KR100865837B1

KR100865837B1 - 필터

Info

Publication number: KR100865837B1
Application number: KR1020070052712A
Authority: KR
Inventors: 신지 다니구찌; 쯔요시 요꼬야마; 모또아끼 하라; 다께시 사까시따; 준 쯔쯔미; 마사후미 이와끼; 도끼히로 니시하라; 마사노리 우에다; 히사노리 에하라
Original assignee: 후지쓰 메디아 데바이스 가부시키가이샤; 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2006-05-31
Filing date: 2007-05-30
Publication date: 2008-10-29
Also published as: CN101083460B; CN101083460A; KR20070115722A; US20070279154A1; EP1863173A3; JP4719623B2; US7545077B2; EP1863173A2; JP2007324823A

Abstract

저손실이며, ESD 파괴에 대한 내성이 높은 필터를 제공한다. 본 발명은, 기판과, 기판 위에 설치된 하부 전극과, 하부 전극 위에 형성된 압전막과, 압전막을 사이에 두고 상기 하부 전극과 대향하는 부분을 갖도록 압전막 위에 설치된 상부 전극을 갖는 복수의 압전 박막 공진기를 구비하고, 복수의 압전 박막 공진기 중 일부(S11, S14, P11, P14)는, 압전막의 외주의 적어도 일부가 상부 전극과 하부 전극이 대향하는 영역의 외주보다 외측에 위치하는 제1 공진기(41)이며, 복수의 압전 박막 공진기 중 다른 일부(S12, S13, P12, P13)는, 압전막의 외주의 적어도 일부가 상부 전극과 하부 전극이 대향하는 영역의 외주와 대략 일치 또는 내측에 위치하는 제2 공진기(42)인 것을 특징으로 하는 필터이다.

압전 박막 공진기, 압전막, 필터, 기판, 하부 전극, 상부 전극

Description

필터{FILTER}

도 1의 (a)는 종래예에 따른 압전 박막 공진기의 평면도, 도 1의 (b)는 도 1의(a)의 A-A 단면도.

도 2는 실시예 1에 따른 필터의 회로도.

도 3의 (a)는 제1 공진기(41)의 평면도, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)의 A-A 단면도, 도 3의 (c)는 도 3의 (a)의 B-B 단면도.

도 4의 (a)는 제2 공진기(42)의 평면도, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 A-A 단면도, 도 4의 (c)는 제2 공진기(42a)의 단면도.

도 5는 비교예와 실시예 1과의 ESD 시험 결과.

도 6은 실시예 2에 따른 필터의 회로도.

도 7의 (a)는 실시예 3에 따른 필터의 제1 공진기(41a)의 평면도, 도 7의 (b)는 도 7의 (a)의 A-A 단면도.

도 8의 (a)로부터 도 8의 (h)는 제1 공진기(41a)의 제조 공정을 도시하는 단면도.

도 9의 (a) 및 도 9의 (b)는 제2 공진기의 제조 공정을 도시하는 단면도.

도 10은 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 필터의 공진기의 영역(24)과 공극과의 관계를 도시하는 도면.

도 11은 실시예 4에 따른 필터의 공진기의 평면도.

도 12의 (a)는 실시예 5에 따른 필터의 공진기의 평면도, 도 12의 (b)는 도 12의 (a)의 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11 : 기판

13 : 하부 전극

14 : 압전막

15 : 상부 전극

16 : 공극

17 : 구멍부

18 : 희생층

19 : 도입부

20 : 개구부

22 : 부가막

24 : 대향하는 영역

26 : 상부 전극의 외주

28 : 압전막의 외주

[특허 문헌 1] 일본 특개소 60-189307호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특개 2004-200843호 공보

본 발명은, 필터에 관한 것으로, 특히 복수의 압전 박막 공진자를 갖는 필터에 관한 것이다.

휴대 전화에 대표되는 무선 기기의 급속한 보급에 의해, 소형이며 경량한 공진기 및 이를 조합해서 구성한 필터의 수요가 증대하고 있다. 지금까지는 주로 유전체와 표면 탄성파(SAW) 필터가 사용되어 왔지만, 최근에는, 특히 고주파에서의 특성이 양호하고, 또한 소형화와 모노리식화가 가능한 소자인 압전 박막 공진기 및 이를 이용해서 구성된 필터가 주목받고 있다.

압전 박막 공진자 중에는, FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator) 타입과 SMR(Solidly Mounted Resonator) 타입이 있다. 특허 문헌 1 및 2에는 FBAR 타입의 압전 박막 공진자가 개시되어 있다. 도 1의 (a) 및 도 1의 (b)는 종래의 FBAR을 도시하는 도면이다. 공극(FBAR의 경우) 또는 음향 다층막(SMR의 경우)을 갖는 기판(11) 위에, 하부 전극(13), 압전막(14) 및 상부 전극(15)이 순차적으로 적층되어 있다. 공극(16) 또는 음향 다층막은, 압전막(14)을 사이에 두고 상부 전극(15)과 하부 전극(13)이 대향하는 부분(이하, 공진부라고 함) 아래에 형성되어 있다. FBAR에서의 공극(16)은, 기판(11) 이면으로부터의 웨트 또는 드라이 에칭 등에 의해 기판(11)에 형성된다. SMR에서의 음향 다층막은, 음향 임피던스가 높은 막과 낮은 막을 교대로 λ/4(λ: 탄성파의 파장)의 막 두께로 적층되어 있으며, 음향 반 사막으로서 이용된다. FBAR에서의 공극으로서는, Si 기판(11) 표면에 형성한 희생층의 웨트 에칭에 의해, 하부 전극(13)과 기판(11) 사이에 형성할 수도 있다.

여기서, 전극(13, 15)으로서는, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 이리듐(Ir) 등을 이용할 수 있다. 압전막(14)으로서는, 질화 알루미늄(AlN), 산화 아연(ZnO), 티탄산 지르콘산 납(PZT), 티탄산 납(PbTiO₃) 등을 이용할 수 있다. 또한, 기판(11)으로서는, 실리콘, 글래스 등을 이용할 수 있다.

FBAR이나 SMR을 이용한 압전 박막 공진자의 손실 요인의 하나로서, 도 1의 (a) 및 도 1의 (b)의 화살표와 같이, 탄성파(30)가 공진부(23)로부터 외측(이하, 비공진부)에 누설되는 것을 예로 들 수 있다. 이와 같이, 탄성파(30)가 전기 신호로 재변환되지 않는 영역(비공진부)에 누설되게 된다. 이 때문에, 손실이 증대한다. 여기에서는, 이 현상을 탄성파(30)의 "횡방향 누설"이라고 부른다. 압전 박막 공진기를 이용한 필터에서는, 탄성파의 횡방향 누설을 억제하여, 손실을 억제하는 것이 요구된다. 또한, 압전 박막 공진기를 이용한 필터에서는 ESD(Electrostatic Discharge: 정전기 방전) 파괴에 대한 내성이 높은 것이 요구되어 있다.

본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 저손실이며, ESD 파괴에 대한 내성이 높은 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 기판과, 그 기판 위에 설치된 하부 전극과, 그 하부 전극 위에 형성된 압전막과, 상기 압전막을 사이에 두고 상기 하부 전극과 대향하는 부분을 갖도록 상기 압전막 위에 설치된 상부 전극을 갖는 복수의 압전 박막 공진기를 구비하고, 상기 복수의 압전 박막 공진기 중 일부는, 상기 압전막의 외주의 적어도 일부가 상기 상부 전극과 상기 하부 전극이 대향하는 영역의 외주보다 외측에 위치하는 제1 공진기이며, 상기 복수의 압전 박막 공진기 중 다른 일부는, 상기 압전막의 외주의 적어도 일부가 상기 상부 전극과 상기 하부 전극이 대향하는 영역의 외주와 대략 일치 또는 내측에 위치하는 제2 공진기인 것을 특징으로 하는 필터이다. 본 발명에 따르면, ESD 내성이 요구되는 공진기에 제1 공진기를 이용하고, 그 밖의 공진기에 제2 공진기를 이용한다. 이에 의해, 저손실이며, ESD 파괴에 대한 내성이 높은 필터를 제공할 수 있다.

상기 구성에서, 입력 단자와 출력 단자를 구비하고, 상기 입력 단자에 가장 가까운 직렬 공진기, 병렬 공진기, 상기 출력 단자에 가장 가까운 직렬 공진기 및 병렬 공진기 중 적어도 하나는 상기 제1 공진기인 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, ESD에 노출되기 쉬운 공진기를 제1 공진기로 함으로써, ESD 파괴에 대한 내성을 한층 높일 수 있다.

상기 구성에서, 입력 단자와 출력 단자를 구비하고, 상기 입력 단자 및 상기 출력 단자 중 어느 한쪽에 가장 가까운 직렬 공진기에 병렬로 인덕터가 접속되고, 상기 인덕터가 병렬로 접속된 직렬 공진기에 가장 가까운 직렬 공진기, 병렬 공진 기, 상기 입력 단자 및 상기 출력 단자의 다른 쪽에 가장 가까운 직렬 공진기 및 병렬 공진기 중 적어도 하나는 상기 제1 공진기인 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, ESD에 노출되기 쉬운 공진기를 제1 공진기로 함으로써, ESD 파괴에 대한 내성을 한층 높이는 것이 가능하다.

상기 구성에서, 상기 제1 공진기의 상기 압전막의 외주의 적어도 일부와 상기 대향하는 영역의 외주와는 대략 상사형인 구성으로 할 수 있다.

상기 구성에서, 상기 제1 공진기의 상기 압전막의 외주의 적어도 일부의 상기 압전막 위에 상기 외주를 따라 형성된 부가막을 구비하는 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 제1 공진기의 압전막의 외주의 적어도 일부를 상부 전극의 외주로부터 외측에 제어성 좋게 형성할 수 있다.

상기 구성에서, 상기 부가막은 상기 상부 전극과 동일 재료의 막인 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 제조 공정을 간략화할 수 있다.

상기 구성에서, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극이 대향하는 영역은 타원형인 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 압전막의 외주에서 반사된 탄성파가 공진부 내에서 횡방향의 정재파로서 존재하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 통과 대역 내에 리플이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

상기 구성에서, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극이 대향하는 영역은 비평행으로 이루어지는 다각형인 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 압전막의 외주에서 반사된 탄성파가 공진부 내에서 횡방향의 정재파로서 존재하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 통과 대역 내에 리플이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

상기 구성에서, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극이 대향하는 영역의 상기 하부 전극은, 상기 기판과의 사이에 돔 형상의 부푼 부분을 갖는 공극이 형성되도록 설치된 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 생산성의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 기판의 기계적 강도의 열화 방지도 도모할 수 있다. 또한, 집적화를 도모할 수 있다. 신뢰성 열화를 억제할 수 있다. 양호한 압전막의 배향성을 확보할 수 있다.

상기 구성에서, 상부 전극과 상기 하부 전극이 대향하는 영역을 상기 기판에 투영한 영역은, 상기 공극을 상기 기판에 투영한 영역에 포함되는 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 압전 박막 공진기의 공진 특성을 향상시켜 우수한 성능을 얻을 수 있다.

상기 구성에서, 상기 압전막을 사이에 두고 상기 상부 전극과 상기 하부 전극이 대향하는 부분은 압축 응력인 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 돔 형상의 부푼 부분을 갖는 공극이 찌부러지는 것을 억제할 수 있다.

상기 구성에서, 상기 하부 전극에는 상기 공극에 통하는 구멍부가 형성되어 있는 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 돔 형상의 부푼 부분을 갖는 공극을 형성할 수 있다.

상기 구성에서, 상기 압전막을 사이에 두고 상기 상부 전극과 상기 하부 전극이 대향하는 부분 아래의 상기 기판에는 공극이 형성되어 있는 구성으로 할 수도 있다.

상기 구성에서, 상기 압전막은 (002) 방향을 주축으로 하는 배향성을 나타내 는 질화 알루미늄 또는 산화 아연인 구성으로 할 수 있다.

<실시예>

이하, 도면을 참조에 본 발명에 따른 실시예에 대해서 설명한다.

(실시예 1)

도 2는 실시예 1에 따른 래더형 필터의 회로도이다. 입력 단자 in과 출력 단자 out 사이에 직렬 공진기 S11~S14가 접속되고, 병렬 공진기 P11~P14가 병렬로 접속되어 있다. 여기에서, 직렬 공진기 S11, S14, 병렬 공진기 P11, P14는 제1 공진기(41)를, 직렬 공진기 S12, S13, 병렬 공진기 P12, P13은 제2 공진기(42)를 이용하고 있다. 제1 공진기(41)와 제2 공진기(42)는 후술하는 바와 같이 공진기의 구조가 상이하다.

제1 공진기의 구조에 대해서 설명한다. 도 3의 (a)는 제1 공진기(41)의 평면도, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)의 A-A 단면도, 도 3의 (c)는 도 3의 (a)의 B-B 단면도이다. 도 3의 (a) 내지 도 3의 (c)를 참조하여, Si 기판(11) 위에, 기판(11)과의 사이에 하부 전극(13)측에 돔 형상의 부푼 부분을 갖는 공극(16)이 형성되도록 하부 전극(13)이 설치되어 있다. 돔 형상의 부푼 부분이란, 예를 들면 공극(16)의 주변에서는 공극(16)의 높이가 작고, 공극(16)의 내부일수록 공극(16)의 높이가 높아지는 것과 같은 형상의 부푼 부분이다. 하부 전극(13) 위에 압전막(14)이 형성되고, 압전막(14)을 사이에 두고 하부 전극(13)과 대향하는 부분(공진부(23))을 갖도록 압전막(14) 위에 상부 전극(15)이 설치되어 있다. 하부 전극(13), 압전막(14) 및 상부 전극(15)은 복합막을 구성하고 있다. 하부 전극(13) 및 상부 전극(15)은 Ru, 압전막(14)은 (002) 방향을 주축으로 하는 AlN을 이용하고 있다. 도 3의 (a)로부터 하부 전극(13)에는 B-B의 방향으로 후술하는 희생층을 에칭하기 위한 도입로(19)가 형성되어 있다. 도입로(19)의 선단 부근은 압전막(14)으로 덮여져 있지 않고, 하부 전극(13)은 도입로(19)의 선단에 구멍부(17)를 갖는다. 압전막(14)에는 하부 전극(13)과 전기적으로 접속하기 위한 개구부(20)가 형성되어 있다. 제1 공진기(41)에서는, 개구부(20)에서 압전막(14)의 외주(28)의 적어도 일부가 상부 전극(15)과 하부 전극(13)이 대향하는 영역(24)의 외주(26)로부터 거리 d1을 두어 외측에 위치하고 있다.

제2 공진기(42)의 구조에 대해서 설명한다. 도 4의 (a)는 제2 공진기(42)의 평면도, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 A-A 단면도이다. 제1 공진기(41)와 비교하여, 압전막(14)의 개구부(20)가 상부 전극(15)의 외주까지 연장하고 있다. 즉 압전막(14)의 외주(28)의 적어도 일부가 상부 전극(15)과 하부 전극(13)이 대향하는 영역(24)의 외주(26)와 대략 일치하고 있다. 여기에서 대략 일치한다는 것은 제조 변동 정도에 일치한다는 것이다. 그 밖의 구성은 제1 공진기(41)와 동일하여 설명을 생략한다.

제1 공진기(41)는 종래예의 도 1의 (a) 및 도 1의 (b)와 마찬가지로 탄성파가 횡방향으로 누설되게 된다. 이 때문에, 제1 공진기(41)는 손실이 커진다. 한편, 제2 공진기(42)는 압전막(14)의 외주(28)와 영역(24)의 외주(26)가 대략 일치하고 있다. 이 때문에, 압전막(14)의 외주(28)에서 탄성파가 반사된다. 이 때문에, 공진부(23)로부터 비공진부에의 탄성파(30)의 (우측에의) 누설이 억제된다.따 라서, 손실을 억제할 수 있다.

도 4의 (c)는 제2 공진기(42)의 변형예인 제2 공진기(42a)의 단면도이다. 제2 공진기(42)와 비교하여, 압전막(14)의 외주(28)의 적어도 일부가 상부 전극(15)과 하부 전극(13)이 대향하는 영역(24)의 외주(26)로부터 거리 d2를 두고 내측에 위치하고 있다. 이 때문에, 공진부(23)는 영역(24)의 내측으로 된다. 그 밖의 구성은 제2 공진기(42)와 동일하여 설명을 생략한다.

제2 공진기(42)에서는, 압전막(14)을 경유한 탄성파의 횡방향 누설은 억제할 수 있지만, 하부 전극을 경유하여 탄성파가 횡방향으로 누설되게 된다. 제2 공진기(42a)에서는, 상부 전극이 압전막(14)의 외주(28)의 일부로부터 차양 형상으로 연장하고 있다. 이 차양 형상의 상부 전극(15)이 진동함으로써 하부 전극(13)의 불요 진동을 억제한다. 이에 의해, 제2 공진기(42)와 같은 하부 전극(13)을 경유한 탄성파의 횡방향 누설을 억제할 수 있다.

그러나, 제2 공진기(42 및 42a)에서는, ESD 파괴의 내압이 낮고, 제1 공진기(41)에서 거리 d1을 길게 함으로써, ESD 파괴의 내압을 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있었다. 따라서, 도 2와 마찬가지의 회로에서 모든 공진기를 제2 공진기(42)로 한 비교예와, 도 2와 같이, 제1 공진기(41)와 제2 공진기(42)로 구성한 실시예 1의 ESD 시험을 행하였다. 도 5는 그 결과로서, 횡축이 ESD 시험에서 인가한 전압, 종축이 ESD 시험에 의해 이상으로 된 필터의 비율을 나타내고 있다. 도 5를 참조하여, 비교예에서는 200V의 인가에 의해 모든 필터가 파괴되는 것에 대해, 실시예 1에서는 200V의 인가에서는 이상으로 되는 필터는 20%이며, 600V까지 이상 으로 되지 않는 필터도 있다.

이와 같이, 실시예 1에 따르면, 필터를 구성하는 복수의 압전 박막 공진기 중, 일부의 공진기로서 제1 공진기(41)를 이용하고, 다른 일부의 공진기에 제2 공진기(42 또는 42a)를 이용한다. 이와 같이, ESD 내성이 요구되는 공진기에 제1 공진기(41)를 이용하고, 그 밖의 공진기를 제2 공진기(42 또는 42a)로 한다. 이에 의해, 모두를 제1 공진기(41)로 하는 경우에 비해 손실이 작으며, 모두 제2 공진기(42 또는 42a)로 하는 경우에 비해 ESD 내압이 큰 필터를 제공할 수 있다.

특히, 도 2에서의 입력 단자 in 또는 출력 단자 out에 인접하는 공진기는 ESD의 전압이 직접 인가된다. 따라서, ESD에 노출되기 쉬운 공진기이다. 따라서, 입력 단자 in에 가장 가까운 직렬 공진기 S11 및 병렬 공진기 P11, 출력 단자 out에 가장 가까운 직렬 공진기 S14 및 병렬 공진기 P14, 이들 공진기 S11, S14, P11 및 P14 중 적어도 하나의 공진기를 제1 공진기(41)로 하는 것이 바람직하다. 또한, 공진기 S11, S14, P11 및 P14를 모두 제1 공진기(41)로 하는 것이 한층 바람직하다.

(실시예 2)

실시예 2는 입력 단자측의 직렬 공진기에 병렬로 인덕터가 접속된 예이다. 도 6을 참조하여, 실시예 2에 따른 래더형 필터는 직렬 공진기 S21~S24 및 병렬 공진기 P21~P24로 구성된다. 가장 입력 단자 in측의 직렬 공진기 S21에는 병렬로 인덕터 L이 접속되어 있다. 인덕터 L이 부가된 직렬 공진기 S21은 래더형 필터의 직렬 공진기로서도 기능하지만, 입력 단자 in으로부터 본 임피던스를 변환하기 위한 정합 회로로서도 기능한다. 이와 같이, 가장 입력 단자 in(또는 출력 단자 out측)의 직렬 공진기 S21에 병렬한 패스가 접속된 경우, ESD로서 인가되는 전압은 병렬의 버스를 경유하게 된다. 도 6에서는, 직렬 공진기 S21과 S22 사이의 노드가, ESD의 관점으로부터는 실질적인 입력 단자 in2로서 기능한다. 즉, 입력 단자 in 또는 출력 단자 out에 가장 가까운 직렬 공진기 S21에 병렬로 인덕터 L이 접속되고, 인덕터 L이 병렬로 접속된 직렬 공진기 S21에 가장 가까운 직렬 공진기 S22 및 병렬 공진기 P21, 인덕터 L이 접속되지 않는 쪽의 입력 단자 in 또는 출력 단자 out에 가장 가까운 직렬 공진기 S24 및 병렬 공진기 P24, 이들 공진기 S22, S24, P21 및 P24 중 적어도 하나는 제1 공진기(41)인 것이 바람직하다. 또한, 공진기 S22, S24, P21, P24를 제1 공진기(41), 남은 공진기 S21, S23, P22, P23을 제2 공진기(42 또는 42a)로 하는 것이 한층 바람직하다.

(실시예 3)

실시예 3은 제1 공진기(41)가, 압전막(14)의 외주(28)의 압전막(14) 위에 부가막(22)을 갖는 제1 공진기(41a)의 예이다. 도 7의 (a)는 제1 공진기(41a)의 평면도, 도 7의 (b)는 도 7의 (a)의 A-A 단면도이다. 실시예 1의 제1 공진기(41)의 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)와 비교하여, 압전막(14)의 외주(28)의 적어도 일부의 압전막(14) 위에 외주(28)를 따라 부가막(22)이 형성되어 있다. 그 밖의 구성은 제1 공진기(41)와 동일하여 설명을 생략한다.

다음으로 제1 공진기(41a)와 제2 공진기(42)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 도 8의 (a) 내지 도 8의 (h)는, 제1 공진기(41a)의 제조 공정을 도시하는 단 면도이다. 도 8의 (a) 내지 도 8의 (d)는 도 7의 (a)의 A-A 단면에 상당하는 단면로, 도 8의 (e) 내지 도 8의 (h)는 도 7의 (b)의 B-B 단면에 상당한다. 도 9의 (a) 및 도 9의 (b)는 제2 공진기(42)의 제조 공정을 도시하는 단면도로, 도 4의 (a)의 A-A 단면에 상당한다. 도 8의 (a) 및 도 8의 (e)를 참조하여, 실리콘 기판(11) 위에, 예를 들면 MgO 등으로 이루어지는 막 두께가 약 20㎚인 희생층(18)을 예를 들면 스퍼터링법 또는 증착법을 이용하여 형성한다. 기판(11)은 실리콘 기판 이외에도 석영 기판, 글래스 기판, GaAs 기판 등을 이용할 수 있다. 특히, 공극(16)을 형성할 때, 기판(11)을 에칭하지 않기 때문에, 에칭이 어려운 기판도 이용할 수 있다. 희생층(18)으로서는, ZnO, Ge, Ti 등, 에칭액에 의해, 용이하게 용해할 수 있는 재료가 바람직하다. 노광 기술과 에칭 기술을 이용하여, 희생층(18)을 소정의 형상으로 한다.

도 8의 (b) 및 도 8의 (f)를 참조하여, Ru로 이루어지고 막 두께가 약 250㎚인 하부 전극을 0.6∼1.2Pa의 Ar 가스 분위기 속의 스퍼터링으로 형성한다. 하부 전극(13)으로서는, 예를 들면 배경 기술에서 예시한 금속을 이용할 수 있다. 노광 기술과 에칭 기술을 이용하여, 하부 전극(13)을 소정의 형상으로 한다. 도입로(19)의 선단에는, 구멍부(17)가 형성된다. 또한, 구멍부(17)는 나중에 형성해도 된다.

도 8의 (c) 및 도 8의 (g)를 참조하여, 하부 전극(13) 및 기판(11) 위에, (002) 방향을 주축으로 하는 AlN막으로 이루어지고 막 두께가 약 1000㎚인 압전 막(14)을, 약 0.3Pa의 압력의 Ar/N₂ 혼합 가스 분위기 속의 스퍼터링으로 형성한다.압전막(14) 위에, Ru로 이루어지고 막 두께가 약 250㎚인 상부 전극(13)을 0.6∼1.2Pa의 Ar 가스 분위기 속의 스퍼터링으로 형성한다. 압전막(14)으로서는, 예를 들면 배경 기술에서 예시한 ZnO 등의 압전 재료를 이용할 수도 있다. 상부 전극(15)은 하부 전극(13)와 마찬가지의 금속을 이용할 수 있다. 노광 기술과 에칭 기술을 이용하여 상부 전극(15)을 소정의 형상으로 한다. 이 때, 제1 공진기(41a)에서는 상부 전극(15)과 동일한 재료의 막으로부터 부가막(22)을 형성한다. 다음으로, 노광 기술과 에칭 기술을 이용하여 압전막(14)을 에칭한다. 이 때, 부가막(22)에 의해, 압전막(14)의 횡방향의 에칭을 억제할 수 있다. 따라서, 압전막(14)의 외주(28)가 거의 부가막(22)에서 정지한다. 이와 같이, 부가막(22)에 의해, 상부 전극(15)의 외주(26)의 외측에 압전막(14)의 외주(28)를 제어성 좋게 형성할 수 있다.

도 8의 (d) 및 도 8의 (h)를 참조하여, 희생층(18)을 에칭하기 위한 에칭액을 구멍부(17), 도입로(19)를 거쳐서 도입하고, 희생층(18)을 제거한다. 여기에서, 하부 전극(13), 압전막(14) 및 상부 전극(15)으로 이루어지는 복합막의 응력은, 스퍼터링 조건의 조정에 의해 압축 응력으로 되도록 설정되어 있다. 이 때문에, 희생층(18)의 에칭이 완료된 시점에서, 복합막은 부풀어 올라, 하부 전극(13)과 기판(11) 사이에 복합막측에 돔 형상을 갖는 공극(16)이 형성된다. 또한, 실시예 3에서는 복합막의 압축 응력은 -300MPa로 되도록 설정되어 있다.

도 9의 (a)를 참조하여, 제2 공진기(42)에서는, 부가막(22)을 형성하지 않고, 압전막(14)의 외주(28)가 상부 전극(15)에 대략 일치하도록 형성된다. 도 9의 (b)를 참조하여, 도 8의 (d)와 마찬가지로, 하부 전극(13)과 기판(11) 사이에 복합막측에 돔 형상을 갖는 공극(16)이 형성된다.

실시예 3에 따르면, 압전막(14)의 외주(28)의 적어도 일부의 압전막(14) 위에 외주(28)를 따라 부가막(22)이 형성되어 있다. 이에 의해, 도 8의 (c)를 이용하여 설명한 바와 같이, 압전막(14)의 외주(28)의 적어도 일부를 상부 전극(15)의 외주(26)로부터 외측에 제어성 좋게 형성할 수 있다. 또한, 부가막(22)을 상부 전극(15)과 동일한 재료의 막으로 형성함으로써, 제조 공정의 간략화를 도모할 수 있다. 압전막(14)의 에칭은 웨트 에칭을 이용함으로써, 부가막(22)을 이용하여 횡방향의 에칭을 한층 억제할 수 있다.

실시예 1 내지 실시예 3과 같이, 공극(16)을 복합막측에 돔 형상으로 하고 있기 때문에, 기판(11)을 에칭할 필요는 없다. 따라서, 생산성의 향상이 도모된다. 또한, 기판(11)을 에칭하지 않기 때문에 기판(11)의 기계적 강도의 열화 방지도 도모할 수 있다. 또한, 공극(16)을 형성하는 영역은 작게 처리되기 때문에 집적화를 도모할 수 있다. 특허 문헌 1에 비하여, 공극(16)의 크기를 작게 할 수 있기 때문에, 복합막의 기계 진동에 의한 신뢰성 열화를 억제할 수 있다. 또한, 공극(16)을 형성하기 위한 희생층(18)의 두께를 얇게 할 수 있기 때문에, 양호한 압전막(14)의 배향성을 확보할 수 있다.

또한, 하부 전극(13), 압전막(14) 및 상부 전극(15)으로 이루어지는 복합막 의 응력을 압축 응력으로 함으로써, 돔 형상의 부푼 부분을 갖는 공극(16)이 찌부러지는 일 없이 형성할 수 있다. 또한, 하부 전극(13)에 공극(16)에 통하는 구멍부(17)가 형성되어 있다. 이 구멍부(17)로부터 희생층(18)을 에칭함으로써, 돔 형상의 부푼 부분을 갖는 공극(16)을 형성할 수 있다.

또한, 압전막(14)으로서, (002) 방향을 주축으로 하는 배향성을 나타내는 질화 알루미늄, 또는 산화 아연을 이용함으로써, 양호한 공진 특성을 갖는 압전 박막 공진기를 제공할 수 있다.

또한, 상부 전극(15)과 하부 전극(13)이 대향하는 영역(24)의 형상을 타원형으로 함으로써, 평행한 변이 존재하지 않기 때문에, 압전막(14)의 외주(28)에서 반사된 탄성파가 공진부 내에서 횡방향의 정재파로서 존재하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 통과 대역 내에 리플이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

또한, 제1 공진기(41)의 압전막(14)의 외주(28)의 적어도 일부와 대향하는 영역(24)의 외주(26)는 상사형인 형상으로 할 수 있다.

또한, 도 10과 같이, 공극(16)의 기판(11)면 위에의 투영 영역은 상부 전극(15)과 하부 전극(13)이 대향하는 영역(24)을 포함함으로써, 압전 박막 공진기의 공진 특성을 향상시켜 우수한 성능을 얻을 수 있다.

(실시예 4)

또한, 도 11과 같이 , 상부 전극(15)과 하부 전극(13)이 대향하는 영역(24)은 비평행으로 이루어지는 다각형으로 할 수 있다. 이에 의해, 압전막(14)의 외주(28)에서 반사된 탄성파가 공진부(23) 내에서 횡방향의 정재파로서 존재하는 것 을 억제할 수 있다. 이에 의해, 통과 대역 내에 리플이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

(실시예 5)

실시예 5는 기판(11)에 공극(16a)이 형성된 예이다. 도 12의 (a) 및 도 12의 (b)를 참조하여, 실시예 1 내지 실시예 3과 같이, 기판(11) 위에 공극(16)을 통해 하부 전극(12)이 설치되어 있지 않더라도, 실시예 5와 같이 상부 전극(15)과 하부 전극(13)이 대향하는 영역(24) 아래의 기판(11)에 공극(16a)이 형성되어 있어도 된다. 이 공극은 Deep-RIE를 이용함으로써 대략 수직으로 할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예에 대해서 상세히 설명하였지만, 본 발명은 이러한 특정한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에서, 여러 가지의 변형·변경이 가능하다.

본 발명에 따르면, 저손실이며, ESD 파괴에 대한 내성이 높은 필터를 제공 할 수 있다.

Claims

기판과, 그 기판 위에 설치된 하부 전극과, 그 하부 전극 위에 설치된 압전막과, 상기 압전막을 사이에 두고 상기 하부 전극과 대향하는 부분을 갖도록 상기 압전막 위에 설치된 상부 전극을 갖는 복수의 압전 박막 공진기를 구비하고,

상기 복수의 압전 박막 공진기 중 일부는, 상기 압전막의 외주의 적어도 일부가 상기 상부 전극과 상기 하부 전극이 대향하는 영역의 외주보다 외측에 위치하는 제1 공진기이며,

상기 복수의 압전 박막 공진기 중 다른 일부는, 상기 압전막의 외주의 적어도 일부가 상기 상부 전극과 상기 하부 전극이 대향하는 영역의 외주와 일치 또는 내측에 위치하는 제2 공진기인 것을 특징으로 하는 필터.
제1항에 있어서,

입력 단자와 출력 단자를 구비하고,

상기 입력 단자에 가장 가까운 직렬 공진기, 병렬 공진기, 상기 출력 단자에 가장 가까운 직렬 공진기 및 병렬 공진기 중 적어도 하나는 상기 제1 공진기인 것을 특징으로 하는 필터.
제1항에 있어서,

입력 단자와 출력 단자를 구비하고,

상기 입력 단자 및 상기 출력 단자 중 어느 한쪽에 가장 가까운 직렬 공진기에 병렬로 인덕터가 접속되고, 상기 인덕터가 병렬로 접속된 직렬 공진기에 가장 가까운 직렬 공진기, 병렬 공진기, 상기 입력 단자 및 상기 출력 단자의 다른 쪽에 가장 가까운 직렬 공진기 및 병렬 공진기 중 적어도 하나는 상기 제1 공진기인 것을 특징으로 하는 필터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 공진기의 상기 압전막의 외주의 적어도 일부와 상기 대향하는 영역의 외주는 상사형(相似形:similar shape)인 것을 특징으로 하는 필터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 공진기의 상기 압전막의 외주의 적어도 일부의 상기 압전막 위에 상기 압전막의 외주를 따라 설치된 부가막을 구비하는 것을 특징으로 하는 필터.
제5항에 있어서,

상기 부가막은 상기 상부 전극과 동일한 재료의 막인 것을 특징으로 하는 필터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 상부 전극과 상기 하부 전극이 대향하는 영역은 타원형인 것을 특징으 로 하는 필터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 상부 전극과 상기 하부 전극이 대향하는 영역은 비평행으로 이루어지는 다각형인 것을 특징으로 하는 필터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 상부 전극과 상기 하부 전극이 대향하는 영역의 상기 하부 전극은, 상기 기판과의 사이에 돔 형상의 부푼 부분을 갖는 공극이 형성되도록 설치된 것을 특징으로 하는 필터.
제9항에 있어서,

상기 상부 전극과 상기 하부 전극이 대향하는 영역을 상기 기판에 투영한 영역은, 상기 공극을 상기 기판에 투영한 영역에 포함되는 것을 특징으로 하는 필터.
제9항에 있어서,

상기 압전막을 사이에 두고 상기 상부 전극과 상기 하부 전극이 대향하는 부분은 압축 응력인 것을 특징으로 하는 필터.
제9항에 있어서,

상기 하부 전극에는 상기 공극으로 통하는 구멍부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 필터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 압전막을 사이에 두고 상기 상부 전극과 상기 하부 전극이 대향하는 부분 아래의 상기 기판에는 공극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 필터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 압전막은 (002) 방향을 주축으로 하는 배향성을 보이는 질화 알루미늄 또는 산화 아연인 것을 특징으로 하는 필터.