(57)【要約】      （修正有）【課題】高い品質係数およびスプリアスモードの抑制が提供され、通過帯域からさらに離れてシフトされている弱体化ＢＯモードも提供する。【解決手段】バルク音響波（ＢＡＷ）共振器３８において、下部電極２２上の圧電層１８と、圧電層１８からの第１の高さＨ１を形成する中央領域３６を含む上部電極２０と、中央領域３６の周辺部の周りに延在する境界（ＢＯ）領域３２とを形成し、ＢＯ領域３２が、中央領域３６の第１の高さＨ１よりも高い、圧電層１８からの第２の高さＨ２を形成する内側ステップ４０と、中央領域３６の第１の高さＨ１よりも高い、圧電層１８からの第３の高さＨ３を形成する外側ステップ４２と、上部電極２０と、外側ステップ４２と圧電層１８との間に配設された誘電体スペーサ層４４と、を備える。【選択図】図８
2020113983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルク音響波（ＢＡＷ）共振器であって、
下部電極と、
前記下部電極上の圧電層と、
前記圧電層上の上部電極であって、前記圧電層からの第１の高さを形成する中央領域と、前記中央領域の周辺部の周りに延在する境界（ＢＯ）領域とを形成し、前記ＢＯ領域が、
前記圧電層上の内側ステップであって、前記中央領域の前記第１の高さよりも高い、前記圧電層からの第２の高さを形成する、内側ステップ、および
前記圧電層上の外側ステップであって、前記中央領域の前記第１の高さよりも高い、前記圧電層からの第３の高さを形成する、外側ステップ、を備える、上部電極と、
前記外側ステップと前記圧電層との間に配設された誘電体スペーサ層と、を備える、ＢＡＷ共振器。
【請求項２】
前記第３の高さが、前記第２の高さよりも高い、請求項１に記載のＢＡＷ共振器。
【請求項３】
前記内側ステップおよび前記外側ステップが、前記上部電極の質量負荷部分を形成する、請求項１に記載のＢＡＷ共振器。
【請求項４】
前記誘電体スペーサ層が、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、または窒化アルミニウムのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のＢＡＷ共振器。
【請求項５】
前記下部電極が、前記圧電層の上にある前記上部電極の横方向縁部を越えて２００ｎｍ〜１μｍの範囲の距離だけ、前記圧電層の下部に沿って延在するように配設される、請求項１に記載のＢＡＷ共振器。
【請求項６】
前記上部電極上にパッシベーション層をさらに備える、請求項１に記載のＢＡＷ共振器。
【請求項７】
前記パッシベーション層が、前記圧電層の周辺縁部まで延在する、請求項６に記載のＢＡＷ共振器。
【請求項８】
前記パッシベーション層が、前記外側ステップの周辺縁部まで延在し、前記パッシベーション層が、前記圧電層の周辺縁部から挿入される、請求項６に記載のＢＡＷ共振器。
【請求項９】
前記上部電極が、前記圧電層からの第４の高さを形成する内側リングを形成し、前記第４の高さが、前記中央領域の前記第１の高さよりも低い、請求項１に記載のＢＡＷ共振器。
【請求項１０】
前記内側リングが、前記上部電極のギャップ部分によって、前記ＢＯ領域から離間される、請求項９に記載のＢＡＷ共振器。
【請求項１１】
第２の外側ステップ、第１の外側ステップ、および前記内側ステップが、前記ＢＯ領域から前記中央領域に向かって降下する高さのステップ構造体を形成するように配設されるように、前記外側ステップが前記第１の外側ステップを備え、かつ前記ＢＡＷ共振器が前記第２の外側ステップをさらに備える、請求項１に記載のＢＡＷ共振器。
【請求項１２】
前記ＢＡＷ共振器が、強固に装着された共振器（ＳＭＲ）タイプのＢＡＷ共振器を備える、請求項１に記載のＢＡＷ共振器。
【請求項１３】
前記ＢＡＷ共振器が、フィルムバルク音響共振器（ＦＢＡＲ）を備える、請求項１に記載のＢＡＷ共振器。
【請求項１４】
バルク音響波（ＢＡＷ）共振器であって、
下部電極と、
前記下部電極上の圧電層と、
前記圧電層上の上部電極であって、中央領域および前記中央領域の周辺部の周りに延在する境界（ＢＯ）領域を形成する、上部電極と、を備え、前記ＢＯ領域が、内側ステップおよび外側ステップを備え、前記内側ステップが、前記中央領域と前記外側ステップとの間に配設され、
外側領域が、前記上部電極の周辺境界によって画定され、かつ前記外側領域における前記圧電層の少なくとも一部分が、前記上部電極と位置合わせされた前記圧電層の一部分と比較して減少した厚さを形成する、ＢＡＷ共振器。
【請求項１５】
前記中央領域が、前記圧電層からの第１の高さを形成し、前記内側ステップが、前記圧電層からの第２の高さを形成し、前記外側ステップが、前記圧電層からの第３の高さを形成し、かつ前記第２の高さおよび前記第３の高さが、前記第１の高さよりも高い、請求項１４に記載のＢＡＷ共振器。
【請求項１６】
前記外側ステップと前記圧電層との間に配設された誘電体スペーサ層を、さらに備える、請求項１４に記載のＢＡＷ共振器。
【請求項１７】
前記下部電極が、前記減少した厚さを形成する前記圧電層の前記一部分と重なり合っている、請求項１４に記載のＢＡＷ共振器。
【請求項１８】
前記上部電極上にパッシベーション層をさらに備える、請求項１４に記載のＢＡＷ共振器。
【請求項１９】
前記パッシベーション層が、前記圧電層の周辺縁部まで延在する、請求項１８に記載のＢＡＷ共振器。
【請求項２０】
前記上部電極が、前記上部電極の質量減少領域を備える内側リングを形成する、請求項１４に記載のＢＡＷ共振器。
【請求項２１】
前記内側リングが、前記上部電極のギャップ部分によって、前記ＢＯ領域から離間される、請求項２０に記載のＢＡＷ共振器。
【請求項２２】
前記内側リングが、前記上部電極の前記ＢＯ領域に直接的に隣接する、請求項２０に記載のＢＡＷ共振器。
【請求項２３】
前記ＢＡＷ共振器が、強固に装着された共振器（ＳＭＲ）タイプのＢＡＷ共振器を備える、請求項１４に記載のＢＡＷ共振器。
【請求項２４】
前記ＢＡＷ共振器が、フィルムバルク音響共振器（ＦＢＡＲ）を備える、請求項１４に記載のＢＡＷ共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年１月１４日に出願された仮特許出願第６２／７９２，１１３号の利益を主張し、その開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、バルク音響波（ＢＡＷ）共振器に関し、特に、ＢＡＷ共振器についてのステップ配設を備えた上部電極に関する。
【背景技術】
【０００３】
音響共振器、特にバルク音響波（ＢＡＷ）共振器は、多くの高周波通信アプリケーションで使用されている。特に、ＢＡＷ共振器は、１．５ギガヘルツ（ＧＨｚ）を超える周波数で動作し、平坦な通過帯域を必要とし、通過帯域の上部端および下部端に非常に急なフィルタスカートおよび方形に区切られた肩部を有し、かつ通過帯域の外側で優れた除去を提供する、フィルタネットワークで、多くの場合使用されている。ＢＡＷベースのフィルタはまた、挿入損失も比較的低く、動作周波数が高くなるとサイズが小さくなる傾向があり、かつ広い温度範囲で比較的安定している。そのため、ＢＡＷベースのフィルタは、多くの第３世代（３Ｇ）および第４世代（４Ｇ）無線デバイスに最適なフィルタであり、第５世代（５Ｇ）無線デバイスのフィルタアプリケーションを支配することになっている。これらの無線デバイスのほとんどは、同じ無線デバイス上でセルラー、ワイヤレスフィディリティー（Ｗｉ−Ｆｉ）、ブルートゥース（登録商標）、および／または近距離無線通信をサポートしているため、非常に厳しいフィルタリング要求を提起する。これらの要求により無線デバイスの複雑さが増し続けているが、ＢＡＷ共振器およびＢＡＷベースのフィルタの性能を改善し、かつそれと関連付けられたコストおよびサイズを削減することに対する一定のニーズがある。
【発明の概要】
【０００４】
本開示は、バルク音響波（ＢＡＷ）共振器に関し、特に、ＢＡＷ共振器についてのステップ配設を備えた上部電極に関する。本明細書に開示されるＢＡＷ共振器は、上部電極と下部電極との間に配設されている圧電層を含む。上部電極は、上部電極の周辺縁部に向かって高さが高くなるように内側ステップおよび外側ステップが形成されている、デュアルステップ配設を有する境界（ＢＯ）領域を含むことが開示されている。誘電体スペーサ層は、外側ステップと圧電層との間に提供されてもよい。圧電層の周辺縁部まで、または圧電層の周辺縁部からの挿入のいずれかで、上部電極上に延在しているパッシベーション層が開示されている。圧電層は、上部電極で覆われていない区域における減少した厚さ部分を有して配設されてもよい。本明細書で開示されるようなＢＡＷ共振器には、高い品質係数およびスプリアスモードの抑制が提供され、一方でそのようなＢＡＷ共振器の通過帯域からさらに離れてシフトされている弱体化ＢＯモードも提供する。
【０００５】
一態様では、ＢＡＷ共振器は、下部電極と、下部電極上の圧電層と、圧電層上の上部電極であって、圧電層からの第１の高さを形成している、中央領域、および中央領域の周辺部の周りに延在している、ＢＯ領域を形成している、上部電極と、を含んでおり、ＢＯ領域は、圧電層上の内側ステップであって、中央領域の第１の高さよりも高い、圧電層からの第２の高さを形成している、内側ステップと、圧電層上の外側ステップであって、中央領域の第１の高さよりも高い、圧電層からの第３の高さを形成している、外側ステップと、外側ステップと圧電層との間に配設された誘電体スペーサ層と、を含んでいる。特定の実施形態では、第３の高さは、第２の高さよりも高い。特定の実施形態において、内側ステップおよび外側ステップは、上部電極の質量負荷部分を形成している。誘電体スペーサ層は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、または窒化アルミニウムのうちの少なくとも１つを含み得る。特定の実施形態では、下部電極は、圧電層の上部にある上部電極の横方向縁部を越えて２００ｎｍ〜１μｍの範囲の距離だけ、圧電層の下部に沿って延在するように配設される。ＢＡＷ共振器は、上部電極上にパッシベーション層をさらに含み得る。特定の実施形態では、パッシベーション層は、圧電層の周辺縁部まで延在している。特定の実施形態では、パッシベーション層は、外側ステップの周辺縁部まで延在しており、パッシベーション層は、圧電層の周辺縁部から挿入されている。特定の実施形態では、上部電極は、圧電層からの第４の高さを形成する内側リングを形成しており、第４の高さは、中央領域の第１の高さよりも低い。特定の実施形態では、内側リングは、上部電極のギャップ部分によって、ＢＯリングから離間している。特定の実施形態では、外側ステップは、第１の外側ステップを含み、ＢＡＷ共振器は、第２の外側ステップをさらに含み、これにより、第２の外側ステップ、第１の外側ステップ、および内側ステップが、ＢＯ領域から中央領域に向かって降下する高さのステップ構造体を形成しているように配設される。ＢＡＷ共振器は、強固に装着された共振器（ＳＭＲ）タイプのＢＡＷ共振器、またはフィルムバルク音響共振器（ＦＢＡＲ）を含んでいてもよい。
【０００６】
別の態様では、ＢＡＷ共振器は、下部電極と、下部電極上の圧電層と、圧電層上の上部電極であって、中央領域、および中央領域の周辺部の周りに延在している、ＢＯ領域を形成している、上部電極と、を含んでおり、ＢＯ領域は、内側ステップおよび外側ステップを含んでおり、内側ステップは、中央領域と外側ステップとの間に配設されており、外側領域は、上部電極の周辺境界によって画定されており、外側領域における圧電層の少なくとも一部分は、上部電極と位置合わせされた圧電層の一部分と比較して減少した厚さを形成している。特定の実施形態では、中央領域は、圧電層からの第１の高さを形成しており、内側ステップは、圧電層からの第２の高さを形成しており、外側ステップは、圧電層からの第３の高さを形成しており、第２の高さおよび第３の高さは、第１の高さよりも高い。ＢＡＷ共振器は、外側ステップと圧電層との間に配設された誘電体スペーサ層をさらに含み得る。特定の実施形態では、下部電極は、減少した厚さを形成している圧電層の部分と重なり合っている。ＢＡＷ共振器は、上部電極上にパッシベーション層をさらに含み得る。特定の実施形態では、パッシベーション層は、圧電層の周辺縁部まで延在している。特定の実施形態では、上部電極は、上部電極の質量減少領域を含む内側リングを形成している。特定の実施形態では、内側リングは、上部電極のギャップ部分によって、ＢＯ領域から離間している。特定の実施形態において、内側リングは、上部電極のＢＯ領域に直接的に隣接している。ＢＡＷ共振器は、ＳＭＲタイプのＢＡＷ共振器またはＦＢＡＲを含んでいてもよい。
【０００７】
別の態様では、上述の態様のいずれか、および／または本明細書で説明されるような様々な別個の態様および特徴は、追加的な利点のために組み合わされてもよい。本明細書で開示されるような様々な特徴および要素のいずれかは、本明細書でそうでないことが示されない限り、１つ以上の他の開示される特徴および要素と組み合わされてもよい。
【０００８】
当業者は、添付の図面と関連して好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読んだ後に、本開示の範囲を理解し、かつその追加的な態様に気付くであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本明細書に組み込まれ、かつ本明細書の一部分を形成する添付の図面は、本開示のいくつかの態様を示し、かつ記述とともに本開示の原理を説明するための役割を果たす。
【００１０】
【図１】従来のバルク音響波（ＢＡＷ）共振器を示す図である。
【図２】比較的理想的なＢＡＷ共振器の周波数の関数として、電気インピーダンスの大きさおよび位相をグラフィックに示した図である。
【図３Ａ】様々な従来のＢＡＷ共振器の位相曲線をグラフィックに示した図である。
【図３Ｂ】様々な従来のＢＡＷ共振器の位相曲線をグラフィックに示した図である。
【図３Ｃ】様々な従来のＢＡＷ共振器の位相曲線をグラフィックに示した図である。
【図４】境界（ＢＯ）リングを含む上部電極を備える、従来のＢＡＷ共振器を示す図である。
【図５】反共振周波数（Ｑｐ）および形成されたＢＯモードの相対強度での品質係数に対するＢＯリング幅の関係をグラフィックに示した図である。
【図６】ＢＯリングを有する、およびＢＯリングを有しないＢＡＷ共振器に対する位相曲線をグラフィックに示した図である。
【図７】図４のＢＡＷ共振器と同様の構成でＢＯ領域が配設されている、ＢＡＷ共振器を示す断面図である。
【図８】本明細書で開示される実施形態による、ＢＯ領域が上部電極の周辺部の周りにデュアルステップ構成を形成している、ＢＡＷ共振器を示す断面図である。
【図９】図８のＢＡＷ共振器と同様に配設されているが、本明細書で開示される実施形態による上部電極の中央領域のより大きな面積構成を有している、ＢＡＷ共振器を示す断面図である。
【図１０】本明細書で開示される実施形態による、上部電極上にパッシベーション層を含むＢＡＷ共振器の一部分を示す断面図である。
【図１１】図１０に示すようなＢＡＷ共振器の様々な構成に対するＱｐ値の応答を示しているシミュレーション結果をグラフィックに示す図である。
【図１２】本明細書で開示される実施形態による、パッシベーション層が圧電層の周辺縁部から挿入されている、ＢＡＷ共振器の一部分を示す断面図である。
【図１３】図１２に示すようなＢＡＷ共振器の様々な構成に対するＱｐ値の応答を示しているシミュレーション結果をグラフィックに示す図である。
【図１４】本明細書で開示される実施形態による、外側領域の圧電層の一部分が低減された高さで配設されている、ＢＡＷ共振器の一部分を示す断面図である。
【図１５】図８のＢＡＷ共振器と比較した図１３のＢＡＷ共振器の構成に対するＱｐ値の応答を示しているシミュレーション結果をグラフィックに示す図である。
【図１６Ａ】図１１のＢＡＷ共振器の様々な構成のＱｐ値のシミュレーション結果の比較をグラフィックに示す図である。
【図１６Ｂ】は、図１６Ａの図と同じＢＡＷ共振器の様々な性能特性をグラフィックに比較した図である。
【図１６Ｃ】は、図１６Ａの図と同じＢＡＷ共振器の様々な性能特性をグラフィックに比較した図である。
【図１６Ｄ】は、図１６Ａの図と同じＢＡＷ共振器の様々な性能特性をグラフィックに比較した図である。
【図１７】本明細書で開示される実施形態による、上部電極の内側領域に質量減少領域が配設されている、ＢＡＷ共振器を示す断面図である。
【図１８】本明細書で開示される実施形態による、上部電極が複数の外側ステップを含んでいる、ＢＡＷ共振器を示す断面図である。
【図１９】本明細書で開示される実施形態による、例示的な強固に装着された共振器（ＳＭＲ）タイプのＢＡＷ共振器を示す断面図である。
【図２０】本明細書で開示される実施形態による、例示的なフィルムバルク音響共振器（ＦＢＡＲ）タイプのＢＡＷ共振器を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に説明される実施形態は、当業者が実施形態を実施できるようにするために必要な情報を表し、実施形態を実施する最良の形態を示す。添付の図面に照らして以下の記述を読むと、当業者は、本開示の概念を理解し、かつ本明細書で特に扱われないこれらの概念の用途を認識するであろう。当然のことながら、これらの概念および用途は、本開示および添付の特許請求の範囲内に入る。
【００１２】
当然のことながら、本明細書では、様々な要素を説明するために、第１、第２などの用語を使用する場合があるが、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。これらの用語は、１つの要素と別の要素を区別するためにのみ使用される。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の要素と呼ぶことができ、同様に、第２の要素を第１の要素と呼ぶことができる。本明細書で使用される場合、「および／または」という用語は、関連付けられた列挙した項目のうちの１つ以上のありとあらゆる組み合わせを含む。
【００１３】
当然のことながら、層、領域、または基板などの要素が、別の要素の「上に（ｏｎ）」ある、またはその「上へと（ｏｎｔｏ）」延在すると称される場合、その要素は、他の要素上に直接的にあるか、もしくはその上へと直接的に延在することができ、または介在する要素が存在してもまたよい。対照的に、ある要素が別の要素の「直接的に上に（ｏｎ）」ある、または「直接的に上へと（ｏｎｔｏ）」延在すると称される場合、介在する要素は存在していない。同様に、当然のことながら、層、領域、または基板などの要素が、別の要素の「上に（ｏｖｅｒ）ある、またはそれの「上に（ｏｖｅｒ）」延在すると称される場合、その要素は、他の要素の上に（ｏｖｅｒ）直接的にあるか、もしくはそれの上に（ｏｖｅｒ）直接的に延在することができ、または介在する要素が存在してもまたよい。対照的に、ある要素が別の要素の「直接的に上に（ｏｖｅｒ）」ある、または「直接的に上に（ｏｖｅｒ）」延在すると称される場合、介在する要素は存在していない。これも当然のことながら、要素が、別の要素に「接続されている」、または「結合されている」と称される場合、それは、他の要素に直接的に接続することができ、もしくは結合することができる、または介在する要素が存在してもよい。対照的に、ある要素が別の要素に「直接的に接続されている」、または「直接的に結合されている」と称される場合、介在する要素は存在していない。
【００１４】
本明細書では、図に示すように、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記述するために、「下方」もしくは「上方」または「上側」もしくは「下側」または「水平」もしくは「垂直」などの相対的な用語を使用してもよい。当然のことながら、これらの用語および上述の用語は、図に示された配向に加えて、デバイスの異なる配向を包含することを意図している。
【００１５】
本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態を説明するためのみのものであり、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「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、複数形も含むことを意図している。さらに当然のことながら、本明細書で使用される場合、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、および／または「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／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、および／またはそれらのグループの存在または追加を排除しない。
【００１６】
別途定義されない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術用語および科学用語を含む）は、本開示が属する当業者によって一般に理解されるようなものと同じ意味を有する。さらに当然のことながら、本明細書で使用される用語は、本明細書および関連技術の文脈におけるそれら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、かつ本明細書で明示的にそう定義されない限り、理想化されたまたは過度に形式的な意味で解釈されないであろう。
【００１７】
本開示は、バルク音響波（ＢＡＷ）共振器に関し、特に、ＢＡＷ共振器についてのステップ配設を備えた上部電極に関する。本明細書に開示されるＢＡＷ共振器は、上部電極と下部電極との間に配設されている圧電層を含む。上部電極は、上部電極の周辺縁部に向かって高さが高くなるように内側ステップおよび外側ステップが形成されている、デュアルステップ配設を有する境界（ＢＯ）領域を含むことが開示されている。誘電体スペーサ層は、外側ステップと圧電層との間に提供されてもよい。圧電層の周辺縁部まで、または圧電層の周辺縁部からの挿入のいずれかで、上部電極上に延在しているパッシベーション層が開示されている。圧電層は、上部電極で覆われていない区域における減少した厚さ部分を有して配設されてもよい。本明細書で開示されるようなＢＡＷ共振器には、高い品質係数およびスプリアスモードの抑制が提供され、一方でそのようなＢＡＷ共振器の通過帯域からさらに離れてシフトされている弱体化ＢＯモードも提供する。
【００１８】
これらの概念の詳細を掘り下げる前に、ＢＡＷ共振器、およびＢＡＷ共振器を利用するフィルタの概要が提供される。ＢＡＷ共振器は、多くの高周波フィルタアプリケーションで使用されている。例示的なＢＡＷ共振器１０が、図１に示されている。ＢＡＷ共振器１０は、強固に装着された共振器（ＳＭＲ）タイプのＢＡＷ共振器１０であり、一般に、基板１２、基板１２上に装着された反射器１４、および反射器１４上に装着されたトランスデューサ１６を含んでいる。トランスデューサ１６は、反射器１４上にあり、かつ上部電極２０と下部電極２２との間に挟まれた圧電層１８を含む。上部電極２０および下部電極２２は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）などの材料で形成され得、また圧電層１８は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、またはその他の適切な圧電材料で形成され得る。図１では単一の層を含むように示されているが、圧電層１８、上部電極２０、および／または下部電極２２は、同じ材料の複数の層、少なくとも２つの層が異なる材料である複数の層、または各層が異なる材料である複数の層を含んでもよい。
【００１９】
ＢＡＷ共振器１０は、活性領域２４と外側領域２６とに分割されている。活性領域２４は、一般に、上部電極２０および下部電極２２が重なり合うＢＡＷ共振器１０のセクションに対応しており、重なり合う上部電極２０および下部電極２２の下方の層も含んでいる。外側領域２６は、活性領域２４を囲むＢＡＷ共振器１０のセクションに対応する。
【００２０】
ＢＡＷ共振器１０の場合、上部電極２０および下部電極２２にわたって電気信号を印加すると、圧電層１８内に音響波が励起される。これらの音響波は、主に垂直に伝搬する。ＢＡＷ共振器の設計における主な目標は、これらの垂直に伝搬する音響波をトランスデューサ１６内に閉じ込めることである。上向きに進む音響波は、上部電極２０の上面の空気金属境界によってトランスデューサ１６の中へと反射して戻される。下向きに進む音響波は、フィルムバルク音響共振器（ＦＢＡＲ）のトランスデューサ１６のすぐ下方に設けられた、反射器１４または空気腔によってトランスデューサ１６の中へと反射して戻される。
【００２１】
反射器１４は、典型的には、隣接する反射器層２８の接合部で有意な反射係数を生成するために材料組成が交互に変化する、反射器層（ＲＬ）２８Ａ〜２８Ｅ（一般に、反射器層２８と称される）の積み重ねによって形成されている。典型的には、反射器層２８は、タングステン（Ｗ）および二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などの高音響インピーダンスを有する材料と低音響インピーダンスを有する材料との間で交互になっている。図１には５つの反射器層２８のみが示されているが、反射器層２８の数および反射器１４の構造体は、設計ごとに異なるであろう。
【００２２】
比較的理想的なＢＡＷ共振器１０の周波数（ＧＨｚ）の関数としての電気インピーダンスの大きさ（Ｚ）および位相（φ）が、図２に提供されている。電気インピーダンスの大きさ（Ｚ）は、実線で示される一方で、電気インピーダンスの位相（φ）は、破線で示されている。ＢＡＷ共振器１０の独特の特徴は、共振周波数および反共振周波数の両方を有することである。共振周波数は通常、直列共振周波数（ｆｓ）と称され、また反共振周波数は通常、並列共振周波数（ｆｐ）と称される。直列共振周波数（ｆｓ）は、ＢＡＷ共振器１０のインピーダンスまたはリアクタンスの大きさがゼロに近づくときに発生する。並列共振周波数（ｆｐ）は、ＢＡＷ共振器１０のインピーダンスまたはリアクタンスの大きさが非常に高いレベルでピークになるときに発生する。一般に、直列共振周波数（ｆｓ）は、圧電層１８の厚さまたは高さと、下部および上部電極２０、２２の質量との関数である。
【００２３】
位相に関して、ＢＡＷ共振器１０は、直列共振周波数（ｆｓ）と並列共振周波数（ｆｐ）との間で９０°の位相シフトを提供する、インダクタンスのように機能する。対照的に、ＢＡＷ共振器１０は、直列共振周波数（ｆｓ）より低く、かつ並列共振周波数（ｆｐ）より高いと、−９０°の位相シフトを提供する、キャパシタンスのように機能する。ＢＡＷ共振器１０は、直列共振周波数（ｆｓ）で非常に低い、ほぼゼロの抵抗を示し、かつ並列共振周波数（ｆｐ）で非常に高い抵抗を示す。ＢＡＷ共振器１０の電気的性質は、比較的短い周波数範囲にわたって非常に高い品質係数（Ｑ）インダクタンスをそれ自体で実現することに役立ち、これは、高周波フィルタネットワーク、特に、約１．８ＧＨｚ以上の周波数で動作するフィルタネットワークで非常に有益であることが証明されている。
【００２４】
あいにく、図２の位相（φ）曲線は、理想の位相曲線を表している。実際には、この理想に近づくことは困難である。図１のＢＡＷ共振器１０に対する典型的な位相曲線が、図３Ａに示されている。図３Ａの位相曲線は、滑らかな曲線である代わりに、直列共振周波数（ｆｓ）より下のリプル、直列共振周波数（ｆｓ）と並列共振周波数（ｆｐ）との間のリプル、および並列共振周波数（ｆｐ）より上のリプルを含む。リプルは、対応する周波数で発生するスプリアス共振によって引き起こされる、スプリアスモードの結果である。ＢＡＷ共振器１０内の音響波の大部分は垂直に伝搬するが、トランスデューサ１６に関する様々な境界条件は、横方向定在波と称される横方向（水平）音響波の伝搬をもたらす。これらの横方向定在波の存在は、ＢＡＷ共振器１０と関連付けられた潜在的な品質係数（Ｑ）を低下させる。
【００２５】
図４に示すように、ＢＯリング３０が、上部電極２０の上またはその中に形成されて、特定のスプリアスモードを抑制する。ＢＯリング３０によって抑制されるスプリアスモードは、図３Ｂの位相曲線の円ＡおよびＢによって強調されるように、直列共振周波数（ｆｓ）より高いものである。円Ａは、直列共振周波数（ｆｓ）と並列共振周波数（ｆｐ）との間に存在する、位相曲線の通過帯域内のリプル、したがってスプリアスモードの抑制を示している。円Ｂは、並列共振周波数（ｆｐ）より上のリプル、したがってスプリアスモードの抑制を示している。特に、並列共振周波数（ｆｐ）のすぐ下にある通過帯域の上側ショルダーのスプリアスモード、および通過帯域の上のスプリアスモードは、直列共振周波数（ｆｓ）と並列共振周波数（ｆｐ）との間の、および並列共振周波数（ｆｐ）より上の滑らかな、または実質的にリプルのない位相曲線によって証明されるように抑制されている。
【００２６】
ＢＯリング３０は、活性領域２４の周辺部の周りに延在する、上部電極２０の一部分の質量負荷に対応する。これに関して、質量負荷を伴うＢＯリング３０は、上部電極２０の周辺部の周りに配設された隆起したフレームを形成する。ＢＯリング３０は、上部電極２０の厚くなった部分、または上部電極２０上の適切な材料の追加的な層の適用に対応し得る。ＢＡＷ共振器１０のＢＯリング３０を含む部分、およびその下に存在する部分は、ＢＯ領域３２と称される。したがって、ＢＯ領域３２は、活性領域２４の外側の周辺部分に対応し、かつ活性領域２４の内側に存在する。
【００２７】
ＢＯリング３０は、直列共振周波数（ｆｓ）より上のスプリアスモードを抑制するのに有効であるが、図３Ｂに示すように、ＢＯリング３０は、直列共振周波数（ｆｓ）より下のスプリアスモードにほとんどまたは全く影響を及ぼさない。アポダイゼーションと称される技法が、直列共振周波数（ｆｓ）より下にあるスプリアスモードを抑制するためにしばしば使用される。
【００２８】
アポダイゼーションは、ＢＡＷ共振器１０、または少なくともそのトランスデューサ１６における任意の横方向の対称性を回避するか、または少なくとも大幅に低減するように機能する。横方向の対称性は、トランスデューサ１６のフットプリントに対応しており、横方向の対称性を回避することは、フットプリントの側部と関連付けられた対称性を回避することに対応する。例えば、そのうちの１つは、正方形または長方形の代わりに、五角形に対応するフットプリントを選択することができる。対称性を回避することは、トランスデューサ１６内の横方向定在波の存在を低減する役に立つ。図３Ｃの円Ｃは、直列共振周波数（ｆｓ）より下のスプリアスモードが抑制されたアポダイゼーションの効果を示している。ＢＯリング３０が設けられていないと仮定すると、図３Ｃにおいて、アポダイゼーションが直列共振周波数（ｆｓ）より上であるこれらのスプリアスモードを抑制できないことが、容易に分かる。したがって、典型的なＢＡＷ共振器１０は、アポダイゼーションおよびＢＯリング３０の両方を採用している。
【００２９】
ＢＯリング３０の厚さまたは高さは、圧電層１８に垂直な方向またはそれから離れる方向で測定されてもよく、またＢＯリング３０の幅は、圧電層１８に平行な方向、またはそれを横方向に横切る方向で測定されてもよい。ＢＯリング３０の厚さおよび幅は、スプリアスモードの抑制を提供し、かつ反共振周波数（Ｑｐ）での品質係数の改善を提供するために同時に調整され得る。ＢＯリング３０と関連付けられた追加質量は、典型的には、ＢＯ領域３２を、活性領域２４の他の部分よりもわずかに低い周波数で共振させる。その結果、ＢＯリングが存在すると、直列共振周波数（ｆｓ）より下の周波数で、望ましくないモードまたはＢＯモードを導入する可能性がある。
【００３０】
図５は、反共振周波数（Ｑｐ）および形成されたＢＯモードの相対強度での品質係数に対するＢＯリング幅の関係をグラフィックに示した図である。図５では、ｘ軸は、マイクロメートル（μｍ）でＢＯリング幅を表し、一方で、一次的なｙ軸は、Ｑｐを表しており、二次的なｙ軸は、形成されたＢＯモードの相対強度または大きさを表している。図５の図は、ＢＯリング幅が変化するＢＡＷ共振器を各々含む、３つのウェハについてのデータをプロットしている。示されているように、Ｑｐ値は、一般にＢＯリング幅の増加とともに増加しており、最も高いＱｐ値は、３μｍをわずかに超えるＢＯリング幅に対応している。これも示されているように、ＢＯモードの強度もまた、一般にＢＯリング幅の増加とともに増加している。ＢＯリングの幅がさらに大きい場合、ＢＯモードの強度の値は高いままであるが、Ｑｐ値は減少している。このようにして、高いＱｐを提供するように調整されたＢＯリングはまた、対応するＢＡＷデバイスに望ましくないＢＯモードを導入することがある。
【００３１】
図６は、ＢＯリングを有する、およびそれを有しないＢＡＷ共振器の位相曲線をグラフィックに示した図である。示すように、ＢＯリングを有していないＢＡＷ共振器の通過帯域内に存在するスプリアスモードは、ＢＯリングを追加することで抑制されている。しかしながら、ＢＯリングの存在は、通過帯域の下に望ましくないＢＯモードを導入する。ＢＯモードは、共振器の通過帯域の外側に、または内側にさえも導入される場合があり、設計を制限する場合があり、または広帯域フィルタリングアプリケーションのためにＢＡＷ共振器を使用する場合がある。ＢＯモードが通過帯域内にある場合、挿入損失は影響を受ける可能性がある。通過帯域の外に存在するＢＯモードは、異なる周波数帯域のＢＡＷフィルタが同時に動作する、ＢＡＷマルチプレクシングアプリケーションでは問題になる可能性がある。このようなマルチプレクシングアプリケーションでは、１つのＢＡＷフィルタのＢＯモードが、他のＢＡＷフィルタの通過帯域内に入り、かつマルチプレクシング中に干渉を導入する可能性がある。
【００３２】
図７は、図４のＢＡＷ共振器１０と同様の構成でＢＯ領域３２が配設されている、ＢＡＷ共振器３４を示す断面図である。例示の目的のために、図７は、ＢＡＷ共振器３４の簡略図であり、かつ必ずしも縮尺通りに描かれていない。しかしながら、ＢＡＷ共振器３４は、図４のＢＡＷ共振器１０と同じ構成要素の多くを含み得ることが理解される。図７に示すように、ＢＯ領域３２は、上部電極２０の周辺部の周りに配設されており、上部電極２０の中央領域３６は、ＢＯ領域３２の横方向内側に画定されている。ＢＯリング３０は、図４について上述したように、上部電極２０の上またはその中に形成されて、特定のスプリアスモードを抑制する。図７では、活性領域２４は、上部電極２０と下部電極２２が圧電層１８の反対側で重なり合うセクションとして示されている。このようにして、活性領域２４は、上部電極２０と下部電極２２の重なる部分の間に電界が提供されるように電気的に駆動される、圧電層１８の一部分に概ね対応する。外側領域２６は、活性領域２４の外側にある圧電層１８の部分に概ね対応しており、この点に関して、外側領域２６は一般に、電気的に駆動されない。図７の構成では、ＢＯ領域３２および対応するＢＯリング３０は、活性領域２４内に配設されている。
【００３３】
図８は、本明細書で開示される実施形態による、ＢＯ領域３２が上部電極２０の周辺部の周りにデュアルステップ構成を形成している、ＢＡＷ共振器３８を示す断面図である。例示の目的のために、図８は、ＢＡＷ共振器３８の簡略図であり、かつ必ずしも縮尺通りに描かれていない。しかしながら、ＢＡＷ共振器３８が、図４のＢＡＷ共振器１０と同じ構成要素の多くを含み得ることが理解される。ＢＯ領域３２は、ＢＯ領域３２の周辺部から上部電極２０の中央領域３６に向かって減少する隆起した高さの階段状プロファイルを集合的に形成している、内側ステップ４０および外側ステップ４２を含む。特定の実施形態では、内側ステップ４０は、上部電極２０の第１の質量負荷部分である第１のＢＯリングを形成しており、また外側ステップ４２は、上部電極２０の第２の質量負荷部分である第２のＢＯリングを形成している。図８に示されるように、中央領域３６は、圧電層１８から測定されるような上部電極２０の第１の高さＨ１を形成しており、内側ステップ４０は、圧電層１８から測定されるような第２の高さＨ２を形成しており、外側ステップ４２は、圧電層１８から測定されるような第３の高さＨ３を形成している。特定の実施形態では、第２の高さＨ２および第３の高さＨ３は、両方とも第１の高さＨ１よりも高い。特定の実施形態では、第３の高さＨ３は、第２の高さＨ２よりも高く、第２の高さＨ２は、第１の高さＨ１よりも高く、それにより中央領域３６に向かって高さが減少するＢＯ領域３２のデュアルステップ構成が、形成される。第１の高さＨ１、第２の高さＨ２、および第３の高さＨ３の相対的な寸法、ならびに内側ステップ４０および外側ステップ４２の相対的な幅は、ＢＡＷ共振器３８についての所望の動作周波数に依存する。本明細書に開示されるＢＡＷ共振器は、１．５ＧＨｚ〜５．５ＧＨｚを含む様々な周波数範囲での動作に適している場合がある。特定の実施形態では、第２の高さＨ２は、４０ナノメートル（ｎｍ）〜８０ｎｍの範囲で第１の高さＨ１よりも高い。特定の実施形態では、第３の高さＨ３は、５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で第１の高さＨ１よりも高い。これに関して、ＢＯ領域３２のデュアルステップ構成は、上部電極２０の周辺部の周りに配設されるデュアルフレーム構造体を形成する。デュアルステップ構成が図８に示されているが、本明細書で開示されるようなＢＡＷ共振器は、３ステップまたは４ステップ構成などの追加的なステップを備えた構成を有していてもよい。そのような構成では、中央領域３６から離れている各追加的なステップは、高さが増加するように構成されてもよい。
【００３４】
内側ステップ４０および外側ステップ４２が異なる高さで配設されるデュアルステップ構成を有することで、ＢＯ領域３２は、それによって２つの異なる音響インピーダンスを提供するように構成されている。これにより、ＢＡＷ共振器３８内で横方向に伝搬するラム波についての音響インピーダンスの不整合が提供され、そのことは、他の点では、エネルギーの損失またはエネルギー漏れ、およびＢＡＷ共振器３８のＱ係数の低下に寄与することになる。望ましい大きな音響不整合およびそれに対応する大きな反射係数を達成するために、通常、大きな質量密度の材料が、内側ステップ４０および外側ステップ４２について選択される。内側ステップ４０および外側ステップ４２の各々の高さおよび幅を同時に調整して、スプリアスモードの高い抑制および反共振周波数（Ｑｐ）での高い品質係数を達成し得る。したがって、内側ステップ４０および外側ステップ４２の高さの増加は、横方向に伝搬するラム波の速度の減少および平均質量密度の増加をもたらし得る。このようにして、デュアルステップ構成は、ＢＯ領域３２でのモード転換だけでなく、横方向のエネルギー漏れを大幅に減らし、それによってＢＡＷ共振器３８についての高いＱ値を提供する。これにより、直列共振周波数（ｆｓ）より上のスプリアスモードの抑制が提供される一方で、ＢＡＷ共振器３８の通過帯域からさらに遠く離れてシフトされる、弱体化ＢＯモードがまた提供される。
【００３５】
図８にさらに示されるように、ＢＡＷ共振器３８は、特定の実施形態ではスペーサ層４４を含んでいてもよい。スペーサ層４４は、外側ステップ４２と圧電層１８との間に配設されてもよい。このようにして、スペーサ層４４は、外側ステップ４２と位置合わせされ得る。特定の実施形態では、スペーサ層４４の周辺縁部は、外側ステップ４２の周辺縁部と位置合わせされる。特定の実施形態では、スペーサ層４４は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（ＳｉＮ、ＳｉｘＮｙ、Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、誘電体材料を含む。外側ステップ４２と圧電層１８との間にスペーサ層４４が存在するにもかかわらず、外側ステップ４２およびスペーサ層４４と位置合わせされた圧電層１８の部分に、電界が依然として生成される。特定の実施形態では、スペーサ層４４の誘電性質は、圧電層１８内の一部の電界を低減する働きをし、かつその領域での結合を低減することになり、それにより形成されるＢＯモードの大きさの低減が提供される。ＢＡＷ共振器３８の活性領域２４は、上部電極２０および下部電極２２が重なり合う部分に形成されており、かつ外側ステップ４２を含んでいる。図７のＢＡＷ共振器３４と比較すると、ＢＡＷ共振器３８の活性領域２４および外側領域２６は、同様の寸法で構成され得る。特に、下部電極２２は、下部電極２２が上部電極２０の周辺境界よりも遠くまで延在するように、圧電層１８に沿って横方向に延在するように配設されてもよい。前述のように、活性領域２４は、上部電極２０および下部電極２２が重なり合う部分に形成されている。このようにして、製造中の上部電極２０と下部電極２２の不整合は、ＢＡＷ共振器３８の性能を損なう可能性がある。下部電極２２を上部電極２０よりも大きな横方向寸法で配設することにより、上部電極２０の配置の位置合わせ公差が増加し、それにより製造公差が改善され得る。特定の実施形態では、下部電極２２は、圧電層１８の上部にある上部電極２０の横方向縁部を越えて２００ｎｍ〜１μｍの範囲の距離だけ、圧電層１８の下部に沿って延在し得る。
【００３６】
図９は、図８のＢＡＷ共振器３８と同様に配設されているが、本明細書で開示される実施形態による上部電極２０の中央領域３６のより大きな面積構成を有している、ＢＡＷ共振器４６を示す断面図である。例示の説明のために、図９は、ＢＡＷ共振器４６の簡略図であり、かつ必ずしも縮尺通りに描かれていない。しかしながら、ＢＡＷ共振器４６は、図４のＢＡＷ共振器１０と同じ構成要素の多くを含み得ることが理解される。図９では、ＢＯ領域３２は、図８について説明したように、内側ステップ４０、外側ステップ４２、およびスペーサ層４４を有して構成されている。ＢＡＷ共振器４６の上部電極２０は、圧電層１８を横切ってより長い距離を延在するように構成されている。したがって、ＢＯ領域３２によって横方向に境界付けられる中央領域３６の面積が増加する。加えて、上部電極２０と下部電極２２との間の重なり合う部分の面積が増加し、それにより、図８のＢＡＷ共振器３８よりもＢＡＷ共振器４６に対してより大きな活性領域２４’およびより小さな外側領域２６’が提供される。例示の目的のために、図７および図８の活性領域２４および外側領域２６の相対的なサイズが、図９の図に含まれている。
【００３７】
図１０は、本明細書で開示される実施形態による、上部電極２０上にパッシベーション層５０を含むＢＡＷ共振器４８の一部分を示す断面図である。例示の目的のために、ＢＯ領域３２を含むＢＡＷ共振器４８の一部分の拡大図もまた、提供されている。図示されるように、ＢＡＷ共振器４８は、反射器層２８Ａ〜２８Ｅの積み重ねを含む、反射器１４を含んでいる。特定の実施形態では、反射器層２８Ａ、２８Ｃ、２８ＥがＳｉＯ２を含む一方で、反射器層２８Ｂ、２８ＤはＷを含む。ＳｉＯ２／Ｗの１つ以上の境界面には、ＡｌＮの薄層も提供されてもよい。いくつかの構成では、反射器層２８Ａ、２８Ｃ、２８Ｅの部分は、下部電極２２の周辺端部を超えて連続していてもよい。パッシベーション層５０は、上部電極２０ならびに内側ステップ４０および外側ステップ４２にわたって共形配設で提供された、窒化ケイ素（ＳｉＮ、ＳｉｘＮｙ、Ｓｉ３Ｎ４）を含むことができる。特定の実施形態において、パッシベーション層５０は、パッシベーション層５０が上部電極２０、およびＢＡＷ共振器４８の周囲部に沿って上部電極２０によって覆われていない圧電層１８の部分上に共形配設で提供されるように、圧電層１８の周辺縁部まで延在する。このようにして、パッシベーション層５０は、内側ステップ４０、外側ステップ４２、および外側ステップ４２の側壁に沿って延在する。上部電極２０は、上部電極２０を集合的に形成する単一の層または複数の層を含んでもよい。図１０において、上部電極２０は、複数の上部電極層２０−１〜２０−３を含んでいる。特定の実施形態では、上部電極層２０−１は、Ｗを含んでおり、上部電極層２０−２は、チタンタングステン合金（ＴｉＷ）を含んでおり、上部電極層２０−３は、アルミニウム銅合金（ＡｌＣｕ）を含んでいる。図示されるように、上部電極層２０−１の高さまたは厚さは、内側ステップ４０および外側ステップ４２に対して増加し得る。
【００３８】
図１１は、図１０に示すようなＢＡＷ共振器の様々な構成に対するＱｐ値の応答を示しているシミュレーション結果をグラフィックに示す図である。図７のＢＡＷ共振器３４の構造体、図８のＢＡＷ共振器３８の構造体、および図９のＢＡＷ共振器４６の構造体を含む、３つの異なるＢＡＷ共振器構造体についてのシミュレーションデータが収集された。構造体の各々は、図１０に一般的に示されるような配設で、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）バンド７で動作するトランスミッタ（ＴＸ）共振器として構成された。デュアルステップ構成を有するＢＡＷ共振器３８、４６の場合、シミュレーションのために、内側ステップ４０および外側ステップ４２（例えば、スペーサ層４４の上方）での上部電極層２０−１の高さまたは厚さを８０ｎｍに設定し、外側ステップ４２でのスペーサ層４４の高さまたは厚さを１００ｎｍに設定し、外側ステップ４２の幅を１．５μｍに設定した。内側ステップ４０の幅は、図１１のｘ軸によって示されるように、０．５μｍ未満〜４μｍまで変化させた。図７の単一のステップ構成と比較するために、ＢＡＷ共振器３４は、ＢＡＷ共振器３８、４６のシミュレーションについて説明したものと同じ寸法を含んでいたが、スペーサ層４４は、ＢＡＷ共振器３４から省略された。これに関して、図１１にＢＡＷ共振器３４についてプロットされた内側ステップ幅は、変化した単一の隆起したステップに対応している。図示のように、ＢＡＷ共振器３４についての結果は、約３．５μｍの内側ステップ幅に対する最も高いまたは最適なＱｐ値、および約２．０μｍの内側ステップ幅に対する２番目に高いまたは２番目に最適なＱｐ値を示している。特に、ＢＡＷ共振器３８、４６のデュアルステップ構成は、ＢＡＷ共振器３４のシングルステップ構成のいずれよりも高い約１．０μｍのより狭い内側ステップ幅の最も高い、または最適なＱｐ値を示している。さらに、約１．０μｍの内部ステップ幅に対して、漏れおよび散乱エネルギーに対応するＱｐ値もまた、改善された。これに関して、スペーサ層（図８および図９の４４）を有するＢＡＷ共振器３８、４６のデュアルステップ構成は、外側領域（図８および図９の２６）への横方向のエネルギー漏れが少ないこと、およびＢＯ領域（図８および図９の３２）との境界でのモード変換が少ないことに起因する改善されたＱｐ値を実証している。図１２は、本明細書で開示される実施形態による、パッシベーション層５０が圧電層１８の周辺縁部から挿入されている、ＢＡＷ共振器５２の一部分を示す断面図である。ＢＡＷ共振器５２は、図１０について上述したように、反射器層２８Ａ〜２８Ｅの積み重ね、下部電極２２、圧電層１８、内側ステップ４０および外側ステップ４２を備えた上部電極２０、スペーサ層４４、ならびにパッシベーション層５０を含む、反射器１４を含んでいる。上部電極２０はまた、上部電極層２０−１〜２０−３も含んでいる。パッシベーション層５０は、ＢＯ領域３２の内側ステップ４０および外側ステップ４２にわたって共形様式で配設される。しかしながら、パッシベーション層５０は、圧電層１８の周辺縁部まで延在しておらず、そのため上部電極２０によって覆われていない圧電層１８の少なくとも一���分には、パッシベーション層５０がない。このようにして、パッシベーション層５０は、圧電層１８上の切り取られた配設で、圧電層１８の周辺端部から挿入される。特定の実施形態では、パッシベーション層５０は、外側ステップ４２を越えて延在することなく、外側ステップ４２の周辺端部まで延在していてもよい。他の実施形態では、パッシベーション層５０は、圧電層１８の周辺端部から依然として挿入されたままで、外側ステップ４２を越えて、かつ圧電層１８の一部分の上に延在していてもよい。
【００３９】
図１３は、図１０および図１２に示すようなＢＡＷ共振器の様々な構成に対するＱｐ値の応答を示しているシミュレーション結果をグラフィックに示す図である。図１０の配設を備えた図７のＢＡＷ共振器３４の構造体、図１２の配設を備えた図８のＢＡＷ共振器３８の構造体、および図１２の配設を備えた図９のＢＡＷ共振器４６の構造体を含む、３つの異なるＢＡＷ共振器構造体についてのシミュレーションデータが収集された。構造体の各々は、図１２に一般的に示されるような配設で、ＬＴＥバンド７で動作するＴＸ共振器として構成された。デュアルステップ構成のＢＡＷ共振器３８、４６の場合、シミュレーションのために、内側ステップ４０および外側ステップ４２（例えば、スペーサ層４４の上）での上部電極層２０−１の高さまたは厚さを８０ｎｍに設定し、外側ステップ４２でのスペーサ層４４の高さまたは厚さを１００ｎｍに設定し、外側ステップ４２の幅を１．５μｍに設定した。内側ステップ４０の幅を、図１３のｘ軸によって示されるように、０．５μｍ未満〜４μｍまで変化させた。図７の単一のステップ構成と比較するために、ＢＡＷ共振器３４は、ＢＡＷ共振器３８、４６のシミュレーションについて説明したものと同じ寸法を含んでいたが、スペーサ層４４は、ＢＡＷ共振器３４から省略された。これに関して、図１３にＢＡＷ共振器３４についてプロットされた内側ステップ幅は、変化した単一の隆起したステップに対応している。パッシベーション層５０が圧電層１８の周辺縁部から挿入されるように配設することにより、ＢＡＷ共振器３８のデュアルステップ構成は、図１１と比較してその第１の最適Ｑｐ値の顕著な改善を示す。さらに、ＢＡＷ共振器４６のデュアルステップ構成は、図１１と比較して高い全体的なＱｐ値を実証することにより、約１．０μｍの内側ステップ幅に対して最も強い性能を維持する。これに関して、ＢＡＷ共振器３８は、大きさがＢＡＷ共振器４６により近い全体的なＱｐ値を実証している。
【００４０】
図１４は、本明細書で開示される実施形態による、外側領域２６の圧電層１８の一部分１８’が低減された高さで配設されている、ＢＡＷ共振器５４の一部分を示す断面図である。ＢＡＷ共振器５４は、図１０について上述したように、反射器層２８Ａ〜２８Ｅの積み重ね、下部電極２２、圧電層１８、内側ステップ４０および外側ステップ４２を備えた上部電極２０、スペーサ層４４、ならびにパッシベーション層５０を含む、反射器１４を含んでいる。ＢＡＷ共振器はまた、前述のように、内側ステップ４０、外側ステップ４２、およびスペーサ層４４を備えたＢＯ領域３２も含んでいる。図１４に示すように、圧電層１８は、上部電極２０と位置合わせされた圧電層１８の部分と比較して、外側領域２６内に、またはそれと位置合わせされた減少した厚さ部分１８’を形成する。特定の実施形態において、圧電層１８の厚さは、２００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲で減少して、減少した厚さ部分１８’を形成する。特定の実施形態では、パッシベーション層５０は、減少した厚さ部分１８’を含む圧電層１８の周辺端部まで延在する。外側領域２６内に圧電層１８の減少した厚さ部分１８’を形成することにより、外側領域２６への横方向のエネルギー漏れおよびＢＯ領域３２でのモード変換が、低減され得る。
【００４１】
図１５は、図８のＢＡＷ共振器３８と比較した図１４のＢＡＷ共振器５４の構成に対するＱｐ値の応答を示しているシミュレーション結果をグラフィックに示す図である。シミュレーションでは、ＬＴＥバンド７での動作のためにＴＸ共振器として構成された構造体の全体的なＱｐ値が、収集された。圧電層１８の減少した厚さ部分１８’を除いて、ＢＡＷ共振器５４についての寸法および配設は、ＢＡＷ共振器３８と同じように構成された。シミュレーションのために、圧電層１８の厚さは、ＢＡＷ共振器５４の減少した厚さ部分１８’で４００ｎｍ減少している。図示されるように、ＢＡＷ共振器５４は、特に約１μｍの内側ステップ幅について、全体的なＱｐ値の顕著な改善を示している。
【００４２】
本明細書に開示されているように、Ｑｐ値の改善は、ＢＡＷ共振器構造体の様々なデュアルステップ構成で実証されている。本明細書に開示されるようなＢＡＷ共振器構造体はまた、主共振周波数を超えるすべての動作周波数に対して改善されたＱ値を実証し得るため、その改善はＱｐ値に限定されない。図１６Ａは、図１３のＢＡＷ共振器３４、３８、４６の構成のＱｐ値のシミュレーション結果の比較をグラフィックに示す図である。図示されるように、１μｍの内側ステップ幅は、ＢＡＷ共振器３８、４６に対して高いＱｐ値を提供しており、２μｍの内側（単一の）ステップ幅は、ＢＡＷ共振器３４に対して高いＱｐ値を提供している。図１６Ｂ〜図１６Ｄは、２μｍの内部ステップ幅を有するＢＡＷ共振器３４と、図１６Ａの１μｍの内部ステップ幅を有するＢＡＷ共振器３８、４６との様々な性能特性をグラフィックに比較した図である。図１６Ｂにおいて、ＢＡＷ共振器３４、３８、４６の位相Ｚは、メガヘルツ（ＭＨｚ）単位の周波数によってプロットされている。さらに、ＢＡＷ共振器３４、３８、４６の間の効果的な電気機械的結合係数（％単位のＫ２ｅ）には、わずかな違いがある。図１６Ｃにおいて、ｙ軸は、１−（Ｓ１１）２の散乱パラメータＳ１１の関係を表している。ＢＯモードは、直列共振周波数（ｆｓ）未満の様々なピークとともに表示されている。特に、ＢＡＷ共振器３８、４６のＢＯモードは、より弱く、かつ直列共振周波数（ｆｓ）からさらに離れてシフトしている。特に、ＢＡＷ共振器３８、４６の最も高い振幅ＢＯモードは、直列共振周波数（ｆｓ）からさらに離れた２００ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの範囲でシフトしている。直列共振周波数（ｆｓ）のすぐ下に見えるスプリアスモードは、アポダイゼーション構造体を使用するか、または上部電極に凹所構造体もしくは質量減少構造体を追加することによって抑制され得る。図１６Ｄは、ＢＡＷ共振器３４、３８、４６の各々についての全体的なＱ値をグラフィックに比較している。図示されるように、Ｑ値は、ＢＡＷ共振器３８、４６について、直列共振周波数（ｆｓ）と並列共振周波数（ｆｐ）との間で一貫して高く、Ｑｐで顕著な改善を伴っている。
【００４３】
図１７は、本明細書で開示される実施形態による、上部電極２０の内側領域５８に質量減少領域が配設されている、ＢＡＷ共振器５６を示す断面図である。例示の目的のために、図１７は、ＢＡＷ共振器５６の簡略図であり、かつ必ずしも縮尺通りに描かれていない。しかしながら、ＢＡＷ共振器５６は、図４のＢＡＷ共振器１０と同じ構成要素の多くを含み得ることが理解される。ＢＡＷ共振器は、前述のように、下部電極２２、圧電層１８、および上部電極２０を含む。特に、ＢＯ領域３２は、内側ステップ４０または第１のＢＯリング、外側ステップ４２または第２のＢＯリング、およびスペーサ層４４を含む。上部電極２０は、中央領域３６の周囲を境界付ける内側領域５８に形成された、内側リング６０を追加的に含む。内側リング６０は、質量が減少した上部電極２０の一部分である。これに関して、内側リング６０は、圧電領域１８から第４の高さＨ４を形成しており、これは、中央領域３６の第１の高さＨ１よりも低く、かつ外側ステップ４２の第３の高さＨ３および内側のステップ４０の第２の高さＨ２よりも低い。このようにして、外側ステップ４２、内側ステップ４０、ギャップ６２、および内側リング６０は、上部電極２０の横方向縁部から中央領域３６に向かって、降下ステップ構造体を形成するように配設され得る。図１７に示されるように、内側リング６０は、上部電極２０内に埋め込まれたチャネルによって形成されてもよい。代替的に、内側リング６０は、上部電極２０が形成されるときに同時に形成されてもよい。特定の実施形態では、内側リング６０（および内側領域５８）は、ギャップ６２によってＢＯ領域３２から離間されていてもよい。特定の実施形態では、ギャップ６２の存在は、より深い内側リング６０の形成を可能にしており、したがって、その深さのより良い製造制御を可能にし得る。他の実施形態では、ギャップ６２は省略されてもよく、したがって、内側リング６０は、内側ステップ４０に直接的に隣接して配設される。内側リング６０を質量減少領域として提供することにより、直列共振周波数（ｆｓ）より下のスプリアスモードが、大幅に改善された性能で抑制され得る。特定の実施形態において、アポダイゼーションは、内側リング６０と組み合わせて使用され得る。
【００４４】
図１８は、本明細書で開示される実施形態による、上部電極２０が複数の外側ステップ４２−１、４２−２を含んでいる、ＢＡＷ共振器６４を示す断面図である。例示の目的のために、図１８は、ＢＡＷ共振器６４の簡略図であり、かつ必ずしも縮尺通りに描かれていない。しかしながら、ＢＡＷ共振器６４は、図４のＢＡＷ共振器１０と同じ構成要素の多くを含み得ることが理解される。ＢＡＷ共振器６４は、前述のように、下部電極２２、圧電層１８、および上部電極２０を含む。特定の実施形態では、ＢＯ領域３２は、内側ステップ４０および複数の外側ステップ４２−１、４２−２を含む。別個のスペーサ層４４−１、４４−２（またはスペーサ層部分）は、外側ステップ４２−１、４２−２の各々と圧電層１８との間に配設されて、圧電層１８に対する外側ステップ４２−１、４２−２の各々について異なる高さまたは厚さを提供する。特定の実施形態では、スペーサ層４４−１、４４−２は、互いに連続的である。図示されるように、第２の外側ステップ４２−２は、第１の外側ステップ４２−１の第３の高さＨ３、内側ステップ４０の第２の高さＨ２、および中央領域３６の第１の高さＨ１の各々よりも高い、圧電層１８からの高さＨ５を形成している。このようにして、外側ステップ４２−１、４２−２、内側ステップ４０、および中央領域３６は、ＢＯ領域３２の横方向縁部から中央領域３６に向かって降下する高さのステップ構造体を形成するように配設され得る。
【００４５】
本明細書で説明されるような実施形態は、ＳＭＲおよびＦＢＡＲタイプのＢＡＷ共振器を含む、ＢＡＷ共振器の異なる配設によく適している場合がある。特に、上記で開示されたような様々な特徴および要素のいずれかは、ＳＭＲおよびＦＢＡＲタイプのＢＡＷ構造体の両方に対して改善された性能を提供し得る。図１９および図２０は、例示的なＳＭＲおよびＦＢＡＲ構造体をそれぞれ示すために提供されている。
【００４６】
図１９は、本明細書で開示される実施形態による、例示的なＳＭＲタイプのＢＡＷ共振器６６を示す断面図である。ＢＡＷ共振器６６は、前述のように、下部電極２２、圧電層１８、および上部電極２０を含む。図示されるように、ＢＯ領域３２は、前述のように、内側ステップ４０、外側ステップ４２、およびスペーサ層４４を含んでもよく、ＢＯ領域３２は、中央領域３６を横方向に境界付けている。さらに、ＢＡＷ共振器６６は、ＳＭＲ構造を形成するために、図４について説明したように、１つ以上の反射器１４および基板１２を含んでもよい。図２０は、本明細書で開示される実施形態による、例示的なＦＢＡＲタイプのＢＡＷ共振器６８を示す断面図である。ＢＡＷ共振器６８は、前述のように、下部電極２２、圧電層１８、上部電極２０、内側ステップ４０、外側ステップ４２、スペーサ層４４、および中央領域３６を含んでもよい。さらに、ＢＡＷ共振器６８は、基板１２上に支持層７０を含むことができ、その間に空気キャビティ７２が配設される。
【００４７】
当業者は、本開示の好ましい実施形態に対する改善および修正を認識するであろう。そのような改善および修正はすべて、本明細書で開示される概念および以下に続く特許請求の範囲内にあると考えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【外国語明細書】
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