KR100480030B1 - Manufacturing method of thin film bulk acoustic resonator and filter - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막 필름 벌크 오코스틱 공진기(Film Bulk Acoustic Resonator, 이하 FBAR이라 칭함) 및 필터에 관한 것으로, 특히 차세대 이동통신 단말기에 적용되는 FBAR 및 필터 제조시 AlN 박막을 과다 식각 및 하부 전극 손실 없이 식각하는데 적당하도록 한 박막 FBAR 및 필터 제조 방법에 관한 것이다. 종래에는 FBAR 소자 제조시 AlN 박막을 습식 또는 건식 식각으로 식각하기 때문에 습식 식각을 이용하는 경우 AlN 박막이 과다 식각되어 하부 전극이 노출되기 쉬우며, 건식 식각을 이용하는 경우에는 하부 전극까지 식각되기 때문에 공정이 난해하고 수율이 낮은 문제가 있었다. 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 기판 상에 차례로 하부 전극, 압전 유전체, 접착성 박막 금속층을 형성한 후 포토레지스트 패턴을 적용하는 단계와; 상기 포토레지스트 패턴에 따라 노출된 상기 접착성 박막 금속층을 제거한 후 상기 포토레지스트 및 접착성 박막 금속층으로 이루어진 패턴에 따라 노출된 상기 압전 유전체를 하부 전극이 드러나기 전까지 건식 식각 방법으로 식각하는 단계와; 상기 노출된 압전 유전체의 나머지 부분을 습식 식각 방법으로 식각하는 단계와; 상기 잔류하는 포토레지스트 및 박막 금속층을 제거하는 단계를 포함하는 FBAR 및 필터 제조 방법을 제공하여 AlN 박막의 과다 식각 및 하부 전극 식각을 방지함으로써 FBAR 및 필터의 공정을 용이하게 하며, 수율을 높이는 효과가 있다.The present invention relates to a thin film film bulk acoustic resonator (FBAR) and a filter, and particularly, to etch AlN thin film without excessive etching and loss of lower electrode when manufacturing FBAR and filter applied to next generation mobile communication terminal. It relates to a thin film FBAR and a filter manufacturing method suitable for. Conventionally, since the AlN thin film is etched by wet or dry etching during FBAR device fabrication, the AlN thin film is excessively etched when wet etching is used, and the lower electrode is easily etched when using dry etching. There was a problem with difficulty and low yield. In view of the above problems, the present invention includes forming a lower electrode, a piezoelectric dielectric, and an adhesive thin film metal layer on a substrate, and then applying a photoresist pattern; Removing the adhesive thin film metal layer exposed according to the photoresist pattern and etching the piezoelectric dielectric exposed according to the pattern consisting of the photoresist and adhesive thin film metal layer by a dry etching method until a lower electrode is exposed; Etching the remaining portion of the exposed piezoelectric dielectric by a wet etching method; It provides an FBAR and filter manufacturing method comprising the step of removing the remaining photoresist and thin film metal layer to prevent excessive etching and lower electrode etching of the AlN thin film to facilitate the process of FBAR and filter, the effect of increasing the yield have.
Description
본 발명은 박막 필름 벌크 오코스틱 공진기(Film Bulk Acoustic Resonator:FBAR, 이하 FBAR이라 칭함) 및 필터에 관한 것으로, 특히 차세대 이동통신 단말기에 적용되는 FBAR 및 필터 제조시 AlN 박막을 과다 식각 및 하부 전극 손실 없이 식각하는데 적당하도록 한 박막 FBAR 및 필터 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a film bulk bulk acoustic resonator (FBAR, hereinafter referred to as FBAR) and a filter, and in particular, excessive etching and lower electrode loss of AlN thin film in the manufacture of FBAR and filter applied to the next-generation mobile communication terminal. A thin film FBAR and a method of making a filter that are suitable for etching without.
휴대 전화를 비롯한 정보통신 단말기에 사용되는 핵심 부품 중 하나인 대역통과 필터(BPF)와 듀플렉서(DPX)는 많은 공중파 중에서 사용자가 원하는 주파수를 추출해 주는 소자로서, 현재 표면 탄성파(SAW) 공진기를 비롯한 유전체 필터를 사용하고 있다. 하지만, 크기 및 고주파 대역 특성의 한계로 인해 점차 FBAR 필터가 정보통신 단말기에 적용될 것이다. Bandpass filters (BPFs) and duplexers (DPXs), which are one of the key components used in telecommunication terminals including mobile phones, are devices that extract frequencies desired by users from many airwaves, and are currently used in dielectrics including surface acoustic wave (SAW) resonators. I'm using a filter. However, due to limitations in size and high frequency band characteristics, FBAR filters will be gradually applied to information communication terminals.
FBAR 필터는 주파수 대역이 넓고 크기가 작으며, 전력 소모 역시 대단히 작기 때문에 정보통신 부품의 소형화와 저전력화에 기여할 것이다. The FBAR filter has a wide frequency band, a small size, and a very small power consumption, which will contribute to miniaturization and low power of information and communication components.
이러한 FBAR 박막형 공진기의 핵심 구조를 보도록 한다.Let's look at the core structure of this FBAR thin-film resonator.
도 1은 FBAR 박막형 공진기 소자의 기본 구조로서, 도시되지는 않았지만 기판 상에 형성되는 공진기 소자 부분으로, 하부 전극(1)과 상부 전극(3) 사이에 압전 유전체 물질(2)이 위치하고 있다. FIG. 1 is a basic structure of a FBAR thin film resonator element, which is a portion of the resonator element formed on a substrate, although not shown, wherein a piezoelectric dielectric material 2 is positioned between the lower electrode 1 and the upper electrode 3.
상기 하부 전극(1)은 실리콘(Si) 또는 갈륨비소(GaAs) 기판(미도시) 상에 형성되며, 그 상부에 ZnO, AlN과 같은 압전 유전체 물질(2)이 증착된다. 이후 그 상부에 상부 전극(3)을 형성하고 벌크 오코스틱 파형(Bulk Acoustic Wave)을 유발시켜 공진을 발생시킨다.The lower electrode 1 is formed on a silicon (Si) or gallium arsenide (GaAs) substrate (not shown), and a piezoelectric dielectric material 2 such as ZnO or AlN is deposited thereon. After that, the upper electrode 3 is formed on the upper side, and a bulk acoustic wave is generated to generate a resonance.
도 2는 상기 FBAR 소자를 적용하여 필터를 구성한 후 이를 이동통신 단말기에 적용한 예를 보인것으로, 도시한 바와 같이 송수신 대역 통과 필터들(TxBPF, RxBPF)을 구성하기위해 상기 FBAR 소자들을 직렬 및 병렬로 연결하여 사용하고 있음을 알 수 있다.FIG. 2 illustrates an example in which a filter is applied by applying the FBAR device and then applied to a mobile communication terminal. The FBAR devices are serially and parallelly configured to configure transmit / receive band pass filters (TxBPF, RxBPF) as shown. It can be seen that it is connected and used.
이러한 FBAR은 유전체 필터 및 집중정수(LC) 필터의 수백분의 1이하 크기로 초소형화가 가능하고, 탄성파(Surface Acoustic Wave)소자보다 삽입 손실이 대단히 작으며 사용가능 전력또한 크다. 또한, MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)에 내장될 수 있으므로 원칩 RF 필터 구현이 가능하고 고주파 특성이 좋기 때문에 차세대 정보통신 단말기에 적용되고 있다. The FBAR can be miniaturized to less than one hundredth of the size of the dielectric filter and the lumped constant (LC) filter, and the insertion loss is much smaller than the surface acoustic wave device, and the usable power is also large. In addition, since it can be embedded in a MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit), it is possible to implement a one-chip RF filter and to have high frequency characteristics, thereby being applied to a next generation information communication terminal.
FBAR의 특징 중 하나로, 하나의 반도체 기판 상에 수백개의 필터를 동시에 제조할 수 있으므로 가격 역시 저렴하다.One of the features of FBAR is the low cost, since hundreds of filters can be manufactured simultaneously on one semiconductor substrate.
상기 FBAR 소자의 제조에서 가장 난이도 높은 공정 중 하나는 상기 압전 유전체(예를 들어, AlN) 박막을 식각하는 기술이다. One of the most difficult processes in the fabrication of the FBAR device is a technique for etching the piezoelectric dielectric (eg, AlN) thin film.
일반적인 압전 유전체 식각 방법으로는 포토레지스트 마스크를 상기 압전 유전체 상에 적용한 후 건식 또는 습식 식각하게 된다. In general piezoelectric dielectric etching, a photoresist mask is applied on the piezoelectric dielectric, and then dry or wet etching is performed.
도 3은 종래의 압전 유전체 식각 방법 중 습식 식각 방법을 도시한 것으로, 포토레지스트 패턴을 적용한 후 인산과 같은 식각물질을 통해 식각한다. 3 illustrates a wet etching method of a conventional piezoelectric dielectric etching method, and is etched through an etching material such as phosphoric acid after applying a photoresist pattern.
도 3a는 반도체 기판(10) 상에 차례로 하부 전극(11), 압전 유전체(12)를 형성한 후 포토레지트 패턴(PR)을 적용한 것이다. 상기 하부 전극(11)과 반도체 기판(10)과의 절연을 위해 그 사이에 절연층이 형성될 수도 있다.3A illustrates that the lower electrode 11 and the piezoelectric dielectric 12 are sequentially formed on the semiconductor substrate 10, and then the photoresist pattern PR is applied. An insulating layer may be formed therebetween to insulate the lower electrode 11 from the semiconductor substrate 10.
그 다음, 도 3b와 같이 상기 포토 레지스트 패턴(PR)을 이용하여 습식 식각으로 상기 압전 유전체(12)를 패터닝한다. 상기 압전 유전체(12)는 AlN과 같은 물질로 되어 있으며, 이를 인신과 같은 식각물질로 습식각하는 경우 수직방향보다 수평방향으로의 식각 속도가 10배에서 15배 정도 빠르기 때문에 도시된 바와 같이 과다 식각된다. Next, as shown in FIG. 3B, the piezoelectric dielectric 12 is patterned by wet etching using the photoresist pattern PR. The piezoelectric dielectric 12 is made of a material such as AlN. When wet etching with an etchant such as human body, the etching speed in the horizontal direction is 10 to 15 times faster than in the vertical direction, thus overetching as shown. do.
이는 도 3c와 같이 상부 전극을 형성하는 경우 하부전극과의 단락을 유발하기 때문에 이러한 종래의 방법은 수율이 좋지 않다.This causes a short circuit with the lower electrode when forming the upper electrode as shown in FIG. 3c, so the conventional method has a poor yield.
또한, 포토레지스트 패턴과 상기 압전 유전체의 접합이 좋지 않아 그 접합부가 식각되는 경우 역시 발생한다. In addition, when the junction between the photoresist pattern and the piezoelectric dielectric is not good, the junction is also etched.
전술한 방법 외에 건식식각의 경우 가스를 이용하는데, 수직 방향의 식각율이 좋기 때문에(수평 방향과 1:1) 포토레지스트 패턴에 따른 식각이 수직으로 이루어지게된다. 하지만, 식각 가스가 하부 패턴까지 식각하기 때문에 선택적인 식각이 쉽지 않은 문제가 있다.In the case of dry etching, in addition to the above-described method, gas is used, and since the etching rate in the vertical direction is good (1: 1 in the horizontal direction), the etching according to the photoresist pattern is performed vertically. However, there is a problem that the selective etching is not easy because the etching gas is etched to the lower pattern.
따라서, FBAR 소자를 제조하는데 있어 AlN 박막 식각 공정은 FBAR 필터의 제조 수율을 낮추는 가장 큰 요소 중 하나가 된다.Therefore, the AlN thin film etching process in manufacturing the FBAR device is one of the biggest factor to lower the manufacturing yield of the FBAR filter.
상기한 바와 같이 종래에는 FBAR 소자 제조시 AlN 박막을 습식 또는 건식 식각으로 식각하기 때문에 습식 식각을 이용하는 경우 AlN 박막이 과다 식각되어 하부 전극이 노출되기 쉬우며, 건식 식각을 이용하는 경우에는 하부 전극까지 식각되기 때문에 공정이 난해하고 수율이 낮은 문제가 있었다.As described above, since the AlN thin film is etched by wet or dry etching during the fabrication of FBAR devices, when the wet etching is used, the AlN thin film is excessively etched so that the lower electrode is easily exposed, and when using dry etching, the lower electrode is etched. As a result, the process was difficult and the yield was low.
이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 AlN 박막 상부에 박막 금속층을 형성하여 적용되는 포토레지스트 패턴과 AlN 박막의 접착성을 개선하고 건식 식각과 습식 식각을 교차적용하여 AlN 박막의 과다 식각 및 하부 전극 식각을 방지하도록 한 박막 필름 벌크 오코스틱 공진기 및 필터 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In view of the above problems, the present invention improves the adhesion between the photoresist pattern and the AlN thin film formed by forming a thin metal layer on the AlN thin film, and applies the dry and wet etching to the over-etching and lower electrode etching of the AlN thin film. It is an object of the present invention to provide a thin film bulk oakistic resonator and a filter manufacturing method for preventing the same.
상기와 같은 목적을 달성하기위한 본 발명은 기판 상에 차례로 하부 전극, 압전 유전체, 접착성 박막 금속층을 형성한 후 포토레지스트 패턴을 적용하는 단계와; 상기 포토레지스트 패턴에 따라 노출된 상기 접착성 박막 금속층을 제거한 후 상기 포토레지스트 및 접착성 박막 금속층으로 이루어진 패턴에 따라 노출된 상기 압전 유전체를 하부 전극이 드러나기 전까지 건식 식각 방법으로 식각하는 단계와; 상기 노출된 압전 유전체의 나머지 부분을 습식 식각 방법으로 식각하는 단계와; 상기 잔류하는 포토레지스트 및 박막 금속층을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object comprises the steps of applying a photoresist pattern after forming a lower electrode, a piezoelectric dielectric, an adhesive thin film metal layer on a substrate in turn; Removing the adhesive thin film metal layer exposed according to the photoresist pattern and etching the piezoelectric dielectric exposed according to the pattern consisting of the photoresist and adhesive thin film metal layer by a dry etching method until a lower electrode is exposed; Etching the remaining portion of the exposed piezoelectric dielectric by a wet etching method; And removing the remaining photoresist and the thin film metal layer.
상기 박막 금속층은 Cr또는 Ti와 같이 접착성이 좋은 금속을 이용하여 형성되며, 상기 건식 식각을 통해 식각하는 압전 유전체의 깊이는 하부층이 노출되지 않으며 80% 이상인 것이 바람직하다.The thin film metal layer is formed using a metal having good adhesion, such as Cr or Ti, the depth of the piezoelectric dielectric etched through the dry etching is preferably not more than 80% of the lower layer is exposed.
상기와 같이 구성되는 본 발명 박막 FBAR 및 필터 제조 방법의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.When described in detail with reference to the accompanying drawings an embodiment of the present invention thin film FBAR and a filter manufacturing method configured as described above are as follows.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명 박막 FBAR 및 필터 제조 공정의 수순단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 기판(20), 하부 전극(21), AlN 압전 유전체(22)를 형성한 구성물의 상부에 박막 금속층(23)을 증착하고 그 상부에 FBAR 소자들을 분리하기위한 포토레지스트 패턴(PR)을 형성하는 단계(도 4a)와; 상기 포토레지스트 패턴(PR)을 이용하여 노출된 상기 박막 금속층(23)을 식각하여 이후 식각될 상기 AlN 압전 유전체(22)의 일부를 노출시키는 단계(도 4b)와; 상기 포토레지스트(PR) 및 박막 금속층(23)으로 이루어진 패턴에 따라 노출된 상기 AlN압전 유전체(22)의 80% 이상을 건식 식각 방법으로 식각하는 단계(도 4c)와; 상기 노출된 AlN 압전 유전체(22)의 나머지 부분을 습식 식각 방법으로 식각하는 단계(도 4d)와; 상기 포토레지스트(PR) 및 박막 금속층(23)을 제거하는 단계(도 4e)로 이루어진다.4A to 4E are cross-sectional views of a thin film FBAR and a filter manufacturing process according to the present invention. As shown therein, a thin film metal layer is formed on a substrate 20, a lower electrode 21, and an AlN piezoelectric dielectric 22 formed thereon. (23) depositing a photoresist pattern (PR) for depositing and separating FBAR elements thereon (FIG. 4A); Etching the exposed thin metal layer 23 using the photoresist pattern PR to expose a portion of the AlN piezoelectric dielectric 22 to be etched later (FIG. 4B); Etching at least 80% of the AlN piezoelectric dielectrics 22 exposed by the pattern consisting of the photoresist PR and the thin film metal layer 23 by a dry etching method (FIG. 4C); Etching the remaining portion of the exposed AlN piezoelectric dielectric 22 by a wet etching method (FIG. 4D); The photoresist PR and the thin film metal layer 23 are removed (FIG. 4E).
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명 박막 FBAR 및 필터 제조 방법을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the thin film FBAR and the filter manufacturing method of the present invention configured as described above will be described in more detail.
먼저, 상기 도 4a에 도시한 바와 같이, 기판(20) 상부에 하부 전극(21), AlN 압전 유전체(22)를 형성한 다음 이후 형성될 포토레지시트 패턴과 상기 AlN 압전 유전체(22)의 접착을 개선하기위해 Cr이나 Ti와 같이 접착력이 좋은 박막 금속층(23)을 형성한 후 그 상부에 포토레지스트 패턴(PR)을 형성한다. 이를 통해 이후 사용될 식각공정 중에 상기 포토레지스트 패턴(PR)과 상기 AlN 압전 유전체(22) 사이의 계면으로 식각 가스나 식각액이 흘러들어갈 위험성을 극단적으로 낮출 수 있다.First, as shown in FIG. 4A, the lower electrode 21 and the AlN piezoelectric dielectric 22 are formed on the substrate 20, and then the photoresist pattern to be formed is adhered to the AlN piezoelectric dielectric 22. In order to improve the quality of the thin-film metal layer 23 having good adhesion, such as Cr or Ti and then to form a photoresist pattern (PR) on the top. As a result, the risk of the etching gas or the etchant flowing into the interface between the photoresist pattern PR and the AlN piezoelectric dielectric 22 may be extremely reduced during the etching process.
상기 기판(20)은 일반적인 실리콘(Si) 혹은 갈륨비소(GaAs) 기판일 수 있지만, 유리나 세라믹 같은 저손실 기판을 사용할 수도 있다. The substrate 20 may be a general silicon (Si) or gallium arsenide (GaAs) substrate, but a low loss substrate such as glass or ceramic may be used.
또한, 이후 설명하겠지만, 상기 기판(20)과 하부 전극(21) 사이에는 절연층이 삽입될 수 있으며, 제조하고자 하는 FBAR 필터에 따라 에어갭(Air Gap)이나 맴브레인층이 부가적으로 구성될 수 있다. 이러한 구체적인 실시예들은 이후 본 발명의 실시예들을 설명하면서 언급하도록 한다.In addition, as will be described later, an insulating layer may be inserted between the substrate 20 and the lower electrode 21, and an air gap or a membrane layer may be additionally configured according to the FBAR filter to be manufactured. have. These specific embodiments will be described later with reference to embodiments of the present invention.
그 다음, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 박막 금속층(23)을 형성된 포토레지스트 패턴(PR)에 따라 식각하여 제거하는 것으로 상기 AlN 압전 유전체(22)의 상부 일부를 노출시킨다.Next, as shown in FIG. 4B, the upper portion of the AlN piezoelectric dielectric 22 is exposed by etching and removing the thin film metal layer 23 according to the formed photoresist pattern PR.
그 다음, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 포토레지스트(PR) 및 박막 금속층(23)으로 이루어진 패턴에 따라 노출된 상기 AlN 압전 유전체(22)의 80% 이상을 고밀도 플라즈마 건식 식각방법으로 식각한다. 건식 식각 방법은 수직방향 식각율이 좋기 때문에 거의 수직으로 식각되므로 AlN 압전 유전체(22)가 과다 식각되지 않는다. 이때, 상기 하부 전극(22)이 노출되지 않도록 한다. Next, as shown in FIG. 4C, 80% or more of the AlN piezoelectric dielectrics 22 exposed by the pattern formed of the photoresist PR and the thin film metal layer 23 are etched by a high density plasma dry etching method. . In the dry etching method, since the vertical etching rate is good, the AlN piezoelectric dielectric 22 is not excessively etched because it is almost vertically etched. At this time, the lower electrode 22 is not exposed.
그 다음, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 건식 식각을 통해 식각된 AlN 압전 유전체(22)의 나머지 부분을 습식 식각 방법으로 식각하여 하부 전극(22)을 식각하지 않으면서 상기 AlN 압전 유전체(22)을 완전하게 식각할 수 있다.Next, as shown in FIG. 4C, the remaining portion of the AlN piezoelectric dielectric 22 etched through the dry etching is etched by a wet etching method to etch the AlN piezoelectric dielectric 22 without etching the lower electrode 22. ) Can be completely etched.
마지막으로, 잔류하는 상기 포토레지스트(PR) 및 박막 금속층(23)을 제거하는 것으로 FBAR 소자들을 개별적으로 구성할 수 있다.Finally, the FBAR devices may be individually configured by removing the remaining photoresist PR and the thin film metal layer 23.
전술한 바와 같이, 본 발명은 수직방향 식각율이 좋은 건식 식각으로 AlN 압전 유전체(22)를 대부분 식각한 후 하부 전극(22)을 드러내며 나머지 AlN 압전 유전체(22)를 제거하기위해 습식 식각을 실행하기 때문에 공정의 난이도가 대단히 쉬워지면서도 결과물의 상태는 기존의 건식 식각 또는 습식 식각만을 이용한 방법에 비해 월등히 우수하게 된다.As described above, the present invention performs wet etching to remove the remaining AlN piezoelectric dielectric 22 and expose the lower electrode 22 after most of the AlN piezoelectric dielectric 22 is etched by dry etching with good vertical etching rate. Therefore, the difficulty of the process becomes very easy and the state of the resultant product is much superior to the conventional dry or wet etching method.
이제, 본 발명을 적용하여 다양한 FBAR 필터들을 제조하는 방법들의 실시예들을 도면들과 함께 알아보도록 한다.Now, embodiments of the methods of manufacturing the various FBAR filters by applying the present invention will be described with the drawings.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명 박막 FBAR 및 필터 제조 공정을 이용하여 AlN 박막을 식각하여 구성한 FBAR 필터 제조 공정의 수순 단면도로서 절연층과 에어갭을 적용한 것이다.5A to 5E are cross-sectional views of an FBAR filter manufacturing process constructed by etching an AlN thin film using the inventive thin film FBAR and filter manufacturing process, and an insulating layer and an air gap are applied thereto.
도 5a에 도시된 바와 같이, 기판(30) 상부에 하부 전극과의 절연을 위한 절연층(SiNx, SiO2)(31)을 형성한 후 그 상부에 희생층(32)을 증착한다. 상기 희생층(32)은 실리콘, 폴리 실리콘, PSG, BPSG등을 이용하며 이후 에어갭을 남기며 제거될 것이다. As shown in FIG. 5A, an insulating layer (SiNx, SiO 2) 31 is formed on the substrate 30 to insulate the lower electrode, and then the sacrificial layer 32 is deposited on the substrate 30. The sacrificial layer 32 uses silicon, polysilicon, PSG, BPSG, etc. and will then be removed leaving an air gap.
그 다음, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 희생층(32)을 패터닝한 후 그 상부에 하부 전극(33)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 5B, the sacrificial layer 32 is patterned to form a lower electrode 33 thereon.
그 다음, 도 5c에 도시된 바와 같이 상기 하부 전극(33) 상부에 AlN 압전 유전체(34)를 형성한 후 본 발명을 이용하여 상기 AlN 압전 유전체(34)를 패터닝한다. 즉, 도 4에 설명한 공정 수순을 이용하여 상기 AlN 압전 유전체(34)를 깨끗하게 패터닝하면서도 하부 전극(33)의 노출 부분을 손상시키지 않는다.Next, as shown in FIG. 5C, the AlN piezoelectric dielectric 34 is formed on the lower electrode 33, and then the AlN piezoelectric dielectric 34 is patterned using the present invention. That is, the AlN piezoelectric dielectric 34 is cleanly patterned using the process procedure described with reference to FIG. 4 while not damaging the exposed portion of the lower electrode 33.
그 다음, 도 5d에 도시된 바와 같이 상기 형성된 AlN 압전 유전체(34) 패턴 및 하부 구조물의 상부에 상부 전극(35)을 형성한 후 다른 FBAR 소자의 하부 전극(33)과의 연결을 고려하여 패터닝한다.Next, as shown in FIG. 5D, an upper electrode 35 is formed on the formed AlN piezoelectric dielectric 34 pattern and the lower structure, and then patterned in consideration of connection with the lower electrode 33 of another FBAR device. do.
그 다음, 도 5e에 도시된 바와 같이 상기 FBAR 소자들로 이루어진 필터를 구현하기 위해서 직렬 공진기나 병령 공진기 중 하나를 선택하여 공진기 주파수 차이를 주기 위해 선택된 FBAR 소자의 상부 전극(35) 상에 부가 금속(add metal)(36)을 증착한다. 그 후, 마지막으로 상기 희생층(32)을 습식각으로 제거하여 에어갭(32')을 형성한다. Next, as shown in FIG. 5E, an additional metal on the upper electrode 35 of the selected FBAR element is selected to give a resonator frequency difference by selecting one of the series resonator or the parallel resonator to implement the filter composed of the FBAR elements. (add metal) 36 is deposited. Thereafter, the sacrificial layer 32 is finally removed by wet etching to form an air gap 32 ′.
전술한 방법을 통해 에어갭(32')을 가지며 맴브레인이 없는 공진기와 이를 이용한 필터를 생산할 수 있으며, 이러한 과정에서 AlN 압전 유전체(34)를 본 발명을 통해 패터닝하는 것으로 공정의 용이성과 생산 수율이 향상된다.Through the above-described method, it is possible to produce a resonator having an air gap 32 'and no membrane and a filter using the same. In this process, the AlN piezoelectric dielectric 34 is patterned through the present invention, so that the process is easy and the production yield is improved. Is improved.
상기 도 5b를 다시한번 보도록 한다. 여기서 상기 희생층(32)을 패터닝한 후 그 상부에 하부 전극(33)을 형성하기 전에 실리콘 니트라이드 혹은 ONO(옥사이드/니트라이드/옥사이드)와 같은 맴브레인층을 더 형성할 수 있다. 이후 공정은 도 5c 내지 도 5e와 유사하다. Let's look again at Figure 5b. Here, after forming the sacrificial layer 32 and before forming the lower electrode 33 thereon, a membrane layer such as silicon nitride or ONO (oxide / nitride / oxide) may be further formed. The process is similar to that of Figures 5C-5E.
따라서, 본 발명은 절연층, 에어갭, 맵브레인을 적절히 사용한 필터 제조에 공통적으로 적용될 수 있다.Therefore, the present invention can be commonly applied to the manufacture of a filter using an insulating layer, an air gap, and a map brain appropriately.
도 6a와 도 6b는 상기 언급한 필터와 약간 상이하게 구성된 것으로, 도 6a는 도 5를 통해 구성한 필터와 거의 유사하지만 기판(40)으로 유리나 세라믹과 같은 저손실 기판을 사용한 것이다. 6A and 6B are configured slightly differently from the above-mentioned filter, and FIG. 6A is almost similar to the filter configured through FIG. 5, but uses a low loss substrate such as glass or ceramic as the substrate 40.
도 6b는 도 5의 구성에 맴브레인층을 더 적용한 경우이며, 이 경우 역시 기판(50)으로 유리나 세라믹과 같은 저손실 기판을 사용한 것이다. 도시된 AlN 압전 유전체(54) 패턴이 더 넓은 폭을 가지도록 하여 기계적 안정성을 도모할 수도 있다. FIG. 6B illustrates a case in which the membrane layer is further applied to the configuration of FIG. 5. In this case, a low loss substrate such as glass or ceramic is used as the substrate 50. The illustrated AlN piezoelectric dielectric 54 pattern may have a wider width to achieve mechanical stability.
상기와 같이 유리 또는 세라믹 기판을 이용하는 경우 절연층 없이 희생층을 직접 형성할 수 있기 때문에 기판의 손실이 거의 없어 필터의 특성을 개선할 수 있다.In the case of using the glass or ceramic substrate as described above, since the sacrificial layer can be directly formed without the insulating layer, there is almost no loss of the substrate, thereby improving the characteristics of the filter.
도 7a 내지 7e는 전술된 방법들과는 상이하게, 실리콘 기판을 부분적으로 식각한 후 그 식각된 부분에 에어갭이 위치되도록 한 필터 제조 방법을 나타낸 공정 수순도이다.7A to 7E are process flow charts illustrating a method of manufacturing a filter in which an air gap is positioned in the etched portion after partially etching the silicon substrate, differently from the methods described above.
도 7a에 도시한 바와 같이 기판(60)을 부분적으로 식각한 후 절연층(61)을 증착한다. 상기 식각된 부분은 이후 에어갭이 될 부분으로, 전술한 구성과는 상이하게 기판 내부에 위치하도록 하는 구성을 이루게 된다.As shown in FIG. 7A, the substrate 60 is partially etched and the insulating layer 61 is deposited. The etched portion is a portion which will be an air gap later, and is configured to be positioned inside the substrate differently from the above-described configuration.
그 다음, 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 구조물 상부에 희생층(62)을 형성한 후 이를 화학적 연마하여 기판이 평탄하도록 한다.Next, as shown in FIG. 7B, the sacrificial layer 62 is formed on the structure, and then chemically polished so that the substrate is flat.
이후, 상기 구조물 상부에 하부 전극(63)을 형성한다.Thereafter, a lower electrode 63 is formed on the structure.
그 다음, 도 7c에 도시한 바와 같이 상기 구조물 상부에 AlN 압전 유전체(64)를 형성한 후 본 발명을 이용하여 상기 AlN 압전 유전체(64)를 패터닝한다. 즉, 여기서도 도 4에 설명한 공정 수순을 이용하여 상기 AlN 압전 유전체(64)를 깨끗하게 패터닝하면서도 하부 전극(63)의 노출 부분을 손상시키지 않는다.Next, as shown in FIG. 7C, the AlN piezoelectric dielectric 64 is formed on the structure, and the AlN piezoelectric dielectric 64 is patterned using the present invention. That is, here, the AlN piezoelectric dielectric 64 is cleanly patterned using the process procedure described with reference to FIG. 4 while not damaging the exposed portion of the lower electrode 63.
그 다음, 도 7d에 도시된 바와 같이 상기 형성된 AlN 압전 유전체(64) 패턴 및 하부 구조물의 상부에 상부 전극(65)을 형성한 후 다른 FBAR 소자의 하부 전극(63)과의 연결을 고려하여 패터닝한다.Next, as shown in FIG. 7D, an upper electrode 65 is formed on the formed AlN piezoelectric dielectric 64 pattern and the lower structure, and then patterned in consideration of connection with the lower electrode 63 of another FBAR device. do.
이후, 구성될 필터에 따라 상기 상부 전극(63)의 일부에 부가 금속(66)을 증착하는 것으로 공진기의 주파수를 바꾼다.The frequency of the resonator is then changed by depositing additional metal 66 on a portion of the upper electrode 63 according to the filter to be constructed.
마지막으로, 도 7e에 도시된 바와 같이, 상기 희생층(62)을 습식각으로 제거하여 에어갭(62')을 형성한다. Finally, as shown in FIG. 7E, the sacrificial layer 62 is removed by wet etching to form an air gap 62 ′.
상기 도 7을 통한 구성 역시 하부 전극(63)을 형성 하기 전에 연마된 희생층(62) 및 기판(60) 상부에 맴브레인층을 더 추가할 수 있다.7 may further add a membrane layer on the sacrificial layer 62 and the substrate 60 polished before forming the lower electrode 63.
도 8a는 전술한 바와 같이 기판(70)을 유리나 세라믹으로 사용한 경우이며, 도 8b는 상기 도 7의 구조물을 형성한 후에 FBAR들 간의 상호연결부 취약성을 보완하고자 상기 상부 전극(85)과 하부 전극(81)이 연결되는 부분에 전도성이 좋은 금속물질(87)을 증착하는 실시예이다. 이러한 경우 외에 상호연결부를 필터 외부로 구성할 수도 있다.FIG. 8A illustrates a case in which the substrate 70 is used as glass or ceramic as described above. FIG. 8B illustrates the upper electrode 85 and the lower electrode in order to compensate for interconnect vulnerabilities between the FBARs after forming the structure of FIG. 7. In this embodiment, the conductive metal material 87 is deposited on the portion 81. In addition to this, the interconnects can be configured outside the filter.
도 9는 형성된 공진기의 주파수를 변경하는 방법으로, 부가 금속을 적용하거나 식각하는 것으로 상부 전극의 두께를 조절하는 실시예들을 보인 것이다.FIG. 9 illustrates embodiments of adjusting a thickness of an upper electrode by applying or etching an additional metal in a method of changing a frequency of the formed resonator.
도시된 도 9a의 기본적인 공진기 소자들 중 좌측의 것이 병렬 공진기에 사용되고 우측의 것이 직렬 공진기에 사용되는 것으로 가정한다.It is assumed that the left one of the basic resonator elements shown in FIG. 9A is used for the parallel resonator and the right one for the series resonator.
도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 좌측의 상부 전극(93)에 부가 금속(AM)을 증착하여 형성하는 방법이 있으며, 이는 전술한 방법들에 기본적으로 적용되는 방법이다.As shown in FIG. 9B, there is a method of depositing and forming an additional metal AM on the upper electrode 93 on the left side, which is basically applied to the above-described methods.
그 외에 도 9c에 적용된 바와 같이, 상부 전극(93)을 형성하기 전에 부가 금속(AM)을 먼저 형성하는 방법이 있다.In addition, as applied to FIG. 9C, there is a method of forming an additional metal (AM) first before forming the upper electrode 93.
또한, 도 9d에 적용된 바와 같이, 상부 전극(93)을 형성한 후 직렬 공진기를 형성할 우측 소자의 상부 전극(93) 만을 건식 식각으로 식각하여 두께를 조절하는 방법이 있다. In addition, as applied to FIG. 9D, after forming the upper electrode 93, there is a method of controlling the thickness by etching only the upper electrode 93 of the right element to form a series resonator by dry etching.
상기와 같은 방법을 통해 공진기의 중심 주파수 간의 주파수 차이가 수MHz에서 수십 MHz가 되도록 한다. Through the above method, the frequency difference between the center frequencies of the resonator is several MHz to several tens of MHz.
전술한 방법들을 통해 구성한 FBAR 및 필터들은 본 발명의 압전 유전체 식각 방법을 사용하고 있으며, 이미 언급한 방법 외에도 다수의 다른 방법들에도 본 발명이 적용될 수 있다는데 주목할 필요가 있다.FBARs and filters constructed through the aforementioned methods use the piezoelectric dielectric etching method of the present invention, and it should be noted that the present invention can be applied to many other methods in addition to the aforementioned methods.
도 10a 내지 10c는 본 발명을 이용하여 형성한 FBAR 소자 및 필터의 공진 주파수가 설계와 상이한 경우 후속 조정(post-tunning)하는 방법을 나타낸 것으로, 도 10a와 같이 미세 쉐도우 마스크(MK)를 이용하여 구성된 FBAR 필터의 상부에 플라즈마 식각 또는 증착을 실시하는 방법과, 도 10b와 같이 구성된 FBAR 필터의 뒷부분을 미세 쉐도우 마스크(MK)를 이용하여 플라즈마 식각 또는 증착을 실시하는 방법과, 도 10c와 같이 구성된 FBAR 필터의 부가 금속부에 플라즈마 식각 또는 증착을 실시하는 방법 등이 있다. 이를 통해 형성된 공진기의 질량(mass)을 변화시켜 공진기의 기계적 움직임을 변하게 하여 공진 주파수를 변경된다.10A to 10C illustrate a post-tunning method when a resonance frequency of an FBAR device and a filter formed by using the present invention is different from the design, and using a fine shadow mask (MK) as shown in FIG. 10A. Plasma etching or deposition on top of the configured FBAR filter, plasma etching or deposition on the back of the FBAR filter configured as shown in Figure 10b using a fine shadow mask (MK), and configured as shown in Figure 10c The method of performing plasma etching or vapor deposition on the additional metal part of an FBAR filter is mentioned. The resonant frequency is changed by changing the mass of the formed resonator, thereby changing the mechanical movement of the resonator.
상기한 바와 같이 본 발명은 AlN 박막 상부에 박막 금속층을 형성하여 적용되는 포토레지스트 패턴과 AlN 박막의 접착성을 개선하고 건식 식각과 습식 식각을 교차적용하여 AlN 박막의 과다 식각 및 하부 전극 식각을 방지하도록 하는 AlN 박막의 새로운 식각 방법을 제공함으로써 FBAR 및 FBAR을 이용한 필터의 공정을 용이하게 하며, 수율을 높이는 효과가 있다.As described above, the present invention improves the adhesion between the photoresist pattern and the AlN thin film formed by forming a thin metal layer on the AlN thin film, and prevents excessive etching and lower electrode etching of the AlN thin film by cross-applying dry etching and wet etching. By providing a new etching method of the AlN thin film to facilitate the process of the filter using FBAR and FBAR, it has the effect of increasing the yield.
도 1은 FBAR 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an FBAR device.
도 2는 FBAR을 적용한 필터들을 이동 통신 단말기에 적용한 것이다.2 is a diagram illustrating filters applied with FBAR to a mobile communication terminal.
도 3은 종래의 FBAR 소자 제조 공정의 수순도이다 3 is a flowchart of a conventional FBAR device manufacturing process
도 4는 본 발명 FBAR 소자 제조 공정의 수순도이다.4 is a flow chart of the FBAR device manufacturing process of the present invention.
도 5는 본 발명 FBAR 소자 제조 공정을 적용한 FBAR 필터 제조 공정 실시예의 수순도이다.5 is a flowchart of an FBAR filter manufacturing process embodiment to which the FBAR device manufacturing process of the present invention is applied.
도 6은 본 발명 FBAR 소자 제조 공정을 적용한 FBAR 필터 제조 실시예들이다.FIG. 6 illustrates FBAR filter manufacturing embodiments to which the FBAR device manufacturing process of the present invention is applied.
도 7은 본 발명 FBAR 소자 제조 공정을 적용한 FBAR 필터 제조 공정의 다른 실시예의 수순도이다.7 is a flowchart of another embodiment of the FBAR filter manufacturing process to which the present invention FBAR device manufacturing process is applied.
도 8은 본 발명 FBAR 소자 제조 공정을 적용한 FBAR 필터 제조 실시예들이다.8 illustrates FBAR filter manufacturing embodiments to which the FBAR device manufacturing process of the present invention is applied.
도 9는 본 발명 FBAR 소자 제조 공정을 적용한 FBAR 필터의 주파수 조정예들이다.9 shows examples of frequency adjustment of an FBAR filter to which the FBAR device fabrication process of the present invention is applied.
도 10은 본 발명 FBAR 소자 제조 공정을 적용한 FBAR 필터의 후처리 실시예들이다.10 illustrates post-processing embodiments of an FBAR filter to which the FBAR device fabrication process of the present invention is applied.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***
20: 기판 21: 하부 전극20: substrate 21: lower electrode
22: 압전 유전체 23: 박막 금속층22: piezoelectric dielectric 23: thin film metal layer
PR: 포토레지스트PR: Photoresist
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