KR100437491B1 - Bulk acoustic wave filter - Google Patents
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Abstract
본 발명은 벌크 탄성파 필터에 관한 것으로, 간단한 구조에 의해 필터의 튜닝을 용이하게 수행할 수 있도록, 대략 판상으로서 상면에 다수의 공간부가 형성된 섭스트레이트와, 상기 각각의 공간부에 절연성박막, 제1도전층, 압전층 및 제2도전층이 형성되어 이루어진 다수의 레조네이터와, 상기 다수의 레조네이터중 선택된 레조네이터의 공명 주파수를 튜닝하기 위해 상기 선택된 레조네이터의 최상면인 제2도전층에는 일정두께의 튜닝층이 더 형성된 것을 특징으로 함.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bulk acoustic wave filter, comprising: a substrate having a plurality of spaces formed on the upper surface as a substantially plate-like shape so that tuning of the filter can be easily performed by a simple structure; A plurality of resonators formed by forming a conductive layer, a piezoelectric layer, and a second conductive layer, and a tuning layer having a predetermined thickness are provided on the second conductive layer, which is the top surface of the selected resonator, for tuning the resonance frequency of the selected resonator among the plurality of resonators. Further formed.
Description
본 발명은 벌크 탄성파 필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게 설명하면 튜닝이 용이한 벌크 탄성파 필터에 관한 것이다.The present invention relates to a bulk acoustic wave filter, and more particularly, to a bulk acoustic wave filter that is easy to tune.
도1a에는 벌크 탄성파 레조네이터로 구성된 필터의 한예가 도시되어 있다. 벌크 탄성파 레조네이터로 구성된 상기 필터는 통상 4개의 레조네이터중 2개, 예를 들면 레조네이터 A'는 레조네이터 B'보다 높은 공진 주파수를 갖도록 설계된다. 일반적으로 레조네이터 A'의 직렬 공진은 레조네이터 B'의 병렬 공진에 연결되며, 이것이 필터의 중간 주파수가 된다.1A shows an example of a filter composed of a bulk acoustic wave resonator. The filter, which consists of a bulk acoustic wave resonator, is typically designed so that two of the four resonators, for example resonator A ', have a higher resonant frequency than resonator B'. In general, the series resonance of Resonator A 'is connected to the parallel resonance of Resonator B', which is the intermediate frequency of the filter.
한편, 도1b 및 도1c에는 실제 섭스트레이트(2') 상에서 벌크 탄성파 레조네이터를 이용한 필터(100')의 평면도 및 단면도가 도시되어 있다.1B and 1C show a plan view and a cross-sectional view of the filter 100 'using the bulk acoustic wave resonator on the actual substrate 2'.
도시된 바와 같이 하나의 섭스트레이트(2') 상에 다수의 레조네이터A',B'가 소정 영역에 형성되어 있으며, 각각의 레조네이터A',B'는 제1도전층(8') 및 제2도전층(12') 사이에는 압전층(10')이 형성되어 있으며, 또한 상기 제1도전층(8')과 섭스트레이트(2') 사이에는 절연성 박막(6')이 형성되어 있으며, 상기 각각의 레조네이터A',B'에 해당하는 섭스트레이트(2')의 표면에는 공간부(4')가 형성되어 있다. 상기 공간부(4')는 음향적으로 각각의 레조네이터A',B'가 아이솔레이션(Isolation)되도록 하는 역할을 한다.As shown, a plurality of resonators A 'and B' are formed in a predetermined region on one substrate 2 ', and each of the resonators A' and B 'is a first conductive layer 8' and a second. A piezoelectric layer 10 'is formed between the conductive layers 12', and an insulating thin film 6 'is formed between the first conductive layer 8' and the substrate 2 '. The space portion 4 'is formed on the surface of the substrate 2' corresponding to each of the resonators A 'and B'. The space portion 4 'acoustically serves to isolate each of the resonators A' and B '.
여기서, 상기와 같이 각 레조네이터A',B'의 공진 주파수를 다르게 하는 방법으로는 래더(Ladder) 구조를 갖는 벌크 탄성파 필터에서와 같은 방법으로 이루어진다. 예를 들어, 상기 레조네이터 B'의 각 층중 어느 하나의 두께 또는 면적을 다르게 형성함으로써, 공진 주파수를 다르게 할 수 있다. 구체적으로 압전층(10')의 두께 또는 도전층(8',12')의 두께 등을 다르게 형성함으로써, 목적하는 레조네이터의 공진 주파수를 다르게 형성할 수 있다.Here, as described above, the resonant frequencies of the resonators A 'and B' are changed in the same manner as in the bulk acoustic wave filter having a ladder structure. For example, by differently forming the thickness or area of each layer of the resonator B ', the resonant frequency can be changed. Specifically, by forming the thickness of the piezoelectric layer 10 'or the thickness of the conductive layers 8' and 12 'differently, the resonance frequency of the desired resonator can be formed differently.
그러나, 상기와 같은 각 레조네이터 A',B'의 압전층(10') 또는 도전층(8',12')은 동일한 공정 단계에서 제조되기 때문에, 어떤 특정한 레조네이터 B'의 압전층(10') 또는 도전층의 두께만을 다르게 형성 및 제어한다는 것은 현실적으로 매우 어려운 문제점이 있다.However, the piezoelectric layers 10 'or conductive layers 8' and 12 'of each of the above-mentioned resonators A' and B 'are manufactured in the same process step, and therefore, the piezoelectric layers 10' of any particular resonator B '. Alternatively, differently forming and controlling only the thickness of the conductive layer has a very difficult problem in reality.
또한, 조건에 맞는 공진 주파수를 얻기 위해 하나의 레조네이터 B'에서 압전층(10') 또는 도전층의 두께를 다양하게 변화시켜가며 튜닝해야 함으로써, 소정 특성의 필터(100')를 얻기 위해서는 많은 시행착오와 시간이 소비되는 단점이 있다.In addition, in order to obtain a filter 100 'having a predetermined characteristic by tuning by varying the thickness of the piezoelectric layer 10' or the conductive layer in one resonator B 'in order to obtain a resonance frequency suitable for a condition. There is a drawback of error and time.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 간단한 구조에 의해 레조네이터의 튜닝을 용이하게 수행할 수 있는 벌크 탄성파 필터에 관한 것이다.Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and relates to a bulk acoustic wave filter that can easily perform tuning of the resonator by a simple structure.
도1a는 벌크 탄성파 레조네이터로 구성된 필터의 한예를 도시한 개략적인 다이아그램(Diagram)이고, 도1b는 실제의 섭스트레이트 상에 구현된 필터를 도시한 평면도이며, 도1c는 도1b의 I'-I' 선 단면도이다.FIG. 1A is a schematic diagram showing an example of a filter composed of a bulk acoustic wave resonator, FIG. 1B is a plan view showing a filter implemented on an actual substrate, and FIG. 1C is a line I'- of FIG. 1B. I 'line section.
도2a는 본 발명에 의한 벌크 탄성파 필터를 도시한 평면도이고, 도2b는 도2a의 I-I선을 도시한 단면도이다.Figure 2a is a plan view showing a bulk acoustic wave filter according to the present invention, Figure 2b is a cross-sectional view showing the line I-I of Figure 2a.
- 도면중 주요 부호에 대한 설명 --Description of the main symbols in the drawings-
100; 본 발명에 의한 벌크 탄성 필터100; Bulk elastic filter according to the present invention
A,B; 레조네이터(Resonator) 2; 섭스트레이트(substrate)A, B; Resonator 2; Substrate
4; 공간부 6; 절연성 박막4; Space part 6; Insulating thin film
8; 제1도전층 10; 압전층8; A first conductive layer 10; Piezoelectric layer
12; 제2도전층 14; 튜닝층(Tuning Layer)12; Second conductive layer 14; Tuning Layer
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 벌크 탄성파 필터는 대략 판상으로서 상면에 다수의 공간부가 형성된 섭스트레이트와, 상기 각각의 공간부에 절연성 박막, 제1도전층, 압전층 및 제2도전층이 형성되어 이루어진 다수의 레조네이터와, 상기 다수의 레조네이터중 선택된 레조네이터의 공명 주파수를 튜닝하기 위해 상기 선택된 레조네이터의 최상면인 제2도전층에는 일정두께의 튜닝층이 더 형성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the bulk acoustic wave filter according to the present invention is substantially flat and has a substrate having a plurality of spaces formed on an upper surface thereof, an insulating thin film, a first conductive layer, a piezoelectric layer, and a second conductive layer formed in each of the spaces. The formed plurality of resonators and the second conductive layer which is the top surface of the selected resonator to tune the resonance frequency of the selected resonator among the plurality of resonators are characterized in that the tuning layer of a predetermined thickness is further formed.
상기 튜닝층은 열산화막(SiO2) 또는 질화막(Si3N4) 중 어느 하나가 선택되어 형성될 수 있다.The tuning layer may be formed by selecting any one of a thermal oxide film (SiO 2 ) or a nitride film (Si 3 N 4 ).
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 벌크 탄성파 필터는 변경하고자 하는 레조네이터의 최상층에 일정두께의 튜닝층을 형성함으로써, 어떤 특정한 레조네이터의 공진 주파수를 쉽게 튜닝할 수 있는 장점이 있다.As described above, the bulk acoustic wave filter according to the present invention has an advantage of easily tuning a resonant frequency of a specific resonator by forming a tuning layer having a predetermined thickness on the uppermost layer of the resonator to be changed.
또한, 종래와 같이 가장 핵심이 되는 압전층의 두께 등을 다양하게 변화시켜가며 튜닝할 필요가 없음으로써, 소정 특성의 필터를 빠른 시간내에 구현 및 제작할 수 있는 장점이 있다.In addition, since there is no need to tune by varying the thickness of the piezoelectric layer, which is the core, as the conventional method, there is an advantage that a filter having a predetermined characteristic can be implemented and manufactured in a short time.
이하 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings such that those skilled in the art can easily implement the present invention.
도2a는 본 발명에 의한 벌크 탄성파 필터(100)를 도시한 평면도이고, 도2b는 도2a의 I-I선을 도시한 단면도이다.FIG. 2A is a plan view of the bulk acoustic wave filter 100 according to the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the I-I line of FIG. 2A.
도시된 바와 같이 대략 평판 모양이며, 두께는 대략 수백㎛인 섭스트레이트(2)가 구비되어 있다. 상기 섭스트레이트(2)는 통상적인 실리콘(Si), 갈륨아세나이드(GaAs), 글래스(Galss), 세라믹(Ceramic) 또는 이의 등가물중 어느 하나가 될 수 있다. 상기 섭스트레이트(2)의 상면에는 다수의 공간부(4)가 통상적인 사진/식각 공정에 의해 형성되어 있으며, 상기 공간부(4)의 상면 및 섭스트레이트(2)의 상면에는 절연성 박막(6)이 형성되어 있다. 상기 공간부(4)는 주지된 바와 같이 각 레조네이터 A,B의 음향적 아이솔레이터(Isolator) 역할을 한다. 상기 공간부(4)의 절연성 박막(6) 상면에는 일정 두께의 제1도전층(8)이 각각 형성되어 있으며, 이러한 도전층은 통상적인 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 구리(Cu),몰리브데늄(Mo), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 니비엄(Nb), 실버(Ag), 골드(Au), 탄탈륨(Ta) 또는 이의 등가물중 어느 하나로 형성될 수 있다. 이러한 제1도전층(8)의 재질은 하기할 제2도전층(12)에도 그대로 적용된다. 또한, 상기 각각의 제1도전층(8)의 상면에는 일정두께의 압전층(10)이 형성되어 있다. 상기 압전층(10) 역시 통상적인 피에조일렉트릭(Piezoelectric) 계열의 ZnO, AlN, ZnS 또는 페로일렉트릭(Ferroelectric) 계열의 PbTiO3, Pb(ZrxTil-x)O3또는 이의 등가물중 어느 하나로 형성될 수 있다. 더불어, 상기한 압전층(10)의 상면에는 제2도전층(12)이 형성되어 있다. 상기와 같은 구조는 레조네이터 A,B 모두 동일한 구조를 하며, 이는 통상적인 래더 형태로 상호간 결선되어 있다. 즉, 제1도전층(8) 및 제2도전층(12)을 통하여 레조네이터 A,B가 상호 결선되어 있으며, 이러한 구조는 종래와 동일하다.As shown, the substrate 2 has a substantially flat plate shape and a thickness of approximately several hundred micrometers. The substrates 2 may be any one of conventional silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), glass (Galss), ceramics, or equivalents thereof. A plurality of spaces 4 are formed on the upper surface of the substrate 2 by a conventional photo / etching process, and an insulating thin film 6 is formed on the upper surface of the space 4 and the upper surface of the substrate 2. ) Is formed. The space portion 4 serves as an acoustic isolator of each of the resonators A and B as is well known. The first conductive layer 8 having a predetermined thickness is formed on the upper surface of the insulating thin film 6 of the space 4, and the conductive layer is formed of conventional tungsten (W), aluminum (Al), and copper (Cu). It may be formed of any one of molybdenum (Mo), nickel (Ni), titanium (Ti), niobium (Nb), silver (Ag), gold (Au), tantalum (Ta) or an equivalent thereof. The material of the first conductive layer 8 is also applied to the second conductive layer 12 to be described later. In addition, a piezoelectric layer 10 having a predetermined thickness is formed on the upper surface of each of the first conductive layers 8. The piezoelectric layer 10 may also be formed of any one of conventional piezoelectric ZnO, AlN, ZnS, or ferroelectric PbTiO 3 , Pb (Zr x Ti lx ) O 3, or an equivalent thereof. have. In addition, a second conductive layer 12 is formed on the upper surface of the piezoelectric layer 10. Such a structure has the same structure of the resonators A and B, which are connected to each other in a conventional ladder form. That is, the resonators A and B are connected to each other through the first conductive layer 8 and the second conductive layer 12, and this structure is the same as before.
단, 본 발명은 특정한 레조네이터, 예를 들면 레조네이터 B의 최상면인 제2도전층(12)의 표면에 일정 두께의 튜닝층(14)이 더 형성된 것이 특징이다. 즉, 레조네이터 A와 다른 공진 주파수를 갖도록, 레조네이터 B의 제2도전층(12) 상면에 일정두께의 튜닝층(14)이 더 형성되어 있다.However, the present invention is characterized in that a tuning layer 14 having a predetermined thickness is further formed on the surface of the second conductive layer 12, which is the top surface of a specific resonator, for example, Resonator B. That is, a tuning layer 14 having a constant thickness is further formed on the upper surface of the second conductive layer 12 of the resonator B so as to have a resonance frequency different from that of the resonator A. FIG.
이러한 튜닝층(14)은 통상의 실리콘 열산화막(SiO2) 또는 질화막(Si3N4)이 될 수 있다.The tuning layer 14 may be a conventional silicon thermal oxide film (SiO 2 ) or nitride film (Si 3 N 4 ).
상기 튜닝층(14)으로서 실리콘 열산화막을 이용한 경우에는, 통상의 사진 공정을 통하여 상기 섭스트레이트(2)의 제2도전층(12)만 오픈(Open)되도록 하고, 또한 초기세척(Pre-Cleaning) 공정을 거친 후, 상기 섭스트레이트(2)를 고온의 퍼니스(Furnace)에 넣고 O2가스, 또는 O2수증기의 혼합체 안에서 대략 1,000~1200℃로 가열하여 상기 제2도전층(12) 표면에 열산화막이 형성되도록 할 수 있다.When the silicon thermal oxide film is used as the tuning layer 14, only the second conductive layer 12 of the substrat 2 is opened through a normal photographic process, and the pre-cleaning is performed. ) And then, the substrate (2) is placed in a hot furnace (Furnace) and heated to approximately 1,000 ~ 1200 ℃ in a mixture of O 2 gas or O 2 steam to the surface of the second conductive layer 12 A thermal oxide film can be formed.
또한, 상기 튜닝층(14)으로서 질화막을 이용한 경우에는 상기와 같이 섭스트레이트(2)의 제2도전층(12)만 오픈되도록 하고, 초기세척 공정을 거친 후, 상기 섭스트레이트(2)를 고온의 퍼니스에 넣고 NH3와 SiH2Cl2의 혼합체 안에서 대략 700~800℃로 가열하여 상기 제2도전층(12) 표면에 질화막이 형성되도록 할 수 있다.When the nitride layer is used as the tuning layer 14, only the second conductive layer 12 of the substrate 2 is opened as described above, and after the initial cleaning process, the substrate 2 is heated to a high temperature. The furnace may be heated to about 700 to 800 ° C. in a mixture of NH 3 and SiH 2 Cl 2 to form a nitride film on the surface of the second conductive layer 12.
또한, 다른 실시예로서 상기 튜닝층(14)은 통상적인 유전체나 또는 금속 박막(6)을 이용할 수도 있으며, 여기서 상기 튜닝층(14)을 특정한 재질로 한정하는 것은 아니다.In another embodiment, the tuning layer 14 may use a conventional dielectric or metal thin film 6, but the tuning layer 14 is not limited to a specific material.
따라서, 상기와 같은 튜닝층(14)에 의해 특정한 레조네이터의 공진 주파수를 쉽게 튜닝할 수 있게 된다. 즉, 상기 제1도전층(8) 및 제2도전층(12) 사이에 위치된 압전층(10)은 주지된 바와 같이 벌크 탄성파를 발생시키는데, 이때 상기 제2도전층(12)의 두께가 변경됨으로써, 공진 주파수의 범위를 변경할 수 있게 되는 것이다. 이는 상기 제2도전층(12)의 매질을 변화시킴으로써, 공진 주파수의 범위를 변경시킨다고도 볼 수 있다. 또한, 이러한 튜닝층(14)의 형성은 종래와 같이 핵심적인 부분인 압전층(10)의 두께 또는 면적 등을 변화시키며 튜닝하는 것에 비해 비교적 간단한 공정과 짧은 시간에 튜닝을 완료시킬 수 있게 된다.Therefore, the tuning layer 14 as described above makes it possible to easily tune the resonant frequency of a particular resonator. That is, the piezoelectric layer 10 positioned between the first conductive layer 8 and the second conductive layer 12 generates a bulk acoustic wave as is well known, wherein the thickness of the second conductive layer 12 By changing, the range of the resonance frequency can be changed. This can also be seen as changing the range of the resonant frequency by changing the medium of the second conductive layer 12. In addition, the formation of the tuning layer 14 allows tuning to be completed in a relatively simple process and a short time, compared to tuning by changing the thickness or area of the piezoelectric layer 10, which is an essential part as in the prior art.
이상에서와 같이 본 발명은 비록 상기의 실시예에 한하여 설명하였지만 여기에만 한정되지 않으며, 본 발명의 범주 및 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지로 변형된 실시예도 가능할 것이다.As described above, although the present invention has been described with reference to the above embodiments, the present invention is not limited thereto, and various modified embodiments may be possible without departing from the scope and spirit of the present invention.
따라서, 본 발명에 의한 벌크 탄성파 필터는 변경하고자 하는 레조네이터의 최상층에 일정두께의 튜닝층을 형성함으로써, 어떤 특정한 레조네이터의 공진 주파수를 쉽게 튜닝할 수 있는 효과가 있다.Therefore, the bulk acoustic wave filter according to the present invention has an effect of easily tuning the resonant frequency of a particular resonator by forming a tuning layer having a predetermined thickness on the top layer of the resonator to be changed.
또한, 종래와 같이 압전층의 두께 등을 변화시켜가며 튜닝할 필요가 없음으로써, 소정 특성의 필터를 빠른 시간내에 구현 및 제작할 수 있는 효과가 있다.In addition, since there is no need to tune by changing the thickness of the piezoelectric layer as in the prior art, it is possible to implement and manufacture a filter having a predetermined characteristic in a short time.
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