JP2022506474A - 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 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (28)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。
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