KR100745428B1 - 음향 공진 장치 및 그 제조 방법과 격리 방법 - Google Patents
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Abstract
장치에 의해 생성된 횡방향으로 전파되는 파동(laterally propagating waves)이 장치를 벗어나거나 인접 장치 및 시스템을 방해하지 않도록 압전성 박막(piezoelectric thin film) 음향 공진 장치(acoustic resonator devices)를 격리(isolating)시키는 방법이다. 구체적으로, 이 격리 기법은 장치로부터 횡방향으로 전파되는 음향 에너지의 양을 제한하기 위하여 음향 공진 장치 사이의 압전 물질층의 격리 및 취급을 수반한다. 한가지 측면에서, RF 에너지와 음향 에너지간의 변환에 의한 신호 송신에 관련되지 않은 압전 물질의 적어도 일부는 장치로부터 제거된다. 또 다른 측면에서, 압전 물질의 증가가 장치의 제조동안 소정의 영역으로 제한된다. 나아가 또 다른 측면에서, 장치 제조동안 압전 물질의 결정 방위(crystal orientation)가 중간되거나 변경되어 탁월한 압전 특성을 갖는 영역 및 부족한 압전 특성을 갖는 영역을 형성한다.
Description
도 1 은 전형적 박막 공진기(typical film resonator : TFR) 음향 공진 장치의 단면도,
도 2 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 격리 방법을 도시한 도면,
도 3 은 음향 공진 장치의 부분적으로 제조된 모습을 도시한 도면,
도 4 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 격리 방법을 실시하기 전의 음향 공진 장치를 도시한 도면,
도 5 는 제 1 실시예에 따른 격리 방법을 실시한 후의 도 4 의 음향 공진 장치를 도시한 도면,
도 6a 및 6b 는 절단 처리 전후의 음향 공진 장치 일유형을 도시한 도면,
도 7 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 격리 방법을 도시한 도면,
도 8 은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 격리 방법을 도시한 도면.
본 발명은 대규모 음파 장치(bulk acoustic wave devices)에 관한 것이며, 보다 구체적으로 바람직하지 못하게 에너지를 축소하고 공통 기판상에 형성된 박막 공진기(thin film resonator : TFR) 장치 사이에 결합을 야기하는 횡파 전파(lateral wave propagation)의 효과를 제한하는 고립 기법에 관한 것이다.
최근에, 주로 셀룰러, 무선 및 광섬유 통신에서, 그리고 컴퓨터 및 컴퓨터 관련 정보 교환 또는 정보 공유 시스템에서 사용되는 대규모 음파 장치 개발에 관한 많은 조사가 이루어져 왔다. 대개 낮은 주파수에서 스펙트럼이 상대적으로 혼잡하고 또한 비교적 더 높은 주파수에서 허용가능한 대역폭이 더 커지기 때문에, 위와 같은 시스템에서는 점점 더 높은 캐리어 주파수에서 동작하는 경향이 있다. 압전 결정(piezoelectric crystal)은 매우 높은 라디오 주파수(대략 수 기가헤르쯔)에서 동작하는 발진기(oscillator), 공진기 및 필터와 같은 대규모 음파 장치의 기저 물질(the basis)이 된다.
물론, 경우에 따라 소정의 결정 물질이 압전 특성을 가지는 것으로 알려져 있다. 특히, 때때로 직접적 압전 효과라고 언급되는 특성이 있는바 외부 압력이 주어짐에 따라 결정 표면에 전하가 나타난다. 또한 역압전 효과가 있는데 전하가 외부적 수단에 의하여 결정의 표면으로 인가되는 경우 그 결정에 긴장(strain) 및 변형(deformation)이 나타난다.
많은 높은 주파수 응용에서, 필터는 전자기 공동 공진기(electromagnetic cavity resonator)로 채워진 유전층(dielectric)에 근거하며 전자기 공동 공진기는 그 물리적 칫수가 공진 전자기(음향 혹은 전자기)장의 파장에 의하여 정해진다. 위에서 설명된 전하, 압력, 및 긴장의 상호 작용에 기인하여, 압전 물질은 전자기파와 음파(즉, 기계적 파동) 사이에서 서로 변환하는 변환기로서 동작하여 또한 전기적 공진 장치로서 이용될 수 있다. 그러나, 음파의 속도는 대략 전자기파 속도의 1/10000이다. 그러므로 파의 속도와 장치의 칫수간의 관계는 이러한 압전 물질을 이용하는, 음향 공진기등의 소정의 장치를 대략 이러한 비율로 줄일 수 있게 해준다.
도 1 은 전형적 음향 공진기 장치(100)의 단면을 도시한다. 장치(100)는 두 개의 도전성 전극(105,115) 사이에 개재된 압전 물질(110)을 포함하는데, 도전성 전극중 하나는 기판(120)상에 형성된다. 이러한 음향 공진기의 이상적 실현에서는, 장치 표면에 대하여 직교하는 기계적 진동이 인가된 전기장에 의하여 생성된다. 전단파, 표면파 및 종파(shear, surface, and longuitudinal waves)등의 조합을 포함하는 많은 다양한 유형의 진동이 만들어진다. 이러한 파동은 예컨대, 실제 장치에서 이상적이지 않은 결정 방위(crystalline orientation), 공진기 에지의 둘레장(fringing fields), 전극 에지의 기계적 단절(mechanical discontinuities), 불균일 전류 분포등에 의하여 만들어질 수 있다. 더 이상 순수한 종파가 아닌 이러한 파동은 음향 에너지를 분산시키며, 본질적으로 이러한 에너지는 장치(100)의 측면으로 "유출(leak out)"되고 또한/또는 인접 장치나 시스템 소자를 방해한다. 이러한 에너지 손실은 이른바 RF 밴드패스 필터로서 이용되는 장치에서 장치 효율 및 성능을 저해하는 에너지 운송 저하에 대해 책임이 있다. 따라서, 장치의 효율 및 성능면에서 이러한 측면 발생(laterally-generated) 파동이 갖는 해로운 효과로부터 음향 공진기와 같은 대규모 음향 파동 장치를 격리하는 방법이 필요하다.
본 발명은 기판상의 두 도전체 사이에 개재된 압전 물질로부터 형성된 음향 공진기 장치를 격리시키는 방법을 제공한다. 예컨대, 적어도 두 개의 장치 사이에서 장치를 전체적으로 또는 부분적으로 둘러싸고 있는 압전 물질 영역이 제거될 수 있는바, 이는 장치의 제조동안 그 영역이 증가하는 것을 막을 수 있고, 또는 그 영역내에서의 결정 방위을 변경시킬 수 있다. 이러한 기법 각각은 장치로부터 측면 방향으로 전파되어 흩어지는 음향 에너지의 양을 줄일 수 있다. 이러한 음향 에너지 손실은 장치 효율 및 성능을 저해할 수 있고, 인접한 장치 및 소자를 방해할 수 있다.
본 발명은 이하에서 주어지는 상세한 설명 및 첨부 도면에 의하여 완전히 이해될 것이며, 도면에서 같은 구성 요소는 같은 참조 번호로 표시된다. 상세한 설명 및 첨부 도면등은 설명의 목적으로만 주어지며 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
본 발명은 음향 공진 장치에서 바람직하지 않은 횡방향 파동의 생성에 기인하는 장치 성능의 손실을 제한하는 방법을 제공한다. 본 발명의 한 가지 측면에서, 신호 송신에 관련되지 않은 압전 물질(즉, 전극사이에 있지 않은 적어도 일부의 압전 물질)은 장치로부터 제거된다. 다른 측면에서, 압전 물질의 증가는 장치 제조동안 소정의 영역으로 제한된다.
또 다른 측면에서, 압전 물질의 결정 방위은 장치 제조동안 붕괴되고 변경되어 그 결정 방위이 매우 잘 정렬된 영역(예컨대, 결정 구조가 탁월한 압전 특성을 보이는 영역)과 그 결정 방위가 그보다는 덜 정렬된 영역(즉, 결정 구조는 이전의 매우 잘 정렬된 영역에 비교하면 부족한 압전 특성을 갖는 영역)을 형성한다. 예컨대, 증가의 시작 상태가 이웃 결정 그레인(grain)의 압전성에 대하여 바람직한 방향의 임의추출성을 야기할 수 있고, 이에 따라 압전 효과는 순 영합(zero-sum)이 된다.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 음향 공진 장치를 격리시키는 방법을 도시한다. 임의의 현대형 집접 회로를 제조하는데 있어서 TFR 음향 공진 장치의 배치(batch) 제조에 관련된 무수한 박막 처리 단계가 있다고 할지라도, 이러한 처리는 대다수는 세가지 주요 동작, 증착(deposition), 리소그래피(lithography), 및 에칭(etching)을 반복한다.
도 2 를 참조하면, 처음에 기판과 같은 베이스 지지 구조가 제공된다(단계(S1)). 이러한 경우에, 베이스 구조가 장치 동작에 필수적이지는 않으며, 주로 기계적 지지를 제공한다. 이하에서 "기판"이라 할 베이스 구조는 실리콘 웨이퍼 기판일 수 있고, 바람직하게 실리콘, 석영 또는 유리 웨이퍼와 같은 고체 기판상에 증착된 SiO2
및 AlN등과 같은 음향 부정합(mismatched) 물질의 번갈은 음향 반사층 다수를 포함할 수 있다. 나아가, 기판은 그 아래에 있는 물질을 제거하여 제조된 막일 수 있다. 기판을 제공한 후에, 금속 박막층(대략 100 나노미터 또는 100×109 미터 두께)이 기판 표면상에 증착된다(단계(S2)). 금속막은 음향 공진 장치의 바닥면 전극으로서 동작하며, 바람직하게는 Al으로 구성되지만 다른 도전체가 이용될 수도 있다. 이러한 증착은 절연 타겟의 RF 스퍼터링(RF sputtering of an insulating target), 금속 타겟의 펄스형 DC 반응 스퍼터링(pulsed DC reactive sputtering of a metallic target), 화학적 증기 증착(chemical vapor deposition : CVD), 분자 빔 적층(molecular beam epitaxy : MBE) 등과 같은 당해 기술 분야에서 공지된 다양한 박막 증착 기법중 하나를 이용하여 진공실(vacuum chamber)에서 바람직하게 수행될 수 있다.
일단 금속막이 증착되면, 패터닝 처리에 들어간다(단계(S3)). 리소그래피 처리가 포토 센스티브(photo-sensitive), 화학적 저항성(chemically resist) 중합체 즉 "포토 레지스트(photo resist)" 얇은 층에 적용되어 금속막을 완전히 코팅한다. 즉, 광선이 지나가는 소정의 위치에 홀이나 개구를 가지는 물질 즉 마스킹층은 "포토 마스크(photo mask)"를 통한 광선에 대한 노출로 포토 레지스트를 민감하게 하여 다음으로 디벨로퍼에 대해 투입하면 광선에 노출되었던 레지스트 물질만을 제거한다. 이 시점에서, 샘플 표면에는 보호 레지스트층이 남아있는 영역 및 비보호 금속 영역으로 구성되어 있다.
패터닝 처리는 에칭 처리에 의해 리소그래피 정의형 패턴을 금속층에 전사(transfer)하여 지속된다. 당해 기술 분야에서는 많은 에칭 기법이 일상적으로 실행되며, 습윤 화학적 에칭, 반응성 이온 에칭(reactive ion etching : RIE) 및 스퍼터 에칭을 포함한다. 이러한 처리들은 화학적 동작이나 물리적 동작을 통하여 포토 레지스트에 의해 보호되지 않는 임의의 금속을 제거하는 반면 레지스트 코팅된 금속은 여전히 온전하게 남기는데, 이렇게 함으로써 금속 표면을 바람직한 전극 패턴이 되도록 "조각(sculpting)"한다. 그러한 처리에 의하여 정의된 전극은 도 3 에 도시된다. 레지스트(216)는 기판(220)에서 비보호 물질 전부가 제거되는 동안 금속층(215)을 보호한다. 남아있는 포토 레지스트 물질(216)이 솔벤트(solvent)에 의하여 제거되면, 바람직한 패턴으로 정의된 금속층(215)이 남게 된다.
그런 다음, 제조 과정상의 장치는 활성 압전 물질막을 증착하는 진공실로 보내진다(단계(S4)). 위에서 언급된 금속 증착 방법들과 유사하게, 압전층은 예컨대, 절연 타겟의 RF 스퍼터링, 금속 타겟의 펄스형 DC 반응성 스퍼터링, 화학적 증기 증착(CVD), 및 분자빔 적층(MBE)등을 통한 방법등 다양한 방법으로 증착될 수 있다. 이러한 압전 물질은 바람직하게는 AlN(Aluminum Nitride)이지만, 예컨대 ZnO 또는 CdS로 구성될 수도 있다. AlN 막은 금속막과 유사하게 기판상에 전체적으로 증착되지만 그러나 금속 막과 달리 패터닝되지는 않고 이후에 장치의 탑 전극을 형성하는 Al 제 2 금속 박막층으로 코팅된다(단계(S5)). 이런 제 2 금속막은 위에서 설명된 리소그래피 처리에 의하여 패터닝되고 에칭된다(단계(S6)). 일단 포토 레지스트가 제거되면, 음향 공진 장치의 구조는 거의 완성된다. 이 시점에서 장치가 TFR로서 기능을 한다고 할지라도, 이하에서 설명되는 단계를 수행하는 이점이 더 있다.
도 4 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 격리을 실시하기전의 음향 공진 장치를 도시한다. 도 4 를 참조하면, 기판(220) 및 위 아래 금속 전극(205,215)사이에 개재된 압전층(210)을 포함하는 음향 공진 장치(200)가 있다. 층(210)이 연속적(즉 비패턴)이므로, 베이스 금속(바닥 전극(215))에 대한 직접적인 전기적 연결이 없고, 음향 공진 장치(200)는 실제로 연이어 형성된 두개의 "공동(cavities)" 또는 공진기이다, 나아가, 층(210)내에 압전 물질이 형성되면 인가된 전기장은 대규모 음파, 즉 주로 기판(220)의 표면을 수직으로 지나가는 종파를 활성화 시킬 것이다. 이런 전파 모드는 표면 음파(Surface Acoustic Wave : SAW) 장치로부터 도 4의 음향 공진 장치를 식별하게 하는데, 물질 및 설계의 특성은 기판의 표면에 나란하거나 또는 그에 따르는 음파 전파를 촉진한다.
위에서 논의된 바와 같이, (전자기적) RF 신호가 전극(205,215) 사이에 인가되면, 그 사이에 개재된 압전층(210)은 기판(220)에 수직으로 대규모 물질에 대하여 음파로서 진동을 일으켜 반응한다. 이러한 동작은 AC 신호에 의하여 활성화되면 전기적 신호 변화에 따라 수직 압축 및 확장을 반복함으로써 반응하는 전기적으로 활성화된 스프링과 유사하다. 이런 방법으로, 전기적 신호는 기판(220)의 표면에 직교하는 기계적 움직임으로 변환된다. 그럼에도 불구하고, 이런 움직임은 공진기의 이상적이지 않은 결정 방위, 둘레 장, 막 거침성(film roughness), 및 기계적 경계(mechnical boundaries)등과 같은 효과때문에 기판에 대하여 수직을 이루는 축으로 완전히 제한되지는 않는다. 그러므로, 도 4에 도시된 음향 공진 장치에도 불구하고, 에너지를 회복할 수 없는 형태로 분산시키고 동일한 기판상의 이웃 장치들을 방해하는 측면파 움직임이 활성화될 것이다. 그러나, 다음의 단계는 에너지를 분산시키는 측면파의 능력을 제한함으로써 음향 공진 장치 성능을 강화할 수 있다.
도 2를 참조하면, 장치 제조 이후에(단계(S6))의 완료), 압전층(210)은 선택적 에칭 처리, 즉 "트렌칭(trenching)" 처리에 의해 이루어진다(단계(S7)). 일종의 트렌칭 처리가 본 출원과 함께 양도되어 출원된 계류중인 미국 특허 출원 제 09/XXX,XXX호 "박막의 선택적 에칭"에서 설명되고 있다. 구체적으로, 신호 송신에 연루되지 않은 임의의 압전 물질(전극(205,215) 사이에 있지 않음)은 화학적 에칭에 의하여 제거된다. 이런 에칭은 물질을 제거하고자 습윤 에칭, 이온 빔 밀링(ion beam milling), 또는 반응성 이온 에칭(reactive ion etch : RIE)실에서의 염소 반응 및 플라즈마 분사 방법등을 이용함으로써 바람직하게 이루어질 수 있다. 다시 포토 정의가능(photo-definable) 레지스트가 에칭되어서는 안되는 전극(205,215)사이의 영역을 보호하는데 이용된다. 그러므로, 측면 음향 모드의 전파가 장치의 에칭되지 않은 부분으로 제한되어 장치간 방해 및 에너지 손실을 억제하게 된다.
도 5는 제 1 실시예에 따른 격리이후의 음향 공진 장치를 도시한다. 도 5를 참조하면, 트렌칭 이후에 전극(205,215)의 에지 및 압전층(210)의 에지가 서로 매칭되어 기판(220)상에 잘 정의된 경계를 형성한다. 전극(205,215) 사이의 활성 영역에 있지 않은 모든 압전 물질이 제거된다. 음향 진동은 공진기 영역 및 그 중간물로 더 제한되고, 앞서 지원된 측면파 움직임이 두 개의 공진기 공동사이에서 제거된다.
불필요할 수 있는 물질의 완전한 제거가 실현되어 격리에 있어서 바람직한 개선을 이룬다. 이와 달리, 전극 사이의 활성 영역내에 있지 않은 압전 물질의 일부만이 제거될 수 있다. 또한, 소정의 경우에 설계자는 상호 연결을 위한 평면을 가질 필요가 있을 수 있고, 에칭동안 노출된 장치의 아래면(즉, 금속막, 기판)을 보호하기를 바랄 수 있다. 이를 이루기 위하여, "백-필링(back-filling)"이 압전 물질의 제거에 의하여 만들어진 공간에서 수행될 수 있다. 이 공간은 제거된 압전 물질과는 다른 물질로 백필링된다. 나아가, 부가적 격리가 요구된다면, 물질의 에칭은 압전층을 넘어 소정 영역에서는 기판으로 이어진다. 그러나, 전기적 상호 연결을 보호하기 위하여 주의가 요구된다.
도 6a 및 6b는 트렌칭 처리를 전후하여 음향 공진 장치의 일유형을 도시한다. 도 6a를 참조하면, 박막 공진기(TFR) 장치(300)의 T-셀이 도시되는데 예컨대, 무선 통신을 위하여 RF 밴드패스 필터로서 기능하도록 구성될 수 있다. 이는 도 4에 도시된 장치와 유사한 장치이나, 일련의 공진기 공동(전극(330,305) 사이 및 전극(335,305) 사이에서 정의됨)에 나란하게 전환 공진기 공동(전극(325,305)-그 사이에, 압전층(310)이 끼워 넣어짐-을 둘러싸는 영역으로 정의됨)이 더해진다. 도 4와 유사하게, 공진기 공동의 일부가 아닌 압전층(310)의 비패턴/비에칭 부분은 그 것을 통하여 측면파가 전파되는 것을 지원한다. 그러나, 도 6b에 도시된 것과 같이, 트렌칭 이후에 TFR 장치(300)는 세 개의 공진기 영역으로 음향 에너지를 제한하는 잘 정의된 경계를 보인다. 그러므로, 바람직한 실시예에 따라 장치를 제조한 후에 트렌칭 처리를 수행하는 것은 음향 에너지의 측면 손실 및/또는 이웃 장치간 의 음향 간섭에 의하여 야기된 붕괴에 기인하는 음향 공진 장치의 성능의 저하를 제한하는 격리 방법을 제공한다.
도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따라 음향 공진 장치를 격리하는 방법을 도시한다. 단계(S11-S13)는 도 2에서 보여지는 단계(S1-S3)와 동일하다. 그러나, 전극(205,215)사이에 있지 않은 압전 물질을 제거함으로써 제조이후의 음향 공진 장치를 격리시키는 대신에, 단계(S14)에서는 장치 제조동안 압전 물질의 증가를 제한한다. 구체적으로, 압전 물질의 증착이전에 앞서 제 2실시예에 관하여 위에서 설명된 바와 유사하게 마스킹층이 형성된다. 이 마스킹층은 스프레이가 스텐실을 통하여 페인팅하는 경우 이용되는 것과 같은 기계적 쉐도우(shadow) 마스크일 수 있다. 더 통상적 리소그래피 박막 방법을 이용하면, 그 막 아래의 포토 레지스트를 이용하여 이 번에 패턴될 수 있다. 잘 알려진 것처럼, 이 레지스트는 이후의 막 증착 다음에 제거될 수 있고, 레지스트로 덮힌 표면으로부터 떨어져 증착된 물질만을 남기고 그 표면상에서 임의의 막을 "리프트 오프(lift-off)" 시킨다. 특히, 마스킹층이 형성되어 "개방(open)" 영역(진공실내에서 기판 표면위에 압전 물질이 증착될 영역)과 "마스킹" 영역(진공실내에서 마스크 표면위에 압전 물질이 증착될 영역)을 나눈다. 이후에 마스크 및 그 위를 뒤덮는 물질을 제거하면 개별적 고립 지역, 즉 활성 압전 물질의 "토대(pedeatal)"를 남긴다.
진공실내에서 압전 증착을 하고 솔벤트에 의하여 마스크를 제거한 이후, 제 2 금속막이 증착되고 패터닝되어(단계(S15,S16)) 실질적으로 도 5 및 도 6a에서 도시된 바와 동일하게 보이는 음향 공진 장치를 얻을 수 있다. 따라서, 그리고 제 1 실시예와 다소 유사하게, 음향 에너지가 공진기 영역으로 더 제한되고, 공진기 공동 사이에서 측면파 움직임을 지원하는 임의의 매체가 사전에 제거된다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따라 음향 공진 장치를 격리하는 방법을 도시한다. 앞서의 두 실시예와 달리, 분리된 공진 구조를 둘러싼 압전 물질이 없으며(역시 에칭에 의하여 제거되거나 마스킹으로 인하여 증착되지 않음), 제 3 실시예는 이러한 영역에 압전 효과를 변화시키는 방법을 제공한다. 이런 기법은 증착될 압전층의 결정 방위에 부분적으로 영향을 미치는데, 예컨대 기판 표면을 패터닝함으로써 이루어질 수 있다.
압전 효과의 강도는 물질의 "결합 상수(coupling constant)" 즉 K2의 견지에서 정량화되는데, 이는 압전 활동에 의하여 음향 에너지로 변환되는 전기 에너지의 일부를 나타낸다. 당해 기술 분야에서 K2의 값은 평균 결정 방위이 내려감에 따라 급격히 줄어든다는 점이 알려져 있다. 일반적으로, 강한 세로 압전 반응은 압전 결정의 중요한 일부 "C" 축(즉, A, B, C축을 갖는 AlN의 육방정계 결정에 있어서)이 기판 표면에 대하여 수직으로 늘어나는 경우에만 얻어질 수 있다. 막 증가동안, 결정의 불충분한 일부만이 이러한 방향성을 얻을 수 있다면, 화학적으로는 잘 정렬된 물질과 동일하다고 할지라도, 압전 물질은 압전 반응을 더 이상 보이지 않을 것이다. 방향이 잘못된 결정 그레인은 임의의 방향으로의 긴장을 만들고 따라서 압전성에 있어서는 영합(zero-sum)이 된다.
압전 효과 및 TFR의 성능은 그러므로 압전 결정 방위에 의하여 강하게 영향을 받는다. 차례로 결정 방위은 물질이 증가하는 표면에 대한 민감도가 높아진다. 제 3 실시예는 기판을 물질이 잘 정렬된 결정 구조로 증가할 영역 및 잘 정렬되지 않은 결정 구조로 증가할 영역으로 먼저 패터닝하여 이러한 민감성이 기판 표면 구조에 영향을 미치게 한다. 이 실시예에서는, 분리된 공진기 구조 밖의 영역에서 결정 구조가 붕괴되어 정렬형 물질과 기계적으로 달라져, 그 분리된 공진기 구조 밖의 영역에 대해 충분히(예컨대 결정 형태가 강하게 영향을 받음) 붕괴되고 변경된다면, 파동을 변환할 수 없게 하여 그 결과 음향 반사가 일어나게 하고, 심지어 음파의 송신도 할 수 없게 한다.
도 8을 참조하면, 기판 획득후에(단계(S21)), 제 1 및 제 2 실시예에 관하여 이전에 설명된 것과 같이 제 1 금속막이 증착(단계(S22))되고 패턴(단계(S23))된다. 그런 다음, 국부적으로 기판 표면을 변경시키고자 기판이 패턴된다(단계(S24)). 구체적으로, 기판은 위에서 설명된 바와 유사하게 마스킹 물질을 이용하는 리소그래피 처리에 의하여 금속막 및/또는 압전 물질을 패터닝한다. 그러나, 이러한 패터닝은 정렬형 압전 물질 증가를 방해하는 선택적으로 변경될 기판상에서 영역을 정의하는데 이용된다. 그런 변경은 기판 표면을 더 거칠어지게 하고(예컨대,아르곤 이온 분사 또는 습윤 화학적 에칭등에 의함), 또는 정렬형 압전 증가를 지원하지 않는다고 알려진 물질(예컨대, 스퍼터링이나 화학적 증기 증착된(CVD) SiO2)의 박막 증착을 가져온다. 이렇게 표면을 준비한 다음, 마스킹 물질(포토 레지스트)은 솔벤트에 의해 제거된다.
단계(S24)에서 압전 막의 후속적 증착동안, 변경되지 않은 표면 즉 "원래의 영역(pristine region)" 위에 증착된 압전 물질은 중요한 압전 효과를 보이는 잘 정렬된 결정을 형성할 것이다. 그러나, 기판상의 "처리된" 영역상에 증착된 물질은 별로 잘 정렬되지 않은 물질을 형성할 것이다. 이런 별로 잘 정렬되지 않은 물질은 잘 정렬된 물질과 동일한 화학적 성분을 가지지만, 유용한 압전 효과를 보이기 위하여 필요한 결정 구조가 부족하다. 나아가, 잘 정렬된 물질과 비교하여, 소리 속도등과 같은 서로 다른 기계적 특성을 가지며, 크게 다른 형태(즉, 덜 빽빽하고 더 많은 그레인 구조)를 가질 수 있다. 그런 다음, 제 2 금속막이 증착되고 패턴되어(단계(S26,S27)) 잘 정렬된 압전 활성 영역에서 음향 공진 장치를 정의한다.
도 4를 참조하면, 제 3 실시예에 따른 방법을 이용하여 전극(205,220)사이 및 기판(220)상에서 압전 물질층(210)이 잘 정렬되어, 음향 공진 장치(200)의 특성인 압전 반응을 지원한다. 그러나, 기판 표면에 대한 선처리로 인하여, 전극(205,215)사이에 개재되지 않은 압전 물질층(210)은 유용한 압전 효과를 보이기 위하여 요구되는 결정 구조가 부족하다. 그러므로 이런 물질은 공진기 공동사이에서 바람직하지 않은 측면 파동의 생성 및 전파를 제한하면서 원래의(in-situ) 음향 격리를 제공한다.
그러므로 설명된 본 발명은 많은 방식으로 변화될 수 있음이 명백하다. 그러한 변화가 본 발명의 사상과 청구 범위를 벗어나는 것으로 여겨지지 않으며, 또한 당업자라면 다음의 청구 범위를 벗어나지 않는 범위에서 많은 변형을 이룰 수 있을 것이다.
장치에 의해 생성된 횡방향으로 전파되는 파동이 장치를 벗어나거나 인접 장치 및 시스템을 방해하지 않도록 압전성 박막 음향 공진 장치를 격리시키는 방법이다. 구체적으로, 이 격리 기법은 장치로부터 횡방향으로 전파되는 음향 에너지의 양을 제한하기 위하여 음향 공진 장치 사이의 압전 물질층의 격리 및 취급을 수반한다. 한가지 측면에서, RF 에너지와 음향 에너지간의 변환에 의한 신호 송신에 관련되지 않은 압전 물질의 적어도 일부는 장치로부터 제거된다. 또 다른 측면에서, 압전 물질의 증가가 장치의 제조동안 소정의 영역으로 제한된다. 나아가 또 다른 측면에서, 장치 제조동안 압전 물질의 결정 방위이 붕괴되거나 변경되어 탁월한 압전 특성을 갖는 영역 및 부족한 압전 특성을 갖는 영역을 형성한다.
Claims (27)
- 음향 공진 장치(an acoustic resonator device) 제조 방법으로서,기판상에 제 1 금속막을 직접적으로 증착하는 단계와,상기 제 1 금속막을 패터닝하는 단계와,상기 제 1 금속막상에 압전 물질을 증착하여 하나의 연속적인 압전층을 형성하는 단계와,상기 하나의 압전층에 제 2 금속막을 증착하는 단계와,상기 제 2 금속막을 패터닝하는 단계와,상기 제 2 금속막이 패터닝된 후에, 상기 음향 공진 장치의 비에칭 부분(un-etched)에 대한 횡 방향 전파 손실(lateral propagation losses)을 제한하기 위하여 신호 송신에 관련되지 않은 상기 하나의 압전층으로부터 압전 물질 일부 또는 전부를 선택적 에칭 공정으로 제거하는 단계를 포함하는음향 공진 장치 제조 방법.
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- 제 1 항에 있어서,상기 연속적인 압전층은 상기 제거 단계까지 패터닝되지 않거나 또는 에칭되지 않는 음향 공진 장치 제조 방법.
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- 청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 1 항에 있어서,상기 압전 물질은 적어도 AlN, ZnO 및 CdS를 포함하는 그룹으로부터 선택되는음향 공진 장치 제조 방법.
- 청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 1 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 금속막은 Al금속 또는 다른 도전체의 리소그래피(lithographic) 패터닝에 의하여 형성되는음향 공진 장치 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판은 실리콘, 석영 및 유리 웨이퍼 중 하나로부터 형성된 기판상에 다수의 음향 반사(reflection)층으로서 형성되는음향 공진 장치 제조 방법.
- 음향 공진 장치를 격리하는 방법으로서,기판상에 제 1 금속막을 직접적으로 증착하는 단계와,상기 제 1 금속막에 압전 물질을 증착하여 하나의 연속적인 압전층을 형성하는 단계와,상기 하나의 압전층상에 제 2 금속막을 증착하는 단계와,상기 제 2 금속막이 상기 하나의 압전층상에 증착된 후에, 신호 송신에 관련되지 않은 상기 하나의 압전층으로부터 압전 물질 일부 또는 전부를 선택적 에칭 공정(process)로 제거하여 측면 모드에서의 에너지 전파를 제한하는 단계를 포함하는음향 공진 장치 격리 방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 연속적인 압전층은 상기 제거 단계까지 패터닝되지 않거나 또는 에칭되지 않는 음향 공진 장치 격리 방법.
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- 제 13 항에 있어서,상기 제거된 압전 물질의 적어도 일부는 다른 물질로 충진된(back filled) 공동(a void)을 형성하는음향 공진 장치 격리 방법.
- 음향 공진 장치 제조 방법으로서,기판상에 제 1 금속막을 직접적으로 증착하는 단계와,제조 공정 동안 압전 물질의 성장을 마스킹 공정에 의하여 상기 기판상의 특정 영역에 대해서 제한함으로써 압전 물질을 상기 제 1 금속막상에 증착하되, 상기 특정 영역은 후에(subsequently) 상호 연결되는 상기 압전 물질의 격리된 고립 부분(islands)을 형성함으로써, 측면 모드에서 에너지 생성 또는 전파를 제한하는 단계를 포함하는음향 공진 장치 제조 방법.
- 청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 17 항에 있어서,상기 압전 물질은 적어도 AlN, ZnO 및 CdS를 포함하는 그룹으로부터 선택되는음향 공진 장치 제조 방법.
- 기판상의 두 개의 도전체 사이에 개재된 압전 물질을 가지는 음향 공진 장치를 격리시키는 방법으로서,상기 기판의 표면상에 상기 압전 물질을 증착하기 전에 상기 기판의 표면을 선택적으로 패터닝함으로써 상기 기판상에서 상기 압전 물질이 성장하는 동안 상기 압전 물질의 결정 방위를 중단시켜 신호 송신이 강화되는 압전 물질의 영역 및 신호 송신이 감퇴되는 영역을 형성하는음향 공진 장치 격리 방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 도전성 막 사이에 개재되지 않은 압전 물질의 일부 또는 전부가 신호 송신이 감퇴되는 영역에 있어 그곳에서(in-situ) 격리 기능을 수행하는음향 공진 장치 격리 방법.
- 음항 공진 장치로서,기판과,상기 기판상에 형성된 제 1 도전성 막과,상기 제 1 도전성 막상에 형성된 압전 물질층 - 신호 송신이 강화되는 압전 물질의 영역 및 신호 송신이 감퇴되는 영역을 형성하여 상기 장치로부터 멀어져가는 횡 방향으로 전파되는 음향 에너지의 양을 줄이도록, 상기 기판의 표면상에 상기 압전 물질을 증착하기 전에 상기 기판의 표면을 선택적으로 패터닝하여 상기 기판상에서 상기 압전 물질이 성장하는 동안 상기 압전 물질의 결정 방위가 중단됨 - 과,상기 압전층상에 형성된 제 2 도전성 막을 포함하는음향 공진 장치.
- 제 21 항에 있어서,상기 기판은 실리콘 웨이퍼 또는 멤브레인 상에 다수의 반사층을 적어도 또한 구비하는 음향 공진 장치.
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- 제 21 항에 있어서,상기 도전성 막사이에 개재되지 않은 임의의 압전 물질이 신호 송신이 감퇴되는 영역에 위치하여 그곳에서 격리 기능을 수행하는음향 공진 장치.
- 제 21 항에 있어서,상기 압전 물질이 적어도 AlN, ZnO 및 CdS를 포함하는 그룹으로부터 선택되는음향 공진 장치.
- 청구항 27은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 21 항에 있어서,상기 도전성 막이 Al 금속 또는 기타 도전체인음향 공진 장치.
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