KR100306718B1 - 교각을이용한공기막형박막공진기및그제조방법 - Google Patents

교각을이용한공기막형박막공진기및그제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기관(10)의 표면상에 지지층(21)을 증착하는 공정과, 상기 지지층을 식각하여 교각구조를 갖는 복수개의 지지대(22)를 형성하는 공정과, 상기 지지대(22) 사이에 희생층(25)을 충진하여 적충하는 공정과, 상기 지지대(22)와 희생층(25)의 상단에 보호막(31), 하부전극(34), 압전박막(36), 상부전극(39)으로 이루어지는 공기막을 순차적으로 형성하는 공정, 및 상기 복수의 지지대(22)의 사이에 있는 희생층(25)을 제거하여 공극부(26)로 만듦과 아울러 상기 지지대를 교각 형태의 지지대로 완성하는 공정으로 이루어져, 식각이 용이하고 우수한 공진기 특성을 얻을 수 있으며 생산수율이 높아져 생산에 직접 이용할 수 있는 교각을 이용한 공기막형 박막 공진기 및 제조 방법을 제공한다.

Description

교각을 이용한 공기막형 박막 공진기 및 그 제조방법
본 발명은 교각을 이용한 공기막형 박막 공진기 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 앞면 식각 공정으로 형성되는 다리 교각구조의 지지대를 이용하여 다리 교각 사이에 희생층을 형성하고 그 상부에 공기막을 형성한 후 희생층을 식각하여 상부전극, 압전박막, 하부전극으로 이루어지는 공기막을 공기 중에 노출시키는 교각을 이용한 공기막형 박막 공진기 및 그 제조방법에 관한 것이다.
통신산업의 급격한 발달로 인하여 무선통신 소자는 경소단박화되어 가는 추세이다.
특히, 공진기, 필터, 듀플렉서, 전압제어발진기 부품의 소형화가 무선통신단말기의 소형화에 큰 기여를 하고 있다.
상기 소자들은 교각을 이용한 공기막형 박막 공진기를 이용하여 제조하면 우수한 전기적 특성을 가지며 소형, 경박화된 소자를 제조할 수 있고 이를 위해서는 우수한 공진 특성을 지닌 소형 교각을 이용한 공기막형 박막 공진기의 제작이 선행되어야 한다.
이러한 교각을 이용한 공기막형 박막 공진기는 상부전극, 압전박막, 하부전극으로 구성된 진동 부분의 공기막과 상기 공기막을 지지하는 지지대로 이루어지고 우수한 공진특성을 나타내기 위해서는 공기막이 공기 중에 노출되어 있어야 한다.
종래에는 공기막을 공기 중에 노출시키기 위하여 박막증착 기판의 뒷면으로부터 이방성 식각하여 공기막이 드러나도록 하는 뒷면 이방성 식각 공정이 사용되었다.
그러나 종래에는 기판 뒷판 식각의 어려움, 긴 식각 시간, 뒷면 식각시 사용되는 유동성 화학약품에 의한 폐수 유발 그리고 약한 내충격성에 의한 낮은 생산수율, 불완전한 식각 때문에 생기는 공진 특성의 저하 때문에 실제 생산시에는 이용되지 못하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 앞면 식각 공정으로 형성되는 다리 교각구조의 지지대를 형성하여 식각이 용이하고 우수한 공진기의 특성을 얻을 수 있으며 생산수율이 높아져 생산에 직접 이용될 수 있는 교각을 이용한 공기막형 박막 공진기 및 그 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 공진기의 구조를 나타낸 단면도이고,
도 2 은 도 1의 평면도이고,
도 3 은 본 발명의 일실시예에 의한 도 1의 공진기 제조 과정을 설명하기위해 도시한 공정도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 기판, 15: 포토레지스트층(PR; photo-resist),21: 지지층, 22: 지지대(교각), 25: 희생층(PR층), 26: 공극영역(空隙部), 30: 공기막, 31: 보호막, 33: 하부전극용 금속박막, 34: 하부전극, 35: 접지전극, 36: 압전박막, 38: 상부전극용 금속박막, 39: 상부전극, 40: 리드선.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 상부전극(39), 압전박막(36) 및 하부전극(34)으로 구성되어 진동되는 공기막(30)과, 상기 공기막(30)을 지지하는 지지대(22)와,상기 지지대를 지지하는 기판(10)으로 구성되는 공기막형 박막 공진기에 있어서, 상기 공기막(30)과 기판(10) 사이에 다리 교각구조의 지지대(22)를 복수개 형성하고, 상기 복수의 지지대(22) 사이는 공극부(26)로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 방법은, 기판(10)의 표면상에 지지층(21)을 증착하는 공정과, 상기 지지층을 식각하여 교각구조를 갖는 복수개의 지지대(22)를 형성하는 공정과, 상기 지지대(22) 사이에 희생층(25)을 충진하여 적층하는 공정과, 상기 지지대(22)와 희생층(25)의 상단에 보호막(31), 하부전극(34), 압전박막(36), 상부전극(39)으로 이루어지는 공기막을 순차적으로 형성하는 공정, 및 상기 복수의 지지대(22)의 사이에 있는 희생층(25)을 제거하여 공극부(26)로 만듦과 아울러 상기 지지대를 교각 형태의 지지대로 완성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 살펴보고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 공진기의 완성 단면을 나타낸 것이고, 도 2는 도 1의 평면도이고, 도 3a 내지 도3n은 본 발명에 의한 도1의 공진기 제조 공정도이다.
먼저, 본 발명의 기본적인 구성을 살펴보면, 기판(10)과, 상부전극(39)과 압전박막(36)과 하부전극(34) 및 보호막(31)으로 구성되어 진동되는 공기막(30)과, 상기 공기막(30)을 지지하는 지지대(22)와, 상기 공기막(30)과 지지대(22)는 기판(10)의 상면에 형성되고 지지대(22)는 다리의 교각구조로 형성되어 있다.
이와 같은 구성은 앞면 식각으로 다리 교각구조의 지지대(22)를 기판(10)의 표면에 제조하는 공정과, 상기 다리 교각구조의 지지대(22) 사이에 희생층(25)을 만드는 공정과, 지지대(22)와 희생층(25) 상단에 보호막(31), 하부전극(34), 압전박막(36), 상부전극(39)으로 이루어지는 공기막(30)을 형성하여 공기 중에 노출시키는 공정과, 상기 지지대(22) 사이의 희생층(25)을 제거하는 공정과, 기본 공진기 소자를 절단하고 리드선(40)을 형성시키는 공정으로 형성된다.
아울러, 상기 공진기는 상부전극(39)과 하부전극(34)에 각각 리드선(40)을 납땜(41)을 하여 외부로부터 일정 전원을 인가하여 공기막(30)을 진동시킨다.
이하, 도 3a 내지 도 3m을 참조하여 본 발명에 의한 공진기의 제조과정을 보다 상세하게 살펴보고자 한다.
먼저, 도 3a와 같이 실리콘 등의 박막증착 기판(10)상에 지지층(21)을 증착한다
이때 상기 지지층(21)의 재료는 증착하기 쉽고 차후 공정의 PR 희생층(25)과 선택적 식각이 가능한 이산화규소(SiO2)를 이용하며 증착 방법은 높은 증착속도를 갖는 스핀코팅법(spin coating)이나 화학기상증착법(PECVD; plasm enhanced chemical vapor deposition)법을 이용한다. 아울러, 상기 희생층(25)은 포토레지스트(PR)로 형성하는 것이 바람직하다.
지지층(21)의 높이가 높을수록 희생층(25) 식각이 용이한 데 증착시간이 길고 응력이 커지는 문제점이 있어 지지층(21)을 10내지 31μｍ의 높이로 증착함이 바람직하다.
다음 지지층(21)을 이용하여 포토/식각 공정(HMDS 처리→감광제 도포→소프트 베이크→노광→현상→하드 베이크→식각)을 통해 다리 교각구조를 형성시키게 된다(도 3b).
다음은,도 3c와 같이 지지층(21)의 상단에 도포된 모든 포토레지스트층(15)을 제거하여 (SiO2)의 다리구조의 복수의 교각 지지대(22)가 완성되는데, 이때 교각구조의 지지대를 형성하는 방법으로 선택적 식각용액을 사용한 이방성 습식식각 방법과, RIE를 이용한 실리콘 웨이퍼상에 교각을 형성하는 건식식각 방법이 있다.
이렇게 하여 다리 교각구조의 지지대(22)를 형성한 후, 다음은 교각구조의 복수의 지지대(22) 사이에 포토레지스트로 이루어진 희생층(25)을 만드는 공정(도3d)으로, 다리 교각구조를 갖는 지지대(22) 및 기판(10)의 표면 상단에 희생층(25)을 증착한 다음 포토/식각 공정을 통하여 다리 교각구조의 지지대(22)의 측면의 빈공간을 희생층(25)으로 충진하고, 다리 교각구조인 지지대(22)의 윗부분에 증착된 희생층(25)은 제거한다.
이때, 희생층(25)의 재료로 포토레지스트를 이용하는 것은 충진하기가 쉬울 뿐만 아니라 희생층 제거시 선택적 식각이 가능하기 때문이다. 그리고, 희생층(25)의 증착 방법은 높은 증착속도를 갖는 스핀코팅(spin coating)법을 이용하고 희생층(25)의 높이는 10내지 31μｍ로 지지대(22)의 높이와 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.
다음은,지지대(22)와 희생층(25)의 상단에 보호막(31), 하부전극(34), 압전박막(36), 상부전극(39)으로 이루어지는 공기막(30)을 형성하여 공기중에 노출시키는 공정으로, 이는 보호막 형성 공정과, 하부전극용 금속박막 증착 공정과, 하부 전극 형성 공정과, 압전박막 증착 공정과, 상부전극용 금속박막 증착 공정과, 상부 전극패턴 형성 공정과, 상부전극 형성 공정과, 하부전극 노출 공정으로 이루어진다.
도 3e는 보호막 형성 공정으로 지지대(22)와 희생층(25)의 상단에 공기막(30)의 기계적 내충격성 강화 및 공진기 온도 특성을 향상시킬 목적으로 이산화규소SiO2박막을 증착하여 보호막(21)을 형성하는 공정이다.
증착 방법은 화학기상증착법(PECVD)과 스퍼터링법(sputtering)을 이용하고 보호막(31)의 증착 두께는 압전박막(36)의 재료와 두께에 의존하게 되는 데 본 발명에서는 압전박막(36) 대략 0.2%의 두께로 제조하였다.
도 3f는 상기 보호막(31)의 상단에 하부전극(34)과 접지전극(35)을 형성하기 위한 금속 박막(33)을 증착하는 하부전극용 금속박막 증착 공정으로서, 재료는 음향학적 특성이 좋은 알루미늄(Al) 금속을 사용함이 바람직하며, 증착 두께는 약 1310Å으로 스퍼터링 방법으로 증착하여 보호막(31)과 하부전극(34)간의 우수한 접착력을 갖도록 한다.
하부전극용 금속박막(33)의 재료로 금(Au)을 사용하면 산화아연(ZnO)을 압전 박막(24)으로 증착시 씨앗층 역할을 하게 할 수도 있다.
도 3g는 하부전극용 금속박막(33)을 이용하여 포토/식각 공정을 통해 하부전극(34)과 접지전극(35)을 형성하는 하부전극 형성 공정으로 하부전극(34)에 리드선(40)을 부착하기 위한 패드를 만들고, 하부전극(34)과 접지전극(35) 사이공간(32)으로 보호막(31)이 노출된다.
도 3h및 도 3i는 완성된 하부전극 패턴의 상단에 압전박막(36)을 증착하는 압전박막 증착 공정으로 압전박막(36)의 재료로는 산화아연(Zn0) 박막을 이용하여 배향성이 우수하고 증착이 용이하며 압전특성이 좋도록 하고 스퍼터링 방법으로 증착한다.
이때, 증착 두께는, 예를 들어 2㎓의 중심주파수를 위하여 산화아연(ZnO) 압전박막(36)을 15825Å(1Å=10-10m)정도로 증착한다.
상기 압전박막(24)의 재료로는 질화알루미늄(AlN) 박막이나 PZT 박막을 이용할 수도 있다.
도 3j는 증착된 압전박막(24)의 상단에 상부전극용 금속박막(38)을 증착하는 공정으로 알루미늄 금속을 스퍼터링 방법으로 1310Å 증착한다.
증착된 상부전극용 금속박막(34)을 이용하여 포토 공정으로 상부전극(39) 패턴을 형성하는 공정으로 리드선(40)을 부착하기 위한 한 개의 패드를 만든다.
도 3k는 포토 공정을 거친 후 식각 공정을 이용하여 상부전극(39)을 형성하는 공정이다.
이때, 식각은 RIE(reactive ion etching) 방법의 등방성 건식식각이나 선택적 식각용액을 이용한 이방성 습식식각도 가능하다.
식각 공정 후에 상부전극(39)의 상단에 있는 포토레지스트층(15)을 제거하여 상부전극(39)이 형성된다.
도 3l은 하부전극(34) 노출공정으로 상부전극(39)을 이용하여 압전박막(36)을 식각함으로써 하부전극(34)이 나타난다,
이때 압전박막(36)이 산화아연(ZnO) 박막이면 상부전극(39)을 이용하여 압전박막(36)을 패턴닝(patterning)할 수 있다.
다음은 도 3m과 같이 다리 교각구조 지지대(22) 사이에 있는 희생층(25)을 제거하여 공극부(26; 空隙部)로 만든다.
이는 포토/식각 공정으로 공기막(30) 옆의 이산화규소SiO2박막을 부분적으로 식각시킨 후 식각된 부분으로 식각용액을 투입하여 희생층(25)의 측면으로부터 다리 교각구조 지지대(22) 사이의 희생층(25)을 제거하여 즉, 공극부(26)를 형성하여 지지대(22)를 완성된다.
다음은 기본 공진기 소자를 절단하고 리드선(40)을 형성시키는 공정으로 각각의 기본소자를 절단한 후, 드러난 상부전극(39)과 하부전극(36)에 리드선(40)을 납땜하면 도 1과 같은 공진기가 완성된다.
상술한 제조 공정으로 이루어진 공진기의 구조는, 공기막(30)과 지지대(22)가 기판(10)의 상면에 형성되고 지지대(22)는 다리의 교각구조로 형성됨을 특징으로 한다.
이상에서와 같이 다리 교각구조의 지지대(22)를 이용하여 앞면/측면으로부터 대략 10내지 31㎛의 희생층(25)을 식각하게 되므로 식각이 용이한 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 앞면 식각 공정으로 형성되는 다리교각 구조의 지지대를 가지게 하여 식각이 용이하고 우수한 공진기 특성을 얻을 수 있으며 생산수율이 높아져 생산에 직접 이용될 수 있는 유용한 발명인 것이다.

Claims (12)

  1. 상부전극(39), 압전박막(36), 하부전극(34) 및 보호막(31)으로 구성되어 진동되는 공기막(30)과, 상기 공기막(30)을 지지하는 지지대(22)와, 상기 지지대를 지지하는 기판(10)으로 구성되는 공기막형 박막 공진기에 있어서 :
    상기 공기막(30)과 기판(10) 사이에 다리 교각구조의 지지대(22)를 복수개 형성하고, 상기 복수의 지지대(22) 사이는 공극부(26)로 이루어진 것을 특징으로 하는 교각을 이용한 공기막형 박막 공진기.
  2. 기판(10)의 표면상에 지지층(21)을 증착하는 공정:
    상기 지지층을 식각하여 교각구조를 갖는 복수개의 지지대(22)를 형성하는 공정;
    상기 지지대(22)사이에 희생층(25)을 충진하여 적층하는 공정;
    상기 지지대(22)와 희생층(25)의 상단에 보호막(31), 하부전극(34), 압전박막(36), 상부전극(39)으로 이루어지는 공기막을 순차적으로 형성하는 공정; 및
    상기 복수의 지지대(22)의 사이에 있는 희생층(25)을 제거하여 공극부(26)로 만듦과 아울러 상기 지지대를 교각 형태의 지지대로 완성하는 공정; 으로 이루어진 교각을 이용한 공기막형 박막 공진기의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 교각구조의 지지대(22)를 형성하는 공정은, 기판(10)에 지지층(21)을 증착한 후 지지층을 이용하여 포토/식각 공정을 통해 다리 교각구조를 형성시킨 다음 포토레지스트층(15)을 제거하여 이루어짐을 특징으로 하는 교각을 이용한 공기막형 박막 공진기의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 지지층(21)을 10내지 31μｍ의 두께로 증착함을 특징으로 하는 교각을 이용한 공기막형 박막 공진기의 제조방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 지지층(21)의 재료는 이산화규소(SiO2)임을 특징으로 하는 교각을 이용한 공기막형 박막 진동기의 제조방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    다리 교각구조의 지지대(22) 사이에 희생층(25)을 충진하는 공정은, 다리 교각구조를 갖는 지지대(22) 및 기판(10)의 표면 상단에 희생층(25)을 증착한 다음 포토/식각 공정을 통하여 다리 교각구조 지지대(22)의 측면의 빈 공간을 희생층(25)으로 충진하고 다리 교각구조 윗부분의 희생층(25)을 제거하여 이루어짐을 특징으로 하는 교각을 이용한 공기막형 박막 공진기의 제조방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 희생층(25)은 10 내지 31μｍ 두께의 포토레지스트인 것을 특징으로 하는 교각을 이용한 공기막형 박막 공진기의 제조방법.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 공기막(30)을 형성하여 공기 중에 노출시키는 공정은,
    상기 지지대(22)와 희생층(25)의 상단에 이산화규소(SiO2) 박막을 증착하여 보호막(31)을 형성하는 보호막형성공정;
    상기 보호막(31)의 상단에 하부전극(34)을 형성하기 위한 금속박막(33)을 증착하는 하부전극용금속박막공정;
    상기 하부전극용 금속박막(33)을 이용하여 포토/식각 공정으로 하부전극(34)과 접지전극(35)을 일괄 형성하는 하부전극형성공정;
    상기 완성된 하부전극패턴의 상단에 압전박막(36)을 증착하는 압전박막증착공정;
    상기 증착된 압전박막(36)의 상단에 상부전극용 금속박막(38)을 증착하는 상부전극용 금속박막증착공정;
    상기 상부전극용 금속박막(38)을 이용하여 포토 공정으로 상부전극 패턴을 형성하는 상부전극패턴형성공정;
    상기 상부전극(39)의 패턴 형성 후 식각 공정으로 상부전극의 상단에 있는 포토레지스트층(15)을 제거하는 상부전극형성공정; 및
    상기 상부전극(39)을 이용하여 압전박막(36)을 식각하여 하부전극 노출공정;으로 이루어진 것을 특징으로 하는 교각을 이용한 공기막형 박막 공진기의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 하부전극용 금속박막(33)이나 상부전극용 금속박막(38)은 스퍼터링 방법으로 증착하는 알루미늄 재료인 것을 특징으로 하는 교각을 이용한 공기막형 박막 공진기의 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 압전박막(36)의 재료는, 산화아연(Zn0) 박막인 것을 특징으로 하는 교각을 이용한 공기막형 박막 공진기의 제조방법.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 교각구조의 지지대를 형성 공정으로,선택적 식각용액을 이용한 이방성 습식식각 방법이나 RIE 방식을 이용한 등방성 건식식각 방법을 이용하여 실리콘웨이퍼 상에 교각을 형성하는 것을 특징으로 하는 교각을 이용한 공기막형 박막 공진기의 제조방법.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 지지대(22) 사이의 희생층(25)을 제거하는 공정은, 포토/식각 공정으로 공기막(30) 옆의 이산화규소(SiO2) 박막을 부분적으로 식각시킨 후 식각된 부분으로 식각용액을 투입하여 희생층(25) 측면으로부터 다리 교각구조 지지대(22) 사이의 희생층(25)을 제거하여 이루어짐을 특징으로 하는 교각을 이용한 공기막형 박막 공진기의 제조방법.
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