KR100393774B1 - Manufacturing method for bandpass filter using thin film bulk acoustic resonator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 이용한 대역통과필터 제조방법에 관한 것으로, 종래 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 이용한 대역통과필터 제조방법은 공진 주파수가 상호 다른 두종류의 TFBAR을 형성하기 위해 서로 다른 기판상에 TFBAR을 제조하고 이후에 전기적인 연결을 통해 대역통과필터를 구현함으로써, 그 제조공정이 증가하여 비용이 증가하는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 기판상에 지지층을 형성하고, 형성될 박막 벌크 어쿠스틱 공진기의 공진주파수 차를 고려하여 그 지지층을 부분적으로 식각하여 두께가 서로 다른 지지층을 구현하는 단계와; 상기 두께가 다른 각각의 지지층에 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 형성하는 단계와; 상기 기판의 일부를 하부면으로 부터 식각하여 상기 지지층의 저면 일부를 노출시키는 단계와; 상기 형성된 박막 벌크 어쿠스틱 공진기의 각영역을 배선으로 연결함과 아울러 커패시터와 인덕터를 연결하는 단계로 구성되어, 서로다른 공진 주파수를 가지는 TFBAR을 지지층의 두께 차에 의한 공진영역의 질량차를 도모하여, 동일한 기판상에서 제조함이 가능해져, 소자가 차지하는 면적을 최소화하고, 공정단계를 감소시켜 제조비용을 절감하고 수율을 향상시키는 효과와 아울러 대역통과필터의 특성을 튜닝하기가 용이한 효과가 있다.The present invention relates to a band pass filter manufacturing method using a thin film bulk acoustic resonator, and a conventional band pass filter manufacturing method using a thin film bulk acoustic resonator is formed on TFBAR on different substrates to form two kinds of TFBARs having different resonance frequencies. By manufacturing the and then implementing the band pass filter through the electrical connection, there was a problem that the manufacturing process increases, the cost increases. In view of the above problems, the present invention includes forming a support layer on a substrate, and partially etching the support layer in consideration of the difference in resonance frequencies of the thin film bulk acoustic resonator to be formed to implement support layers having different thicknesses; Forming a thin film bulk acoustic resonator on each of the support layers having different thicknesses; Etching a portion of the substrate from the bottom surface to expose a portion of the bottom surface of the support layer; Connecting the respective regions of the formed thin film bulk acoustic resonator with a wiring and connecting a capacitor and an inductor to achieve a mass difference of the resonant regions due to the difference in thickness of the support layers of TFBARs having different resonant frequencies, Since it is possible to manufacture on the same substrate, it is possible to minimize the area occupied by the device, to reduce the process step to reduce the manufacturing cost and improve the yield, and to easily tune the characteristics of the band pass filter.
Description
본 발명은 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 이용한 대역통과 필터 제조방법에 관한 것으로, 공진주파수가 다른 두 공진기를 하나의 칩에 실장하여 대역통과 필터를 구현하는 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 이용한 대역통과 필터 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bandpass filter manufacturing method using a thin film bulk acoustic resonator, and a bandpass filter manufacturing method using a thin film bulk acoustic resonator for implementing a bandpass filter by mounting two resonators having different resonance frequencies on one chip. will be.
최근 무선통신과 초고주파통신의 발달로 인하여 휴대용 단말기는 저가격화, 경량화, 경박화, 소형화를 추구하면서 빠르게 바전하고 있다. 그 휴대용 단말기에 내장되는 부품들은 집적도의 증가요구에 부합하기 위하여 원칩(one-chip)화 되고 있다. 그러나 그 부품들 중 대역통과필터는 다른 부품과의 집적이 용이하지 않아 별도로 배치하여, 휴대용 단말기 가격의 상승요인이 된다.Recently, due to the development of wireless communication and microwave communication, portable terminals are rapidly changing while pursuing low cost, light weight, light weight, and small size. The components embedded in the portable terminals are becoming one-chip in order to meet the demand for increased density. However, the band pass filter among the components is not easy to integrate with other components, so it is arranged separately, which increases the price of the portable terminal.
대역통과필터로 가장 널리 쓰이고 있는 SAW(Surface Acoustic Wave)필터는 그 특성이 우수하고 공정이 간단한 장점이 있으나, 기판의 가격이 비싸고 공정의 한계상 수십 내지 수백 MHz 대역의 IF(Intermediate Fewquency) 필터와 주파수가 낮은 RF(Radio Frequency) 통과 대역의 필터로만 사용이 가능하다. 또한 오프칩(OFF-CHIP)의 형태로 제작하여야 함으로써, 단가가 비싼 문제점이 있다.SAW (Surface Acoustic Wave) filter, which is widely used as a band pass filter, has excellent characteristics and simple process. However, due to the high cost of the substrate and the limitations of the process, the IF (Intermediate Fewquency) filter in the tens to hundreds of MHz bands is used. It can only be used as a low frequency RF (RF) passband filter. In addition, there is a problem that the unit price is expensive because it must be manufactured in the form of off-chip (OFF-CHIP).
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 현재 박막 벌크 어쿠스틱 공진기(이하, TFBAR)을 이용한 필터의 연구가 진행되고 있으나, 그 TFBAR 또한 오프칩으로 제작되고 있으며, 이와 같은 종래 TFBAR을 이용한 대역통과필터 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.In order to solve such a problem, a filter using a thin film bulk acoustic resonator (hereinafter referred to as TFBAR) is currently being conducted. However, the TFBAR is also manufactured off-chip, and a bandpass filter manufacturing method using the conventional TFBAR is attached. Referring to the drawings in detail as follows.
도1은 TFBAR을 이용한 대역 통과 필터의 회로도로서, 이에 도시한 바와 같이 입력전압(Vin)을 인가받는 입력단과 출력전압(Vout)을 출력하는 출력단의 사이에 직렬접속된 커패시터(C1), 인덕터(L1), 제1 내지 제3TFBAR(TFBAR1, TFBAR2, TFBAR3)과; 각각의 일측단이 상기 인덕터(L1)와 제1TFBAR(TFBAR1)의 접점, 제1TFBAR(TFBAR1)과 제2TFBAR(TFBAR2)의 접점, 제2TFBAR(TFBAR2)와 제3TFBAR(TFBAR3)의 접점에 접속되며, 타측은 공통전압(Vcom)이 공통으로 인가되는 제4 내지 제6TFBAR(TFBAR4, TFBAR5, TFBAR6)로 구성된다.1 is a circuit diagram of a band pass filter using TFBAR, as shown in FIG. 1, a capacitor C1 and an inductor connected in series between an input terminal receiving an input voltage Vin and an output terminal outputting an output voltage Vout. L1), first to third TFBARs (TFBAR1, TFBAR2, TFBAR3); One end of each terminal is connected to a contact point of the inductor L1 and a first TFBAR (TFBAR1), a contact point of a first TFBAR (TFBAR1) and a second TFBAR (TFBAR2), and a contact point of a second TFBAR (TFBAR2) and a third TFBAR (TFBAR3). The other side includes fourth to sixth TFBARs (TFBAR4, TFBAR5, and TFBAR6) to which the common voltage Vcom is commonly applied.
상기 제1 내지 제3TFBAR(TFBAR1, TFBAR2, TFBAR3)과 제4 내지 제6TFBAR(TFBAR4, TFBAR5, TFBAR6)은 각각 공진주파수가 다르며, 이에 따라 상기 제1 내지 제3TFBAR(TFBAR1, TFBAR2, TFBAR3)과 제4 내지 제6TFBAR(TFBAR4, TFBAR5, TFBAR6)을 각기 독립적으로 제조하여 배선의 연결을 통해 사용하였으며, 이와 같은 종래 TFBAR을 이용한 대역통과필터 제조방법을 설명한다.The first to third TFBARs (TFBAR1, TFBAR2, TFBAR3) and the fourth to sixth TFBARs (TFBAR4, TFBAR5, and TFBAR6) have different resonance frequencies, and accordingly, the first to third TFBARs (TFBAR1, TFBAR2, TFBAR3) and the third Fourth to sixth TFBARs (TFBAR4, TFBAR5, and TFBAR6) were independently manufactured and used through connection of wires, and a method of manufacturing a bandpass filter using the conventional TFBAR will be described.
도2a 내지 도2e는 종래 TFBAR을 이용한 대역통과필터의 제1 내지 제3TFBAR(TFBAR1, TFBAR2, TFBAR3)부분을 형성하는 제조공정 수순단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(1)의 상부 및 하부에 절연막 지지층(2)을 증착하는 단계(도2a)와; 상기 실리콘 기판(1)의 상부측에 증착된 지지층(2)의 상부에 금속을 증착하고 패터닝하여 복수의 하부전극(3)을 형성하는 단계(도2b)와; 상기 구조의상부전면에 압전층(4)을 증착하고, 그 압전층(4)을 패터닝하여 상기 하부전극의 좌측 상부를 노출시키는 각각 독립적인 패턴을 형성하는 단계(도2c)와; 상기 구조의 상부에 금속을 증착하고, 패터닝하여 상기 독립적인 압전층(4)의 상부에 위치함과 아울러 그 압전층(4)의 우측에 노출된 하부전극(3)에 접속되는 상부전극(5)을 형성하는 단계(도2d)와; 상기 실리콘 기판(1)의 하부측에 위치하는 지지층(2)의 중앙부를 식각하여, 기판(1)의 하부측을 노출시키고, 그 노출된 기판(1)을 식각하여, 상기 기판(1) 상에 증착되었던 지지층(2)의 하부면이 노출되어, 지지층(2)의 하부측면부에만 실리콘 기판(1)과 하부의 지지층(2)이 잔존하도록 하는 단계(도2e)로 구성된다.2A to 2E are cross-sectional views of a manufacturing process for forming first to third TFBARs (TFBAR1, TFBAR2, and TFBAR3) portions of a band pass filter using a conventional TFBAR, as shown in the upper and lower portions of the silicon substrate 1. Depositing an insulating film support layer 2 on the substrate (FIG. 2A); Depositing and patterning a metal on top of the support layer (2) deposited on the upper side of the silicon substrate (1) to form a plurality of lower electrodes (3); Depositing a piezoelectric layer (4) on the upper front surface of the structure, and patterning the piezoelectric layer (4) to form respective independent patterns for exposing the upper left side of the lower electrode (FIG. 2C); The upper electrode 5 connected to the lower electrode 3 exposed on the right side of the piezoelectric layer 4, which is deposited on the upper portion of the structure, is deposited on the structure, and is patterned. Step (d); The center portion of the support layer 2 located on the lower side of the silicon substrate 1 is etched to expose the lower side of the substrate 1, and the exposed substrate 1 is etched to form an upper portion of the substrate 1. The lower surface of the support layer 2 that has been deposited on the substrate is exposed, so that the silicon substrate 1 and the lower support layer 2 remain only on the lower side portion of the support layer 2 (FIG. 2E).
또한, 도3a 내지 도3e는 종래 제4 내지 제6TFBAR(TFBAR4, TFBAR5, TFBAR6)을 구현하는 제조공정 수순단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(1)의 상부와 하부측에 지지층(2)을 증착하는 단계(도3a)와; 상기 실리콘 기판(1)의 상부측에 증착된 지지층(2)의 상부에 금속을 증착하고, 패터닝하여 하부전극(3)을 형성하는 단계(도3b)와; 상기 구조의 상부전면에 압전층(4)을 증착하는 단계(도3c)와; 상기 압전층(4)의 상부전면에 금속을 증착하여 상부전극(5)을 형성하는 단계(도3d)와; 상기 실리콘 기판(1)의 하부측에 위치하는 지지층(2)의 중앙부를 식각하여, 기판(1)의 하부측을 노출시키고, 그 노출된 기판(1)을 식각하여, 상기 기판(1) 상에 증착되었던 지지층(2)의 하부면이 노출되어, 지지층(2)의 하부측면부에만 실리콘 기판(1)과 하부의 지지층(2)이 잔존하도록 하는 단계(도3e)로 구성된다.3A to 3E are cross-sectional views of a manufacturing process implementing the conventional fourth to sixth TFBARs (TFBAR4, TFBAR5, and TFBAR6), and as shown therein, the support layer 2 on the upper and lower sides of the silicon substrate 1. Depositing (FIG. 3A); Depositing and patterning a metal on top of the support layer (2) deposited on the upper side of the silicon substrate (1) to form a lower electrode (3); Depositing a piezoelectric layer (4) on the top surface of the structure (FIG. 3C); Depositing a metal on the upper surface of the piezoelectric layer 4 to form an upper electrode 5 (FIG. 3D); The center portion of the support layer 2 located on the lower side of the silicon substrate 1 is etched to expose the lower side of the substrate 1, and the exposed substrate 1 is etched to form an upper portion of the substrate 1. The lower surface of the support layer 2 that has been deposited on the surface is exposed, so that the silicon substrate 1 and the lower support layer 2 remain only on the lower side portion of the support layer 2 (FIG. 3E).
이와 같은 제조방법을 통해 각각 분리되어 제조된 상호 공진주파수가 다른 TFBAR은 회로상에 배치될때 각 배선의 연결, 커패시터와 인덕터의 연결등이 이루어져 상기 도1에 도시한 회로의 구성을 이룬다.The TFBARs having different mutual resonant frequencies, which are separately manufactured through the above-described manufacturing method, are connected to each wiring, capacitors, and inductors when arranged on a circuit, thereby forming the circuit shown in FIG.
이하, 상기와 같은 종래 TFBAR을 이용한 대역통과필터 제조방법을 좀 더 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a bandpass filter using the conventional TFBAR as described above will be described in more detail.
먼저, 도2a와 도3a에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(1)의 상부면과 하부면에 공통적으로 저응력 질화막(LOW STRESS SILICON NITRIDE)이나 ONO(SiO2/SiNX/SiO2)를 증착하여 지지층(2)을 형성한다.First, as shown in FIGS. 2A and 3A, a low stress nitride film or ONO (SiO 2 / SiN X / SiO 2 ) is commonly deposited on the upper and lower surfaces of the silicon substrate 1. The support layer 2 is formed.
그 다음, 도2b와 도3b에 도시한 바와 같이 상기 기판(1)의 상부측에 증착된 지지층(2)의 상부전면에 금속을 스퍼터링법 또는 증착법에 의해 형성한다.Next, as shown in FIGS. 2B and 3B, metal is formed on the upper surface of the support layer 2 deposited on the upper side of the substrate 1 by sputtering or vapor deposition.
그 다음, 상기 증착된 금속을 사진식각법으로 패터닝하여 상기 도1에 도시한 회로에서 각각 3개씩 다른 공진주파수를 가지는 TFBAR을 형성하기 위한 하부전극(3)을 형성한다.Then, the deposited metal is patterned by photolithography to form a lower electrode 3 for forming a TFBAR having three different resonant frequencies in the circuit shown in FIG.
그 다음, 도2c와 도3c에 도시한 바와 같이 상기 구조의 상부전면에 압전층(4)을 증착한다.Then, as shown in Figs. 2C and 3C, a piezoelectric layer 4 is deposited on the upper surface of the structure.
이때, 도3c의 제4 내지 제6TFBAR(TFBAR4~TFBAR6)를 형성하기 위한 구조에서는 그 제4 내지 제6TFBAR(TFBAR4~TFBAR6)의 일측에 공통전압(Vcom)을 인가받기 때문에 상기 하부전극(3) 만을 분리하여 형성하고, 상기 압전층(4)은 분리하지 않아도 되기때문에 패턴의 형성은 하지 않는다.At this time, in the structure for forming the fourth to sixth TFBARs (TFBAR4 to TFBAR6) of FIG. 3C, the lower electrode 3 is applied because the common voltage Vcom is applied to one side of the fourth to sixth TFBARs (TFBAR4 to TFBAR6). Since only the separate piezoelectric layer 4 is formed, the pattern is not formed.
그러나, 도2c에 도시한 바와 같이 상기 증착된 압전층(4)은 제1 내지 제3TFBAR(TFBAR1~TFBAR3)의 각각에 대한 압전층(4)을 형성해야 함으로써, 상기 압전층(4)을 패터닝한다.However, as shown in FIG. 2C, the deposited piezoelectric layer 4 should form piezoelectric layers 4 for each of the first to third TFBARs (TFBAR1 to TFBAR3), thereby patterning the piezoelectric layer 4. do.
이와 함께 상기 제1 내지 제3TFBAR(TFBAR1~TFBAR3)는 상호 직렬연결되는 구조로서, 제1TFBAR(TFBAR1)의 일측전극이 제2TFBAR(TFBAR2)의 일측전극에 연결되고, 그 제2TFBAR(TFBAR2)이 제3TFBAR(TFBAR3)의 일측전극에 연결되는 구조를 가지므로, 그 전극간의 연결이 가능하도록, 상기 압전층(4)을 패터닝하는 과정에서 하부전극(3)의 좌측상부일부를 노출시킨다.In addition, the first to third TFBARs (TFBAR1 to TFBAR3) are connected in series, and one electrode of the first TFBAR (TFBAR1) is connected to the one electrode of the second TFBAR (TFBAR2), and the second TFBAR (TFBAR2) is the second. Since it has a structure connected to one electrode of 3TFBAR (TFBAR3), the upper left portion of the lower electrode 3 is exposed in the process of patterning the piezoelectric layer 4 so as to enable connection between the electrodes.
그 다음, 도2d 및 3d에 도시한 바와 같이 상기 압전층(4)의 상부전면에 금속을 증착한다. 이때 상기 도3d에서 공통전압(Vcom)을 인가받은 부분은 패터닝을 하지 않아도 상부전극(5)으로 사용할 수 있다.Next, as shown in FIGS. 2D and 3D, metal is deposited on the upper front surface of the piezoelectric layer 4. In this case, the portion to which the common voltage Vcom is applied in FIG. 3D may be used as the upper electrode 5 without patterning.
그러나, 도2d에 도시한 제1 내지 제3TFBAR(TFBAR1~TFBAR3)은 상부전극(5)을 제1 내지 제3TFBAR(TFBAR1~TFBAR3) 각각에 형성해야 하며, 또한 제1TFBAR(TFBAR1)의 상부전극이 제2TFBAR(TFBAR2)의 하부전극과 연결되어야 하고, 제2TFBAR(TFBAR2)의 상부전극이 제3TFBAR(TFBAR3)의 하부전극과 연결되어야 하는 것으로, 각 상부전극(5)이 노출된 하부전극에 접속되는 형태로 패터닝되어야 한다.However, the first to third TFBARs (TFBAR1 to TFBAR3) shown in FIG. 2D should form the upper electrode 5 on each of the first to third TFBARs (TFBAR1 to TFBAR3), and the upper electrode of the first TFTBAR (TFBAR1) may be formed. The upper electrode of the second TFBAR (TFBAR2) and the upper electrode of the second TFBAR (TFBAR2) should be connected to the lower electrode of the third TFBAR (TFBAR3). Each upper electrode 5 is connected to the exposed lower electrode. Patterned in form
그 다음, 도2e 및 도3e에 도시한 바와 같이 상기 실리콘 기판(1)의 하부측에 위치하는 지지층(2)의 중앙부를 식각하여, 기판(1)의 하부측을 노출시키고, 그 노출된 기판(1)을 식각하여, 상기 기판(1) 상에 증착되었던 지지층(2)의 하부면이 노출되어, 지지층(2)의 하부측면부에만 실리콘 기판(1)과 하부의 지지층(2)이 잔존하도록 한다.Then, as shown in Figs. 2E and 3E, the central portion of the support layer 2 located on the lower side of the silicon substrate 1 is etched to expose the lower side of the substrate 1, and the exposed substrate (1) is etched so that the lower surface of the support layer 2 that has been deposited on the substrate 1 is exposed so that the silicon substrate 1 and the lower support layer 2 remain only on the lower side portion of the support layer 2. do.
상기와 같이 형성되는 공정에서 도2a 내지 도2e에 도시한 TFBAR의 제조공정과 도3a 내지 도3e에 도시한 TFBAR의 제조공정의 차이는 그 구조상의 차이 뿐만아니라 각각 공진주파수가 다른 TFBAR을 형성하기 위해, 압전층(4)의 두께를 다르게형성해야 하기 때문에 동일한 기판상에서 동시에 제조할 수 없었다.In the process formed as described above, the difference between the manufacturing process of the TFBAR shown in FIGS. 2A to 2E and the manufacturing process of the TFBAR shown in FIGS. 3A to 3E is not only a structural difference but also to form a TFBAR having a different resonance frequency. For this reason, since the thickness of the piezoelectric layer 4 must be formed differently, it cannot be manufactured simultaneously on the same substrate.
상기한 바와 같이 종래 TFBAR을 이용한 대역통과필터 제조방법은 공진 주파수가 상호 다른 두종류의 TFBAR을 형성하기 위해 서로 다른 기판상에 TFBAR을 제조하고 이후에 전기적인 연결을 통해 대역통과필터를 구현함으로써, 그 제조공정이 증가하여 비용이 증가하는 문제점과 아울러 인덕터와 커패시터를 오프 칩(OFF-CHIP)으로 제작함과 아울러 별도로 제작된 TFBAR을 연결해야 함으로써, 수율이 저하됨과 아울러 회로의 튜닝이 용이하지 않은 문제점이 있었다.As described above, the bandpass filter manufacturing method using the conventional TFBAR by manufacturing the TFBAR on different substrates to form two kinds of TFBAR having a different resonance frequency, and then implementing the bandpass filter through the electrical connection, As the manufacturing process increases, the cost increases. In addition, the inductor and capacitors must be manufactured off-chip, and a separately manufactured TFBAR must be connected, so that the yield is reduced and the circuit is not easy to tune. There was a problem.
이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 서로 다른 공진주파수를 가지는 TFBAR을 동일한 기판상에 형성할 수 있는 TFBAR을 이용한 대역통과필터 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a band pass filter manufacturing method using TFBAR capable of forming TFBARs having different resonance frequencies on the same substrate.
도1은 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 이용한 대역통과필터의 회로도.1 is a circuit diagram of a bandpass filter using a thin film bulk acoustic resonator.
도2a 내지 도2e와 도3a 내지 도3e는 동일한 대역통과필터에 사용되며, 각각 공진주파수가 다른 박막 벌크 어쿠스틱 공진기의 제조공정 수순단면도.Figures 2a to 2e and 3a to 3e are used in the same band pass filter, the process steps of manufacturing a thin film bulk acoustic resonator different in resonant frequency, respectively.
도4a 내지 도4f는 본 발명 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 이용한 대역통과필터의 제조공정 수순단면도.Figures 4a to 4f is a cross-sectional view of the manufacturing process of the bandpass filter using a thin film bulk acoustic resonator of the present invention.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **
1:실리콘 기판 2:지지층1: silicon substrate 2: support layer
3:하부전극 4:압전층3: lower electrode 4: piezoelectric layer
5:상부전극5: upper electrode
상기와 같은 목적은 기판상에 지지층을 형성하고, 형성될 박막 벌크 어쿠스틱 공진기의 공진주파수 차를 고려하여 그 지지층을 부분적으로 식각하여 두께가 서로 다른 지지층을 구현하는 단계와; 상기 두께가 다른 각각의 지지층에 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 형성하는 단계와; 상기 기판의 일부를 하부면으로 부터 식각하여 상기 지지층의 저면 일부를 노출시키는 단계와; 상기 형성된 박막 벌크 어쿠스틱 공진기의 각영역을 배선으로 연결함과 아울러 커패시터와 인덕터를 연결하는 단계로 구성함으로써 달성되는 것으로, 이와 같은 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The above object is achieved by forming a support layer on a substrate and partially etching the support layer in consideration of the difference in resonance frequencies of the thin film bulk acoustic resonator to be formed to implement a support layer having a different thickness; Forming a thin film bulk acoustic resonator on each of the support layers having different thicknesses; Etching a portion of the substrate from the bottom surface to expose a portion of the bottom surface of the support layer; It is achieved by connecting each region of the formed thin film bulk acoustic resonator with a wiring and connecting a capacitor and an inductor. The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도4a 내지 도4f는 본 발명 TFBAR을 이용한 대역통과필터 제조공정 수순단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(1)의 상부면과 하부면 각각에 지지층(2)을 증착하는 단계(도4a)와; 상기 실리콘 기판(1)의 상부면에 증착된 지지층(2)의 일부의 상부일부를 선택적으로 식각하여 상기 지지층(2)의 두께를 공진주파수에 따라 조절하는 단계(도4b)와; 상기 구조의 상부전면에 금속을 증착하고, 패터닝하여 상기 식각되지 않은 지지층(2)의 상부에 복수의 하부전극(3)을 형성함과 아울러 상기 상부일부가 식각된 얇은 지지층(2)의 상부에도 복수의 하부전극(3)을 형성하는 단계(도4c)와; 상기 구조의 상부전면에 압전층(4)을 증착한 후, 사진식각공정을 통해 패터닝하여 상기 상부일부가 식각된 얇은 지지층(2)의 상부에 형성된 복수의 하부전극(3)과 그 사이의 지지층(2)의 상부에 위치하는 압전층(4) 패턴을 형성함과 아울러 상기 식각되지 않은 지지층(2)의 상부에 위치하는 하부전극(3) 각각의 상부측에 위치하며, 상기 하부전극(3)의 좌측상부일부를 노출시키는 압전층(4) 패턴을 형성하는 단계(도4d)와; 상기 구조의 상부에 금속을 증착하고, 그 금속을 패터닝하여 상기 식각되지 않은 지지층(2)의 상부측에 위치하는 압전층(4)의 상부에 위치함과 아울러 우측의 하부전극(3)의 노출된 부분에 각각 접속되는 상부전극(5)을 형성함과 아울러, 상기 상부면이 식각되어 얇은 지지층(2)의 상부측에 위치하는 압전층(4)의 상부에 위치하는 상부전극(5)을 형성하는 단계(도4e)와; 상기 실리콘 기판(1)과, 그 실리콘 기판(1)의 하부측에 증착된 지지층(2)의 중앙부와 측면부를 제외한 영역을 식각하여 상기 식각되지 않은 지지층(2)과 상부일부가 식각된 지지층(2)의 중앙부하부를 노출시키는 단계(도4f)로 이루어진다.4A to 4F are cross-sectional views of a process for fabricating a bandpass filter using the TFBAR of the present invention, and as shown therein, depositing a support layer 2 on each of the upper and lower surfaces of the silicon substrate 1 (FIG. 4A). Wow; Selectively etching a portion of the upper portion of the support layer 2 deposited on the upper surface of the silicon substrate 1 to adjust the thickness of the support layer 2 according to the resonance frequency (FIG. 4B); A metal is deposited on the upper surface of the structure, and patterned to form a plurality of lower electrodes 3 on the unetched support layer 2, and also on the upper part of the thin support layer 2 on which the upper portion is etched. Forming a plurality of lower electrodes 3 (FIG. 4C); After depositing the piezoelectric layer 4 on the upper surface of the structure, and patterned through a photolithography process, a plurality of lower electrodes 3 formed on the upper portion of the thin support layer 2 etched and the support layer therebetween The piezoelectric layer 4 pattern formed on the upper portion of the upper portion 2 is formed, and the lower electrode 3 is positioned on the upper side of each of the lower electrodes 3 positioned on the unetched support layer 2. Forming a piezoelectric layer (4) pattern exposing a portion of the upper left portion of the layer (Fig. 4D); A metal is deposited on top of the structure, and the metal is patterned so as to be positioned on top of the piezoelectric layer 4 located on the upper side of the unetched support layer 2 and to expose the lower electrode 3 on the right side. The upper electrode 5 which is connected to the respective portions is formed, and the upper surface is etched so that the upper electrode 5 positioned on the upper portion of the piezoelectric layer 4 positioned on the upper side of the thin support layer 2 is formed. Forming step (FIG. 4E); The non-etched support layer 2 and the support layer in which the upper portion is etched by etching the silicon substrate 1 and regions except for the central portion and the side portions of the support layer 2 deposited on the lower side of the silicon substrate 1 ( Exposing the central load of 2) (FIG. 4F).
이하, 상기와 같은 본 발명을 좀 더 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention as described above will be described in more detail.
먼저, 도4a에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(1)의 상부면과 하부면 각각에 저응력 질화막 또는 ONO막을 증착하여 지지층(2)을 형성한다.First, as shown in FIG. 4A, a low stress nitride film or ONO film is deposited on each of the upper and lower surfaces of the silicon substrate 1 to form the support layer 2.
그 다음, 도4b에 도시한 바와 같이 상기 실리콘 기판(1)의 상부면에 증착된 지지층(2)의 일부의 상부일부에 포토레지스트 패턴을 현상하고, 노출되어 있는 지지층(2)의 상부일부를 제거한다.Next, as shown in FIG. 4B, a photoresist pattern is developed on a part of the upper part of the support layer 2 deposited on the upper surface of the silicon substrate 1, and a part of the upper part of the exposed support layer 2 is exposed. Remove
이와 같은 식각공정으로 상기 증착된 지지층(2)의 우측반 영역은 그 두께가 얇아지게 되며, 이에 따라 동일한 두께의 압전층을 사용하는 경우에도 두 영역에서 형성되는 TFBAR의 공진주파수는 서로 다르게 되며, 상기 제1 내지 제3TFBAR(TFBAR1~TFBAR3)와 제4 내지 제6TFBAR(TFBAR4~TFBAR6)의 공진 주파수 차이는 대역통과필터 대역폭의 1/2이 되므로, 상기 식각되는 깊이는 그 대역폭을 참조하여 결정한다.In this etching process, the thickness of the right half region of the deposited support layer 2 becomes thin. Accordingly, even when a piezoelectric layer having the same thickness is used, the resonance frequency of the TFBAR formed in the two regions is different from each other. Since the resonant frequency difference between the first to third TFBARs (TFBAR1 to TFBAR3) and the fourth to sixth TFBARs (TFBAR4 to TFBAR6) is 1/2 of the bandpass filter bandwidth, the depth to be etched is determined with reference to the bandwidth. .
그 다음, 도4c에 도시한 바와 같이 상기 구조의 상부전면에 금속을 증착하고, 사진식각공정을 통해 패터닝하여 도1에서 공진주파수가 IF대역인 제1 내지 제3TFBAR(TFBAR1~TFBAR3)의 하부전극(5)을 상기 식각되지 않은 지지층(2)의 상부에 각각 형성함과 아울러 RF 대역의 공진주파수를 가지는 TFBAR인 제4 내지 제6TFBAR(TFBAR4~TFBAR6)의 하부전극(5)을 상기 상부일부가 식각되어 두께가 얇아진 지지층(2)의 상부에 각각 형성한다.Next, as shown in FIG. 4C, a metal is deposited on the upper surface of the structure and patterned by a photolithography process, and the lower electrodes of the first to third TFTBARs (TFBAR1 to TFBAR3) having a resonance frequency in FIG. The upper portion of the lower electrodes 5 of the fourth to sixth TFBARs (TFBAR4 to TFBAR6), which are TFBARs having a resonance frequency of an RF band, are formed on the unetched support layer 2, respectively. Etched and formed on the upper portion of the support layer (2) thinned.
그 다음, 도4d에 도시한 바와 같이 상기 구조의 상부전면에 ZnO2또는 AlN을증착하여 압전층(4)을 형성한다. 이때의 압전층(4)은 형성할 TFBAR의 공진주파수 값에 관계없이 일정한 두께로 증착한다.Then, as shown in FIG. 4D, ZnO 2 or AlN is deposited on the upper surface of the structure to form the piezoelectric layer 4. At this time, the piezoelectric layer 4 is deposited with a constant thickness regardless of the resonance frequency value of the TFBAR to be formed.
그 다음, 상기 증착된 압전층(4)을 사진식각공정을 통해 패터닝한다.Then, the deposited piezoelectric layer 4 is patterned through a photolithography process.
이때 패터닝된 압전층(4)의 구조는 제4 내지 제6TFBAR(TFBAR4~TFBAR6)를 형성하기 위한 구조, 즉 상부일부가 식각되어 두께가 얇아진 지지층(2)의 상부측에서는 그 제4 내지 제6TFBAR(TFBAR4~TFBAR6)의 일측에 공통전압(Vcom)이 인가되기때문에 그 얇은 지지층(2)의 상부측에 위치하는 하부전극(3)과 그 하부전극(3)의 사이에 위치하는 지지층(2)의 상부에 위치하는 압전층(4)을 패턴을 형성한다.At this time, the structure of the patterned piezoelectric layer 4 has a structure for forming the fourth to sixth TFBAR (TFBAR4 to TFBAR6), that is, the fourth to sixth TFBAR (on the upper side of the supporting layer 2 where the upper portion is etched and thinned. Since the common voltage Vcom is applied to one side of TFBAR4 to TFBAR6, the lower electrode 3 positioned on the upper side of the thin support layer 2 and the lower electrode 3 positioned between the lower electrode 3 The piezoelectric layer 4 located on the upper portion forms a pattern.
또한, 제1 내지 제3TFBAR(TFBAR1~TFBAR3)에 사용되는 압전층은 공통전원이 인가되는 부분이 없기 때문에 그 제1 내지 제3TFBAR(TFBAR1~TFBAR3) 각각에 대한 독립적인 압전층(4) 패턴을 형성해야 하며, 상기 제1 내지 제3TFBAR(TFBAR1~TFBAR3)는 상호 직렬연결되는 구조로서, 제1TFBAR(TFBAR1)의 일측전극이 제2TFBAR(TFBAR2)의 일측전극에 연결되고, 그 제2TFBAR(TFBAR2)이 제3TFBAR(TFBAR3)의 일측전극에 연결되는 구조를 가지므로, 그 전극간의 연결이 가능하도록, 하부전극(3)의 좌측상부일부를 노출시키는 형태로 압전층(4) 패턴을 형성한다.In addition, since the piezoelectric layers used for the first to third TFBARs (TFBAR1 to TFBAR3) do not have a portion to which a common power source is applied, an independent piezoelectric layer 4 pattern for each of the first to third TFBARs (TFBAR1 to TFBAR3) is formed. The first to third TFBARs (TFBAR1 to TFBAR3) are connected in series, and one electrode of the first TFBAR (TFBAR1) is connected to the one electrode of the second TFBAR (TFBAR2), and the second TFBAR (TFBAR2) Since it has a structure connected to one electrode of the third TFTBAR (TFBAR3), the piezoelectric layer 4 pattern is formed in such a manner that the upper left portion of the lower electrode 3 is exposed to enable connection between the electrodes.
그 다음, 도4e에 도시한 바와 같이 상기 구조의 상부에 금속을 증착하고, 그 금속을 패터닝하여 상기 식각되지 않은 지지층(2)의 상부측에 위치하는 압전층(4)의 상부에 위치함과 아울러 우측의 하부전극(3)의 노출된 부분에 각각 접속되는 상부전극(5)을 형성하고, 상기 상부면이 식각되어 얇은 지지층(2)의 상부측에 위치하는 압전층(4)의 상부에 위치하는 상부전극(5)을 형성한다.Then, as shown in Fig. 4E, a metal is deposited on top of the structure, and the metal is patterned so as to be located on top of the piezoelectric layer 4 located on the upper side of the unetched support layer 2; In addition, the upper electrode 5 is formed to be connected to the exposed portions of the lower electrode 3 on the right side, and the upper surface is etched to form an upper portion of the piezoelectric layer 4 positioned on the upper side of the thin support layer 2. The upper electrode 5 is formed.
그 다음, 도4f에 도시한 바와 같이 상기 실리콘 기판(1)과, 그 실리콘 기판(1)의 하부측에 증착된 지지층(2)의 중앙부와 측면부를 제외한 영역을 식각하여 상기 식각되지 않은 지지층(2)과 상부일부가 식각된 지지층(2)의 중앙부하부를 노출시킨다.Next, as shown in FIG. 4F, the silicon substrate 1 and the regions except for the center portion and the side portions of the support layer 2 deposited on the lower side of the silicon substrate 1 are etched to form the unetched support layer ( 2) and the central portion of the support layer 2 etched the upper portion is exposed.
이와 같이 본 발명 TFBAR을 이용한 대역통과필터 제조방법은 동일한 기판상에서 지지층(2)의 두께를 조절하여 서로다른 공진주파수를 가지는 TFBAR을 제조할 수 있게된다. 상기 지지층(2)의 두께를 조절하면 공진주파수가 변화되는 원리는 지지층(2)의 두께가 상대적으로 얇은 위치에 형성되는 TFBAR은 공진을 일으키는 영역의 질량이 지지층(2)의 두께가 두꺼운 영역에 형성되는 TFBAR의 공진을 일으키는 영역의 질량보다 작게 되며, 이에 따라 공진주파수가 상대적으로 더 높아지게 된다.As described above, the bandpass filter manufacturing method using the TFBAR of the present invention can manufacture TFBARs having different resonance frequencies by controlling the thickness of the support layer 2 on the same substrate. The principle that the resonance frequency changes when the thickness of the support layer 2 is adjusted is that TFBAR formed at a position where the thickness of the support layer 2 is relatively thin has a mass of the region causing resonance in a region where the thickness of the support layer 2 is thick. It becomes smaller than the mass of the region causing resonance of the TFBAR to be formed, and thus the resonance frequency is relatively higher.
상기한 바와 같이 본 발명 TFBAR을 이용한 대역통과필터 제조방법은 서로다른 공진 주파수를 가지는 TFBAR을 지지층의 두께 차에 의한 공진영역의 질량차를 도모하여, 동일한 기판상에서 제조함이 가능해져, 소자가 차지하는 면적을 최소화하고, 공정단계를 감소시켜 제조비용을 절감하고 수율을 향상시키는 효과와 아울러 대역통과필터의 특성을 튜닝하기가 용이한 효과가 있다.As described above, in the bandpass filter manufacturing method using the TFBAR of the present invention, it is possible to manufacture TFBARs having different resonant frequencies on the same substrate by achieving a mass difference of the resonance region due to the thickness difference of the support layer. By minimizing the area and reducing the process steps, it is possible to reduce the manufacturing cost and improve the yield, and to easily tune the characteristics of the band pass filter.
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