の長さより３～４μｍ長い。

ＸＢＡＲ４００の使用中、ＩＤＴに印加された無線周波数信号は、圧電板においてキャビティの上方に一次剪断音響モードを励起し、圧電板の厚さは、圧電板における一次剪断音響モードを調整するために選択される。無線周波数信号は、直列又は並列に隣接するバスバーに印加されるか又はこれらのバスバーを越えて（横断して。渡って。ａｃｒｏｓｓ）印加されてもよい。無線周波数信号を隣接するバスバーに印加して、ＸＢＡＲをシャント共振器、又は図５に示すような直列共振器として使用してもよい。

場合によっては、圧電板は、Ｙカットニオブ酸リチウム圧電材料（ｌｉｔｈｉｕｍ ｎｉｏｂａｔｅ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ）である。ＩＤＴに印加された無線周波数信号は、ＩＤＴフィンガーの端部と隣接するバスバーとの間のギャップ領域において、ＸＢＡＲ４００のアドミタンスに望ましくないスプリアスを引き起こすスプリアスモードを励起する。この場合、ギャップ距離ｎｇｍは、使用中の特定の周波数でスプリアスモードを最大１０又は２０ｄＢ抑制する所定のギャップ距離である。例えば、ギャップ距離をｇｍからｎｇｍに変更することにより、ＩＤＴフィンガーの端部と隣接するバスバーとの間のギャップ領域において励起されたスプリアスモードを使用中の特定の周波数で最大１０又は２０ｄＢ減少する。ギャップ領域において励起されたスプリアスモードの減少とｇｍからｎｇｍへのギャップ距離の減少との関係は、線形であってもよい。

例えば、図４Ｂは、距離ｇｍ又はｎｇｍなどの異なるギャップ距離を有するＸＢＡＲのアドミタンス及びコンダクタンスの大きさを比較するグラフ４５０である。アドミタンスは、大きさ及び位相として表すことができるベクトル値である。コンダクタンスは、印加された信号と同相のアドミタンスの成分である。コンダクタンスは、スカラー値である。グラフ４５０は、有限要素法（ＦＥＭ）シミュレーション技術を使用してシミュレートされたＸＢＡＲの周波数の関数としての、アドミタンスの大きさのプロット４５１及び４５２、並びに（デシベルスケール－ｄＢなどの対数スケールでの）コンダクタンスのプロット４５１及び４５９を示す。アドミタンス及びコンダクタンスのデータは、Ｙカットニオブ酸リチウムを有するＸＢＡＲの３次元シミュレーションから得られる。パラメータには、ａ）プロット４５１及び４５８が、ギャップ距離ｎｇｍが１μｍのバージョンのＸＢＡＲ４００に関するものであり、ｂ）プロット４５２及び４５９が、ギャップ距離ｇｍが５μｍのバージョンのＸＢＡＲ１００に関するものであるという相違点がある。図４Ｂにおける例示的なプロットは、オイラー角（０，３８，０）、２７６ｎｍの板厚及び３ミクロンのＩＤＴピッチを有するＹカットニオブ酸リチウム圧電板に関するものであってもよい。

グラフ４５０は、プロット４５１と比較して、プロット４５２のアドミタンス性能は、安定性が低く、予測可能性が低く、最低アドミタンスピーク４５５での反共振で、より多くの損失を受けることを示す。具体的には、プロット４５２は、ＩＤＴフィンガーの端部のギャップにおけるスプリアスモードに損失したエネルギーのため、６３００～６６００ＭＨｚで不均一に上向きに上昇する。この性能の相違点により、プロット４５１のＸＢＡＲ４００のバージョンは、プロット４５２のＸＢＡＲ１００のバージョンより望ましいものになる。反共振時の４５５と比較して、４５４での曲線の周波数シフトピークは、ＩＤＴフィンガーと隣接するバスバーとの間の余分な静電容量によって引き起こされ、大きな結合（共振ピークと反共振ピークとの間の分離）が望ましいため、プロット４５１のマイナスの特徴である可能性がある。しかしながら、このようなピークは、プロット４５１の不利な特徴であれば、６３００～６６００ＭＨｚでのプロット４５２及びプロット４５９による、スプリアスギャップモードに損失したエネルギーの減少ほど重要ではない。

特に、グラフ４５０は、プロット４５９に関するアドミタンス性能が、プロット４５８と比較して、アドミタンスに不要なスプリアスを有することも示す。具体的には、グラフ４５０は、プロット４５９のアドミタンス性能は、プロット４５８と比較して、６１００、６３００及び６４５０ＭＨｚでピークを持つアドミタンスに不要なスプリアスを有することを示す。これらの３つのピークは、ギャップ距離ｎｇｍがスプリアスモードを最大１０又は２０ｄＢ抑制する所定のギャップ距離である「使用中の特定の周波数」と考えられてもよい。バスバー－電極ギャップ距離を、例えば、距離ｇｍからｎｇｍに減少させることにより、これらの望ましくないスプリアスを除去することができる。したがって、これらのスプリアスの減少又は除去により、プロット４５８のＸＢＡＲ４００のバージョンは、プロット４５９のＸＢＡＲ１００のバージョンより望ましいものになる。

図４Ｃは、距離ｇｍ又はｎｇｍなどの異なるギャップ距離を有するＸＢＡＲのコンダクタンス（アドミタンスの実数成分）を比較するグラフ４６０である。グラフ４６０は、ＦＥＭシミュレーション技術を使用してシミュレートされたＸＢＡＲの周波数の関数としての（デシベルスケール－ｄＢなどの対数スケールでの）コンダクタンスのプロット４６１及び４６２を示す。コンダクタンスのデータは、Ｙカットニオブ酸リチウムを有するＸＢＡＲの３次元シミュレーションから得られる。プロット４６１は、ギャップ距離ｎｇｍが１μｍのバージョンのＸＢＡＲ４００に関するものである。プロット４６２は、ギャップ距離ｇｍが５μｍのバージョンのＸＢＡＲ１００に関するものである。図４Ｃ～図４Ｄにおける例示的なプロットは、オイラー角（０，３８，０）、５６２ｎｍの板厚及び６ミクロンのＩＤＴピッチを有するＹカットニオブ酸リチウム圧電板に関するものであってもよい。

プロット４６２は、５μｍのギャップｇｍを有する共振器が約４．２２ＧＨｚで大きなスプリアス４６５を有することを示す。この共振器がフィルタ内のシャント共振器であれば、このスプリアス４６５は、フィルタの低帯域エッジ又はその近くにあるため、望ましくないスプリアスになる。プロット４６１は、例えば、バスバー－電極ギャップ距離を距離ｇｍからｎｇｍに減少させるにより１μｍのギャップｎｇｍでスプリアス４６５が除去されることを示す。この望ましくないスプリアス４６５は、ＩＤＴフィンガーの端部のギャップにおいてスプリアスモードに損失したエネルギーによるものである。そのため、プロット４６１のＸＢＡＲ４００のバージョンが、プロット４６２のＸＢＡＲ１００のバージョンより望ましいものになる。

図４Ｄは、ｇｍ又はｎｇｍ間の距離など、異なるギャップ距離を有するＸＢＡＲのコンダクタンスを比較するグラフ４７０である。グラフ４７０は、ＦＥＭシミュレーション技術を使用してシミュレートされたＸＢＡＲの周波数の関数としてのコンダクタンスｄＢのプロット４７１、４７２、４７３及び４７４を示す。コンダクタンスデータは、Ｙカットニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウム圧電板を有するＸＢＡＲの３次元シミュレーションから得られ、プロット４７１は、プロット４６１の一部である。プロット４７２は、バスバー－電極ギャップ距離（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｇａｐ ｄｉｓｔａｎｃｅ）が２μｍのＸＢＡＲに関するものである。プロット４７３は、バスバー－電極ギャップ距離が２．５μｍのＸＢＡＲに関するものである。プロット４７４は、バスバー－電極ギャップ距離が４μｍのＸＢＡＲに関するものである。プロット４７５は、プロット４６２の一部である。

プロット４７２は、２μｍのギャップを有する共振器が、プロット４７４及び４７５の約４．１７５及び４．２２ＧＨｚで大きなスプリアス４７６及び４６５を除去することを示す。この共振器がフィルタ内のシャント共振器であれば、これらのスプリアスは、フィルタの低帯域エッジにあるため、望ましくないスプリアスになる。バスバー－電極ギャップ距離を５μｍ又は４μｍから２μｍに減少させることにより、これらのスプリアスが除去される。これらのスプリアスは、ＩＤＴフィンガーの端部のギャップにおいてスプリアスモードに損失したエネルギーによるものである。そのため、プロット４７１及び４７２のＸＢＡＲのバージョンが、プロット４７４及び４７５のＸＢＡＲのバージョンより望ましいものになる。

プロット４７３は、２．５μｍのギャップを有する共振器が、大きなスプリアス４７６及び４６５と比較して、約４．１～４．１５ＧＨｚでわずかなスプリアス４７７を有することを示す。このスプリアス４７７は、シャント共振器に許容可能である。したがって、バスバー－電極ギャップ距離を５μｍ又は４μｍから２．５μｍに減少させることにより、プロット４７３のＸＢＡＲのバージョンが、プロット４７４及び４７５のＸＢＡＲのバージョンより望ましいものになる。

図４Ｅは、ＬＮ板の材料の２つの異なるＹカット角度及び３つの異なるＬＮ圧電板の厚さを有するＸＢＡＲの最大バスバー－電極ギャップ距離とＩＤＴピッチとを比較するグラフ４８０である。カット角度は、複数のフィルタ設計を含むスペースに跨る角度を表してもよい。グラフ４８０は、ＦＥＭシミュレーション技術を使用してシミュレートされたＩＤＴピッチの関数として、最大バスバー－電極ギャップ距離の三角形、Ｘ、四方形及び円形のデータ点を示す。コンダクタンスデータは、Ｙカットニオブ酸リチウム圧電板を有するＸＢＡＲの３次元シミュレーションから得られる。三角形のデータ点は、２μｍのバスバー－電極ギャップ距離、３．０５μｍのＩＤＴピッチ、２７６ｎｍのＬＮ板の厚さ、１２８度などの第１のフィルタ設計のためのＬＮ板の材料のＹカット角度を有するＸＢＡＲに関するものである。Ｘのデータ点は、２．５μｍのバスバー－電極ギャップ距離、４．４４μｍのＩＤＴピッチ、３８３ｎｍのＬＮ板の厚さ、１５７度などの第２のフィルタ設計のためのＬＮ板の材料のＹカット角度を有するＸＢＡＲに関するものである。四方形のデータ点は、２．５μｍのバスバー－電極ギャップ距離、４．４８μｍのＩＤＴピッチ、３６０ｎｍのＬＮ板の厚さ、第１のフィルタ設計のためのＬＮ板の材料のＹカット角度を有するＸＢＡＲに関するものである。円形のデータ点は、３～４．５μｍのバスバー－電極ギャップ距離、６～７．５μｍのＩＤＴピッチ、５６２ｎｍのＬＮ板の厚さ、第１のフィルタ設計のためのＬＮ板の材料のＹカット角度を有するＸＢＡＲに関するものである。

グラフ４８０は、バスバー－電極ギャップ距離とＩＤＴピッチとの比率（ギャップ／ピッチ）がそれぞれ２／３及び１／２であることを表す線４８１及び４８２を、示す。これらの外挿線とデータ点の関係に基づいて、ＩＤＴフィンガーの端部のギャップにおいてスプリアスモードに損失したエネルギーによる望ましくないスプリアスを回避するために、バスバー－電極ギャップ距離とＩＤＴピッチとの比率が２／３未満であるＸＢＡＲは必要である。したがって、バスバー－電極ギャップ距離とＩＤＴピッチとの比率を２／３未満に減少させることは、比率が２／３よりも大きい場合よりも望ましい。別の場合には、バスバー－電極ギャップ距離とＩＤＴピッチとの比率を２／３～１／２に減少させることは、比率がその範囲外にあることより望ましい。

図５は、ＸＢＡＲを用いた高周波バンドパスフィルタ５００の概略回路図及びレイアウトであり、示されているＸＢＡＲへの２つの接続部は、ＸＢＡＲの２つのバスバーへの接続部である。フィルタ５００は、３つの直列共振器５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃ及び２つのシャント共振器５２０Ａ、５２０Ｂを含む従来のラダー型フィルタアーキテクチャを有する。３つの直列共振器５１０Ａ、５１０Ｂ及び５１０Ｃは、第１のポートと第２のポートとの間に直列接続されている（したがって、「直列共振器」と呼ばれる）。図５において、第１のポート及び第２のポートは、それぞれ「イン」及び「アウト」とラベル付けされる。しかしながら、フィルタ５００は、双方向性であり、どちらのポートもフィルタの入力又は出力として機能してもよい。２つのシャント共振器５２０Ａ、５２０Ｂは、直列共振器の間のノードからグランドに接続される。フィルタは、図５に示されていないインダクタなどの追加の無効成分（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を含んでもよい。全てのシャント共振器及び直列共振器は、ＸＢＡＲである。３つの直列共振器及び２つのシャント共振器を含むことは、例示的なことである。フィルタは、合計で５つより多い又は少ない共振器、３つより多い又は少ない直列共振器及び２つより多い又は少ないシャント共振器を有してもよい。典型的には、全ての直列共振器は、フィルタの入力と出力との間に直列接続される。全てのシャント共振器は、典型的には、グランドと、入力、出力又は２つの直列共振器間のノードとの間に接続される。

例示的なフィルタ５００では、フィルタ５００の３つの直列共振器５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃ及び２つのシャント共振器５２０Ａ、５２０Ｂは、シリコン基板（見えない）に接合された圧電材料の単板５３０に形成される。各共振器は、それぞれ少なくともフィンガーが基板のキャビティの上方に配置されるＩＤＴ（図示せず）を含む。この文脈及びこれと同様の文脈において、「それぞれ」という用語は、「物をそれぞれ互いに関連付ける」ことを意味し、つまり、１対１の対応を意味する。図５において、キャビティは、破線の長方形（長方形５３５など）として概略的に示される。この実施例において、各ＩＤＴは、それぞれのキャビティの上方に配置される。他のフィルタでは、２つ以上の共振器のＩＤＴは、１つのキャビティの上方に配置されてもよい。

フィルタ５００内の共振器５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃ、５２０Ａ、５２０Ｂのそれぞれは、共振器のアドミタンスが非常に高い共振と、共振器のアドミタンスが非常に低い反共振と、を有する。共振及び反共振は、それぞれ、共振周波数及び反共振周波数で発生する。共振周波数及び反共振周波数は、フィルタ５００内の様々な共振器について同じであってもよいし、異なっていてもよい。過度に単純化すると、各共振器は、その共振周波数で短絡回路と、その反共振周波数で開回路と考えられる。入力／出力伝達関数は、シャント共振器の共振周波数及び直列共振器の反共振周波数でほぼゼロになる。典型的なフィルタでは、シャント共振器の共振周波数は、フィルタの通過帯域の下部エッジの下方に配置され、直列共振器の反共振周波数は、通過帯域の上部エッジの上方に配置される。

方法の説明

図６は、ＸＢＡＲ又はＸＢＡＲを組み込んだフィルタを製造するプロセス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、基板及び圧電材料の板により６０５で開始し、ＸＢＡＲ又はフィルタの完成とともに６９５で終了する。後述するように、圧電板は、犠牲（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ）基板に取り付けられてもよく、圧電材料のウェハの一部であってもよい。図６のフローチャートは、主要なプロセスステップのみを含む。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、焼成、焼鈍、監視、試験など）は、図６に示されるステップの前、間、後及び過程において実行されてもよい。

図６のフローチャートは、基板にキャビティを形成する時間及び方法が異なる、ＸＢＡＲを製造するプロセス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で形成されてもよい。これらのステップのうちの１つのみは、プロセス６００の３つの変形例のそれぞれにおいて実行される。

圧電板は、例えば、Ｚカット、回転Ｚカット又は回転Ｙカットニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムであってもよい。場合によっては、圧電板は、Ｙカット又は回転Ｙカットニオブ酸リチウムである。圧電板は、いくつかの他の材料及び／又はいくつかの他のカットであってもよい。基板は、シリコンであってもよい。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いくつかの他の材料であってもよい。シリコン基板は、シリコンＴＯＸ層及び多結晶シリコン層を有してもよい。

プロセス６００の１つの変形例では、６２０で圧電板を基板に接合する前に、６１０Ａで１つ以上のキャビティを基板１２０又は３２０に形成する。フィルタデバイス内の共振器ごとに別個のキャビティを形成してもよい。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１つ以上のキャビティを形成してもよい。これらの技術は、等方性又は異方性であってもよく、深掘り反応性イオンエッチング（ｄｅｅｐ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ（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、基板又は層３２２を貫通せず、得られる共振器デバイスは、図３Ａに示す断面を有する。

６２０では、圧電板を基板に接合する。圧電板と基板とは、ウェハ接合プロセスにより接合されてもよい。典型的には、基板及び圧電板の合わせ面は、高度に研磨される。酸化物又は金属などの中間材料の１層以上は、圧電板及び基板の一方又は両方の合わせ面に形成又は堆積されてもよい。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されてもよい。次に、合わせ面をかなりの力で一緒に押して、圧電板と基板又は中間材料層との間に分子結合を確立してもよい。

６２０の第１の変形例では、圧電板は、最初に犠牲基板に取り付けられる。圧電板と基板とを接合した後、犠牲基板及び任意の介在層を除去して、圧電板の表面（以前に犠牲基板に面していた表面）を露出させる。犠牲基板は、例えば、材料依存性ウェットエッチング又はドライエッチング又はいくつかの他のプロセスにより除去されてもよい。

６２０の第２の変形例では、単結晶圧電ウェハにより開始する。イオンを、圧電ウェハの表面の下の制御された深さまで注入する（図６には示されない）。表面からイオン注入の深さまでのウェハの部分は、薄い圧電板であり（又は、これからそうなる）、ウェハの残りの部分は、事実上犠牲基板である。圧電ウェハの注入された表面とデバイス基板とを接合した後、（例えば、熱衝撃を使用して）圧電ウェハを注入されたイオンの平面で分割し、圧電材料の薄い板を露出させ、基板に接合したままにしてもよい。圧電材料の薄い板の厚さは、注入されたイオンのエネルギー（深さ）によって決定される。イオン注入及びその後の薄い板の分離のプロセスは、一般的に「イオンスライシング」と呼ばれる。圧電ウェハを分割した後、薄い圧電板の露出面を研磨又は平坦化してもよい。

６３０で１つ以上のＸＢＡＲデバイスを規定する導体パターン及び誘電体層を圧電板の表面に形成する。典型的には、フィルタデバイスは、順次堆積され、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、金バンプ又ははんだバンプ、又はデバイスと外部回路との間の接続を行う他の手段を含んでもよい。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、又はいくつ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層以上を、導体層の下（すなわち、導体層と圧電板との間）及び／又は導体層の上に配置してもよい。例えば、チタン、クロム又は他の金属の薄膜を使用して、導体層と圧電板との間の接着を改善してもよい。導体層は、ボンディングパッド、金バンプ又ははんだバンプ、又はデバイスと外部回路との間の接続を行う他の手段を含んでもよい。

６３０では、圧電板の表面の上方に導体層を堆積し、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余分な金属を除去することにより、導体パターンを形成してもよい。或いは、６３０では、リフトオフプロセスを使用して導体パターンを形成してもよい。フォトレジストを圧電板の上方に堆積させ、パターン化して導体パターンを規定してもよい。導体層を圧電板の表面の上方に順に堆積させてもよい。次に、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。場合によっては、圧電板を基板に接合する前にＩＤＴを形成するように、６２０での結合の前に６３０での形成を行う。

６３０で導体パターンを形成することは、図４Ａについて説明したように、キャビティとは反対側を向いている圧電板の表面に、ギャップ距離ｎｇｍを有するＩＤＴ４３０を形成することを含んでもよい。この過程は、交互配置されたフィンガー、バスバー及びギャップ距離ｎｇｍを形成することを含む。

６４０では、圧電板の前側に誘電体材料の１層以上を堆積することにより、ＩＤＴ又はＸＢＡＲデバイスの１つ以上の所望の導体パターンの上方に、前側誘電体層又は複数の前側誘電体層を形成してもよい。スパッタリング、蒸着又は化学蒸着などの従来の堆積技術を使用して、１つ以上の誘電体層を堆積してもよい。１つ以上の誘電体層は、導体パターンの上を含む、圧電板の表面全体の上方に堆積されてもよい。或いは、（フォトマスクを使用する）１つ以上のリソグラフィープロセスを使用して、誘電体層の堆積を、ＩＤＴの交互配置されたフィンガーの間のみなど、圧電板の選択された領域に制限してもよい。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させてもよい。場合によっては、６４０で堆積することは、選択されたＩＤＴの前側面の上方に第１の厚さの少なくとも１つの誘電体層を堆積するが、他のＩＤＴの上方に誘電体を堆積しないか又は第１の厚さより薄い第２の厚さの少なくとも１つの誘電体を堆積することを含む。代替には、これらの誘電体層は、ＩＤＴの交互配置されたフィンガーの間のみにある。

１つ以上の誘電体層は、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の上方に選択的に形成された誘電体層を含んでもよい。１つ以上の誘電体層は、デバイスの全体又は実質的な一部の上方に堆積されたカプセル化／パッシベーション層を含んでもよい。

これらの誘電体層の異なる厚さにより、選択されたＸＢＡＲが他のＸＢＡＲと比較して異なる周波数に調整される。例えば、いくつかのＸＢＡＲで異なる前側誘電体層の厚さを使用して、フィルタ内のＸＢＡＲの共振周波数を調整してもよい。

ｔｆｄ＝０のＸＢＡＲ（すなわち、誘電体層のない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、誘電体層のないＸＢＡＲと比較して、共振周波数を約１４５ＭＨｚ減少させる。ｔｆｄ＝６０ｎｍの誘電体層を有するＸＢＡＲのアドミタンスは、誘電体層のないＸＢＡＲと比較して、共振周波数を約３０５ＭＨｚ減少させる。ｔｆｄ＝９０ｎｍの誘電体層を有するＸＢＡＲのアドミタンスは、誘電体層のないＸＢＡＲと比較して、共振周波数を約４７５ＭＨｚ減少させる。重要なことには、様々な厚さの誘電体層の存在は、圧電結合にほとんど又はまったく影響を与えない。

プロセス６００の第２の変形例では、全ての導体パターン及び誘電体層を６３０で形成した後に、６１０Ｂで基板の後側に１つ以上のキャビティを形成する。フィルタデバイス内の共振器ごとに別個のキャビティを形成してもよい。異方性又は配向依存性ドライエッチング又はウェットエッチングを使用して１つ以上のキャビティを形成して、基板の後側から圧電板までの孔を開けてもよい。この場合、得られる共振器デバイスは、図１に示す断面を有する。

プロセス６００の第３の変形例では、圧電板の開口を通して導入されたエッチング液を使用して、基板の前側に形成された犠牲層をエッチングすることにより、６１０Ｃで基板最上層３２２の凹部の形態の１つ以上のキャビティを形成してもよい。フィルタデバイス内の共振器ごとに別個のキャビティを形成してもよい。圧電板に孔を通過させ、基板の前側の凹部に形成された犠牲層をエッチングする等方性又は配向に依存しないドライエッチングを使用して、１つ以上のキャビティを形成してもよい。６１０Ｃで形成された１つ以上のキャビティは、基板最上層３２２を完全に貫通せず、得られる共振器デバイスは、図３Ａに示す断面を有する。

プロセス６００の全ての変形例では、フィルタ又はＸＢＡＲデバイスを６６０で完成する。６６０で行われる動作は、デバイスの全体又は一部の上方にＳｉＯ_２又はＳｉ_３Ｏ_４などのカプセル化／パッシベーション層を堆積することと、ボンディングパッド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他の手段を形成することと、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と、他のパッケージ化ステップと、試験することと、を含む。６６０で行われる別の動作は、フィルタデバイスの前側から金属又は誘電体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。フィルタデバイスを完成すると、プロセスは６９５で終了する。図１～４Ａは、６６０で完成した選択されたＩＤＴのフィンガーの実施例を示してもよい。

６１０Ａでキャビティを形成することは、必要なプロセスステップの総数が最も少ないが、後続の全てのプロセスステップでＸＢＡＲダイアフラムを支持しないという欠点を有する。これにより、後続の処理中にダイアフラムが損傷したり、許容できない歪みが生じたりする。

６１０Ｂで後側エッチングを使用してキャビティを形成するには、両面ウェハ処理に固有の追加の処理が必要である。デバイスの前側と後側の両方をパッケージでシールする必要があるため、後側からキャビティを形成することも、ＸＢＡＲデバイスのパッケージ化を非常に複雑にする。

６１０Ｃで前側からエッチングすることによりキャビティを形成することは、両面ウェハ処理を必要とせず、ＸＢＡＲダイアフラムを前工程のすべての工程で支持するという利点を有する。しかしながら、圧電板の開口を通してキャビティを形成できるエッチングプロセスは、必然的に等方性になる。しかしながら、図３Ａに示すように、犠牲材料を使用するこのようなエッチングプロセスにより、基板の表面に対して横方向（すなわち、基板の表面に平行）及び垂直の両方で、キャビティの制御されたエッチングを可能にする。

結びのコメント

この説明全体を通して、示されている実施形態及び実施例は、開示又は請求されているデバイス及び手順を限定するものではなく、例示的なものと見なされるべきである。本明細書に提示される実施例の多くは、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、これらの動作及び要素は、同じ目的を達成するために他の方法で組み合わされてもよいことを理解されたい。フローチャートにおいて、ステップの追加及び減少を行ってもよく、示されているステップを組み合わせるか又は更に改良して、本明細書に記載される方法を達成してもよい。一実施形態に関連して論じる動作、要素及び特徴は、他の実施形態における同様の役割を除外することを意図するものではない。

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、「組」の項目は、１つ以上のそのような項目を含んでもよい。本明細書で使用される場合、明細書又は特許請求の範囲における、「備える」、「含む」、「運ぶ（ｃａｒｒｙｉｎｇ）」、「有する」、「含有する」、「関与する」などの用語は、制限のないと理解されるべきであり、つまり、含むがこれらに限定されないことを意味する。特許請求の範囲において、「からなる」及び「実質的にからなる」という移行句のみは、それぞれ閉鎖型又は半閉鎖型の移行句である。請求項要素を変更する請求項における「第１」、「第２」、「第３」などの序数用語の使用は、それ自体では、ある請求項要素の別の請求項要素を上回る優先度、優先順位若しくは順序、又は方法の動作が実行される時間的順番を含意せず、請求項要素を区別するために、ある名前を持つ１つの請求項要素を、（序数用語の使用を除いて）同じ名前を持つ別の要素と区別するための単なる標示として使用される。本明細書で使用される場合、「及び／又は」は、列挙された項目が代替物であるが、代替物も列挙された項目の任意の組み合わせを含むことを意味する。

Claims (20)

1. バスバーとインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）フィンガーの端部との間に狭いギャップを有する音響共振器デバイスであって、
   表面を有する基板と、
   前面と、前記基板のキャビティに跨るダイアフラムを形成する圧電板の部分を除いて、前記基板の表面に取り付けられた後面とを有する圧電板と、
   前記圧電板の前面に形成されたインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）であって、交互配置されたフィンガーは、前記音響共振器デバイスのアパーチャーを規定する前記交互配置されたフィンガーの重なり距離で前記ダイアフラムに配置される、インターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）と、を含み、
   前記交互配置されたフィンガーは、前記ＩＤＴの第１のバスバーから延びる第１の複数の平行フィンガーと、前記ＩＤＴの第２のバスバーから延びる第２の複数のフィンガーと、を含み、
   前記交互配置されたフィンガーの間の距離は、ＩＤＴピッチを規定し、
   前記ＩＤＴは、前記第１の複数の平行フィンガーの端部と前記第２のバスバーとの間、及び前記第２の複数の平行フィンガーの端部と前記第１のバスバーとの間のギャップ距離を含み、
   前記ギャップ距離は、前記ＩＤＴピッチの２／３倍未満である、デバイス。
2. 前記ギャップ距離は、１．０～５μｍである、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記ギャップ距離は、前記ＩＤＴピッチの１／２～１／３倍である、請求項１に記載のデバイス。
4. 前記ギャップ距離は、１．５μｍ～５．０μｍであり、前記ＩＤＴピッチは、３μｍ～７．５μｍである、請求項１に記載のデバイス。
5. 前記ＩＤＴピッチは、前記第１及び第２の複数の平行フィンガーのうちの隣接するフィンガーの間の中心間距離であり、前記第１及び第２の複数の平行フィンガーは、それぞれ前記第１及び第２のバスバーに取り付けられる、請求項１に記載のデバイス。
6. 前記ＩＤＴに印加された無線周波数信号は、前記圧電板において前記キャビティの上方に一次剪断音響モードを励起し、前記圧電板の厚さは、前記圧電板における一次剪断音響モードを調整するために選択される、請求項１に記載のデバイス。
7. 前記圧電板は、Ｙカットニオブ酸リチウム圧電材料であり、
   前記ＩＤＴに印加された無線周波数信号は、前記ＩＤＴフィンガーの端部と、隣接する前記バスバーとの間のギャップ領域において、ＸＢＡＲのアドミタンスに望ましくないスプリアスを引き起こすスプリアスモードを励起し、
   前記ギャップ距離は、使用中の特定の周波数でスプリアスモードを最大１０又は２０ｄＢ抑制する所定のギャップ距離である、請求項６に記載のデバイス。
8. バスバーとインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）フィンガーの端部との間に狭いギャップを有する音響共振器デバイスであって、
   表面を有する基板と、
   前面と、前記基板のキャビティに跨るダイアフラムを形成する圧電板の部分を除いて、前記基板の表面に取り付けられた後面とを有する圧電板と、
   前記圧電板の前面に形成されたインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）であって、交互配置されたフィンガーは、前記音響共振器デバイスのアパーチャーを規定する前記交互配置されたフィンガーの重なり距離で前記ダイアフラムに配置される、インターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）と、を含み、
   前記交互配置されたフィンガーは、前記ＩＤＴの第１のバスバーから延びる第１の複数の平行フィンガーと、前記ＩＤＴの第２のバスバーから延びる第２の複数のフィンガーと、を含み、
   前記交互配置されたフィンガーは、前記第１及び第２の複数の平行フィンガーの隣接するフィンガーの間にＩＤＴフィンガーピッチを有し、
   前記ＩＤＴは、前記第１の複数の平行フィンガーの端部と前記第２のバスバーとの間、及び前記第２の複数の平行フィンガーの端部と前記第１のバスバーとの間のギャップ距離を含み、
   前記ギャップ距離は、前記ＩＤＴフィンガーピッチの２／３倍未満である、デバイス。
9. 前記ギャップ距離は、前記ＩＤＴフィンガーピッチの１／３～１／２である、請求項８に記載のデバイス。
10. 前記ギャップ距離は、５μｍ～１．０μｍである、請求項８に記載のデバイス。
11. 前記ＩＤＴフィンガーピッチは、３μｍ～７５μｍである、請求項１０に記載のデバイス。
12. 前記ＩＤＴフィンガーピッチは、前記第１及び第２の複数の平行フィンガーのうちの直接隣接するフィンガーの間の中心間距離であり、前記第１及び第２の複数の平行フィンガーは、それぞれ前記第１及び第２のバスバーに取り付けられる、請求項８に記載のデバイス。
13. 前記ＩＤＴに印加された無線周波数信号は、前記圧電板において前記キャビティの上方に一次剪断音響モードを励起し、前記圧電板の厚さは、前記圧電板における一次剪断音響モードを調整するために選択される、請求項８に記載のデバイス。
14. 前記圧電板は、Ｙカットニオブ酸リチウム圧電材料であり、
    前記ＩＤＴに印加された無線周波数信号は、前記ＩＤＴフィンガーの端部と、隣接する前記バスバーとの間のギャップ領域において、ＸＢＡＲのアドミタンスに望ましくないスプリアスを引き起こすスプリアスモードを励起し、
    前記ギャップ距離は、使用中の特定の周波数でスプリアスモードを最大１０又は２０ｄＢ抑制する所定のギャップ距離である、請求項１３に記載のデバイス。
15. 音響共振器デバイスを製造する方法であって、
    圧電板の一部が基板のキャビティに跨るダイアフラムを形成するように前記圧電板の後面を前記基板に接合することと、
    前記圧電板の前面にインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）であって、交互配置されたフィンガーは、前記音響共振器デバイスのアパーチャーを規定する前記交互配置されたフィンガーの重なり距離で前記ダイアフラムに配置される、インターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を形成することと、を含み、
    前記圧電板及び前記ＩＤＴは、前記ＩＤＴに印加された無線周波数信号が、前記ダイアフラムにおいて一次剪断音響モードを励起するように構成され、
    前記交互配置されたフィンガーは、前記ＩＤＴの第１のバスバーから延びる第１の複数の平行フィンガーと、前記ＩＤＴの第２のバスバーから延びる第２の複数のフィンガーと、を含み、
    前記交互配置されたフィンガーの間の距離は、ＩＤＴピッチを規定し、
    前記ＩＤＴは、前記第１の複数の平行フィンガーの端部と前記第２のバスバーとの間、及び前記第２の複数の平行フィンガーの端部と前記第１のバスバーとの間のギャップ距離を含み、
    前記ギャップ距離は、前記ＩＤＴピッチの１／２及び１／３倍である、方法。
16. 前記ギャップ距離は、１．０～５μｍである、請求項１５に記載の方法。
17. 前記ギャップ距離は、１．５μｍ～５．０μｍであり、前記ＩＤＴピッチは、３μｍ～７．５μｍである、請求項１５に記載の方法。
18. 前記ＩＤＴに印加された無線周波数信号は、前記圧電板において前記キャビティの上方に一次剪断音響モードを励起し、前記圧電板の厚さは、前記圧電板における一次剪断音響モードを調整するために選択される、請求項１５に記載の方法。
19. 前記圧電板は、Ｙカットニオブ酸リチウム圧電材料であり、
    前記ＩＤＴに印加された無線周波数信号は、前記ＩＤＴフィンガーの端部と、隣接する前記バスバーとの間のギャップ領域において、ＸＢＡＲのアドミタンスに望ましくないスプリアスを引き起こすスプリアスモードを励起し、
    前記ギャップ距離は、使用中の特定の周波数でスプリアスモードを最大１０又は２０ｄＢ抑制する所定のギャップ距離である、請求項１８に記載の方法。
20. 前記圧電板の後面を前記基板に接合することは、単結晶圧電板の後面をシリコン基板の平坦化表面に接合することを含む、請求項１５に記載の方法。

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