KR100691152B1 - Film bulk acoustic resonator - Google Patents
Film bulk acoustic resonator Download PDFInfo
- Publication number
- KR100691152B1 KR100691152B1 KR1020050016783A KR20050016783A KR100691152B1 KR 100691152 B1 KR100691152 B1 KR 100691152B1 KR 1020050016783 A KR1020050016783 A KR 1020050016783A KR 20050016783 A KR20050016783 A KR 20050016783A KR 100691152 B1 KR100691152 B1 KR 100691152B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- cavity
- region
- electrode
- resonator
- lower electrodes
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- -1 Si 3 N 4 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 abstract description 27
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 10
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000427 thin-film deposition Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
- H03H9/171—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H2009/02165—Tuning
- H03H2009/02173—Tuning of film bulk acoustic resonators [FBAR]
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/46—Filters
- H03H9/54—Filters comprising resonators of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/58—Multiple crystal filters
- H03H9/582—Multiple crystal filters implemented with thin-film techniques
- H03H9/586—Means for mounting to a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
- H03H9/588—Membranes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
본 발명은 박막 벌크 음향공진기(FBAR)에 관한 것으로서, 상면의 일영역에 에어갭으로 제공되는 캐비티가 형성된 기판과, 상기 기판 상면에 형성되어 상기 캐비티를 덮는 멤브레인층과, 상기 멤브레인층 상에 순차적으로 형성된 하부전극, 압전막 및 상부전극으로 이루어진 공진기를 포함하며, 상기 공진기는 적어도 상기 캐비티의 상부영역에서 상기 상부 및 하부 전극과 상기 압전막이 중첩된 활성영역을 가지며, 상기 활성영역 전체는 상기 캐비티 상부영역 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 FBAR 소자를 제공한다.The present invention relates to a thin film bulk acoustic resonator (FBAR), a substrate having a cavity provided as an air gap in one region of the upper surface, a membrane layer formed on the upper surface of the substrate to cover the cavity, and sequentially on the membrane layer And a resonator including a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode, wherein the resonator has an active region in which the upper and lower electrodes and the piezoelectric film overlap at least in an upper region of the cavity, and the entire active region is in the cavity. An FBAR device is provided, which is located in an upper region.
박막 벌크 음향 공진기(film bulk acoustic resonator: FBAR), 멤브레인층(membrane layer) Thin film bulk acoustic resonator (FBAR), membrane layer
Description
도1a 및 도1b는 종래의 FBAR소자를 나타내는 측단면도 및 상부평면도이다.1A and 1B are side cross-sectional and top plan views showing a conventional FBAR device.
도2a 내지 도2c는 본 발명의 일실시형태에 따른 FBAR소자의 각각 다른 방향에서 본 측단면도 및 상부평면도이다. 2A to 2C are side cross-sectional and top plan views, respectively, seen from different directions of the FBAR element according to one embodiment of the present invention.
도3a 내지 도3g는 본 발명에 따른 FBAR소자 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.3A to 3G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a FBAR device according to the present invention.
도4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 FBAR소자의 측단면도이다.4 is a side cross-sectional view of an FBAR device according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명><Code Description of Main Parts of Drawing>
21,31,41: 기판 C: 캐비티21,31,41: substrate C: cavity
32: 희생물질영역 23: 멤브레인층32: sacrificial material region 23: membrane layer
33,43: 하부 멤브레인층 24,34,44: 하부 전극33, 43:
25,35,45: 압전막 26,36,46: 상부 전극25, 35, 45:
R: 활성영역 47,48: 고전도성 금속층R:
39,49: 상부 멤브레인층39,49: upper membrane layer
본 발명은 박막 벌크 음향 공진기(film bulk acoustic resonator)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극막의 저항 및 구조를 개선함으로써 불필요한 에너지손실이 저감된 고품질(high quality)의 FBAR소자에 관한 것이다. The present invention relates to a film bulk acoustic resonator, and more particularly, to a high quality FBAR device in which unnecessary energy loss is reduced by improving the resistance and structure of an electrode film.
최근에는, 고주파(RF: ratio frequency) 부품 등의 이동통신단말기용 부품기술은 이동통신단말기의 소형화 및 고기능화의 추세에 따라 급속하게 발전되고 있다. 최근에는, 이동통신단말기의 사용주파수대역이 높아짐에 따라, 초고주파용 소자로서, 박막 벌크 음향 공진기(film bulk acoustic wave resonator)(또는 TFR(thin film resonator)라고도 함)가 크게 각광을 받고 있다.In recent years, component technologies for mobile communication terminals such as radio frequency (RF) components have been rapidly developed in accordance with the trend of miniaturization and high functionality of mobile communication terminals. In recent years, as the frequency band of a mobile communication terminal increases, a thin film bulk acoustic wave resonator (also called a TFR (thin film resonator)) has gained much attention as an element for ultra-high frequency.
일반적으로, 박막 벌크 음향 공진기(이하, FBAR소자라 함)는 반도체 기판 상에 상하부전극과 그 사이의 압전막을 증착하여 형성된 박막형태 소자의 필터로서, 압전막의 표면에서 생성된 기계적인 응력과 부하사이의 결합에 기반한 공진기의 거동을 갖는다. 상기 FBAR소자는 통상의 유전체 필터보다 수백분의 1이하 크기로 초소형화가 가능하면서도 SAW필터보다 삽입손실이 매우 작다는 고품질(high Q)특성을 갖는 장점이 있다.In general, a thin film bulk acoustic resonator (hereinafter referred to as an FBAR device) is a thin film type filter formed by depositing upper and lower electrodes and a piezoelectric film therebetween on a semiconductor substrate. Has the behavior of a resonator based on its coupling. The FBAR device has an advantage of having a high Q characteristic that can be miniaturized to less than one hundredth of the size of a conventional dielectric filter and has a very small insertion loss than a SAW filter.
이러한 FBAR소자는 상하부전극을 통해 전계가 인가될 때에 압전막에 발생되는 음향파가 기판에 영향 받지 않도록 활성영역, 즉 상기 상하부전극 및 압전막을 기판으로부터 격리시키는 구조가 필수적으로 요구된다. FBAR소자에 채용되는 활성영역의 격리구조로서는 크게 브래그 반사막(bragg reflector)구조와 에어갭(air gap)구조로 구분할 수 있으며, 에어갭구조는 다시 기판 후면을 에칭하여 캐비티를 형성하는 에칭캐비티방식과 에어갭 형성위치에 희생층을 형성하고 박막증착후에 비아홀을 통해 희생층을 제거하하는 에어-브릿지(air-bridge)방식이 있다. Such an FBAR element is required to have a structure for isolating the active region, that is, the upper and lower electrodes and the piezoelectric film, from the substrate so that acoustic waves generated in the piezoelectric film are not affected by the substrate when an electric field is applied through the upper and lower electrodes. The isolation structure of the active region employed in the FBAR device can be largely classified into a Bragg reflector structure and an air gap structure, and the air gap structure is an etching cavity method for etching a back surface of a substrate to form a cavity. There is an air-bridge method in which a sacrificial layer is formed at an air gap formation position and a sacrificial layer is removed through a via hole after thin film deposition.
일반적으로, 브래그반사막구조는 제조공정이 복잡하고 에어갭에 비해 삽입손실 및 반사특성이 낮아 실효 대역폭이 감소되는 단점이 있으며, 에칭캐비티방식은 에칭에 의한 기판의 손상과 구조적 취약성이 문제가 된다. 따라서, 현재 FBAR소자에서는 에어브릿지방식을 이용한 에어갭구조가 주류를 이루고 있다.In general, the Bragg reflector film structure has a disadvantage in that the effective bandwidth is reduced because the manufacturing process is complicated and the insertion loss and reflection characteristics are lower than those of the air gap, and the etching cavity method is a problem of damage to the substrate due to etching and structural weakness. Therefore, the air gap structure using the air bridge system is the mainstream in the FBAR device.
하지만, 이러한 에어브릿지방식에 의한 FBAR소자는 고유한 구조적 특징으로 인해 불필요한 전기적 손실이 크다는 단점을 갖고 있다. 종래의 에어브릿지방식에 따른 FBAR소자의 일형태가 도1a 및 도1b에 도시되어 있다. However, the FBAR device by the air bridge method has a disadvantage that the unnecessary electrical loss is large due to the unique structural features. One embodiment of a conventional FBAR device according to the air bridge system is shown in Figs. 1A and 1B.
도1a를 참조하면, FBAR(10)는 상면의 일영역에 캐비티(C)를 갖는 기판(11) 상에 박막 공진기를 포함한다. 상기 박막 공진기는 상기 기판(11) 상에 순차적으로 형성된 하부전극(14), 압전막(15) 및 상부전극(16)으로 이루어진다. 상기 FBAR소자(10)에서 에어갭을 작용하는 캐비티(C)는 희생물질이 충전된 상태에서 박막을 형성한 후에 비아홀(미도시)을 통해 제거됨으로서 형성될 수 있다. Referring to FIG. 1A, the FBAR 10 includes a thin film resonator on a
상기 FBAR소자(10)는 도1b에 도시된 바와 같이 캐비티(C)의 상부영역에 제1 전극(14), 압전막(15) 및 제2 전극(16)이 중첩된 부분을 형성되며, 이 부분이 실질 적인 공진부로 제공될 수 있다. As shown in FIG. 1B, the FBAR
상기 FBAR 구조에서, 상기 캐비티(C) 상에 위치한 공진기의 구조적인 안정을 위해서, 상기 하부전극(14)은 캐비티(C) 상부영역 외에도 캐비티(C) 외부영역 상에도 형성되며, 상기 상하부전극(14,16)의 직접 접촉을 방지하기 위해서, 상기 압전막(15)은 적어도 하부전극(14)의 전체 면적을 덮도록 형성해야 한다. 따라서, "A"로 표시된 바와 같이, 상기 하부전극(14)과 상기 압전막(15)은 필연적으로 캐비티(C) 외부영역에서 상기 상부전극(16)과 중첩된 부분을 갖는다. In the FBAR structure, in order to structurally stabilize the resonator located on the cavity C, the
특히, 도1의 구조와 유사한 미국등록특허 제6,424,237호(등록공고일: 2002.7.23일, 양수인: 에이질런트 테크놀로지)에 제안된 FBAR소자의 경우에는, 횡방향 공진모드공진을 감소시키기 위해서 도1과 유사하게 하부전극이 캐비티 모서리를 지나 상부전극과 중첩되는 영역을 고의적으로 형성한다. 이 경우에는 캐비티영역 외부 상에 상하부전극 및 압전막이 중첩된 영역이 상당히 커지게 된다.In particular, in the case of the FBAR device proposed in U.S. Patent No. 6,424,237 (registered date: 2002.7.23, assignee: Agilent Technologies) similar to the structure of FIG. 1, in order to reduce lateral resonance mode resonance, Similarly, the lower electrode deliberately forms a region overlapping the upper electrode through the cavity edge. In this case, a region in which the upper and lower electrodes and the piezoelectric film overlap each other on the outside of the cavity region becomes considerably larger.
하지만, 이러한 캐비티(C) 외부영역의 중첩된 부분(A)은 캐비티상부영역에 위치하지 못하므로, 실질적으로 활성영역으로 작용하지 않는 불필요한 중첩영역이다. 이에 불구하고, 압전막(15) 및 상하부전극막(14,16)의 중첩된 부분이므로 공진과 무관한 전기적 손실이 유발한다. 이와 같이, 상기한 종래의 FBAR소자(10)는 구조적으로 원하지 않는 큰 에너지손실을 발생시키는 문제가 있어 왔다. However, since the overlapped portion A of the outer region of the cavity C is not located in the upper region of the cavity, it is an unnecessary overlapping region that does not substantially act as an active region. In spite of this, since the
또한, 상하부전극물질의 전기적 저항으로 인한 손실도 무시할 수 없다. 일반적으로 FBAR 사용되는 전극물질은 공진기에서 요구되는 큰 음향임피던스를 가지므 로, 몰리브덴(Mo) 또는 텅스텐(W)과 같은 매우 제한적인 금속만을 사용하여 왔다. 하지만, 이러한 금속은 통상의 금속에 비해 큰 전기적 저항을 가지므로, 그로 인한 에너지손실도 작지 않다. In addition, the loss due to the electrical resistance of the upper and lower electrode materials can not be ignored. In general, the electrode material used for FBAR has a large acoustic impedance required in the resonator, and therefore only a very limited metal such as molybdenum (Mo) or tungsten (W) has been used. However, since these metals have a large electrical resistance compared to the conventional metals, the resulting energy loss is not small.
이와 같이, 종래의 FBAR소자는 공진기의 불필요하면서도 필연적인 중첩영역과 전극물질의 낮은 전기전도도로 인해 에너지손실을 크므로, 고품질의 FBR소자를 제조하는데 어려움이 있어 왔다.As described above, the conventional FBAR device has a large energy loss due to the unnecessary and inevitable overlapping area of the resonator and the low electrical conductivity of the electrode material, thus making it difficult to manufacture a high quality FBR device.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 기판 상면에 멤브레인층을 도입하여 상하부전극의 중첩된 영역을 캐비티의 상부영역내로 위치시키고, 나아가 고전도성 금속을 이용하여 상부 및/또는 하부전극의 전기전도도를 개선한 고품질 FBAR소자를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object thereof is to introduce a membrane layer on an upper surface of a substrate to position overlapping regions of upper and lower electrodes into an upper region of a cavity, and further, by using a high conductivity metal, And / or to provide a high quality FBAR device with improved electrical conductivity of the lower electrode.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 상면의 일영역에 에어갭으로 제공되는 캐비티가 형성된 기판과, 상기 기판 상면에 형성되어 상기 캐비티를 덮는 멤브레인층과, 상기 멤브레인층 상에 순차적으로 형성된 하부전극, 압전막 및 상부전극으로 이루어진 공진기를 포함하며, 상기 공진기는 적어도 상기 캐비티의 상부영역에서 상기 상부 및 하부 전극과 상기 압전막이 중첩된 활성영역을 가지며, 모든 활성영역은 상기 캐비티 상부영역 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 FBAR 소자를 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present invention, the substrate provided with a cavity provided as an air gap in one region of the upper surface, a membrane layer formed on the upper surface of the substrate to cover the cavity, and sequentially on the membrane layer And a resonator including a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode, wherein the resonator has an active region in which the upper and lower electrodes and the piezoelectric layer overlap at least in an upper region of the cavity, and all active regions are in the upper region of the cavity. An FBAR device is characterized in that it is located within.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 상기 공진기는 상기 상부전극과 상기 하부전극이 중첩되지 않는 영역으로 정의되는 비활성영역을 가지며, 상기 활성영역은 상기 캐비티의 상부영역에서 상기 비활성영역으로 둘러싸인 형태를 가질 수 있다. In a preferred embodiment of the present invention, the resonator may have an inactive region defined as a region where the upper electrode and the lower electrode do not overlap, and the active region may have a form surrounded by the inactive region in the upper region of the cavity. have.
본 실시형태에 따른 FBAR 구조는, 상기 상부 및 하부전극이 대향하는 양측으로부터 상기 캐비티 상부영역으로 연장되고, 상기 각 전극의 연장된 단부가 상기 캐비티의 모서리와 소정의 간격으로 이격되도록 상기 캐비티 상부영역 내에 위치하는 방식으로 구현될 수 있다.In the FBAR structure according to the present embodiment, the upper and lower electrodes extend from the opposite sides to the upper cavity area, and the extended upper end of each electrode is spaced apart from the edge of the cavity at a predetermined interval. It may be implemented in a manner located within.
바람직하게는, 상기 상부 및 하부 전극과 상기 압전막이 중첩된 활성영역과 상기 캐비티 모서리 사이에 상기 캐비티와 연결된 비아홀이 형성된다. 이러한 위치에 형성된 비아홀은 캐비티의 희생물질을 제거할 때에 활성영역을 구성하는 층부분에 대한 손상을 감소시킬 수 있다. 보다 바람직하게는, 활성영역이 아니라도 전류를 제공하는 전극부분이 손상되지 않도록, 상기 비아홀이 형성된 영역은 상기 상부 및 하부전극이 존재하지 않고 압전막만이 존재하는 영역일 수 있다. Preferably, a via hole connected to the cavity is formed between an active region in which the upper and lower electrodes and the piezoelectric layer overlap and the cavity edge. Via holes formed at these locations can reduce damage to the portion of the layer constituting the active area when removing the sacrificial material of the cavity. More preferably, the region in which the via hole is formed may be a region in which only the piezoelectric layer is present without the upper and lower electrodes so that the electrode portion providing the current is not damaged even when the active region is not damaged.
상기 캐비티 상부영역에 형성되는 공진부를 보다 안정적으로 지지되도록, 안정적인 상기 상부전극 상에 형성된 상부 멤브레인층을 더 포함할 수 있다. It may further include an upper membrane layer formed on the stable upper electrode to more stably support the resonator formed in the upper region of the cavity.
본 발명에 채용되는 멤브레인층들은 SiO2, Si3N4, Al2O3 및 AlN으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어질 수 있다.The membrane layers employed in the present invention are SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 and It may be made of a material selected from the group consisting of AlN.
상기 상부 및 하부전극 중 적어도 한 전극은 상기 캐비티 외부에 위치한 일영역 상에 추가적으로 형성된 고전도성 금속층을 포함할 수 있며, 이러한 고전도성 금속층은 상기 상부 및 하부전극 물질보다 높은 전기적 전도도를 가지므로, 본 실시형태에 따른 FBAR소자는 전극의 전기적 저항으로 인한 에너지손실을 감소시킬 수 있다.At least one of the upper and lower electrodes may include a highly conductive metal layer additionally formed on one region outside the cavity, and the high conductive metal layer has higher electrical conductivity than the upper and lower electrode materials. The FBAR device according to the embodiment can reduce energy loss due to the electrical resistance of the electrode.
이러한 고전도성 금속층은, Ta, Al, Au, Pt, Ru 및 Ti으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있으며, 복수층구조로서, Ta/Au/Mo, Ti/Au/Mo, Ta/Au, Ti/Au, Ti/Pt, Ti/W, Ta/W, Cr/W, Ta/Pt 및 Ta/Al로 구성된 그룹으로부터 선택된 것으로 형성될 수 있다.The highly conductive metal layer may include at least one metal selected from the group consisting of Ta, Al, Au, Pt, Ru, and Ti, and as a multilayer structure, Ta / Au / Mo, Ti / Au / Mo, Ta / Au, Ti / Au, Ti / Pt, Ti / W, Ta / W, Cr / W, Ta / Pt, and Ta / Al.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention in more detail.
도2a 내지 도2c는 본 발명의 일실시형태에 따른 FBAR소자의 각각 다른 방향에서 본 측단면도 및 상부평면도이다. 2A to 2C are side cross-sectional and top plan views, respectively, seen from different directions of the FBAR element according to one embodiment of the present invention.
도2a에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 따른 FBAR(20)는 상면의 일영역에 캐비티(C)를 갖는 기판(21)과, 멤브레인층(23) 및 공진기를 포함하며, 상기 공진기 는 상기 멤브레인층 상에 순차적으로 형성된 하부전극(24), 압전막(25) 및 상부전극(26)을 포함한다. 상기 멤브레인층(23) 상에 형성된 공진기구조는 적어도 상기 캐비티(C)의 상부영역에서 상기 상부 및 하부 전극(26,24)과 상기 압전막(25)이 중첩된 활성영역(R)을 가지며, 그 전체 활성영역(R)은 상기 캐비티(C) 상부영역 내에 위치한다. As shown in FIG. 2A, the FBAR 20 according to the present embodiment includes a
도2b의 상부평면도와 같이, 상기 캐비티(C)의 상부영역에서 상기 활성영역(R)은 상기 상부전극(26)과 상기 하부전극(24)이 중첩되지 않는 영역(이하, "비활성영역"이라고 함)에 의해 둘러싸도록 상기 상하부전극(26,24)을 형성할 수 있다. As shown in the top plan view of FIG. 2B, the active region R in the upper region of the cavity C is a region in which the
보다 구체적으로, 상기 상부 및 하부전극(26,23)은 대향하는 양측으로부터 상기 캐비티(C)의 상부영역으로 연장되며, 각 상부 및 하부전극(26,23)의 연장된 단부는 상기 캐비티(C) 일측 모서리를 지나 타측 모서리로부터 소정의 간격(d1)으로 이격되도록 형성된다. 또한, 상기 상하부전극(26,24)의 중첩된 폭은 폭방향에 위치한 캐비티의 양측모서리와 소정의 간격(d2)으로 이격된다. 당업자에게 자명한 바와 같이, 대향하는 양측의 간격(d1,d2)이 동일한 간격으로 표시되었으나, 각각을 달리 정할 수도 있다.More specifically, the upper and
이와 같이, 상기 상하부전극(26,24)이 중첩된 영역인 활성영역(R)은 모두 캐비티(C) 상부영역 내에 위치하도록 형성된다. 따라서, 종래의 FBAR소자가 갖는 불필요한 공진영역(도1의 "A")을 제거함으로써 그로 인한 에너지손실을 방지하여 고품질을 보장할 수 있다. As such, the active region R, which is a region where the upper and
또한, 종래의 FBAR에서, 불필요한 공진영역은 구조적인 안정성을 위해 완전 히 캐비티 상를 덮도록 형성된 하부전극이 필연적으로 상부전극과 중첩되어 야기되는 것이므로, 이러한 불필요한 중첩영역을 제거할 때에 우려되는 구조적인 안정성을 확보하기 위해서, 공진기 하부의 기판(21) 상면에 캐비티를 덮도록 멤브레인층(23)을 추가로 형성한다. 이러한 멤브레인층(23)은 SiO2, Si3N4, Al2O3 및 AlN으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 형성될 수 있다.In addition, in the conventional FBAR, the unnecessary resonance region is caused by the bottom electrode formed to completely cover the cavity for structural stability inevitably overlaps with the upper electrode, and thus structural stability that is concerned when removing such unnecessary overlapping region. In order to secure the gap, the
본 실시형태와 같이, 상하부전극(26,24)의 배열을 통해 활성영역(R)을 내부로 배치하는 경우에는, 상하부전극(26,24)이 중첩된 활성영역(R)과 캐비티 모서리 사이영역에 비아홀(h1,h2)을 형성함으로써 희생층 제거과정에서 야기될 수 있는 유효 공진부분의 손상을 방지할 수 있다. 이는 상기 활성영역(R)이 캐비티 상부영역 내에 배치되어 비아홀(h1,h2) 형성을 위한 공간이 충분히 확보될 수 있으며, 이 때에 비아홀(h1,h2)이 형성되는 영역은 활성영역과 무관한 부분이기 때문이다.As in the present embodiment, when the active region R is disposed in the interior through the arrangement of the upper and
보다 바람직하게 활성영역(R)뿐만 아니라 전류를 제공하는 전극부분이 손상되지 않도록, 상기 비아홀(h1,h2)이 형성된 영역은 도3b 및 도3c에 도시된 바와 같이 상기 상부 및 하부전극(26,24)이 존재하지 않고 압전막(25)만이 존재하는 영역일 수 있다. More preferably, the region in which the via holes h1 and h2 are formed may be damaged so that not only the active region R but also the electrode portion providing the current is damaged, as shown in FIGS. 3B and 3C. It may be an area in which 24) does not exist and only the
본 실시형태에서는, 상기 캐비티(C) 상부영역 내에 활성영역(R)이 충분히 위치하도록 일정폭을 갖는 비활성영역이 존재하는 구조를 도시하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 상하부전극이 중첩된 활성영역(R)이 상기 캐비티(C)의 외부영역에 배치되지 않도록 구현함으로써 불필요한 상하부전극의 중첩영역으로 인한 에너지 손실을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 활성영역(R)이 상기 캐비티(C)의 모서리를 따라 그 상부영역 내에 위치호도록 상하부전극(26,24)을 설계/형성할 수도 있다. In the present exemplary embodiment, a structure in which an inactive region having a predetermined width exists so that the active region R is sufficiently located in the upper region of the cavity C is illustrated and described. However, the present invention provides an active region in which the upper and lower electrodes overlap each other. By implementing R) not to be disposed in the outer region of the cavity C, it is possible to prevent energy loss due to unnecessary overlapping regions of the upper and lower electrodes. Accordingly, upper and
도3a 내지 도3f는 본 발명에 따른 FBAR소자 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a FBAR device according to the present invention.
도3a와 같이, 기판(31) 상부의 중앙영역에 캐비티(C)를 형성하고, 상기 기판(31) 상면과 평탄한 상면을 갖도록 캐비티(C)에 희생물질(32)을 충전시킨다. 상기 희생물질(32)은 공진기구조를 형성한 후에 제거되어 에어갭을 제공하기 위한 수단으로서 사용되며, 폴리실리콘 등일 수 있다. 캐비티(C)에 충전된 희생물질(32)은 공지된 평탄화공정을 상기 기판(31)과 평탄한 상면을 갖도록 형성한다.As shown in FIG. 3A, the cavity C is formed in the central region of the upper portion of the
이어, 도3b와 같이, 상기 기판(31) 상에 하부 멤브레인층(33)을 형성한다. 상기 하부 멤브레인층(33)은 적어도 희생물질(32)을 덮도록 형성된다. 이러한 멤브레인층(33)은 SiO2, Si3N4, Al2O3 및 AlN으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질일 수 있으며, 공진기 박막을 형성하기 위한 통상의 증착공정으로 실시될 수 있다. 상기 하부 멤브레인층(33)은 본 발명에 따른 하부전극막 배치 변형으로 야기될 수 있는 구조적 붕괴를 방지할 수 있는 수단으로서 제공된다.3B, a
다음으로, 도3c와 같이, 상기 하부 멤브레인층(32) 상에 일측으로부터 희생물질(32)의 상부영역에 위치하도록 하부전극막(34)을 형성한다. 상기 하부전극막(34)의 연장되는 단부는 캐비티(C)의 일측 모서리를 지나 타측 모서리와는 일정한 간격(d)으로 이격되도록 형성한다. 상기 하부전극막(34)은 Mo, W와 같은 음향 임피던스특성을 우수한 금속물질을 사용할 수 있다.Next, as shown in FIG. 3C, a
이어, 도3d와 같이, 상기 하부전극(34) 상에 압전막(35)을 형성한다. 일반적으로. 압전막(35)으로는 AlN이 사용될 수 있다. 상기 압전막은 후속 성장될 상부전극(도3e의 36)과 하부전극(34)이 직접 접촉되지 않도록 적어도 캐비티(C)의 상부영역에 위치한 하부전극부분을 완전히 덮도록 형성한다.3D, a
다음으로, 도3e와 같이, 상기 압전막(35) 상에 상부전극(36)을 형성한다. 상기 상부전극(36)은 상기 하부전극과 반대로 대향하는 타측으로부터 캐비티(C)의 상부영역으로 연장될 수 있다. 형성될 수 있다. 이 때에, 상기 캐비티(C) 상부영역에서 상기 하부전극(34)과 중첩된 영역이 존재하지 않도록 하부전극(34)과 유사하게 캐비티()의 타측모서리를 지나 일측 모서리와는 일정한 간격(d)으로 이격되도록 형성된다. 이러한 상부전극(36)물질로는 하부전극(34)과 같이 음향 임피던스특성이 우수한 Mo, W이 주로 사용될 수 있다. Next, as shown in FIG. 3E, an
최종적으로, 상기 상하부전극(36,34)과 압전막(35)을 구성된 공진기 상에 상부 멤브레인층(39)을 추가로 형성하고 비아홀(미도시)을 통해 희생물질을 제거하여 에어갭으로 제공되는 캐비티(C)를 형성한다. 상기 상부 멤브레인층(39)은 캐비티(C) 상에 위치한 공진기의 구조적인 안정성을 보다 강화하기 위한 수단으로서 통상적인 페시베이션층의 역할도 기대할 수 있다. 이러한 상부 멤브레인층(39)은 상기 하부 멤브레인층(33)과 유사하게 SiO2, Si3N4, Al2O3 및 AlN으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 형성될 수 있다.Finally, the
본 발명은 다른 실시형태로서 상하부전극의 전기적 전도도를 향상시킴으로써 기존 상하부전극의 높은 저항으로 인한 전기적 손실을 감소시키는 방안을 제공한다. 이러한 실시형태는 도4에 예시되어 있다.The present invention provides a method of reducing the electrical loss due to the high resistance of the existing upper and lower electrodes by improving the electrical conductivity of the upper and lower electrodes in another embodiment. This embodiment is illustrated in FIG.
도4에 도시된 FBAR소자는 상면의 일영역에 캐비티(C)를 갖는 기판(41)과, 하부 멤브레인층(43), 공진기 및 상부 멤브레인층(49)를 포함하며, 상기 공진기는 상기 하부 멤브레인층(43) 상에 순차적으로 형성된 하부전극(44), 압전막(45) 및 상부전극(46)을 포함한다. 상기 하부 멤브레인층(43) 상에 형성된 공진기구조는 적어도 상기 캐비티(C)의 상부영역에서 상기 상부 및 하부 전극(46,44)과 상기 압전막(45)이 중첩된 활성영역을 가지며, 그 전체 활성영역은 상기 캐비티(C) 상부영역 내에 위치한다. 이와 같이, 캐비티(C)의 외부영역 상에서 상하부전극(46,44)이 중 첩된 영역을 제거함으로써 그로 인한 에너지 손실을 저감시킬 수 있다.The FBAR device shown in FIG. 4 includes a
또한, 본 실시형태에 따른 FBAR소자(40)는 상하부전극(46,44) 중 캐비티(C)영역 외부에 위치한 부분에 고전도성 금속층(47,48)을 추가로 형성함으로써 낮은 전기적 전도도를 갖는 상하부전극(46,44)의 특성을 보완할 수 있다. 일반적으로, 상하부전극(46,44)은 음향임피던스특성을 고려하여 Mo, W 등의 금속을 사용하나, 대체로 다른 금속에 비해 전기적 전도도가 낮다는 단점을 가지고 있다. 이를 보완하기 위해서, 본 발명에서는 상하부전극(46,44)의 일부에 고전도성 금속층(47,48)을 추가하여 전기적 전도도를 높히고 이로 인해 전기적 손실을 저감시키는 방안을 제공한다. 이 경우에, 추가된 고전도성 금속층(47,48)은 대개 음향임피던스 특성이 FBAR소자에 적합하지 않으므로, 도시된 바와 같이, 캐비티영역 외부에 위치한 전극부분에 형성하는 것이 요구된다. In addition, the
이러한 고전도성 금속층(47,48)은, Ta, Al, Au, Pt, Ru 및 Ti으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있으며, 복수층구조로서, Ta/Au/Mo, Ti/Au/Mo, Ta/Au, Ti/Au, Ti/Pt, Ti/W, Ta/W, Cr/W, Ta/Pt 및 Ta/Al로 구성된 그룹으로부터 선택된 것으로 형성될 수 있다. The highly conductive metal layers 47 and 48 may include at least one metal selected from the group consisting of Ta, Al, Au, Pt, Ru, and Ti. As a multi-layered structure, Ta / Au / Mo, Ti / It may be formed from one selected from the group consisting of Au / Mo, Ta / Au, Ti / Au, Ti / Pt, Ti / W, Ta / W, Cr / W, Ta / Pt and Ta / Al.
본 실시형태에서는, 상하부전극(46,44) 모두에 고전도성 금속층(47,48)이 추가된 형태를 도시하여 설명하였으나, 일 전극을 선택하여 고전도성 금속층을 추가하여 전기적 전도도의 향상효과를 기대할 수 있다.In the present embodiment, the form in which the highly conductive metal layers 47 and 48 are added to both the upper and
이와 같이, 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.As such, the invention is not to be limited by the foregoing embodiments and the accompanying drawings, which are intended to be limited by the appended claims. Accordingly, various forms of substitution, modification, and alteration may be made by those skilled in the art without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims, which are also within the scope of the present invention. something to do.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 FBAR 소자는 공진기에서 불필요한 상하부전극의 중첩영역을 제거함으로써 그로 인한 에너지 손실을 감소시킬 뿐만 아니라, 고전도성 금속층을 상하부전극의 일부면적에 추가 형성함으로써 전기전도도를 향상시켜 전기적인 손실을 저감시킬 수 있으므로, 고품질의 FBR소자를 제공할 수 있다.As described above, the FBAR device according to the present invention not only reduces unnecessary energy loss by eliminating unnecessary overlapping regions of the upper and lower electrodes in the resonator, but also improves electrical conductivity by additionally forming a highly conductive metal layer on the partial area of the upper and lower electrodes. The electrical loss can be reduced to provide a high quality FBR device.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050016783A KR100691152B1 (en) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | Film bulk acoustic resonator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050016783A KR100691152B1 (en) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | Film bulk acoustic resonator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20060095272A KR20060095272A (en) | 2006-08-31 |
| KR100691152B1 true KR100691152B1 (en) | 2007-03-09 |
Family
ID=37625006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020050016783A KR100691152B1 (en) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | Film bulk acoustic resonator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100691152B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9479884B2 (en) | 2014-08-13 | 2016-10-25 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Audio sensing device and method of acquiring frequency information |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110868172B (en) * | 2019-04-23 | 2023-09-26 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | Thin film bulk acoustic resonator and semiconductor device |
| CN110868191B (en) * | 2019-04-23 | 2023-09-12 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | Thin film bulk acoustic resonator and filter |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030035784A (en) * | 2001-10-26 | 2003-05-09 | 후지쯔 가부시끼가이샤 | Piezoelectric thin film resonator, filter and manufacturing method of the piezoelectric thin film resonator |
| KR20030081551A (en) * | 2002-04-11 | 2003-10-22 | 삼성전기주식회사 | Film bulk acoustic resonator and method for fabrication thereof |
| KR20030090142A (en) * | 2002-05-21 | 2003-11-28 | 삼성전기주식회사 | Film bulk acoustic resonator and method for fabrication thereof |
| KR20040060052A (en) * | 2002-12-30 | 2004-07-06 | 엘지이노텍 주식회사 | Thin film filter and method for manufacturing thin film filter |
| KR20040089914A (en) * | 2003-04-15 | 2004-10-22 | 쌍신전자통신주식회사 | Bulk Acoustic Wave Device and Process of The Same |
-
2005
- 2005-02-28 KR KR1020050016783A patent/KR100691152B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030035784A (en) * | 2001-10-26 | 2003-05-09 | 후지쯔 가부시끼가이샤 | Piezoelectric thin film resonator, filter and manufacturing method of the piezoelectric thin film resonator |
| KR20030081551A (en) * | 2002-04-11 | 2003-10-22 | 삼성전기주식회사 | Film bulk acoustic resonator and method for fabrication thereof |
| KR20030090142A (en) * | 2002-05-21 | 2003-11-28 | 삼성전기주식회사 | Film bulk acoustic resonator and method for fabrication thereof |
| KR20040060052A (en) * | 2002-12-30 | 2004-07-06 | 엘지이노텍 주식회사 | Thin film filter and method for manufacturing thin film filter |
| KR20040089914A (en) * | 2003-04-15 | 2004-10-22 | 쌍신전자통신주식회사 | Bulk Acoustic Wave Device and Process of The Same |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 1020030081551 |
| 1020030090142 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9479884B2 (en) | 2014-08-13 | 2016-10-25 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Audio sensing device and method of acquiring frequency information |
| US10225662B2 (en) | 2014-08-13 | 2019-03-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Audio sensing device and method of acquiring frequency information |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20060095272A (en) | 2006-08-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102248528B1 (en) | Acoustic resonator and method of manufacturing thereof | |
| US7649304B2 (en) | Piezoelectric resonator and piezoelectric filter | |
| KR100841166B1 (en) | Piezoelectric thin-film resonator and filter having the same | |
| US6548943B2 (en) | Method of producing thin-film bulk acoustic wave devices | |
| US8756777B2 (en) | Method of manufacturing a ladder filter | |
| US8084919B2 (en) | Piezoelectric thin-film resonator, filter using the same, and duplexer using the same | |
| JP4685832B2 (en) | Resonator and manufacturing method thereof | |
| JP6388411B2 (en) | Acoustic resonator and manufacturing method thereof | |
| US8450906B2 (en) | Piezoelectric thin-film resonator | |
| CN101674062B (en) | Filter, duplexer and communication apparatus | |
| CN108736857B (en) | Bulk acoustic wave resonator | |
| JP2018148548A (en) | Acoustic resonator and method of manufacturing the same | |
| US7545077B2 (en) | Filter having multiple piezoelectric thin-film resonators | |
| JP2007006501A (en) | Acoustic resonator performance enhancement using alternating frame structure | |
| EP1913691A1 (en) | Thin film piezoelectric resonator and method of manufacturing the same | |
| US20200366266A1 (en) | High q bulk acoustic resonator with dielectric flaps | |
| JP2003505905A (en) | Resonator structure and filter having such a resonator structure | |
| KR20060116712A (en) | Piezoelectric thin-film resonator and filter | |
| CN109167585B (en) | Bulk acoustic wave resonator, manufacturing method thereof and filter | |
| JP2018006919A (en) | Acoustic wave device | |
| JP2015095728A (en) | Piezoelectric thin film resonator, filter and duplexer | |
| CN107769749B (en) | Bulk acoustic wave resonator | |
| US7078984B2 (en) | Duplexer and method of manufacturing same | |
| JP2008109573A (en) | Piezoelectric thin film resonator | |
| KR100691152B1 (en) | Film bulk acoustic resonator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20091228 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |