KR100714566B1 - Ｆｂａｒ 소자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
견고한 금속 재질의 캡을 구비하는 FBAR 소자의 제조 방법이 개시된다. 본 발명은, 기판을 마련하는 단계; 상기 기판 상에 하부전극, 압전막 및 상부전극 순차적으로 적층하여 상기 하부전극, 압전막 및 상부전극이 공통으로 중첩된 공진영역을 형성하는 단계; 상기 공진영역의 상면 및 측면에 거의 전체적으로 상기 공진영역을 보호하기 위한 패시베이션층을 형성하는 단계; 상기 패시베이션층 상에 상기 공진영역을 둘러싸는 측벽 영역이 노출된 제1 포토레지스트층을 형성하는 단계; 상기 측벽 영역에 금속제를 충진하고 및 상기 측벽 영역으로 둘러싸인 영역 상부에 상기 금속제로 이루어진 지붕을 형성하여, 측벽 및 지붕으로 이루어진 캡을 형성하는 단계를 포함하는 FBAR 소자의 제조 방법을 제공한다.
박막 벌크 탄성파 공진기(Film Bulk Acoustic wave Resonato, FBAR), 캡
Description
도 1 내지 도 8은 본 발명의 일실시형태에 따른 FBAR 소자의 제조 방법을 공정 순서대로 도시한 공정 단면도 및 평면도 이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
11: 기판 12: 희생층
14: 하부전극 15: 압전막
16: 상부전극 17: 패시베이션층
18: 제1 포토레지스트층 19: 제2 포토레지스트층
21: 측벽 22: 지붕
본 발명은 박막 벌크 탄성파 공진기(Film Bulk Acoustic wave Resonator: FBAR, 이하 FBAR라 함) 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, FBAR 소자의 공진영역을 이물질 및 외부의 기계적인 힘으로부터 보호할 수 있으며, 더하여 전자파 차폐 기능을 갖는 견고한 캡(cap)을 갖는 FBAR 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
최근에 이동통신단말기의 소형화 및 고기능화의 추세에 따라, 고주파(RF) 부품 등의 이동통신단말기용 부품기술은 급속히 발전되고 있다. 특히, FBAR(film bulk acoustic wave resonator) 소자는 다른 필터보다 삽입손실이 작으면서 원하는 수준의 집적화 및 소형화가 가능하다는 장점으로 인해, 이러한 RF 이동통신 부품 중 핵심 수동부품인 필터로서 각광받고 있다.
FBAR 소자는, 기판 상에 압전 유전체 물질인 ZnO, AlN 박막을 형성시켜 압전박막의 표면에서발생되는 기계적 응력과 부하사이의 결합으로 인해 유발되는 공진을 이용한 박막형 소자를 말한다. 이러한 FBAR 소자의 공진주파수는 압전층과 상하부전극으로 구성된 공진영역의 총두께에 의해 결정된다. 하지만, 웨이퍼 내에서 각 소자에 대한 층의 두께를 완전히 동일하게 성막하는 것은 현재 기술(층두께의 1% 내외 오차존재)로는 거의 불가능하다. 특히, 금속인 상부전극에서 산화 현상, 외부의 이물질이 전극에 흡착되는 현상 등으로 인해 주파수 변화가 발생하는 문제가 발생한다. 더하여, 외부의 전자기파 등의 영항으로 인해 주파수 변화가 발생하는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, FBAR 소자에서는 공진영역을 외부와 차단하여 공진영역을 보호하기 위한 캡이 구비되는 특징이 있다.
종래의 FBAR 소자에서 캡을 형성하는 방법은 크게 두가지가 이용되었다.
첫번째로, 드라이 필름을 이용하여 FBAR 소자의 공진영역을 둘러싸도록 측벽을 형성하고, 드라이 필름을 이용하여 상기 측벽의 상부에 지붕을 형성하는 방법이 종래에 제안되었다.
이 종래의 기술은, 캡의 측벽 및 지붕을 드라이 필름을 사용하여 형성하므로, 몰딩 공정과 같은 추후의 공정에서 캡이 파손될 위험이 존재하며, 몰딩 공정 이후 신뢰성 테스트 시에 수분의 침투가 이루어져 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
또 다른 종래 기술로는, 웨이퍼 레벨 패키지 기법을 이용하여, 캡을 형성하기 위해 소정의 캐비티가 형성된 별도의 웨이퍼를 마련하고, 이 웨이퍼를 FBAR 소자가 형성된 웨이퍼의 상부에 캡으로 적용하는 방법이 있다.
웨이퍼 레벨 패키지 기법을 이용한 종래의 FBAR 소자 제조 방법은, 캡을 형성하기 위한 별도의 웨이퍼가 필요하므로 비용이 증가하게 되며, 캡용 웨이퍼와 FBAR 소자가 형성된 웨이퍼를 접합하기 위한 고난이도의 공정이 요구된다는 문제점이 있다.
특히, 전술한 두 가지 종래 기술은 FBAR 소자의 공진영역을 전자파로부터 보호할 수 있는 전자파 차폐 기능을 구비하지 못하는 문제점이 있다.
이와 같이, 당 기술분야에서는 FBAR 소자의 공진영역을 이물질 및 외부의 기계적인 힘으로부터 보호할 수 있으며, 더하여 전자파 차폐 기능을 갖는 캡을 포함하는 FBAR 소자의 제조 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은, FBAR 소자에서 하부전극, 압전막 및 상부전극의 적층체로 이루어진 공진영역을 이물질 및 외부의 기계적인 힘으로부터 보호할 수 있으며, 더하여 전자파 차폐 기능을 갖는 견고한 금속 재질의 캡을 형성할 수 있는 FBAR 소자의 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 기술적 구성으로서 본 발명은,
기판을 마련하는 단계;
상기 기판 상에 하부전극, 압전막 및 상부전극 순차적으로 적층하여 상기 하부전극, 압전막 및 상부전극이 공통으로 중첩된 공진영역을 형성하는 단계;
상기 공진영역의 상면 및 측면에 거의 전체적으로 상기 공진영역을 보호하기 위한 패시베이션층을 형성하는 단계;
상기 패시베이션층 상에 상기 공진영역을 둘러싸는 측벽 영역이 노출된 제1 포토레지스트층을 형성하는 단계;
상기 측벽 영역에 금속제를 충진하고 및 상기 측벽 영역으로 둘러싸인 영역 상부에 상기 금속제로 이루어진 지붕을 형성하여, 측벽 및 지붕으로 이루어진 캡을 형성하는 단계를 포함하는 FBAR 소자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 패시베이션층은 Si, Zr, Ta, Ti, Hf 및 Al로 구성된 그룹으로부터 선택된 원소의 산화물 또는 질화물일 수 있다.
본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 패시베이션층을 형성하는 단계는, 스퍼터링, 증발법 또는 화학증착법을 이용하여 상기 패시베이션층을 형성하는 단계일 수 있다.
본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 패시베이션층을 형성하는 단계 전에, 상기 기판 상에 상기 상부 및 하부전극에 각각 연결된 접속패드부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 접속패드부는 Au로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 금속제는 Cu 또는 Al인 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 캡을 형성하는 단계는, 상기 제1 포토레지스트층의 상면 및 노출된 내면에 시드층을 형성하는 단계; 상기 시드층 상에, 상기 측벽 영역으로 둘러싸인 영역 상부에 지붕 영역이 노출된 제2 포토레지스트층을 형성하는 단계; 및 상기 측벽 영역 및 지붕 영역에 금속제를 충진하여 측벽 및 지붕 으로 이루어진 캡을 형성한 후 상기 제1 및 제2 포토레지스트층을 제거하는 단계를 포함한다.
이 실시형태에서, 상기 기판을 마련하는 단계는, 상기 기판 상에 트랜치를 형성하는 단계; 및 상기 트랜치 내에 희생층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 방법은, 상기 패시베이션층으로부터 상기 하부전극까지의 적어도 일부 영역을 선택적으로 제거하여 상기 희생층에 연결된 비아홀을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 이 실시형태에서, 상기 제2 포토레지스트층을 형성하는 단계는, 상기 시드층 상에, 상기 측벽 영역으로 둘러싸인 영역의 상부에 지붕 영역이 노출되며, 상기 지붕 영역 내에 노출되지 않은 비아홀 영역을 갖는 제2 포토레지스트층을 형성하는 단계이며, 상기 측벽 영역 및 지붕 영역에 금속제를 충진하여 측벽 및 지붕으로 이루어진 캡을 형성한 후 상기 제1 및 제2 포토레지스트층을 제거하는 단계는, 상기 측벽 영역 및 지붕 영역에 금속제를 충진하여 측벽 및 소정 영역에 비아홀이 형성된 지붕을 형성한 후 상기 제1 및 제2 포토레지스트층을 제거하는 단계인 것이 바람직하다.
또한, 이 실시형태에서, 상기 지붕 영역 내에 노출되지 않은 비아홀 영역은 상기 공진영역의 상부에 위치하지 않는 것이 바람직하다.
또한, 이 실시형태는, 상기 기판에 에어갭이 형성되도록 상기 지붕에 형성된 비아홀 및 상기 패시베이션층으로부터 상기 하부전극까지 형성된 비아홀을 통해 에천트를 투입하여 상기 희생층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 금속제는 Cu이고, 상기 에천트는 HF인 것이 바람직하다.
또한, 이 실시형태는, 상기 희생층을 제거한 후, 상기 지붕에 형성된 비아홀을 소정 재료로 매우는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 지붕에 형성된 비아홀을 매우는 재료는, 벤조사이클로부틴 계열의 에폭시, 폴리아미드 계열의 에폭시, Cu, Al, 산화물 및 질화물으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료인 것이 바람직하다.
또한, 이 실시형태에서, 상기 금속제는 스퍼터링, 증발법 또는 화학증착법을 이용하여 상기 측벽 영역 및 지붕 영역에 충진되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 캡을 형성하는 단계는, 상기 제1 포토레지스트층의 상면 및 노출된 내면에 시드층을 형성하는 단계; 상기 측벽 영역에 금속제를 충진하여 측벽을 형성하고, 상기 시드층 상면에 상기 금속제로 이루어진 금속층을 형성하는 단계; 상기 측벽으로 둘러싸인 영역 내에 형성된 금속층 상에 일부 비아홀 영역을 노출시키는 제2 포토레지스트층을 형성하는 단계; 상기 제2 포토레지스트층에 의해 노출된 영역의 상기 금속층을 제거하여 지붕을 형성한 후 상기 제1 및 제2 포토레지스트층을 제거하는 단계를 포함한다.
이 실시형태에서, 상기 기판을 마련하는 단계는, 상기 기판 상에 트랜치를 형성하는 단계; 및 상기 트랜치 내에 희생층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 방법은, 상기 패시베이션층으로부터 상기 하부전극까지의 적어도 일부 영역을 선택적으로 제거하여 상기 희생층에 연결된 비아홀을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 이 실시형태에서, 상기 제2 포토레지스트층에 의해 노출된 영역의 상기 금속층을 제거하여 지붕을 형성한 후 상기 제1 및 제2 포토레지스트층을 제거하는 단계는, 상기 측벽으로 둘러싸인 영역 내에 형성된 금속층의 상기 비아홀 영역을 식각하여 비아홀이 형성된 지붕을 형성한 후 상기 제1 및 제2 포토레지스트층을 제거하는 단계인 것이 바람직하다. 이 때, 상기 지붕에 형성된 비아홀은 상기 공진영역의 상부에 위치하지 않는 것이 바람직하다.
또한, 이 실시형태는, 상기 기판에 에어갭이 형성되도록 상기 지붕에 형성된 비아홀 및 상기 패시베이션층으로부터 상기 하부전극까지 형성된 비아홀을 통해 에천트를 투입하여 상기 희생층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 금속제는 Cu이고, 상기 에천트는 HF인 것이 바람직하다.
또한, 이 실시형태는, 상기 희생층을 제거한 후, 상기 지붕에 형성된 비아홀을 소정 재료로 매우는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 지붕에 형성된 비아홀을 매우는 재료는, 벤조사이클로부틴 계열의 에폭시, 폴리아미드 계열의 에폭시, Cu, Al, 산화물 및 질화물으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료일 수 있다.
또한, 이 실시형태에서, 상기 금속제는 스퍼터링, 증발법 또는 화학증착법을 이용하여 상기 측벽 영역 내에 충진되고 상기 시드층 상에 형성될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상에서 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 참조부호를 사용할 것이다.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 일실시형태에 따른 FBAR 소자의 제조 방법을 공정 순서대로 도시한 공정 단면도 및 일부 공정에서의 평면도이다. 도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일실시형태에 따른 FBAR 소자의 제조 방법을 공정 순서에 따라 설명한다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(11) 상부에 캐비티(C)를 형성한다. 상기 캐비티(C)는 후속 공정에서 형성될 공진부와 기판을 격리하기 위한 수단으로 제공되는 에어갭을 형성하기 위한 것이다.
이어, 도 2의 (a)와 같이, 상기 실리콘 기판(11)의 캐비티(C) 내에 희생층(12)을 형성한다. 상기 희생층(12)은 폴리실리콘물질로 형성될 수 있다.
또한, 도 2의 (b)와 같이, 희생층(12)의 형성공정에 앞서, 에어갭 형성을 위한 에칭 공정시에 실리콘 기판(11)을 보호하기 위해 제1 절연층(13a)이 형성되며, 이와 유사하게, 희생층(12)이 형성된 후에 하부전극(도 3의 14)의 에칭을 방지하기 위한 제2 절연층(13b)이 형성될 수 있다. 상기 제1 절연층(13a) 및 제2 절연층(13b)를 형성하는 공정은 에칭에 의한 기판 및 전극의 손상을 방지하기 위해 당 기술분야에 잘 알려진 기술이다. 따라서, 이후의 상세한 설명 및 도면에는 상기 제1 절연층(13a) 및 제2 절연층(13b)이 형성되지 않은 예가 설명되고 도시될 것이나, 제1 절연층(13a) 및 제2 절연층(13b)이 포함된 FBAR 소자의 제조 방법도 본 발명의 범위 내에 포함될 것이다.
다음으로, 도 3과 같이, 상기 기판(11) 상에 하부전극(14), 압전막(15) 및 상부전극(16)을 순차적으로 적층한다. 상기 하부전극(14), 압전막(15) 및 상부전극(16)은 상기 희생층(12) 상에서 모두 중첩되는 구조로 적층됨으로써, 상기 희생층(12) 상에 공진영역(A)을 형성한다. 각 막에 대한 형성공정은 전제적인 성막공정과 식각공정을 반복하여 실시될 수 있다.
또한, 상기 실리콘 기판(11) 상에, 상기 하부전극(14) 및 상부전극(16)에 각각 연결된 접속패드(24,26)를 형성한다. 상기 접속패드(24, 26)는 Au로 이루어질 수 있다. 상기 접속패드(24, 26)는 후속 공정에서 외부회로와 연결될 접속부로 제공된다.
다음으로, 도 4의 (a) 및 (b)와 같이, 상기 공진영역(A)의 상면 및 측면에 거의 전체적으로 상기 공진영역(A)을 보호하기 위한 패시베이션층(17)을 형성한다. 상기 패시베이션층(17)은 Si, Zr, Ta, Ti, Hf 및 Al로 구성된 그룹으로부터 선택된 원소의 산화물 또는 질화물로 형성될 수 있다. 상기 패시베이션층(17)의 형성공정은 스퍼터링, 증발법 또는 화학증착법과 같은 통상의 성막공정으로 구현될 수 있다. 상기 패시베이션층(17)은 하부전극(14), 압전막(15) 및 상부전극(16)으로 이루어진 공진영역(A)을 보호하는 역할과 동시에, 이후의 공정에서 형성되는 금속 재질의 캡과 상기 공진영역(A), 상하부전극(16, 14)을 전기적으로 아이솔레이션 시키는 역할을 수행한다.
한편, 적절한 식각공정을 통해 도시된 바와 같이, 희생층(12)을 제거하여 에어갭을 형성하기 위한 에칭공정시에 사용될 비아홀(h1)을 미리 형성할 수 있다. 상기 비아홀(h1)은, 패시베이션층(17)으로부터 상기 하부전극(14)까지의 적어도 일부 영역을 선택적으로 제거하여 상기 희생층에 연결되도록 형성된다.
다음으로, 도 5와 같이, 상기 패시베이션층(17) 상에, 상기 공진영역(A)을 둘러싸는 측벽 영역(w)이 노출된 제1 포토레지스트층(18)을 형성한다. 상기 측벽 영역(w)은 이후의 공정에서, 금속제가 충진되어 캡의 측벽을 형성하기 위한 영역으로서, 상기 패시베이션층(17) 상에 설정된 영역이다.
이상 도 1 내지 도 5를 통해 설명한 공정을 통해, 제1 포토레지스트층(18)을 형성한 이후, 두 가지의 공정을 통해 캡을 형성할 수 있다. 상기 두 가지 캡 형성 공정이 도 6a 및 도 6b에 각각 도시된다.
먼저 도 6a를 참조하면, 상기 제1 포토레지스트층(18)의 상면 및 노출된 내면에, 시드(seed)층(20)을 형성한 후, 상기 측벽 영역(w)으로 둘러싸인 영역 상부에 지붕 영역(r)이 노출된 제2 포토레지스트층(19)을 형성한다.
상기 시드층(20)은 이후에 형성될 금속제에 의한 측벽 및 지붕이 보다 용이하게 형성되기 위한 기반을 마련함과 동시에, 상기 제2 포토레지스층(19)의 패터닝을 위한 노광공정시 제1 포토레지스층(18)이 영향을 받는 것을 방지할 수 있다.
본 실시형태에서, 이후 공정에서 형성될 캡의 지붕에 소정의 비아홀을 형성하기 위해, 상기 제2 포토레지스트층(19)은, 상기 제1 포토레지스트층 상(18)에, 상기 측벽 영역(w)으로 둘러싸인 영역의 상부에 지붕 영역(r)이 노출되며, 상기 지붕 영역(r) 내에 노출되지 않은 비아홀 영역(19-1)을 가질 수 있다. 이 비아홀 영역(19-1)이 하부의 제1 포토레지스트층(18)을 노출시키지 않도록 형성됨으로써, 캡의 지붕을 관통하는 비아홀(도 7의 h2)이 형성될 수 있다.
상기 지붕 영역(w) 내에 노출되지 않은 비아홀 영역(19-1)은 상기 공진영역(A)의 상부에 위치하지 않는 것이 바람직하다. 이는 상기 비아홀 영역(19-1)에 의해 캡의 지붕에 형성되는 비아홀(도 7의 h2)을 매우는 이후의 공정에서, 상기 비아홀을 매우기 위한 재료가 공진영역(A) 상에 쌓이게 되면 소자의 공진특성이 변화 또는 열화될 수 있기 때문이다.
이와 같이, 캡의 측벽 및 지붕을 형성하기 위한 상기 제1 및 제2 포토레지스트층(18, 19)의 형성을 완료한 후, 상기 제1 및 제2 포토레지스트층(18, 19)에 의해 형성된 측벽 영역(w) 및 지붕 영역(r)에 금속제를 충진함으로써, 도 7에 도시된 것과 같이 측벽(21) 및 지붕(22)으로 이루어진 캡을 형성하고, 상기 제1 및 제2 포토레지스트층을 제거한다. 상기 금속제는 스퍼터링, 증발법 또는 화학증착법을 이용하여 상기 측벽 영역(w) 및 지붕 영역(r)에 충진되는 것이 바람직하다.
캡을 형성하기 위한 다른 방법으로, 도 6b를 참조하면, 상기 제1 포토레지스트층(18)의 상면 및 노출된 내면에, 시드(seed)층(20)을 형성한 후, 상기 측벽 영역(도 5의 w)을 금속제로 충진하고 상기 시드층(20)의 상면에 상기 충진한 금속제와 동일한 재질의 금속제로 소정 두께의 금속층을 형성한다. 상기 측벽 영역(도 5의 w)에 충진된 금속제는 측벽(21)되고 상기 금속층의 일부는 지붕(22)을 형성하게 된다. 상기 금속제는 스퍼터링, 증발법 또는 화학증착법을 이용하여 상기 측벽 영역(도 5의 w) 내에 충진되고 상기 시드층(20) 상에 형성되는 것이 바람직하다.
이어, 상기 금속층의 상면에 제2 포토레지스트층(19)을 형성한다. 상기 제2 포토레지스트층(19)을 이 후 식각 등의 공정에 의해 제거될 상기 금속층의 영역을 노출시키도록 패터닝된다. 즉 비아홀을 형성하기 위한 비아홀 영역(19-2)가 노출되며, 필요없는 테두리 영역도 노출될 수 있다. 상기 제2 포토레지스트층(19)을 식각 마스크로 이용하여 상기 금속층의 일부 영역을 식각하면, 도 7에 도시된 것과 같은 비아홀(h2)이 형성된 캡의 지붕(22)이 완성된다.
상기 도 6a에서 설명한 바와 마찬가지로, 상기 지붕(22)에 형성된 비아홀 영역(h2)은 상기 공진영역(A)의 상부에 위치하지 않는 것이 바람직하다. 이는 상기 비아홀(h2)을 매우는 이후의 공정에서, 상기 비아홀을 매우기 위한 재료가 공진영 역(A) 상에 쌓이게 되면 소자의 공진특성이 변화 또는 열화될 수 있기 때문이다.
이어, 상기 제1 및 제2 포토레지스트층을 제거하여, 캡이 완성된다.
다음으로, 도 7과 같이, 캡의 지붕(22)에 형성된 비아홀(h2)을 이용하여 에어갭(B)을 형성한다. 본 실시형태에 의하면, 캡의 지붕(22)에 비아홀(h2)이 형성된다. 이 비아홀(h2)은 상기 측벽(21)의 내부에 형성되어 있는 제1 포토레지스트층(도 6의 18)을 제거하기 위한 현상액을 공급하고 회수하는 통로가 되며, 동시에 상기 패시베이션층(17)으로부터 하부전극(14)까지 형성된 비아홀(h1)과 함께, 희생층(도 6의 12)을 제거하여 에어갭(B)을 형성하기 위한 에천트를 공급, 회수하는 통로가 된다(도 7의 화살표 참조).
상기 에천트는 캡을 형성하는 금속제에 의해 영향을 주지 않는 원료가 선택되어야 한다. 예를 들어, 상기 금속제가 Cu인 경우, 상기 에천트는 Cu를 에칭하지 못하는 HF가 선택될 수 있다. 반대로, 사용될 에천트가 결정된 경우, 금속제의 재료를 달리 선택할 수 있다.
상기 희생층(도 6의 12)을 제거하여 에어갭(B)을 형성하는 공정은, 포토레지스트층을 형성한 후 캡을 형성하는 공정 이전에 이루어질 수도 있다. 그러나, 포토레지스트층을 형성하는 재료 또는 캡을 형성하는 재료가 상기 에어갭(B)에 침투하여 FBAR 소자의 특성을 열화시킬 수 있으므로, 상기 에어갭(B)을 형성하는 공정은, 캡을 형성한 이후 비아홀을 통해 이루어지는 것이 바람직하다.
마지막으로, 도 8의 (a) 및 (b)과 같이, 캡의 지붕(22)에 형성된 비아홀(도 7의 h2)을 소정 재료로 매움으로써 FBAR 소자를 완성하게 된다. 상기 캡의 지붕(22)에 형성된 비아홀(도 7의 h2)을 매우는 재료는, 다양한 물질들이 사용될 수 있으며, 특히 벤조사이클로부틴 계열의 에폭시, 폴리아미드 계열의 에폭시, Cu, Al, 산화물 및 질화물으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료인 것이 바람직하다.
상기 캡의 지붕에 형성된 비아홀(도 7의 h2)이 과도하게 큰 경우, 상기 물질들이 비아홀에 매워지지 않고 하부로 흘러 내리는 현상이 발생할 수도 있다. 이 경우, 무전해/전해 도금법을 적용하여 상기 비아홀의 직경을 감소시킨 후, 상기 재료들로 충진시키는 것이 바람직하다.
이와 같이 완성된 상기 FBAR 소자는 도 8과 같이 캡의 외부로 노출된 접속패드(24, 26)를 이용하여 외부회로와 와이어본딩으로 연결될 수 있다. 본 실시형태에서는 와이어본딩구조를 예시하였으나, 이에 한정되지 않으며 플립칩본딩구조를 가질 수도 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 FBAR 소자의 제조 방법은, 일반적으로 잘 알려진 포토레지스트와 같은 비교적 간단한 공정을 이용하여 견고한 금속 재질의 캡을 형성함으로써, 이 후 몰딩공정 등이 적용될 때에도 캡이 파손되는 것을 방지할 수 있다. 특히 도전성의 금속 재질을 이용하여 캡을 형성함으로써, 외부의 전자파로부터 FBAR 소자의 공진영역을 보호할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 견고한 금속 재질의 캡을 형성함으로써, 외부의 물리력에 의해 캡이 파손되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. 더하여, 도전선을 갖는 금속 재질을 이용하여 캡을 형성함으로써, 외부의 전자파로부터 FBAR 소자의 공진영역을 보호할 수 있다. 특히, 일반적으로 잘 알려진 포토레지스트와 같은 비교적 간단한 반도체 공정을 이용하여 캡을 형성함으로써, FBAR 소자의 제조 공정을 단순화하고 제조 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
Claims (44)
- 기판을 마련하는 단계;상기 기판 상에 하부전극, 압전막 및 상부전극 순차적으로 적층하여 상기 하부전극, 압전막 및 상부전극이 공통으로 중첩된 공진영역을 형성하는 단계;상기 공진영역의 상면 및 측면에 거의 전체적으로 상기 공진영역을 보호하기 위한 패시베이션층을 형성하는 단계;상기 패시베이션층 상에 상기 공진영역을 둘러싸는 측벽 영역이 노출된 제1 포토레지스트층을 형성하는 단계;상기 측벽 영역에 금속제를 충진하여 측벽을 형성하고, 상기 측벽 및 상기 제1 포토레지스트층 상면에 상기 측벽과 일체형으로 상기 금속제로 이루어진 지붕을 형성하여, 상기 측벽 및 상기 지붕으로 이루어진 캡을 형성하는 단계를 포함하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 패시베이션층은 Si, Zr, Ta, Ti, Hf 및 Al로 구성된 그룹으로부터 선택된 원소의 산화물 또는 질화물인 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 패시베이션층을 형성하는 단계는,스퍼터링, 증발법 또는 화학증착법을 이용하여 상기 패시베이션층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 패시베이션층을 형성하는 단계 전에, 상기 기판 상에 상기 상부 및 하부전극에 각각 연결된 접속패드부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제4항에 있어서,상기 접속패드부는 Au로 이루어진 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 금속제는 Cu 또는 Al인 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 캡을 형성하는 단계는,상기 제1 포토레지스트층의 상면 및 노출된 내면에 시드층을 형성하는 단계;상기 시드층 상에, 상기 측벽 영역으로 둘러싸인 영역 상부에 지붕 영역이 노출된 제2 포토레지스트층을 형성하는 단계; 및상기 측벽 영역 및 지붕 영역에 금속제를 충진하여 측벽 및 지붕으로 이루어진 캡을 형성한 후 상기 제1 및 제2 포토레지스트층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 기판을 마련하는 단계는,상기 기판 상에 트랜치를 형성하는 단계; 및상기 트랜치 내에 희생층을 형성하는 단계를 포함하며,상기 방법은, 상기 패시베이션층으로부터 상기 하부전극까지의 적어도 일부 영역을 선택적으로 제거하여 상기 희생층에 연결된 비아홀을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제8항에 있어서,상기 제2 포토레지스트층을 형성하는 단계는,상기 시드층 상에, 상기 측벽 영역으로 둘러싸인 영역의 상부에 지붕 영역이 노출되며, 상기 지붕 영역 내에 노출되지 않은 비아홀 영역을 갖는 제2 포토레지스트층을 형성하는 단계이며,상기 측벽 영역 및 지붕 영역에 금속제를 충진하여 측벽 및 지붕으로 이루어진 캡을 형성한 후 상기 제1 및 제2 포토레지스트층을 제거하는 단계는,상기 측벽 영역 및 지붕 영역에 금속제를 충진하여 측벽 및 소정 영역에 비아홀이 형성된 지붕을 형성한 후 상기 제1 및 제2 포토레지스트층을 제거하는 단계인 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제9항에 있어서,상기 지붕 영역 내에 노출되지 않은 비아홀 영역은 상기 공진영역의 상부에 위치하지 않는 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제9항에 있어서,상기 기판에 에어갭이 형성되도록 상기 지붕에 형성된 비아홀 및 상기 패시베이션층으로부터 상기 하부전극까지 형성된 비아홀을 통해 에천트를 투입하여 상기 희생층을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제11항에 있어서,상기 금속제는 Cu이고, 상기 에천트는 HF인 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제11항에 있어서,상기 희생층을 제거한 후, 상기 지붕에 형성된 비아홀을 소정 재료로 매우는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제13항에 있어서,상기 지붕에 형성된 비아홀을 매우는 재료는,벤조사이클로부틴 계열의 에폭시, 폴리아미드 계열의 에폭시, Cu, Al, 산화 물 및 질화물으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료인 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제7항에 있어서,상기 금속제는 스퍼터링, 증발법 또는 화학증착법을 이용하여 상기 측벽 영역 및 지붕 영역에 충진되는 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 캡을 형성하는 단계는,상기 제1 포토레지스트층의 상면 및 노출된 내면에 시드층을 형성하는 단계;상기 측벽 영역에 금속제를 충진하여 측벽을 형성하고, 상기 시드층 상면에 상기 금속제로 이루어진 금속층을 형성하는 단계;상기 측벽으로 둘러싸인 영역 내에 형성된 금속층 상에 일부 비아홀 영역을 노출시키는 제2 포토레지스트층을 형성하는 단계;상기 제2 포토레지스트층에 의해 노출된 영역의 상기 금속층을 제거하여 지붕을 형성한 후 상기 제1 및 제2 포토레지스트층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제16항에 있어서, 상기 기판을 마련하는 단계는,상기 기판 상에 트랜치를 형성하는 단계; 및상기 트랜치 내에 희생층을 형성하는 단계를 포함하며,상기 방법은, 상기 패시베이션층으로부터 상기 하부전극까지의 적어도 일부 영역을 선택적으로 제거하여 상기 희생층에 연결된 비아홀을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제17항에 있어서,상기 제2 포토레지스트층에 의해 노출된 영역의 상기 금속층을 제거하여 지붕을 형성한 후 상기 제1 및 제2 포토레지스트층을 제거하는 단계는,상기 측벽으로 둘러싸인 영역 내에 형성된 금속층의 상기 비아홀 영역을 식각하여 비아홀이 형성된 지붕을 형성한 후 상기 제1 및 제2 포토레지스트층을 제거하는 단계인 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제18항에 있어서,상기 지붕에 형성된 비아홀은 상기 공진영역의 상부에 위치하지 않는 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제18항에 있어서,상기 기판에 에어갭이 형성되도록 상기 지붕에 형성된 비아홀 및 상기 패시베이션층으로부터 상기 하부전극까지 형성된 비아홀을 통해 에천트를 투입하여 상기 희생층을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제20항에 있어서,상기 금속제는 Cu이고, 상기 에천트는 HF인 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제20항에 있어서,상기 희생층을 제거한 후, 상기 지붕에 형성된 비아홀을 소정 재료로 매우는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제21항에 있어서,상기 지붕에 형성된 비아홀을 매우는 재료는,벤조사이클로부틴 계열의 에폭시, 폴리아미드 계열의 에폭시, Cu, Al, 산화물 및 질화물으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료인 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제16항에 있어서,상기 금속제는 스퍼터링, 증발법 또는 화학증착법을 이용하여 상기 측벽 영역 내에 충진되고 상기 시드층 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 트랜치가 형성되고 상기 트랜치에 희생층이 형성된 기판을 마련하는 단계;상기 기판 상에 하부전극, 압전막 및 상부전극 순차적으로 적층하여 상기 하부전극, 압전막 및 상부전극이 공통으로 중첩된 공진영역을 형성하는 단계;상기 공진영역의 상면 및 측면에 거의 전체적으로 상기 공진영역을 보호하기 위한 패시베이션층을 형성하는 단계;상기 패시베이션층으로부터 상기 하부전극까지의 적어도 일부 영역을 선택적으로 제거하여 상기 희생층에 연결된 비아홀을 형성하는 단계;상기 패시베이션층 상에 상기 공진영역을 둘러싸는 측벽 영역이 노출된 제1 포토레지스트층을 형성하는 단계;상기 제1 포토레지스트층의 상면 및 노출된 내면에 시드층을 형성하는 단계;상기 시드층 상에, 상기 측벽 영역으로 둘러싸인 영역의 상부에 지붕 영역이 노출되며, 상기 지붕 영역 내에 노출되지 않은 비아홀 영역을 갖는 제2 포토레지스트층을 형성하는 단계;상기 측벽 영역 및 지붕 영역에 금속제를 충진하여 측벽 및 소정 영역에 비아홀이 형성된 지붕을 형성한 후 상기 제1 및 제2 포토레지스트층을 제거하는 단계;상기 기판에 에어갭이 형성되도록 상기 지붕에 형성된 비아홀 및 상기 패시베이션층으로부터 상기 하부전극까지 형성된 비아홀을 통해 에천트를 투입하여 상기 희생층을 제거하는 단계; 및상기 지붕에 형성된 비아홀을 소정 재료로 매우는 단계를 포함하는 FBAR 소 자의 제조 방법.
- 제25항에 있어서,상기 패시베이션층은 Si, Zr, Ta, Ti, Hf 및 Al로 구성된 그룹으로부터 선택된 원소의 산화물 또는 질화물인 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제25항에 있어서, 상기 패시베이션층을 형성하는 단계는,스퍼터링, 증발법 또는 화학증착법을 이용하여 상기 패시베이션층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제25항에 있어서,상기 패시베이션층을 형성하는 단계 전에, 상기 기판 상에 상기 상부 및 하부전극에 각각 연결된 접속패드부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제28항에 있어서,상기 접속패드부는 Au로 이루어진 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제25항에 있어서,상기 금속제는 Cu 또는 Al인 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제25항에 있어서,상기 금속제는 스퍼터링, 증발법 또는 화학증착법을 이용하여 상기 측벽 영역 및 지붕 영역에 충진되는 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제25항에 있어서,상기 지붕 영역 내에 노출되지 않은 비아홀 영역은 상기 공진영역의 상부에 위치하지 않는 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제25항에 있어서,상기 금속제는 Cu이고, 상기 에천트는 HF인 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제25항에 있어서,상기 지붕에 형성된 비아홀을 매우는 재료는,벤조사이클로부틴 계열의 에폭시, 폴리아미드 계열의 에폭시, Cu, Al, 산화물 및 질화물으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료인 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 트랜치가 형성되고 상기 트랜치에 희생층이 형성된 기판을 마련하는 단계;상기 기판 상에 하부전극, 압전막 및 상부전극 순차적으로 적층하여 상기 하부전극, 압전막 및 상부전극이 공통으로 중첩된 공진영역을 형성하는 단계;상기 공진영역의 상면 및 측면에 거의 전체적으로 상기 공진영역을 보호하기 위한 패시베이션층을 형성하는 단계;상기 패시베이션층으로부터 상기 하부전극까지의 적어도 일부 영역을 선택적으로 제거하여 상기 희생층에 연결된 비아홀을 형성하는 단계;상기 패시베이션층 상에 상기 공진영역을 둘러싸는 측벽 영역이 노출된 제1 포토레지스트층을 형성하는 단계;상기 제1 포토레지스트층의 상면 및 노출된 내면에 시드층을 형성하는 단계;상기 측벽 영역에 금속제를 충진하여 측벽을 형성하고, 상기 시드층 상면에 상기 금속제로 이루어진 금속층을 형성하는 단계;상기 측벽으로 둘러싸인 영역 내에 형성된 금속층 상에 일부 비아홀 영역을 노출시키는 제2 포토레지스트층을 형성하는 단계;상기 제2 포토레지스트층에 의해 노출된 영역의 상기 금속층을 제거하여 일부 영역에 비아홀이 형성된 지붕을 형성한 후 상기 제1 및 제2 포토레지스트층을 제거하는 단계;상기 기판에 에어갭이 형성되도록 상기 지붕에 형성된 비아홀 및 상기 패시베이션층으로부터 상기 하부전극까지 형성된 비아홀을 통해 에천트를 투입하여 상기 희생층을 제거하는 단계; 및상기 지붕에 형성된 비아홀을 소정 재료로 매우는 단계를 포함하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제35항에 있어서,상기 패시베이션층은 Si, Zr, Ta, Ti, Hf 및 Al로 구성된 그룹으로부터 선택된 원소의 산화물 또는 질화물인 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제35항에 있어서, 상기 패시베이션층을 형성하는 단계는,스퍼터링, 증발법 또는 화학증착법을 이용하여 상기 패시베이션층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제35항에 있어서,상기 패시베이션층을 형성하는 단계 전에, 상기 기판 상에 상기 상부 및 하부전극에 각각 연결된 접속패드부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제38항에 있어서,상기 접속패드부는 Au로 이루어진 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제35항에 있어서,상기 금속제는 Cu 또는 Al인 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제35항에 있어서,상기 금속제는 스퍼터링, 증발법 또는 화학증착법을 이용하여 상기 측벽 영역에 충진되며 상기 시드층 상에 금속층을 형성하는 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제35항에 있어서,상기 지붕에 형성된 비아홀은 상기 공진영역의 상부에 위치하지 않는 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제35항에 있어서,상기 금속제는 Cu이고, 상기 에천트는 HF인 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
- 제35항에 있어서,상기 지붕에 형성된 비아홀을 매우는 재료는,벤조사이클로부틴 계열의 에폭시, 폴리아미드 계열의 에폭시, Cu, Al, 산화물 및 질화물으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료인 것을 특징으로 하는 FBAR 소자의 제조 방법.
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