(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響体積波で動作する少なくとも１つの第１の共振器（２）および少なくとも１つの第２の共振器（３）の回路接続を備えるフィルタチップ（１）であって、
音響体積波で動作する前記第１の共振器（２）は、１つの第１の圧電層（４）を備え、そして音響体積波で動作する前記第２の共振器（３）は、１つの第２の圧電層（４）を備え、
前記第１の圧電層は、前記第１の共振器（２）が前記第２の共振器（３）よりも低い共振周波数を有するように、当該第１の圧電層（４）を貫通して延伸する複数の穴（１４）がパターニングされている、
ことを特徴とするフィルタチップ。
【請求項２】
請求項１に記載のフィルタチップにおいて、
音響体積波で動作する、前記の第１の共振器（２）は、厚さ方向に１つの主モードを備え、
音響体積波で動作する前記第２の共振器（３）は、厚さ方向に１つの主モードを備える、
ことを特徴とする、請求項１に記載のフィルタチップ。
【請求項３】
前記第２の圧電層（７）は、当該第２の圧電層（４）を貫通して延伸する複数の穴（１４）がパターニングされていることを特徴とする、請求項１または２に記載のフィルタチップ。
【請求項４】
前記第２の圧電層（７）は、前記穴（１４）が前記第２の圧電層（７）を垂直方向に貫通して延伸するようにパターニングされていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のフィルタチップ。
【請求項５】
前記第１の圧電層（４）および前記第２の圧電層（７）は、同じ厚さを有することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のフィルタチップ。
【請求項６】
前記第１の共振器（２）および／または前記第２の共振器（３）は、１つのトリミング層を備えることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のフィルタチップ。
【請求項７】
前記第１の共振器（２）および／または前記第２の共振器（３）は、１つの音響ミラー（１１）上に配設されていることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のフィルタチップ。
【請求項８】
前記第１の共振器（２）および／または前記第２の共振器（３）は、自由振動できるように配設されていることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のフィルタチップ。
【請求項９】
前記第１の圧電層（４）および／または前記第２の圧電層（７）は、１つのフォノニックバンドギャップ構造を形成していることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のフィルタチップ。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載のフィルタチップにおいて、
前記第１および第２の共振器（２，３）は、少なくとも１つの直列共振器および少なくとも１つの並列共振器を備える１つのラダー型構造で互いに回路接続されており、  前記第１の共振器（２）は、前記直列共振器または前記並列共振器を形成し、
前記第２の共振器（３）はそれぞれ他の１つの、直列共振器または並列共振器から選択されたものを形成している、
ことを特徴とするフィルタチップ。
【請求項１１】
前記フィルタチップは、さらなる共振器（複数）を備え、当該共振器はその共振周波数が、前記第１および第２の共振器（２，３）とは異なっていることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のフィルタチップ。
【請求項１２】
デュプレクサとして実装されている、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のフィルタチップにおいて、
少なくとも１つの第１の共振器（２）および少なくとも１つの第２の共振器（３）が１つの送信フィルタとなるように互いに回路接続されており、
前記フィルタチップ（１）は、少なくとも１つの第３の共振器および少なくとも１つの第４の共振器を備え、当該第３の共振器および当該第４の共振器は、１つの受信フィルタとなるように互いに回路接続されており、
前記第１の共振器（２），前記第２の共振器（３），前記第３の共振器，および前記第４の共振器は、それぞれ１つの互いに異なる共振周波数を有している、
ことを特徴とするフィルタチップ。
【請求項１３】
前記第１の共振器（２）および前記第２の共振器（３）は、１つのＦＢＡＲ共振器または１つのＳＭＲ共振器であることを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のフィルタチップ。
【請求項１４】
フィルタチップ（１）を製造するための方法であって、
前記方法は以下のステップ、
１つのチップ基板（１０）上に、音響体積波で動作する、１つの第１の圧電層（４）を有する１つの第１の共振器（２）を生成するステップと、
前記チップ基板（１０）上に、音響体積波で動作する、１つの第２の圧電層（７）を有する１つの第２の共振器（３）を生成するステップと、
前記第１の圧電層（４）に、前記第１の共振器（２）が前記第２の共振器（３）よりも低い共振周波数を有するように、当該第１の圧電層（４）を貫通して延伸する複数の穴（１４）をフォトリソグラフィーでパターニングするステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１５】
さらに前記第２の圧電層（７）をフォトリソグラフィーでパターニングするステップを備えることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響体積波で動作する１つの第１の共振器と、音響体積波で動作する１つの第２の共振器とを備える、１つのフィルタチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
非常に多くの用途に対し、互いに異なる周波数特性を備える２つの共振器フィルタ回路は必要とされている。ここでこの共振器は、たとえば、１つのデュプレクサの共振器（複数）または１つのラダー型構造の共振器（複数）であってよい。異なる周波数特性の複数の共振器を有する１つのフィルタチップを実現するためには、コストがかかる処理が必要である。たとえば、圧電層の厚さによって体積波共振器の共振周波数を調整することができるので、上記の２つの共振器の圧電層の少なくとも１つの厚さが変更されることが可能であろう。少なくとも１つの共振器の上に１つのトリミング層が取り付けられることも可能であろう。しかしながらこれらの方法は、コストがかかるものであり、そして上記の２つの共振器の様々な処理を必要とし、これらはしばしば別々の処理ステップで行われなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって本発明の課題は、たとえば容易な製造方法を可能とする、１つの改善されたフィルタチップを提供することであり、そしてこれに対応した製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題は、本願請求項１に記載の発明により解決される。さらに上記の課題は第２の独立請求項に記載の方法によって解決される。さらなる実施例および有利な実施形態は、その他の請求項に示されている。
【０００５】
１つのフィルタチップが提供され、当該フィルタチップは、音響体積波で動作する少なくとも１つの第１の共振器および少なくとも１つの第２の共振器の回路接続を備え、ここで音響体積波で動作する当該第１の共振器は、１つの第１の圧電層を備え、当該第１の圧電層は、当該第１の共振器が当該第２の共振器よりも低い共振周波数を有するようにパターニングされている。
【０００６】
さらに音響体積波で動作する上記の第２の共振器は、１つの第２の圧電層を備える。この第２の圧電層は、パターニングされていないか、または同様にパターニングされていてよい。
【０００７】
これらの音響体積波で動作する共振器は、いわゆるＢＡＷ共振器（ＢＡＷ＝Bulk Acoustic Wave Resonator）である。このＢＡＷ共振器では、圧電効果を利用して、１つの電気信号を１つの音響信号に変換し、この音響信号は、この（バルク）基板内に伝播する。上記の２つの共振器の各々は、１つの下側電極および１つの上側電極を備え、ここでこれらのそれぞれの圧電層は、この下側電極とこの上側電極との間に配設されており、そしてこの下側電極は、１つのチップ基板に向いたそれぞれの圧電層の面上に配設されており、そしてこの上側電極は、この圧電層の反対側の面上に配設されている。ここでこの下側電極とこの上側電極との間には、それぞれ交流電圧が印加されてよく、これによって、この交流電圧の周波数が、それぞれの圧電層の自己共振の範囲にある場合は、それぞれの圧電層に音響波を励起することができる。
【０００８】
上記の第１の共振器および上記の第２の共振器は、１つの膜バルク音響共振器（ＦＢＡＲ）であってよく、あるいは１つのソリッドマウントバルク音響共振器（ＳＭＲ）であってよい。膜バルク音響共振器は、自由に振動できるように構成されており、ここでこの共振器の下側には１つのキャビティが存在している。１つのソリッドマウント共振器は、１つの音響ミラーの上に配設されている。
【０００９】
上記の第１および第２の圧電層は、それぞれ窒化アルミニウムを含んでよく、あるいは窒化アルミニウムから成っていてよい。他の圧電材料が上記の圧電層に用いられてもよい。
【００１０】
上記の第１の圧電層は、および場合によっては上記の第２の圧電層も、パターニングされてよい。これは上記の第１および第２の共振器のそれぞれの共振周波数を狙いを定めて調整することを可能とする。ここでパターニングとは、それぞれの圧電層の一部を狙いを定めて除去することを意味する。このパターニングより前には、それぞれの圧電層は、まだパターニングされていないブロックから成っていてよく、このブロックは、開口部または空洞を全く備えていない。ここでこのパターニングでは、このブロックの材料が除去され、たとえば穴（複数）がこのブロックを貫通して形成され、この際これらの穴の中の圧電材料が除去される。
【００１１】
具体的には、上記の第１の共振器は、および場合によっては上記の第２の共振器も、これらが互いに異なる共振周波数を有するようにパターニングされていてよい。これは上記の第１の圧電層をパターニングすることによって、および場合によっては上記の第２の圧電層もパターニングすることによって、達成することができ、こうして上記のフィルタチップは、大幅に容易化された製造方法を用いて製造することができる。具体的には、上記の第１および第２の圧電層は、１つの共通な処理ステップで、まずパターニングされずに上記のチップ上に取り付けられてよい。続いてこの第１の圧電層はフォトリソグラフィーでパターニングされてよく、こうしてこの第１の共振器の共振周波数が大きく低減される。場合によっては、上記の第２の圧電層も同じ処理ステップにおいてフォトリソグラフィーでパターニングされてよく、ここでこの第１の圧電層は、この第２の圧電層よりも厚くパターニングされてよく、こうしてこの第１の共振器の共振周波数が大きく低下される。トリミング層を取り付ける、あるいは上記の圧電層の１つの厚さを変更する等のコストのかかる処理ステップは、以上により省くことができる。
【００１２】
さらに、上記の第１の圧電層をパターニングすること、および場合によっては上記の第２の圧電層をパターニングすることは、これが容易に実現され、かつ高い精度で実施できるという利点を提供する。具体的には、上記の圧電層のパターニングを用いて、その層厚の変更を用いるよりもさらに正確に、共振周波数を調整することができる。
【００１３】
上記の第１の圧電層は、および場合によっては上記の第２の圧電層も、上記のパターニングの際にそれぞれの圧電層の材料の５％〜９０％が除去されるようにパターニングされてよく、ここで上記の第１の圧電層の材料が、上記の第２の圧電層よりも多く除去される。
【００１４】
それぞれの圧電層のパターニングは、上記の狙いを定めた共振周波数の調整の利点の他に、それぞれの共振器の結合係数が大きくなるということをもたらす。大きな結合係数は、このフィルタの大きなバンド幅を実現することを可能とする。
【００１５】
音響体積波で動作する、上記の第１の共振器は、厚さ方向に１つの主モードを備え、そしてここで、音響体積波で動作する、上記の第２の共振器も同様に厚さ方向に１つの主モードを備える。ここで厚さ方向とは、１つの圧電層の１つの側に配設されている上側電極から、この圧電層の反対側に配設されている下側電極への方向を意味している。
【００１６】
上記の第１の圧電層は、穴（複数）がパターニングされていてよく、これらの穴は、この第１の圧電層を貫通して延伸している。代替としてまたは補完として、上記の第２の圧電層に穴（複数）がパターニングされていてよく、これらの穴は、この第２の圧電層を貫通して延伸している。ここで穴とは、１つの空洞部を意味し、この空洞部は、それぞれの圧電層を貫通して延伸している。さらにこの穴は、それぞれの上側電極を貫通して延伸し、そして場合によってはそれぞれの下側電極も貫通して延伸している。
【００１７】
これらの穴は、１つのフォトリソグラフィー処理において容易に生成することができる。これらの穴の直径の選択によっておよび／またはこれらの穴の数の選択によって、それぞれの圧電層のパターニングの程度を、所望に狙いを定めて調整することができる。この圧電層がより多くパターニングされる程、その共振周波数はより大きく低下される。
【００１８】
上記の穴（複数）は、１つの任意の形状を有してよい。これらの穴はたとえば円柱形状または直方体形状であってよい。これはしかしながら他の形状の穴も可能である。
【００１９】
フォトリソグラフィー処理では、まず１つのレジスト層が上記の第１および第２の共振器の上に取り付けられてよい。次にこのレジスト層は、マスクを用いて部分的に露光され、そして続いて現像される。ここでエッチング処理が実施されてよく、たとえばドライエッチング，プラズマエッチング，イオンミリング，反応性イオンエッチング，または湿式化学エッチングが実施される。この際所望のパターニングを実現することができる。このパターニングは、ｘｙ平面における１つの模様を生成してよく、この模様はその形成がｘｙ平面におけるものであるので、横方向パターニングとも称される。このエッチングは、この模様がそれぞれの共振器を垂直方向に貫通して延伸する穴（複数）の形状となるように用いられる。
【００２０】
１つの代替の実施形態においては、上記の穴（複数）は、上記の第１の圧電層または場合によっては上記の第２の圧電層を完全には貫通して延伸しておらず、むしろ次第に狭くなって、それぞれの圧電層においてこれを完全には貫通しない開口部を形成するようになっている。
【００２１】
いくつかの実施形態においては、まず１つのフォトリソグラフィー処理において、１つの堅いマスクが生成され、このマスクは次に上記のエッチングに利用されてよい。この多段階の方法は、特に侵食性のエッチング処理では有利であり得る。
【００２２】
上記の穴（複数）は、好ましくは充填されていない。代替として、これらの穴は、１つの充填層で充填されてよく、ここでこの充填層は、たとえば１つの特異的な熱機械的特性を備えてよい。以上により、この充填層は、それぞれの圧電層の熱機械的特性を補償することができるであろう。これらの穴の内面は、１つの代替の構成においては、１つの被覆層で覆われていてよい。この被覆層は、１つの特異的な熱機械的特性を備え、および／またはこれらの穴を外部環境の影響から保護するために用いられる。
【００２３】
上記の第１の圧電層および／または上記の第２の圧電層は、上記の穴（複数）がこの第１および／または第２の圧電層を垂直方向に貫通して延伸するようにパターニングされていてよい。上記の電極（複数）の法線に対して平行な方向が、この垂直方向となっている。さらに上記の横方向は、これらの電極の面法線に対して直角な方向として定義されていてよい。
【００２４】
上記の第１および第２の圧電層は、同じ厚さを備えてよい。上記の第１および第２の圧電層の異なるパターニングによって、上記の第１および第２の共振器の共振周波数を異なるように調整することができるので、これら２つの層の厚さを互いに異なるように構成することは必要でない。むしろ、上記の第１および第２の圧電層は、１つの共通な処理ステップにおいて、同じ厚さで製造することができ、そしてこれらの厚さは、この後最早変更される必要はない。しかしながらこれらの第１および第２の圧電層は、その厚さが異なっていてもよい。特定の用途に対しては、これらの第１および第２の圧電層が１つの互いに異なる厚さを備えると、これら２つの共振周波数をさらに互いに強く区別するために有利となり得る。
【００２５】
さらに、上記の第１および／または第２の共振器は、１つのトリミング層を備えてよい。上述したように、上記のトリミング層の取り付けは、異なる共振周波数を実現するためには最早必要ではない。これは上記の第１および第２の圧電層が互いに異なってパターニングされているからである。しかしながら、特定の用途に対しては、追加的に１つのトリミング層を設けることは、上記の２つの共振周波数をさらに強く区別するために有利となり得る。このようにこれら２つの共振器の少なくとも１つの上に１つの追加的なトリミング層を取り付けることは、設計の柔軟性を高める。
【００２６】
ここでトリミング層とは、上記の圧電層（複数）とは異なっている１つの層を表す。このトリミング層は、その厚さの選択によって、上記の共振器の共振周波数を調整することを可能とする。このトリミング層は、大抵は圧電層の上側にある。このトリミング層はそれぞれの共振器の上側電極上に直接取り付けられていてよい。このトリミング層は、１つのＳｉＯ2層であってよい。このトリミング層の取り付けによってあるいはこのトリミング層の厚さの選択によって、それぞれの共振器の共振周波数を調整することができる。上記の上側電極自体、またはこの電極の一部がトリミング層として機能してもよい。
【００２７】
上記の第１の圧電層および／または上記の第２の圧電層は、１つの音響ミラー上に配設されていてよい。この際具体的には、上記のそれぞれの共振器の下側電極が、この圧電層と音響ミラーとの間に形成されていてよい。この音響ミラーは、このミラーに侵入する音響体積波を反射し、そしてこの共振器に戻るように放射するために用いられ、こうして損失を極小化することができる。以上により、この共振器はいわゆるソリッドマウント共振器であり得る。
【００２８】
さらに、上記の第１の共振器および／または上記の第２の共振器は、自由振動できるように配設されていてよい。この際、それぞれの共振器の下側電極の下側には、１つの空洞が配設されていてよい。以上により、これは１つの膜バルク音響共振器または１つの薄膜バルク音響共振器であり得る。
【００２９】
上記の第１の圧電層および／または上記の第２の圧電層は、１つのフォノニックバンドギャップ構造として形成されていてよい。フォノニックバンドギャップ構造においては、阻止帯域周波数領域において、２つまたは３つの空間方向へは音響進行波（akustischen Laufwellen）は全く伝播しない。以上により、横方向における放出による損失を極小化することができる。
【００３０】
上記の第１および第２の共振器は、１つの直列共振器および１つの並列共振器を備える１つのラダー型構造で互いに回路接続されていてよく、ここでこの第１の共振器は、この直列共振器またはこの並列共振器を形成し、そしてここでこの第２の共振器はそれぞれ他の１つの、直列共振器または並列共振器から選択されたものを形成している。この際これらの第１および第２の共振器は、１つの帯域通過フィルタの場合は、好ましくはこの直列共振器の通過周波数が、この並列共振器の阻止周波数とほぼ一致するようにパターニングされている。
【００３１】
１つのラダー型フィルタ構造は、１つの信号経路入力部と１つの信号経路出力部とを有する、１つの信号経路を備えてよい。１つの直列共振器は、この信号経路において直列に回路接続されている。１つの並列共振器は、この並列共振器の１つの電極がこの信号経路と回路接続され、そしてこの並列共振器のもう一方の電極が、１つのリアクタンス素子を介してグラウンドと接続されるように、回路接続されている。
【００３２】
ラダー型構造を有するフィルタ回路は、複数の直列に回路接続された基本回路から構成されていてよく、ここで１つの基本回路は、実質的に１つの直列共振器と１つの並列共振器とから成っている。ここでこの直列共振器の特性通過周波数は、この並列共振器の阻止周波数とほぼ一致している。以上により、１つのこのような基本回路は１つの帯域通過フィルタを形成する。この通過帯域の減衰特性の右側スロープは、上記の直列共振器の実際の構成によってほぼ決定され、これに対し、左側のスロープは、上記の並列共振器の構成によってほぼ決定される。本フィルタチップは、このような基本回路であってよい。
【００３３】
具体的には、上記の第１および第２の共振器は、それぞれ１つのＦＢＡＲ共振器であってよい。代替として、これらの共振器は、ＳＭＲ共振器であってよい。
【００３４】
本フィルタチップは、２つより多い共振器を備えてもよい。具体的には、このフィルタチップは、さらなる共振器（複数）を備えてよく、これらの共振器はその共振周波数が、上記の第１および第２の共振器とは異なっている。
【００３５】
たとえば、本フィルタチップは、デュプレクサとして実装されていてよく、ここで少なくとも１つの第１の共振器および少なくとも１つの第２の共振器が１つの送信フィルタとなるように互いに回路接続されており、ここでこのフィルタチップは、さらに、少なくとも１つの第３の共振器および少なくとも１つの第４の共振器を備え、これらは１つの受信フィルタとなるように互いに回路接続されており、ここでこの第１の共振器，この第２の共振器，この第３の共振器，およびこの第４の共振器は、それぞれ１つの互いに異なる共振周波数を有している。
【００３６】
ここでこのフィルタチップは、たとえば、１つの第１〜第４の圧電層を有する、１つの第１〜第４の共振器を備える。ここでたとえばこの第１の共振器およびこの第２の共振器は、上記の送信フィルタを形成し、そしてこの第３の共振器およびこの第４の共振器は、上記の受信フィルタを形成する。これに応じて、これらの４つの共振器の各々は、各々がそれぞれ他の３つの共振器と異なる共振周波数を有するように構成されていてよい。たとえばこの第１の共振器は、最も多くパターニングされていてよく、こうしてこの共振器は最も低い共振周波数を有する。さらにこの第２の共振器は、この第１の共振器よりも少なくパターニングされていてよく、こうしてこの共振器は２番目に低い共振周波数を有する。さらにこの第３の共振器は、この第２の共振器よりも少なくパターニングされていてよく、こうしてこの共振器は３番目に低い共振周波数を有する。さらにこの第４の共振器は、この第３の共振器よりも少なくパターニングされていてよく、こうしてこの共振器は最も高い共振周波数を有する。この第４の共振器がパターニングされていないことも可能である。さらに、これらの４つの共振器の共振周波数は、さらにそれぞれの厚さおよび／またはトリミング層の取り付けによって影響を受け得る。
【００３７】
２つの共振器を有するフィルタチップに対してここに記載した特徴は、２つより多い共振器を有するフィルタチップに対しても実現できるものである。
【００３８】
本フィルタチップによって実現することができるであろう音響デバイスの他の例は、Ｌ型回路，ノッチフィルタ，ブリッジ回路，Ｔ型回路，Π型回路，ダイプレクサ，トリプレクサ，またはクワドリプレクサである。
【００３９】
もう１つの態様によれば、１つのフィルタチップを製造するための方法が提示される。本方法は、以下の処理ステップを備える。
−１つのチップ基板上に、音響体積波で動作する、１つの第１の圧電層を有する１つの第１の共振器を生成するステップ。
−このチップ基板上に、音響体積波で動作する、１つの第２の圧電層を有する１つの第２の共振器を生成するステップ。
−この第１の圧電層を、および場合によってはこの第２の圧電層をもフォトリソグラフィーでパターニングするステップ。
【００４０】
具体的には、上記の第１および第２の圧電層は、まず１つの共通な処理ステップで、パターニングされずに上記のチップ基板上に取り付けられてよい。続いてこの第１の圧電層，および場合によってはこの第２の圧電層は、１つの共通な処理ステップにおいて、フォトリソグラフィーでパターニングされてよい。この際１つのマスクが用いられてよく、このマスクはこの第１の圧電層のより多いパターニングをもたらし、こうしてこの第１の共振器の共振周波数は大きく低下される。
【００４１】
具体的には、本方法では、上述したフィルタチップが製造されてよい。これに応じて、上記のフィルタチップに関連して開示されたいかなる構造的または機能的特徴も本方法に当てはまるものである。
【００４２】
以上より、さらに、上記のフィルタチップを製造するための本方法は、上記の第２の圧電層のフォトリソグラフィーでのパターニングのステップを備えてよい。この際この第２の圧電層は上記の第１の圧電層よりも少ない程度でパターニングされてよく、こうして上記の第１の共振器は、上記の第２の共振器よりも小さな共振周波数を有する。この第１および第２の圧電層のパターニングは、１つの共通な処理ステップで実施されてよい。
【００４３】
この第１および第２の圧電層は、まず１つの共通な処理ステップで、パターニングされずに上記のチップ基板上に取り付けられてよい。
【００４４】
以下では、図を参照して、本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】ＳＭＲ型の１つのＢＡＷ共振器の１つのフィルタチップの１つの断面を示す。
【図２】ＳＭＲ型の１つのＢＡＷ共振器の１つのフィルタチップのもう１つの断面を示す。
【図３】様々な共振器に対するアドミッタンスの大きさが対数表示されている図を示す。
【図４】１つのパターニングされた圧電層の１つの第１の実施形態例を、ｘｙ平面で見た上面図で示す。
【図５ａ】パターニングされた圧電層のさらなる実施形態例を、ｘｙ平面で見た上面図で示す。
【図５ｂ】パターニングされた圧電層のさらなる実施形態例を、ｘｙ平面で見た上面図で示す。
【図５ｃ】パターニングされた圧電層のさらなる実施形態例を、ｘｙ平面で見た上面図で示す。
【図５ｄ】パターニングされた圧電層のさらなる実施形態例を、ｘｙ平面で見た上面図で示す。
【図５ｅ】パターニングされた圧電層のさらなる実施形態例を、ｘｙ平面で見た上面図で示す。
【図５ｆ】パターニングされた圧電層のさらなる実施形態例を、ｘｙ平面で見た上面図で示す。
【図６】パターニングされた圧電層のさらなる実施形態例を、ｘｙ平面で見た上面図で示す。
【図７ａ】パターニングされた圧電層のさらなる実施形態例を、ｘｙ平面で見た上面図で示す。
【図７ｂ】パターニングされた圧電層のさらなる実施形態例を、ｘｙ平面で見た上面図で示す。
【図８】パターニングされた圧電層のさらなる実施形態例を、ｘｙ平面で見た上面図で示す。
【図９】パターニングされた圧電層のさらなる実施形態例を、ｘｙ平面で見た上面図で示す。
【００４６】
図１は、１つのフィルタチップ１を示す。このフィルタチップ１は、音響体積波で動作する、１つの第１の共振器２、および音響体積波で動作する、１つの第２の共振器３を備える。
【００４７】
この音響体積波で動作する、第１の共振器２は、１つの第１の圧電層４を備え、この圧電層は、１つの上側電極５と１つの下側電極６との間に配設されている。さらに、この音響体積波で動作する、第２の共振器３は、１つの第２の圧電層７を備え、この圧電層は、１つの上側電極８と１つの下側電極９との間に配設されている。これらの下側の電極６，９は、それぞれ１つのチップ基板１０側に向いたそれぞれの圧電層４，７の面上に配設されている。これらの上側の電極５，８は、それぞれこのチップ基板１０側に向いていないそれぞれの圧電層４，７の面上に配設されている。
【００４８】
第１および第２の共振器２，３は１つの同一の厚さを有する。具体的には、第１の圧電層４は、第２の圧電層７と全く同じ厚さとなっている。これらの第１および第２の圧電層４，７は、それぞれ窒化アルミニウムを含んでよく、あるいは窒化アルミニウムから成っていてよい。
【００４９】
これらの第１および第２の共振器２，３は、１つの共通なチップ基板１０上に配設されている。このチップ基板は、シリコンを含んでいる。これらの２つの共振器２，３の下側には、１つの音響ミラー１１が形成されている。この音響ミラー１１は、交互に配設された第１の層（複数）１２および第２の層（複数）１３を備え、ここで第２の層１３は、その音響インピーダンスが第１の層１２と異なっている。この音響ミラー１１は、たとえば交互に配設された、ＳｉＯ2およびタングステンの層（複数）から成っている。
【００５０】
第１の圧電層４は、パターニングされている。この圧電層４は、１つのフォトリソグラフィー処理においてパターニングされたものである。このパターニングは、複数の穴（１４）を含み、これらの穴は、この圧電層４を貫通して延伸している。ここでこれらの穴１４は、垂直方向に延伸している。
【００５１】
図１に示すｚ方向は、電極５，６，８，９の面法線によって決定されている。この方向は、垂直方向を表している。穴（複数）１４は、ｚ方向に延伸している。ｙ方向は、この垂直方向に対して直角になっている。ｘ方向は、このｙ方向およびこのｚ方向に対して直角になっている。このｙ方向も、そしてこのｘ方向も、横方向として示されている。こうして図１は、ｘ−ｚ面を通る１つの断面におけるフィルタチップ１を示す。
【００５２】
圧電層４のパターニングは、第１の共振器２の共振周波数２がシフトされることをもたらす。具体的には、この第１の共振器２の共振周波数は、この第１の圧電層４がより多くパターニングされるほど、大きく低減される。ここでパターニングの多さは、この第１の圧電層４のより多くの材料が除去されていることと同義である。この第１の共振器２の第１の圧電層４のパターニングによって、この第１の共振器は、第２の共振器４よりも低い共振周波数を有する。
【００５３】
図２は、もう１つのフィルタチップ１を示し、このフィルタチップは、この図２に示すフィルタチップ１においては第２の圧電層７もパターニングされていることだけが図１に示すフィルタチップ１と異なっている。ここでこの第２の圧電層７は、１つのフォトリソグラフィー処理によってパターニングされたものである。具体的にはこれらの第１および第２の圧電層は、１つの共通な処理ステップにおいて、フォトリソグラフィーでパターニングされたものである。この第２の圧電層７も複数の穴１４を備え、これらの穴はこの第２の圧電層７を貫通して垂直方向に延伸している。
【００５４】
第２の圧電層７は、第１の圧電層４より少なくパターニングされており、すなわちこのパターニングでは、上記の第１の圧電層４から、この第２の圧電層７よりも多くの材料が除去されている。このためにこの第１の共振器２は、第２の共振器３よりも低い共振周波数を有する。
【００５５】
穴（複数）１４は、図１に示す実施形態例においても、また図２に示す実施形態例においても、充填されていない。代替の実施形態例（複数）においては、これらの穴は１つの充填層によって完全に充填されていてよい。代替として、これらの穴の内面のみが１つの被覆層によって覆われていてもよい。これらの充填層および／または被覆層は、特異的な熱機械的特性を備える１つの材料から成っていてよい。この材料は、それぞれの圧電層４，７の標準的な熱機械的特性を補償する。具体的には、この材料は、その特異的な熱機械的特性のために、加熱すると堅くなる。
【００５６】
さらに、上記の充填層および／または上記の被覆層は、それぞれの圧電層４，７を外部環境の影響に対して保護する。たとえば、上記の充填層および／または上記の被覆層は、パッシベーションとして用いられてよい。
【００５７】
１つの第１の実施形態例においては、第１の共振器２および第２の共振器３は、１つのラダー型フィルタとなるように互いに回路接続されていてよく、ここでこれら２つの共振器２，３の内の１つは１つの並列共振器を形成し、そしてもう１つの共振器は１つの直列共振器を形成している。
【００５８】
さらに、このような２つのフィルタチップ１が、１つのデュプレクサとなるように回路接続されていてよく、ここでこれらの共振器のそれぞれの共振周波数は、それぞれのパターニングによって調整されている。４つの共振器を１つの単一のフィルタチップ上に配設することも可能である。この際これら４つの共振器は、それぞれが互いに異なる共振周波数を有するようにパターニングされていてよい。たとえば、これら４つの共振器は、２つのラダー型フィルタとなるように回路接続されていてよく、これらは１つのデュプレクサの送信フィルタおよび受信フィルタを形成している。
【００５９】
１つの実施形態例においては、第１および第２の共振器２，３は、フィルタチップ１上に、１つのノッチパターンとなるように、互いに回路接続されていてよく、ここでこれら２つの共振器２，３の内の１つは、１つの並列共振器を形成し、そしてこれに応じて他の共振器は、１つの直列共振器を形成している。
【００６０】
図３は、１つの共振器２の周波数特性へのパターニングの効果を図示している。ここで横軸には周波数がＭＨｚで記載されている。縦軸にはアドミッタンスの大きさが対数表示で記載されている。
【００６１】
図３は、先ず１つの基準曲線Ｋrefを示し、この基準曲線は、パターニングされていない圧電層を有する１つの共振器の周波数特性を示す。さらに、図２には曲線Ｋ1，Ｋ2，Ｋ3，およびＫ4が記載されており、これらはそれぞれパターニングされた圧電層を有する１つの共振器の周波数特性を表しており、ここでそれぞれの圧電層には、複数の孔部が設けられており、そしてこれらの孔部の直径は、曲線Ｋ1からＫ4となるまでそれぞれ増加している。
【００６２】
図３からは、共振器２の共振周波数および反共振周波数がそれぞれの圧電層４のパターニングによって、低い方向にシフトされることが見て取れる。この際これらのシフトは、この圧電層４が多くパターニングされるほど、すなわちこの圧電層４から多くの材料が除去されているほど、大きくなる。
【００６３】
さらに図３は、この圧電層４が多くパターニングされているほど、これらの共振器２のポールゼロ距離が大きくなることを示している。１つの共振器２のポールゼロ距離は、共振周波数と反共振周波数との距離として定義されている。
【００６４】
図４は、圧電層４上のｘ−ｙ平面上で見た上面図を示し、この圧電層では複数の穴が、ランダムに配設された孔部（複数）１５およびスリット（複数）１６を形成している。これらの孔部１５およびスリット１６は、この圧電層４を貫通して垂直方向に延伸している。この圧電層は、第１の圧電層４であってよい。上述したように、第２の圧電層７は、パターニングされないままとなっていても、または第１の圧電層４と同様に、ただし少ない程度でパターニングされていてよい。
【００６５】
いくつかの孔部１５は、１つの被覆層１７によって覆われており、この被覆層は特異な熱機械的特性を有している。この被覆層１７は、圧電層４の標準的な熱機械的特性を打ち消すように作用する。これによって部分的な補償，完全な補償，または過度の補償が可能である。スリット１６の側壁もこの被覆層１７で覆われてもよい。
【００６６】
さらに上記の孔部１５のいくつか、および上記のスリット１６のいくつかは、特異的な熱機械的特性を有する１つの誘電性材料からなる１つの充填層１８によって充填されている。このために、特異的な熱機械的特性を有するいかなる材料が用いられてもよい。
【００６７】
さらに、上記の孔部１５およびスリット１６のいくつかは、上記の被覆層１７および充填層１８が無いままとなっている。
【００６８】
図５ａ〜５ｆは、パターニングされた圧電層４のさらなる実施形態例を示す。これらの図ａ〜ｆは、ｘ−ｙ平面上の上面図でみた圧電層４を示す。ここでもまた、以下に続く図での場合と同様に、圧電層は、第１および第２の圧電層４，７であってよい。
【００６９】
ここで穴（複数）１４が、ここに示す圧電層４を貫通して延伸している。これらの穴１４によって、それぞれの圧電層４は複数のブロックにパターニングされる。これらの穴１４が充分に小さな直径で形成されていると、これらのブロックの角は、図５ａおよび５ｂに示すように重なっている。これらの穴１４の直径がさらに大きく設定されると、この圧電層４は複数のブロックにパターニングされ、これらのブロックは、図５ｃ〜５ｆに示すように、ブリッジを介して互いに結合されている。いくつかの実施形態例では、図５ｄおよび図５ｅに示すように、２つのブロック毎に１つのブリッジがこれらのブロックの角を結合している。他の実施形態例においては、これらのブロックは、図５ｃおよび図５ｆに示すように、これらの側面でブリッジによって互いに結合されている。
【００７０】
図６はパターニングされた圧電層４のさらなる実施形態例を示し、ここでこの圧電層は、ｘ−ｙ平面上で上面図で示されている。図６に示す圧電層４は、円形の断面を有する穴（複数）１４を用いてパターニングされている。図６の様々な図は、これらの穴１４の異なる直径を示している。これらの穴１４の直径が大きくなるほど、上記の共振周波数は大きく低減され、そしてこの共振器２のポールゼロ距離は大きくなる。
【００７１】
穴１４の直径は、たとえば０．２〜６μｍであってよい。
【００７２】
図７ａおよび図７ｂは、パターニングされた圧電層４の２つのさらなる実施形態例を示す。これらの図７ａおよび７ｂにおいても同様に、圧電層４は、ｘ−ｙ平面上で上面図で示されている。これらの圧電層４はそれぞれ１つの円形断面を有する穴１４によってパターニングされている。これらの圧電層４はそれぞれ、１つのフォノニックバンドギャップ構造が形成されるようにパターニングされている。このフォノニックバンドギャップ構造は、具体的には、横方向における放射損失が極小化され得るために用いられる。
【００７３】
垂直方向（ｚ方向）においては、ＳＭＲ共振器で音響ミラーが、そしてＦＢＡＲ共振器では、自由端条件が、音響波の反射のために機能し、そしてこうして損失の極小化のために機能する。さらに２次元のフォノニックバンドギャップ構造が形成されていると、これは横方向の放射損失を極小化する。
【００７４】
上記の穴（複数）１４は、列（複数）と行（複数）に配設されており、ここでこれらの列は、ｙ方向に延伸している。ここで２つの隣り合った列の穴１４は互いにずれている。穴１４の配置が同一の２つの列の間に、丁度もう１つの列が配設されているように、これらの穴は周期的に列となるように配設されている。
【００７５】
図７ａに示すように、２つの穴１４の中心点１９，２０の距離はｄ2となっており、ここで第１の穴１４は１つの第１の列に配置されており、もう１つの穴１４は、これに直接隣接する列に配置されており、そしてこの第１の穴１４に対し最も近接している。さらに２ｄ1が２つの穴１４の中心点の距離を表しており、ここで第１の穴１４は、１つの第１の列に配置されており、そしてもう１つの穴１４が、同一の穴配置の次の列にあり、そしてこの列においてこの第１の穴に最も隣接している。
【００７６】
フォノニックバンドギャップ構造は、ｄ1およびｄ2が以下の条件を満たす場合に形成される。
ｄ2／ｄ1＝√２
【００７７】
フォノニックバンドギャップ構造は、別の構造ルールを用いて、もっと簡単にあるいはもっと良好に得ることができる。この１つの例が図７ｂに示されている。ここで２ｄ1および２ｄ2は、図７ｂに示すように定義されている。フォノニックバンドギャップ構造は、ｄ1およびｄ2が以下の条件を満足する場合に生成される。
ｄ2／ｄ1＝０．５×√３
この関係は、ヘキサゴナル配置とも呼ぶ。
【００７８】
図８は、パターニングされた圧電層４の他の実施形態例を示し、ここで圧電層４はそれぞれ６角形または１２角形の面領域を有するブロック（複数）にパターニングされている。ここに示す実施形態例のいくつかにおいては、これらのブロックが繋がり合っており、他の実施形態例においては、これらのブロックがブリッジを介して互いに結合されている。
【００７９】
図９は、パターニングされた圧電層４のもう１つの実施形態例を示す。この圧電層は、正方形の面形状を有するブロック（複数）にパターニングされている。これらのブロックの側面（複数）は、ブリッジ（複数）を介して互いに結合されており、ここでこれらのブリッジは、これらのブロックの辺の長さに相当する幅を有している。
【符号の説明】
【００８０】
１  ：  フィルタチップ
２  ：  第１の共振器
３  ：  第２の共振器
４  ：  第１の圧電層
５  ：  上側電極
６  ：  下側電極
７  ：  第２の圧電層
８  ：  上側電極
９  ：  下側電極
１０  ：  チップ基板
１１  ：  音響ミラー
１２  ：  音響ミラーの第１の層
１３  ：  音響ミラーの第２の層
１４  ：  穴
１５  ：  孔部
１６  ：  スリット
１７  ：  被覆層
１８  ：  充填層
１９  ：  中心点
２０  ：  中心点
２１  ：  中心点
２２  ：  中心点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図５ｆ】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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