KR100485701B1 - FBAR fabrication method using LOCOS and fabricated FBAR by the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에어갭형 박막 벌크 음향 공진기를 간단하고 견고하게 제조하는 방법 및 그 방법으로 제조된 박막 벌크 음향 공진기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 제조 방법은, 절연층이 증착된 기판상에서 폴리 실리콘층을 증착시키는 단계, 상기 폴리 실리콘층의 일정부분 상에 멤브레인층을 증착시키는 단계, 상기 멤브레인층이 증착되지 않은 부분의 폴리 실리콘층을 산화시켜 폴리 실리콘 산화물층을 형성하는 단계, 상기 폴리 실리콘 산화물층 및 멤브레인층 상에 적층공진부를 제작하는 단계 및 상기 폴리 실리콘 산화물층 사이에 위치하는 폴리 실리콘층을 식각하여 에어갭을 제작하는 단계를 포함하여 이루어진다. 본 발명의 제조 방법에 의하면, 에어갭형 박막 벌크 음향 공진기를 보다 견고하고, 간단하게 제조할 수 있다는 효과가 있다.The present invention relates to a method for simply and robustly manufacturing an air gap type thin film bulk acoustic resonator and a thin film bulk acoustic resonator manufactured by the method. The manufacturing method according to the present invention comprises the steps of: depositing a polysilicon layer on a substrate on which an insulating layer is deposited; depositing a membrane layer on a portion of the polysilicon layer; polysilicon in a portion where the membrane layer is not deposited Forming an polysilicon oxide layer by oxidizing the layer, manufacturing a laminated resonance part on the polysilicon oxide layer and the membrane layer, and manufacturing an air gap by etching the polysilicon layer positioned between the polysilicon oxide layer A step is made. According to the production method of the present invention, there is an effect that the air gap type thin film bulk acoustic resonator can be manufactured more robustly and simply.
Description
본 발명은 박막 벌크 음향 공진기(Film Bulk Acoustic Resonator: 이하 "FBAR"이라 한다)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LOCOS공정을 통하여 폴리 실리콘층의 일부를 산화하고, 산화되지 않은 폴리 실리콘층을 식각함으로써 에어갭을 가지는 박막 벌크 음향 공진기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film bulk acoustic resonator (hereinafter referred to as "FBAR"), and more particularly, by oxidizing a part of a polysilicon layer through an LOCOS process and etching an unoxidized polysilicon layer. A thin film bulk acoustic resonator having an air gap and a method of manufacturing the same.
최근, 휴대전화로 대표되는 이동통신기기가 급속하게 보급됨에 따라, 이러한 기기에서 사용되는 소형 경량 필터의 수요도 급격하게 증대하고 있다. 한편, 이러한 소형 경량 필터를 구현하는 수단으로 FBAR이 알려져 있는데, FBAR은 최소한의 비용으로 대량 생산이 가능하며, 최소형으로 구현할수 있다는 장점이 있다. 또한, 필터의 주요한 특성인 높은 품질계수(Quality Factor: Q)값을 구현하는 것이 가능하고, 마이크로주파수 대역에서도 사용이 가능하며, 특히 PCS(Personal Communication System)와 DCS(Digital Cordless System) 대역까지도 구현할수 있는 장점을 가지고 있다.In recent years, as mobile communication devices represented by mobile phones are rapidly spreading, the demand for small and lightweight filters used in such devices is rapidly increasing. On the other hand, FBAR is known as a means for implementing such a small lightweight filter, FBAR is capable of mass production at a minimum cost, there is an advantage that can be implemented in a small form. In addition, it is possible to realize a high quality factor (Q) value, which is the main characteristic of the filter, and to be used in the micro frequency band, and particularly to the personal communication system (PCS) and digital cordless system (DCS) bands. It has the advantage of being able to.
일반적으로 FBAR소자는 기판상에 제1전극, 압전층(Piezoelectric layer) 및 제2전극을 차례로 적층하여 구현되는 적층 공진부를 포함하는 구조로 이루어진다. FBAR소자의 동작원리는 전극에 전기적 에너지를 인가하여 압전층내에 시간적으로 변화하는 전계를 유기하고, 이 전계는 압전층내에서 상기 적층공진부의 진동방향과 동일한 방향으로 음향파(Bulk Acoustic Wave)를 유발시켜 공진을 발생시키는 것이다.In general, the FBAR device has a structure including a stacked resonator formed by sequentially stacking a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode on a substrate. The operation principle of the FBAR element is to apply an electrical energy to the electrode to induce an electric field that changes in time in the piezoelectric layer, and the electric field induces an acoustic wave in the same direction as the vibration direction of the multilayer resonance part in the piezoelectric layer. To generate resonance.
이러한 FBAR소자의 종류로는 도 1에 도시된 바와 같이, 브레그 반사(Bragg Reflector)형 FBAR, 에어갭(Air Gap)형 FBAR이 있다.Types of such FBAR devices include a Bragg Reflector type FBAR and an Air Gap type FBAR, as shown in FIG. 1.
도 1a에 도시된 브레그 반사형 FBAR은 기판(10)상에 탄성 임피던스차가 큰 물질을 격층으로 증착하여 반사층(11)을 구성하고 하부전극(12), 압전층(13) 및 상부전극(14)을 차례로 적층한 구조로써, 압전층을 통과한 탄성파에너지가 기판 방향으로 전달되지 못하고 반사층에서 모두 반사되어 효율적인 공진을 발생시킬수 있게 한 것이다. 이러한 브레그 반사형 FBAR은 구조적으로 견고하며, 휨에 의한 stress가 없지만 전반사를 위한 두께가 정확한 4층 이상의 반사층을 형성하기가 어려우며, 제작을 위한 시간과 비용이 많이 필요하다는 단점이 있다. The Breg reflective FBAR shown in FIG. 1A forms a reflective layer 11 by depositing a material having a large elastic impedance difference on a substrate 10 in a layered manner, and forms the lower electrode 12, the piezoelectric layer 13, and the upper electrode 14. ) Is a stacking structure in which the acoustic wave energy passing through the piezoelectric layer is not transmitted toward the substrate and is reflected in the reflective layer, thereby generating efficient resonance. The Bregg reflective FBAR is structurally strong, there is no stress caused by bending, but it is difficult to form a reflective layer having more than four layers of accurate thickness for total reflection, and it requires a lot of time and cost for manufacturing.
한편, 반사층 대신에 에어갭을 이용하여 기판과 공진부를 격리시키는 에어갭형 FBAR은 그 제조 방법에 따라 다시 몇가지 종류로 구분되는데, 이러한 에어갭형 FBAR의 종류에 대해서는 도 1b 내지 도 1d에 도시되어 있다.On the other hand, the air gap type FBAR that isolates the substrate and the resonator by using an air gap instead of the reflective layer is further classified into several types according to the manufacturing method thereof. The type of the air gap type FBAR is illustrated in FIGS. 1B to 1D.
도 1b에 도시된 구조의 FBAR은 벌크 마이크로머시닝(Bulk micro-Machining)형 FBAR로써, 기판(20)상에 이산화규소(SiO2)등의 물질로 멤브레인층(21)을 형성하고 상기 기판의 뒷면을 이방성 에칭하여 공동부(23)를 형성한후 상기 멤브레인층 위에 음향공진기(22)를 구현하는 방식으로 제조된다. 상기 방식으로 제조된 FBAR은 구조적으로 매우 취약하여 수율이 낮기 때문에 실용화가 어렵다는 단점이 있다.The FBAR having the structure shown in FIG. 1B is a bulk micro-machining type FBAR, which forms a membrane layer 21 on a substrate 20 using a material such as silicon dioxide (SiO 2 ), and a back side of the substrate. Anisotropically etched to form a cavity 23, and then is manufactured in a manner to implement the acoustic resonator 22 on the membrane layer. FBAR manufactured in the above manner has a disadvantage in that it is difficult to be practical because the structural yield is very weak and the yield is low.
도 1c에 도시된 구조의 FBAR은 표면 마이크로머시닝(Surface micro-Machining)형 FBAR로써, 기판(30)상에 희생층을 형성하고, 상기 희생층 및 기판상에 절연막(32)을 형성한후 제1전극(33), 압전층(34) 및 제2전극(35)을 차례로 적층하고, 최종적으로 희생층을 제거함으로써 에어갭(31)을 형성하는 방식으로 제조된다. 즉, 소자 외부에서 소자 내부에 있는 희생층까지 연결되는 비아홀(도면 미도시)을 형성하고, 상기 비아홀을 통해 에칭액을 투여함으로써 희생층을 제거하면, 상기 희생층이 있던 위치에 에어갭(31)이 형성되게 된다. 하지만, 상기 제조 방식으로 제조되는 경우, 제작공정이 복잡하고, 또한 멤브레인 형성시 희생층의 구조를 경사지게 만들어야 하는데 이 경우 멤브레인 층의 큰 잔류 응력때문에 구조가 취약해진다는 문제점이 있었다. The FBAR having the structure shown in FIG. 1C is a surface micro-machining type FBAR, which forms a sacrificial layer on the substrate 30, and forms an insulating film 32 on the sacrificial layer and the substrate. The first electrode 33, the piezoelectric layer 34, and the second electrode 35 are sequentially stacked, and finally, the air gap 31 is formed by removing the sacrificial layer. That is, when a via hole (not shown) is formed from the outside of the device to the sacrificial layer inside the device, and the sacrificial layer is removed by administering an etching solution through the via hole, the air gap 31 is located at the position where the sacrificial layer is located. Will be formed. However, when manufactured by the above manufacturing method, the manufacturing process is complicated, and also the structure of the sacrificial layer is to be inclined when forming the membrane, in which case the structure is weak due to the large residual stress of the membrane layer.
도 1d에 도시된 구조의 FBAR은 기판(40)을 포토 레지스트 막을 이용하여 식각하여 공동부(45)를 형성하고 상기 공동부(45)에 희생층(도면 미도시)을 증착하고, 상기 희생층 및 기판(40)상에 멤브레인층(41), 제1전극(42), 압전층(43) 및 제2전극(44)을 차례로 적층한 후 상기 희생층을 에칭함으로써 에어갭(45)을 가지는 구조로 제작된다. 상기 제조 방식에서는 에어갭(45) 형성시 습식 에칭 방법 및 건식 에칭 방법을 이용하는데, 습식 에칭 방법을 사용할 경우 에칭액의 제거가 어렵고, 만일 에칭액이 모두 제거되지 못하면 에칭액의 계속적인 작용으로 소자가 취약해지고, 공진 주파수의 변화가 유발된다는 문제점이 있었다. 한편, 건식 에칭 방법에 의하면 플라즈마 상태에서 기체의 작용으로 에칭을 하게 되는데, 이경우 이온, 분자등에 의한 물리적 충격이 가해질 수 있고, 고열로 인한 열화가 발생할 수도 있다는 문제점이 있었다.In the FBAR having the structure shown in FIG. 1D, the substrate 40 is etched using a photoresist film to form a cavity 45, a sacrificial layer (not shown) is deposited on the cavity 45, and the sacrificial layer is formed. And an air gap 45 by sequentially laminating the membrane layer 41, the first electrode 42, the piezoelectric layer 43, and the second electrode 44 on the substrate 40 and etching the sacrificial layer. Made of structure. In the manufacturing method, a wet etching method and a dry etching method are used to form the air gap 45. When the wet etching method is used, it is difficult to remove the etching solution, and if the etching solution is not removed, the device is vulnerable due to the continuous action of the etching solution. There is a problem that a change in resonance frequency is caused. On the other hand, according to the dry etching method, the etching is performed by the action of the gas in the plasma state, in which case there is a problem that physical impacts may be applied by ions, molecules, etc., and deterioration due to high heat may occur.
본 발명은, 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 폴리 실리콘층의 일부를 LOCOS 공정을 이용하여 산화시켜서 에칭 방지막으로 사용하고, 산화되지 않은 나머지 폴리 실리콘층을 플라즈마를 이용하지 않고 건식 에칭시켜 에어갭을 제작함으로써, 견고성이 강화된 FBAR 및 상기 FBAR을 보다 간단한 공정을 통해 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, a part of the polysilicon layer is oxidized using a LOCOS process to be used as an anti-etching film, and the remaining non-oxidized polysilicon layer is dry etched without using plasma to form an air gap. It is an object of the present invention to provide a method for producing a FBAR having enhanced rigidity and the FBAR through a simpler process.
본 발명에 따라 제조된 FBAR은, 상부 표면에 절연층이 증착된 기판, 상기 절연층 상의 일정부분을 중심으로 양측으로 증착된 폴리 실리콘 산화물층, 상기 폴리 실리콘 산화물층 사이에서 상기 절연층 상부 표면과 일정 거리 이격되어 위치하는 멤브레인층, 상기 폴리 실리콘 산화물층의 일측 상부 및 상기 멤브레인층 상부에 증착된 하부전극, 상기 하부전극의 일정부분 상에 증착된 압전층 및 상기 폴리 실리콘 산화물층의 타측 상부 및 상기 압전층 상부에 증착된 상부전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.The FBAR manufactured according to the present invention includes a substrate having an insulating layer deposited on an upper surface thereof, a polysilicon oxide layer deposited on both sides of a predetermined portion on the insulating layer, and the upper surface of the insulating layer between the polysilicon oxide layers. A membrane layer spaced apart from a predetermined distance, an upper portion of one side of the polysilicon oxide layer and a lower electrode deposited on the membrane layer, a piezoelectric layer deposited on a portion of the lower electrode, and an upper portion of the other side of the polysilicon oxide layer; And an upper electrode deposited on the piezoelectric layer.
한편, 본 발명에 따른 FBAR제조 방법은, 기판상에 절연층을 증착시키는 단계, 상기 절연층상에 폴리 실리콘층을 증착시키는 단계, 상기 폴리 실리콘층의 일정부분 상에 멤브레인층을 증착시키는 단계, 상기 멤브레인층이 증착되지 않은 부분의 폴리 실리콘층을 산화시켜 폴리 실리콘 산화물층을 형성하는 단계, 상기 폴리 실리콘 산화물층의 일측 상부 및 상기 멤브레인층 상부에 하부전극을 증착시키는 단계, 상기 하부전극의 일정부분상에 압전층을 증착시키는 단계, 상기 하부전극이 증착되지 않은 폴리 실리콘 산화물층의 타측 상부 및 상기 압전층 상부에 상부전극을 증착시키는 단계 및 상기 폴리 실리콘 산화물층 사이에 위치하는 폴리 실리콘층을 식각하여 에어갭을 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, FBAR manufacturing method according to the invention, the step of depositing an insulating layer on the substrate, the step of depositing a polysilicon layer on the insulating layer, the step of depositing a membrane layer on a portion of the polysilicon layer, Forming a polysilicon oxide layer by oxidizing the polysilicon layer in a portion where the membrane layer is not deposited, depositing a lower electrode on one side of the polysilicon oxide layer and on the membrane layer, and a predetermined portion of the lower electrode Depositing a piezoelectric layer on the second electrode; depositing an upper electrode on the other side of the polysilicon oxide layer on which the lower electrode is not deposited; and on the piezoelectric layer; and etching a polysilicon layer positioned between the polysilicon oxide layer. To produce an air gap characterized in that it comprises a.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본발명의 FBAR 및 그 제조 방법에 대하여 자세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the FBAR of the present invention and a manufacturing method thereof.
먼저, 도 3은 본 발명에 따라 제조된 FBAR의 최종 구조도를 도시하고 있다.First, Figure 3 shows the final structural diagram of the FBAR prepared according to the present invention.
도면에 따르면, 기판(100)상에 절연층(110)이 증착되어 있고, 상기 절연층(110) 상부에서 일정한 공간을 제외하고 폴리 실리콘 산화물층(140a, 140b)이 증착되어 있다. 상기 폴리 실리콘 산화물층(140a, 140b)이 증착되지 않은 일정공간은 에어갭(180)을 이루는 부분이다. 상기 기판(100)은 통상적인 실리콘(Si) 웨이퍼를 사용할 수 있고, 상기 절연층(110)은 에어갭(180)과 함께, 기판(100)부분과 적층공진부(200)를 격리시키는 역할을 하는 부분으로써, 이산화규소(SiO2) 또는 산화알루미늄(Al2O2)과 같은 절연물질을 선택하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 폴리 실리콘 산화물층(140a, 140b)은 산화 방지막 즉, 멤브레인층(130)을 마스크(Mask)로 사용하여 폴리 실리콘층을 산화시키는 LOCOS 공정(Locallized oxidation isolation method)에 의해 처리함으로써 생성된 층으로, 후술하는 단계에서 에어갭 형성을 위한 식각과정에서 에칭 방지막(Etching stop layer)의 역할을 하게 된다.According to the drawing, an insulating layer 110 is deposited on the substrate 100, and polysilicon oxide layers 140a and 140b are deposited on the insulating layer 110 except for a predetermined space. The predetermined space where the polysilicon oxide layers 140a and 140b are not deposited is a portion forming the air gap 180. The substrate 100 may use a conventional silicon (Si) wafer, and the insulating layer 110 together with the air gap 180 serves to insulate the substrate 100 and the multilayer resonance unit 200. Silicon dioxide (SiO 2 ) Alternatively, it is preferable to select an insulating material such as aluminum oxide (Al 2 O 2 ), but is not limited thereto. The polysilicon oxide layers 140a and 140b may be formed by treating the polysilicon layer using a localized oxidation isolation method, which oxidizes the polysilicon layer using an anti-oxidation film, that is, the membrane layer 130 as a mask. In the step described below, the etching stop layer serves as an etching stop layer in the etching process for forming the air gap.
한편, 상기 폴리 실리콘 산화물층(140a, 140b)사이에 형성된 에어갭의 상부에는 멤브레인층(130)이 형성되어 있다. 상기 멤브레인층(130)은 하부전극(150), 압전층(160) 및 상부 전극(170)으로 이루어지는 적층 공진부(200)를 지지하는 역할 및 LOCOS 공정에서 산화 방지막의 역할을 한다.Meanwhile, the membrane layer 130 is formed on the air gap formed between the polysilicon oxide layers 140a and 140b. The membrane layer 130 supports the multilayer resonator 200 including the lower electrode 150, the piezoelectric layer 160, and the upper electrode 170, and serves as an anti-oxidation film in a LOCOS process.
상기 멤브레인층(130)상부 및 폴리 실리콘 산화물층 일측(140a)의 상부에는 하부 전극(150)이 증착된다. 상기 하부전극(150)은 상부전극(170)과 함께 압전층(160)에 전계를 인가하는 역할을 하는 부분으로, 그 재료로는 금속과 같은 통상의 도전물질을 사용하는데, 바람직하게는 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 크롬(Cr), 팔라듐(Pd) 및 몰리브덴(Mo)중 하나를 선택할수 있다.The lower electrode 150 is deposited on the membrane layer 130 and on one side 140a of the polysilicon oxide layer. The lower electrode 150 serves to apply an electric field to the piezoelectric layer 160 together with the upper electrode 170. As the material, a conventional conductive material such as metal is used. Al, tungsten (W), gold (Au), platinum (Pt), nickel (Ni), titanium (Ti), chromium (Cr), palladium (Pd) and molybdenum (Mo) may be selected.
상기 하부전극(150)상의 일정부분, 즉, 하부에 에어갭(180)이 존재하는 부분상에, 압전층(160)이 위치하게 된다. 상기 압전층(Piezoelectric layer: 160)은 전기적신호가 인가될 때 압전현상을 일으켜 음향파(Acoustic wave)를 발생시키는 부분이다. 통상의 압전물질로는 질화알루미늄(AlN) 또는 산화아연(ZnO)을 사용하는데 꼭 이에 한정되는 것은 아니다.The piezoelectric layer 160 is positioned on a portion of the lower electrode 150, that is, the portion where the air gap 180 is present. The piezoelectric layer 160 is a portion that generates an acoustic wave by generating a piezoelectric phenomenon when an electrical signal is applied. As a conventional piezoelectric material, aluminum nitride (AlN) or zinc oxide (ZnO) is used, but is not limited thereto.
상기 하부전극(150)이 증착되지 않은 폴리 실리콘 산화물층의 타측(140b) 상부 및 상기 압전층(160)의 상부에는 상부전극(170)이 증착되어 있다. 상기 상부전극(170)의 재료로는 하부전극(150)과 같은 물질을 사용할 수 있다. 상기 상부전극(170)도 하부전극(150)과 마찬가지로 외부로부터 전기적 신호를 받아서 압전층(160)에 인가시키는 역할을 한다. 최종적으로, 상기 멤브레인층(130), 하부전극(150), 압전층(160) 및 상부전극(170)은 적층공진부(200)를 형성하고, 상기 적층공진부(200)에서 발생하는 음향파는 에어갭(180)에 의해 반사되어 공진효과를 높일 수 있게 된다.An upper electrode 170 is deposited on the other side 140b of the polysilicon oxide layer on which the lower electrode 150 is not deposited and on the piezoelectric layer 160. The material of the upper electrode 170 may be the same material as the lower electrode 150. Like the lower electrode 150, the upper electrode 170 also receives an electrical signal from the outside and applies it to the piezoelectric layer 160. Finally, the membrane layer 130, the lower electrode 150, the piezoelectric layer 160, and the upper electrode 170 form a lamination resonator 200, and acoustic waves generated by the lamination resonator 200 are Reflected by the air gap 180 can increase the resonance effect.
다음으로, 본 발명의 FBAR 제조 공정에 대하여 설명한다. 도 2의 각 단계에서, 제조 단계별 공정에 대하여 도시하고 있다.Next, the FBAR manufacturing process of this invention is demonstrated. In each step of Figure 2, a manufacturing step by step process is shown.
도 2a는 기판(100) 상에 절연층(110)을 증착하는 단계를 도시하고 있다. 상기 절연층(110)의 역할 및 재료는 상술한 바와 같다. 한편, 상기 절연층(110)은 후술하는 LOCOS 공정 수행시 멤브레인층(130) 하부의 폴리 실리콘층(120)의 변형에 의한 결정결함이 발생하는 것을 방지하는 역할도 한다.2A illustrates depositing an insulating layer 110 on a substrate 100. The role and material of the insulating layer 110 are as described above. Meanwhile, the insulating layer 110 also prevents crystal defects caused by deformation of the polysilicon layer 120 under the membrane layer 130 when the LOCOS process is described below.
다음 단계로, 상기 절연층(110)상에 폴리 실리콘층(120)을 증착시키는 단계이다. 상기 폴리 실리콘층(120)은 후술하는 단계에서 일부분이 식각되어 에어갭(180)을 형성하게 되는 부분이다(도 2b 참조). Next, the polysilicon layer 120 is deposited on the insulating layer 110. A portion of the polysilicon layer 120 is etched to form an air gap 180 in a step to be described later (see FIG. 2B).
한편, 상기 폴리 실리콘층(120) 상부의 일정 부분에 멤브레인층(130)을 증착시키게 된다(도 2c 참조). 상기 멤브레인층(130)은 LOCOS공정에 있어서, 하부의 폴리 실리콘층(120)이 산화되는 것을 방지하는 산화방지막의 역할을 하는 부분으로 질화실리콘(Si3N4)을 사용하여 제작할 수 있다. 상기 LOCOS공정이란 실리콘에 대한 선택적 산화공정으로, 산소나 수증기의 확산에 대하여 큰 저지효과를 갖는 산화방지막 (예를들면 질화 silicon막)을 남긴 영역과 영역들을 동일 silicon 기판상에 형성하고, 이들 영역에서의 열산화막 성장속도의 차이를 이용하여 선택적으로 산화방지막이 형성되지 않은 영역에만 두꺼운 산화 silicon막을 형성하는 방법이다.Meanwhile, the membrane layer 130 is deposited on a portion of the polysilicon layer 120 (see FIG. 2C). The membrane layer 130 may be manufactured by using silicon nitride (Si 3 N 4 ) as a part that serves as an antioxidant to prevent the lower polysilicon layer 120 from being oxidized in the LOCOS process. The LOCOS process is a selective oxidation process for silicon, and forms regions and regions on the same silicon substrate that have left an anti-oxidation film (eg, silicon nitride film) having a large blocking effect against the diffusion of oxygen or water vapor. A method of forming a thick silicon oxide film only in a region where an antioxidant film is not formed selectively by using the difference in thermal oxide growth rate in
상기 산화 실리콘막, 보다 자세하게는 폴리 실리콘 산화물층(140a, 140b)을 형성하는 단계는 도 2d에서 도시하고 있다. 도면에 따르면, 산화방지막인 멤브레인층(130)아래의 폴리 실리콘층(120)은 그대로 존재하게 되나, 그외의 부분은 산화되어 폴리 실리콘 산화물층(140a, 140b)이 형성되었음을 알 수 있다.The step of forming the silicon oxide film, more specifically the poly silicon oxide layers 140a and 140b is illustrated in FIG. 2D. According to the drawing, the polysilicon layer 120 under the membrane layer 130, which is an anti-oxidation film, remains as it is, but the other portions are oxidized, and it can be seen that the polysilicon oxide layers 140a and 140b are formed.
다음 단계로, 도 2e에서 상기 폴리 실리콘 산화물층의 일측(140a) 상부 및 상기 멤브레인층(130)의 상부에 하부전극(150)을 증착시키는 단계를 도시하고 있다(도 2e 참조). 상기 하부전극의 증착은 스퍼터링(Sputtering)방법 및 증발(Evaporation)법 등을 통해 이루어질수 있으나 이에 한정되지는 않는다.Next, FIG. 2E illustrates depositing the lower electrode 150 on one side 140a of the polysilicon oxide layer and on the membrane layer 130 (see FIG. 2E). Deposition of the lower electrode may be performed through a sputtering method and an evaporation method, but is not limited thereto.
다음 단계는, 상기 하부전극(150)의 일정부분, 즉, 하부에 에어갭(180)이 위치하는 부분상에 압전층(160)을 증착시키는 단계이다(도 2f 참조). 상기 압전층을 형성하는 통상의 압전물질로는 질화알루미늄(AlN) 또는 산화아연(ZnO)을 사용하는데 꼭 이에 한정되는 것은 아니다. 증착방법은 스퍼터링(Sputtering)법, 증발(Evaporation)법 등의 방법 중 어느 하나가 이용될수 있다. The next step is to deposit the piezoelectric layer 160 on a portion of the lower electrode 150, that is, the portion where the air gap 180 is located below (see FIG. 2F). As a conventional piezoelectric material for forming the piezoelectric layer, aluminum nitride (AlN) or zinc oxide (ZnO) is used, but is not limited thereto. As the deposition method, any one of a method such as a sputtering method and an evaporation method may be used.
그 다음, 상기 폴리 실리콘 산화물층 중 상기 하부전극(150)이 증착되지 않은 타측(140b) 상부 및 상기 압전층(160)의 상부에는 상부전극(170)을 증착시킨다. 그 재료 및 증착방법은 하부전극(150) 증착시와 동일할 수 있다.Next, the upper electrode 170 is deposited on the other side 140b of the polysilicon oxide layer, on which the lower electrode 150 is not deposited, and on the piezoelectric layer 160. The material and the deposition method may be the same as when the lower electrode 150 is deposited.
상기 상부전극(170)까지 증착되고 나면, 마지막 단계로 상기 멤브레인층(130)하부에 위치하는 폴리 실리콘층(120)을 식각하여 에어갭(180)을 제조한다(도 2h 참조). 상기 식각을 위하여 비아홀(도면 미도시)을 제작하는 단계가 선행된다. 한편, 상기 식각 방법에는 습식(wet)에칭 방법이나 건식(dry)에칭 방법이 사용될수 있다. 습식 에칭방법이란 초산수용액, 불화수소산, 인산수용액등의 화학 용액을 이용하여 식각하는 방법이고, 건식 에칭방법은 가스(gas), 플라즈마(plasma), 이온빔(ion beam)등을 이용하여 식각하는 방법이다.After the upper electrode 170 is deposited, the air gap 180 is manufactured by etching the polysilicon layer 120 disposed below the membrane layer 130 as a final step (see FIG. 2H). A step of manufacturing a via hole (not shown) is performed for the etching. Meanwhile, the etching method may be a wet etching method or a dry etching method. The wet etching method is a method of etching using a chemical solution such as acetic acid solution, hydrofluoric acid, aqueous solution of phosphoric acid, etc., and the dry etching method is a method of etching using gas, plasma, ion beam, etc. to be.
하지만, 습식 에칭 방법 및 플라즈마를 이용한 건식 에칭 방법에 의해 식각을 하는 경우 상술한 바와 같은 문제점이 발생할 수 있다. However, when etching by the wet etching method and the dry etching method using the plasma may cause the problems described above.
본 발명에서는, 상기 폴리 실리콘 산화물층(140a, 140b)을 좌우 에칭 방지막으로, 상기 멤브레인층(130) 및 절연층(110)을 상하 에칭 방지 막으로 하여, 플루오르화물, 특히 이플루오르화 크세논(XeF2)를 사용하여 건식 에칭 할 수 있다. 상기 XeF2는 상압에서 고체상태에 있다가 4 토르(torr)이하의 압력 및 진공상태의 조건이 갖추어지면 XeF2→Xe+2F의 화학 변화를 일으키고, 상기 2F 기체가 폴리 실리콘과 반응하여 SiF2를 생성함으로써 폴리 실리콘층(120)을 식각하게 된다. 한편, 질화 실리콘 및 산화 실리콘과는 반응을 하지 않으므로, 에어갭을 형성하고자 하는 부분 이외의 식각을 방지 할수 있으므로, 더 견고한 소자를 제작 할 수 있다. 또한, 상기 폴리 실리콘층(120)의 두께 및 멤브레인층(130)의 폭을 조절함으로써 에어갭의 크기를 조절할 수도 있다.In the present invention, the polysilicon oxide layer (140a, 140b) in the lateral etching prevention film, and the membrane layer 130 and the insulating layer 110 to prevent the vertical etching film, fluorides, in particular a fluorinated xenon (XeF 2 ) Can be dry etched. The XeF 2 is in a solid state at atmospheric pressure, but when the pressure and vacuum conditions of 4 torr or less are satisfied, XeF 2 → Xe + 2F causes a chemical change, and the 2F gas reacts with polysilicon to form SiF 2 By etching the polysilicon layer 120 is generated. On the other hand, since it does not react with silicon nitride and silicon oxide, it is possible to prevent etching other than the portion to form the air gap, it is possible to manufacture a more robust device. In addition, the size of the air gap may be adjusted by adjusting the thickness of the polysilicon layer 120 and the width of the membrane layer 130.
상기 폴리 실리콘층(120)을 식각함으로써, 에어갭(180)이 형성되면, 최종적으로 도 3과 같은 구조의 FBAR이 완성되게 된다.When the air gap 180 is formed by etching the polysilicon layer 120, the FBAR having the structure as shown in FIG. 3 is finally completed.
이상, 본 발명의 상세한 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공되었으며, 본 발명을 이에 한정하려는 것은 아니다. 상기 설명에 비추어 당해 기술분야의 숙련된 기술자는 본발명의 기술적 사상과 범위를 벗어나지 않고 개량과 변형이 가능하다.The foregoing detailed description of the invention has been presented for purposes of illustration and description, and is not intended to limit the invention thereto. In view of the above description, those skilled in the art can make improvements and modifications without departing from the spirit and scope of the present invention.
본 발명에 따르면, 반사특성이 우수하고 안정된 실효대역폭을 갖는 에어갭구조의 FBAR을 견고하게, 그리고 간단한 공정으로 제조할수 있는 효과가 있다. 특히, LOCOS공정을 통해 제조된 폴리 실리콘 산화물층을 에칭방지막으로 사용하고, 폴리 실리콘층을 희생층으로 사용하여, 플라즈마를 이용하지 않는 건식에칭이 가능해지므로, 소자의 파손을 줄일 수 있고, 에어갭의 크기도 적절하게 조절할 수 있다는 효과가 있다. According to the present invention, there is an effect that the FBAR of the air gap structure, which has excellent reflection characteristics and has a stable effective bandwidth, can be manufactured firmly and in a simple process. In particular, by using the polysilicon oxide layer prepared through the LOCOS process as an etching prevention film and using the polysilicon layer as a sacrificial layer, dry etching without plasma is possible, thereby reducing damage to the device and air gap. The size of can also be adjusted appropriately.
도 1은 종래의 기술에 따라 제조된 박막 벌크 음향 공진기의 구조도,1 is a structural diagram of a thin film bulk acoustic resonator manufactured according to the related art,
도 2는 본 발명의 박막 벌크 음향 공진기의 제조 단계별 공정도,2 is a process step by step manufacturing a thin film bulk acoustic resonator of the present invention,
그리고, 도 3은 본 발명에 따라 제조된 박막 벌크 음향 공진기의 최종구조도를 나타낸다.3 shows a final structural diagram of a thin film bulk acoustic resonator manufactured according to the present invention.
Claims (6)
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