KR101856060B1 - 체적 음향 공진기 - Google Patents
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Abstract
체적 음향 공진기에 관한 것으로서, 체적 음향 공진기는 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 압전층을 포함하는 체적 음향 공진부 및 상기 체적 음향 공진부의 중심으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치에 형성된 에어 에지(Air Edge)를 포함한다.
Description
기술분야는 체적 음향 공진기에 관한 것이다.
체적 음향 공진기(Bulk Acoustic Wave Resonator, BAWR)는 압전층의 상하에 위치한 전극을 통해 동작한다. 체적 음향 공진기는 상하 전극에 고주파 신호가 인가되면 압전층이 진동하면서 동작한다.
체적 음향 공진기의 대역폭은 전기음향 결합계수(Acousto-Electric Coupling Coefficient)와 비례하고, 전기음향 결합계수는 전극 및 압전층의 막 특성에 영향을 받는다. 대역폭이 증가하기 위해서는 전기음향 결합계수의 값이 증가해야 한다.
전극 및 압전층의 막 특성에 대한 접근을 통하여 대역폭을 개선할 수 있는 기술이 지속적으로 이루어져야 한다.
일 측면에 있어서, 체적 음향 공진기는 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 압전층을 포함하는 체적 음향 공진부 및 상기 체적 음향 공진부의 중심으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치에 형성된 에어 에지(Air Edge)를 포함한다.
상기 에어 에지는 상기 체적 음향 공진부의 소정의 에지(edge) 부분이 상기 체적 음향 공진부의 두께만큼 수직방향으로 에칭되어 형성될 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 체적 음향 공진기는 상기 체적 음향 공진부의 하부에 위치하고, 기판의 상부에 위치하여, 상기 체적 음향 공진부에서 발생하는 수직 방향의 음향파를 반사시키는 에어 갭(Air Gap)을 더 포함할 수 있다.
상기 에어 에지는 상기 체적 음향 공진부의 소정의 에지(edge) 부분이 상기 에어 갭에 도달하기까지 관통하는 구조로 형성될 수 있다.
상기 에어 에지는 상기 체적 음향 공진부에 위치하는 비아 홀(via hole)의 확장을 통해 형성될 수 있다.
상기 에어 에지는 상기 체적 음향 공진부의 에지가 아닌 부분에 적층된 포토마스크를 이용하여 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 압전층이 동일 공정 단계에서 에칭됨으로써, 경사면이 급격하게 형성될 수 있다.
상기 에어 에지는 상기 체적 음향 공진부의 전체 에지 부분 중, 20프로 이상의 에지 부분에서 형성될 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 체적 음향 공진기는 상기 체적 음향 공진부의 전체 에지 부분 중, 상기 에어 에지가 형성된 부분을 제외한 소정 영역에 위치하여 상기 체적 음향 공진부를 지지하는 브릿지(bridge)를 더 포함할 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 체적 음향 공진기는 실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열 중 하나의 물질로 구성되고, 상기 압전층의 상부 또는 하부에 위치하는 패시베이션 층(passivation layer)을 더 포함할 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 체적 음향 공진기는 실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열 중 하나의 물질로 구성되고, 상기 제1 전극의 상부 또는 하부에 위치하는 패시베이션 층(passivation layer)을 더 포함할 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 체적 음향 공진기는 실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열 중 하나의 물질로 구성되고, 상기 제2 전극의 상부 또는 하부에 위치하는 패시베이션 층(passivation layer)을 더 포함할 수 있다.
상기 체적 음향 공진부는 상기 체적 음향 공진부의 전체 에지 부분 중 상기 에어 에지가 형성되지 않고, 상기 제1 전극이 연결된 부분에 국부적으로(locally) 추가적인 막을 증착하여 형성된 제1 프레임 및 상기 체적 음향 공진부의 전체 에지 부분 중 상기 에어 에지가 형성되지 않고, 상기 제2 전극이 연결된 부분에 국부적으로(locally) 추가적인 막을 증착하여 형성된 제2 프레임을 포함할 수 있다.
상기 체적 음향 공진부는 상기 체적 음향 공진부의 전체 에지 부분 중 상기 에어 에지가 형성되지 않고, 상기 제1 전극이 연결된 부분에 국부적으로(locally) 에칭을 통해 형성된 제1 프레임 및 상기 체적 음향 공진부의 전체 에지 부분 중 상기 에어 에지가 형성되지 않고, 상기 제2 전극이 연결된 부분에 국부적으로(locally) 에칭을 통해 형성된 제2 프레임을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극은 핑거(finger) 형태로 상기 체적 음향 공진부의 전체 에지 부분 중 소정 부분에 연결된 부분 및 패터닝을 통해 상기 에어 에지에 노출된 부분을 포함할 수 있다.
상기 제2 전극은 핑거(finger) 형태로 상기 체적 음향 공진부의 전체 에지 부분 중 소정 부분에 연결된 부분 및 패터닝을 통해 상기 에어 에지에 노출된 부분을 포함할 수 있다.
상기 체적 음향 공진부는 상기 제1 전극이 핑거(finger) 형태로 상기 체적 음향 공진부의 전체 에지 부분 중 소정 부분에 연결된 부분에 국부적으로(locally) 추가적인 막을 증착하여 형성된 제1 프레임 및 상기 제2 전극이 핑거(finger) 형태로 상기 체적 음향 공진부의 전체 에지 부분 중 소정 부분에 연결된 부분에 국부적으로(locally) 추가적인 막을 증착하여 형성된 제2 프레임을 포함할 수 있다.
상기 체적 음향 공진부는 상기 제1 전극이 핑거(finger) 형태로 상기 체적 음향 공진부의 전체 에지 부분 중 소정 부분에 연결된 부분에 국부적으로(locally) 에칭을 통해 형성된 제1 프레임 및 상기 제2 전극이 핑거(finger) 형태로 상기 체적 음향 공진부의 전체 에지 부분 중 소정 부분에 연결된 부분에 국부적으로(locally) 에칭을 통해 형성된 제2 프레임을 포함할 수 있다.
일 측면에 있어서, 체적 음향 공진기는 기판, 상기 기판의 상부 중 소정영역에 위치한 에어 갭(Air Gap), 상기 에어 갭의 상부에 위치한 제1 전극, 상기 제1 전극의 상부에 위치한 압전층, 상기 압전층의 상부에 위치한 제2 전극 및 상기 에어 갭의 중심으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치에 형성된 에어 에지(Air Edge)을 포함한다.
상기 에어 에지는 상기 제1 전극, 상기 압전층 및 상기 제2 전극에서 일렬로 정렬된 소정의 에지(edge) 부분이 상기 제1 전극, 상기 압전층 및 상기 제2 전극의 두께만큼 수직방향으로 에칭되어 형성될 수 있다.
일실시예에 따른 체적 음향 공진기는 에어 에지를 이용함으로써, 수평 방향의 음향파로 인한 손실을 줄일 수 있다. 그로 인하여, 전기음향 결합계수를 증가시킬 수 있다.
또한, 일실시예에 따른 체적 음향 공진기는 에어 에지를 이용하여 수평 방향의 음향파로 인한 손실을 줄임으로써, 높은 Q(Q-factor) 값을 가질 수 있다.
또한, 일실시예에 따른 체적 음향 공진기를 이용하여, 큰 전기음향 결합계수를 확보함으로써, 넓은 대역폭을 가지는 RF 필터 또는 RF 듀플렉서의 구현이 가능하다.
또한, 일실시예에 따른 체적 음향 공진기를 이용하여, 주파수 간격(Band Gap)이 좁은 규격의 RF 듀플렉서의 구현이 가능하다.
또한, 일실시예에 따른 체적 음향 공진기는 발진기의 레퍼런스 공진기로써, 동작하여 위상 잡음(phase noise)을 제거할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 정면도(Cross view)이다.
도 2는 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 평면도(Top view)이다.
도 3은 다른 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 평면도(Top view) 및 정면도(Cross view)이다.
도 4는 다른 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 평면도(Top view) 및 정면도(Cross view)이다.
도 5는 다른 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 평면도(Top view)이다.
도 6은 다른 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 평면도(Top view) 및 정면도(Cross view)이다.
도 7은 다른 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 평면도(Top view) 및 정면도(Cross view)이다.
도 2는 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 평면도(Top view)이다.
도 3은 다른 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 평면도(Top view) 및 정면도(Cross view)이다.
도 4는 다른 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 평면도(Top view) 및 정면도(Cross view)이다.
도 5는 다른 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 평면도(Top view)이다.
도 6은 다른 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 평면도(Top view) 및 정면도(Cross view)이다.
도 7은 다른 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 평면도(Top view) 및 정면도(Cross view)이다.
이하, 일측에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
주파수 자원의 제한으로 인하여, 휴대폰과 같은 모바일 통신 시스템을 운영하는 기업들은 통신에 사용할 주파수를 할당 받기 위해 막대한 비용을 지불하고 있다.
단말의 송신 주파수와 수신 주파수 사이에는 송수신 신호의 간섭을 배제하기 위한 일정량의 주파수 간격(Band Gap)이 필요하다. 기업들은 주파수 자원을 효율적으로 사용하기 위해 송신 주파수와 수신 주파수 사이의 간격을 줄이고자 한다.
RF(Radio Frequency) 통신 시스템에서 주파수 간격(Band Gap)을 줄이기 위해서는 높은 Q 값을 가지는 공진기가 필요하다. 또한, 점점 증가하는 데이터의 전송량과 데이터의 전송속도를 만족하기 위해서는 대역폭이 증가해야 한다.
체적 음향 공진기는 수직 방향의 음향파(acoustic wave)를 이용하여 공진을 야기함으로써, 상기 공진을 전기적으로 이용하는 디바이스이다. 체적 음향 공진기는 수직 방향으로 발생하는 음향파의 손실(Loss)을 최소화하기 위해 에어 갭 구조를 반사면(reflector)로 이용하거나, 여러층의 반사막을 교대로 증착하는 반사면(reflector) 구조를 이용할 수 있다.
그러나, 체적 음향 공진기를 구성하는 막의 특성상 수직 방향의 음향파뿐만 아니라 수평 방향의 음향파가 발생한다. 수평 방향의 음향파가 체적 음향 공진기의 밖으로 전달됨으로써, 음향파의 손실이 발생하고 체적 음향 공진기의 Q값이 감소할 수 있다.
일실시예에 따른 체적 음향 공진기(Bulk Acoustic Wave Resonator, BAWR)는 무선통신기기에 사용되는 필터, 송신기, 수신기 또는 듀플렉서로써 무선데이터의 입출력에 이용될 수 있다. 무선 통신기기의 종류와 용도는 다양해지고 있으며, 유선기기의 무선화도 빠른 속도로 진행되고 있으므로 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 이용분야가 확대되고 있다.
체적 음향 공진기는 공진 현상을 이용하여 특정 주파수의 파(Wave) 또는 진동을 끌어내기 위한 장치로써, 필터 및 발진기(Oscillator)와 같은 RF 장치의 부품으로 이용된다.
일실시예에 따른 체적 음향 공진기는 음향파(Acoustic Wave) 반사 특성을 향상시키기 위해 에어 갭(Air Gap)을 통해 기판으로부터 에어 갭의 두께만큼 부양된다. 주파수 대역 통과 특성을 가지는 체적 음향 공진기는 주파수 대역 범위에서 반사특성 또는 전송특성을 향상시키기 위해 다수의 공진기가 평면상에 배열되고 공통의 전극으로 공진기가 연결될 수 있다.
전기음향 결합계수(Acousto-Electric Coupling Coefficient)는 공진 주파수와 반공진 주파수 사이의 간격에 비례한다. 따라서, 공진 주파수 또는 반공진 주파수의 변경시킴으로써 전기음향 결합계수의 값을 증가시키는 것이 가능하다. 일실시예에 따른 체적 음향 공진기는 에어 에지를 이용하여 수평방향의 음향파를 반사시킴으로써, 공진 주파수와 반공진 주파수 사이의 간격을 조절할 수 있다.
일실시예에 따른 체적 음향 공진기는 에어 에지를 이용하여 수평방향의 음향파를 반사시킴으로써, 전기음향 결합계수의 값을 증가시키고, 더 나아가 대역폭을 증가시킬 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 정면도(Cross view)이다.
도 1을 참조하면, 일실시예에 따른 체적 음향 공진기는 체적 음향 공진부(110), 에어 에지(120) 및 에어 에지(130)를 포함한다.
체적 음향 공진부(110)는 제1 전극(115), 압전층(113) 및 제2 전극(111)을 포함할 수 있다. 압전층(113)은 제1 전극(115)과 제2 전극(111) 사이에 위치할 수 있다. 제1 전극(115) 또는 제2 전극(111)은 금, 몰리데늄, 루테늄, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 크롬, 니켈 등의 물질로 형성될 수 있다.
체적 음향 공진부(110)는 제1 전극(115)과 제2 전극(111)에 인가되는 신호에 따라 압전층(113)을 통해 공진 주파수 및 반공진 주파수를 발생시킬 수 있다.
체적 음향 공진부(110)는 압전 물질에서 발생하는 음향파를 이용한다. 압전 물질에 RF 신호가 인가되면, 기계적 진동이 일어나 음향파가 생성된다. 예를 들면, 압전 물질에는 산화 아연(ZnO) 및 질화 알루미늄(AlN) 등이 포함될 수 있다.
공진 현상은 인가된 RF 신호 파장의 1/2이 압전막 두께와 일치할 때 발생한다. 공진 현상이 발생할 때, 체적 음향 공진기의 전기적 임피던스가 급격(sharp)하게 변하므로 체적 음향 공진기는 주파수를 선택할 수 있는 필터로 사용될 수 있다.
공진 주파수는 압전막의 두께, 압전막을 감싸고 있는 전극 및 압전막의 고유 음향파 속도 등에 의해 결정된다. 일 예로 압전막의 두께가 얇으면 얇을수록 공진 주파수는 커진다.
공진 주파수는 인가되는 신호에 대한 응답이 가장 큰 경우의 주파수를 의미하며, 공진 주파수에서의 체적 음향 공진기의 임피던스는 최소값을 가진다. 반공진 주파수는 인가되는 전위에 대한 응답이 가장 작은 경우의 주파수를 의미하며, 이때, 체적 음향 공진기의 임피던스는 최대값을 가지게 된다.
체적 음향 공진부(110)는 에어 갭(air gap)(140)의 상부에 위치할 수 있다. 에어 갭(140)을 통하여 체적 음향 공진부(110)에서 발생하는 수직방향의 음향파의 반사특성은 향상될 수 있다. 에어 갭(140)은 기판(160) 내부에 식각(etching)을 통해 생성될 수도 있고, 기판(160)의 상부에 에어 갭(140)의 형상에 맞게 패터닝 된 희생층을 이용하여 생성될 수도 있다.
기판(160)은 실리콘 또는 고저항의 폴리 실리콘을 구성 물질로 하여 형성될 수 있다. 에어 갭(140)의 형성 과정에서 기판(160)이 손실되는 것을 방지하기 위해 패시베이션 층(passivation layer)(150)이 기판(160) 상부에 적층될 수 있다. 패시베이션 층(150)은 실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열 중 하나의 물질을 구성 물질로 하여 형성될 수 있다.
에어 에지(120) 및 에어 에지(130)는 체적 음향 공진부(110)의 중심으로부터 소정거리만큼 떨어진 위치에 형성될 수 있다. 에어 에지(120) 및 에어 에지(130)는 에어 갭(140)의 중심으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치에 형성될 수 있다.
에어 에지(120) 및 에어 에지(130)는 에어 갭(140)의 형성을 위해 사용되는 비아 홀(via hole)을 확장시킴으로써 생성될 수도 있다. 에어 갭(140)은 비아 홀을 통해 주입된 제논(XeF2) 가스 등에 의해 희생층이 제거 되어 생성될 수 있다. 이때, 비아 홀은 체적 음향 공진부(110)의 소정 영역에 생성될 수 있는데, 비아 홀을 좀 더 넓게 확장시킴으로써, 에어 에지(120) 및 에어 에지(130)가 생성될 수도 있다.
체적 음향 공진부(110)에서 발생하는 수직 방향의 음향파는 에어 갭(140)에서 반사되어 기판(160)으로 손실되지 않고, 체적 음향 공진부(110)에 남을 수 있다. 또한, 체적 음향 공진부(110)에서 발생하는 수평 방향의 음향파는 에어 에지(120) 및 에어 에지(130)에서 반사되어 수평 방향의 압전층으로 손실되지 않고, 체적 음향 공진부(110)에 남을 수 있다.
수직 방향의 음향파 및 수평 방향의 음향파가 손실되지 않음으로써, 체적 음향 공진기는 높은 Q값을 가질 수 있고, 큰 전기음향 결합계수 값을 가질 수 있으며, 대역폭이 증가할 수 있다.
에어 에지(120), 에어 에지(130) 및 에어 갭(140)은 빈 공간으로, 임피던스가 무한대에 가깝다고 볼 수 있다. 에어 에지(120), 에어 에지(130) 및 에어 갭(140)의 임피던스가 무한대에 가까우므로, 체적 음향 공진부(110)에서 발생하는 음향파는 에어 에지(120), 에어 에지(130) 및 에어 갭(140)으로 전달되지 않고, 오히려 에어 에지(120), 에어 에지(130) 및 에어 갭(140)의 경계면에서 반사될 수 있다.
에어 에지(120) 및 에어 에지(130)는 체적 음향 공진부(110)의 소정의 에지(edge) 부분이 체적 음향 공진부(110)의 두께만큼 수직방향으로 에칭되어 형성될 수 있다. 에어 에지(120) 및 에어 에지(130)는 기존에 체적 음향 공진부(110)로 생성된 부분 중에서 일부 부분이 에칭되어 생성될 수 있다.
에어 에지(120) 및 에어 에지(130)는 체적 음향 공진부(110)의 소정의 에지 부분이 에어 갭(140)에 도달하기까지 관통하는 구조로 형성될 수 있다. 에어 에지(120) 및 에어 에지(130)는 에어 갭(140)과 연결되어, 빈 공간이 형성될 수 있다.
에어 에지(120) 및 에어 에지(130)는 체적 음향 공진부(110)의 에지가 아닌 부분에 포토마스크를 적층하고, 에칭이 이루어 짐으로써, 생성될 수 있다. 포토마스크가 적층되지 않은 부분만 에칭됨으로써, 제1 전극(115), 압전층(113) 및 제2 전극(111)이 한번에 동일 공정 단계에서 에칭되고, 그로 인하여 에어 에지(120) 및 에어 에지(130)의 경사면이 급격하게 형성될 수 있다. 이상적으로는 경사면이 90도에 가깝게 형성될 수 있다.
에어 에지(120) 및 에어 에지(130)는 제1 전극(115), 압전층(113) 및 제2 전극(111)에서 소정의 에지 부분이 제1 전극(115), 압전층(113) 및 제2 전극(111)의 두께만큼 수직방향으로 에칭되어 형성될 수도 있다.
체적 음향 공진부(110)의 에지는 체적 음향 공진부(110)에서 경사면이 발생하는 지점을 의미할 수 있다. 예를 들면, 제2 전극(111)의 높이가 평평하지 않고, 경사가 지기 시작하는 지점을 의미할 수 있다.
에어 에지(120) 및 에어 에지(130)는 체적 음향 공진부(110)의 전체 에지 부분 중, 20프로 이상의 에지 부분에서 형성될 수 있다.
패시베이션 층(150)은 기판(160)의 상부뿐만 아니라, 압전층(113)의 상부 또는 하부에 위치할 수도 있다. 또한, 패시베이션 층(150)은 제1 전극(115)의 상부 또는 하부에 위치할 수도 있다. 또한, 패시베이션 층(150)은 제2 전극(111)의 상부 또는 하부에 위치할 수도 있다.
도 2는 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 평면도(Top view)이다.
도 2는 도 1의 체적 음향 공진기를 위에서 바라본 도면이다. 도 1은 단면(260)에서 바라본 체적 음향 공진기를 나타낸 것이다.
체적 음향 공진부(210)는 제1 전극(213), 제2 전극(211) 및 제1 전극(213)과 제2 전극(211) 사이에 위치한 압전층(240)을 포함한다.
에어 에지(220) 및 에어 에지(230)는 체적 음향 공진부(210)의 전체 에지 부분 중, 20프로 이상의 에지 부분에서 형성될 수 있다. 도 2에서는 에어 에지(220) 및 에어 에지(230)가 전체 에지 부분 중 대략 60프로 정도를 차지하고 있다. 전체 에지 부분 중 제1 전극(213)이 연결되는 부분과 제2 전극(211)이 연결되는 부분을 제외하고, 에어 에지(220) 및 에어 에지(230)가 형성되었기 때문이다.
에어 에지(220), 에어 에지(230) 및 체적 음향 공진부(210)의 하부에는 에어 갭이 위치한다. 에어 갭은 기판(250)의 상부에 위치할 수 있다.
제2 전극(211)에서 제1 전극(213)의 방향으로 생성되는 수직 방향의 음향파는 에어 갭을 반사면으로 하여 반사될 수 있다. 제1 전극(213) 및 제2 전극(211)에서 발생하는 수평 방향의 음향파는 에어 에지(220) 및 에어 에지(230)를 반사면으로 하여 반사될 수 있다.
도 3은 다른 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 평면도(Top view) 및 정면도(Cross view)이다.
도 3의 (a)는 체적 음향 공진기의 평면도이고, (b)는 단면(301)에서 바라본 체적 음향 공진기의 정면도이다.
(a)를 참조하면, 체적 음향 공진기는 제1 전극(311), 제2 전극(313), 보호층(315) 및 제1 전극(311)과 제2 전극(313) 사이에 위치한 압전층, 에어 에지(321) 및 에어 에지(323)를 포함할 수 있다.
보호층(315)에서 점선의 화살표로 표시된 것은 체적 음향 공진기에서 발생하는 수평 방향의 음향파가 에어 에지(321) 및 에어 에지(323)를 반사면으로 하여 반사되는 것을 표시한 것이다.
제1 전극(311)의 하부에는 에어 갭이 위치할 수 있다. 이때, 에어 갭의 형상을 유지하기 위해 에어 갭의 상부에는 멤브레인이 적층될 수도 있다. 에어 갭은 기판의 상부에 위치할 수 있다. 이때, 에어 갭을 생성하는 과정에서 기판이 손상되는 것을 방지하기 위해 기판의 상부에 보호층이 적층될 수 있다. 보호층은 패시베이션 층이라고 불리기도 한다.
에어 에지(321) 및 에어 에지(323)는 비아 홀을 확장하여 생성할 수 있다. 에어 에지(321) 및 에어 에지(323)는 체적 음향 공진기의 에지 부분 중 일부를 에칭함으로써 생성될 수도 있다.
에어 에지(321) 및 에어 에지(323)는 보호층(315), 제2 전극(313), 압전층, 제1 전극(311)의 에지 부분 중 일부를 수직 방향으로 에어 갭까지 관통시킴으로써 형성될 수도 있다.
(b)를 참조하면, 체적 음향 공진기는 제1 전극(311), 압전층(317), 제2 전극(313), 보호층(315), 멤브레인(319), 에어 갭(330), 에어 에지(321), 에어 에지(323), 보호층(340) 및 기판(350)을 포함할 수 있다.
제1 전극(311)에 RF 신호가 입력되고, 제2 전극(313)에서 RF 신호가 출력될 수 있다. 또는 반대로 제2 전극(313)에 RF 신호가 입력되고, 제1 전극(311)에서 RF 신호가 출력될 수도 있다.
보호층(315)은 제2 전극(313)이 외부 환경에 노출되는 것을 방지한다. 외부 환경에 노출 된다는 것은 공기 중의 습기, 온도, 기타 대기 성분에 노출됨을 의미할 수 있다.
멤브레인(319)은 에어 갭(330)의 형상을 유지하기 위해 사용된다. 보호층(340)은 에어 갭(330)을 생성하는 과정에서 기판(350)이 손상되는 것을 방지하기 위해 사용된다. 보호층(340)은 일반적으로 실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열의 물질 중 하나로 구성될 수 있다.
에어 에지(321) 및 에어 에지(323)는 제1 전극(311), 압전층(317), 제2 전극(313), 보호층(315), 멤브레인(319)의 에지 부분을 에칭함으로써 생성될 수 있다. 또는 에어 갭(330)을 생성하기 위해 사용되는 비아 홀을 확장시킴으로써 생성될 수도 있다.
제1 전극(311), 압전층(317) 및 제2 전극(313)에서 발생하는 수평 방향의 음향파는 에어 에지(321) 및 에어 에지(323)를 반사면으로 하여 반사될 수 있다.
도 4는 다른 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 평면도(Top view) 및 정면도(Cross view)이다.
도 4의 (a)는 브릿지 구조를 포함하는 체적 음향 공진기의 평면도이고, (b)는 단면(401)에서 바라본 체적 음향 공진기의 정면도이고, (c)는 단면(403)에서 바라본 체적 음향 공진기의 정면도이다.
(a)를 참조하면, 체적 음향 공진기는 브릿지(bridge)(411) 및 브릿지(413)를 포함할 수 있다. 브릿지(bridge)(411) 및 브릿지(413)는 체적 음향 공진기의 에지 부분에서 에어 에지가 형성되지 않은 부분이다. 즉, 체적 음향 공진기의 에지 부분 중에서 에칭되지 않은 부분을 의미한다. 브릿지(bridge)(411) 및 브릿지(413)를 통해 체적 음향 공진기의 구조가 안정적으로 유지될 수 있다.
브릿지(bridge)(411) 및 브릿지(413)가 양쪽의 에어 에지 사이에 위치하여 에어 에지의 형태를 유지시킬 수 있다.
(b)를 참조하면, 체적 음향 공진기는 보호층(421), 제2 전극(423), 압전층(425), 제1 전극(427), 멤브레인(429), 에어 갭(430), 브릿지(411) 및 브릿지(413)를 포함할 수 있다. 브릿지(411) 및 브릿지(413)는 에칭되지 않고, 보호층(421), 제2 전극(423), 압전층(425), 제1 전극(427), 멤브레인(429)을 지탱시킴으로써, 물리적 구조를 안정적으로 유지시킬 수 있다.
(c)를 참조하면, 체적 음향 공진기는 보호층(421), 제2 전극(423), 압전층(425), 제1 전극(427), 멤브레인(429), 에어 갭(430), 에어 에지(431) 및 에어 에지(433)를 포함할 수 있다.
도 5는 다른 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 평면도(Top view)이다.
도 5는 핑거 형태의 전극을 포함하는 체적 음향 공진기를 나타낸다. 체적 음향 공진기는 제1 전극(510), 제2 전극(520), 제1 전극(510)과 제2 전극(520) 사이에 위치한 압전층, 보호층(530), 에어 에지(541), 에어 에지(542), 에어 에지(543), 에어 에지(544), 에어 에지(545) 및 에어 에지(546)을 포함할 수 있다.
이때, 제1 전극(510)은 핑거 형태로 패터닝 된 소정 부분이 에칭된 형태를 가질 수 있다. 이때 에칭된 소정 부분에는 에어 에지(542) 및 에어 에지(543)가 생성될 수 있다.
전극의 면적이 줄어들면서 전극의 저항이 감소할 수 있다. 또한 에어 에지의 면적이 증가함으로써 수평 방향의 음향파 반사율이 증가할 수 있다.
도 5에서는 제1 전극(510)이 세 개의 핑거 형태를 가지고 있지만, 세 개뿐만 아니라 복수개의 핑거 형태로 구현될 수도 있다. 또한, 여기서 핑거 형태란 제1 전극(510)이 소정 영역이 에칭되어 여러 개로 분리된 제1 전극(510)을 의미하는 것이고, 핑거의 모양에 제한되지는 않는다.
제2 전극(520)은 핑거 형태로 패터닝 된 소정 부분이 에칭된 형태를 가질 수 있다. 이때 에칭된 소정 부분에는 에어 에지(545) 및 에어 에지(546)가 생성될 수 있다.
도 5에서는 제2 전극(520)이 세 개의 핑거 형태를 가지고 있지만, 세 개뿐만 아니라 복수개의 핑거 형태로 구현될 수도 있다. 또한, 여기서 핑거 형태란 제1 전극(520)이 소정 영역이 에칭되어 여러 개로 분리된 제1 전극(520)을 의미하는 것이고, 핑거의 모양에 제한되지는 않는다.
또한, 제1 전극(510)과 보호층(530)이 맞닿아 있는 부분에는 국부적으로 추가적인 막이 증착되어 프레임이 형성될 수 있다. 이때, 추가적인 막은 보호층(530)을 구성하는 물질과 동일한 물질일 수 있다. 프레임은 여러 개의 조각 프레임들로 구성될 수도 있다.
또한, 제2 전극(520)과 보호층(530)이 맞닿아 있는 부분에도 국부적으로 추가적인 막이 증착되어 프레임이 형성될 수 있다. 이때, 추가적인 막은 보호층(530)을 구성하는 물질과 동일한 물질일 수 있다.
추가적으로 보호층(530)의 상부에 프레임이 형성된 경우, 프레임의 형성된 위치에서 임피던스의 변화가 생긴다. 체적 음향 공진기의 임피던스는 적층된 막들의 두께에 따라 결정되는데, 프레임이 형성되어 적층된 막들의 두께가 변함으로써, 임피던스도 변화할 수 있다.
제1 전극(510) 및 제2 전극(530)에서 발생하는 수평 방향의 음향파는 위와 같은 임피던스의 차이에 따라 프레임이 형성된 면을 반사면으로 하여 반사될 수 있다.
또한, 제1 전극(510)과 보호층(530)이 맞닿아 있는 부분에는 국부적으로 보호층(530)을 에칭하여 u자 모양의 프레임이 형성될 수 있다.
또한, 제2 전극(520)과 보호층(530)이 맞닿아 있는 부분에도 국부적으로 보호층(530)을 에칭하여 u자 모양의 프레임이 형성될 수 있다.
도 6은 다른 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 평면도(Top view) 및 정면도(Cross view)이다.
도 6의 (a)는 프레임이 추가되는 경우의 체적 음향 공진기의 평면도이고, (b)는 단면(601)에서 바라본 체적 음향 공진기의 정면도이고, (c)는 단면(603)에서 바라본 체적 음향 공진기의 정면도이다.
(a)를 참조하면, 체적 음향 공진기는 제1 전극(611), 제2 전극(613), 보호층(615) 및 제1 전극(611)과 제2 전극(613) 사이에 위치한 압전층, 프레임(621), 프레임(623), 에어 에지(631) 및 에어 에지(633)를 포함할 수 있다.
프레임(621)은 제1 전극(611)과 보호층(615)이 맞닿아 있는 부분에서 보호층(615)에 국부적으로(locally) 추가적인 막이 증착되어 형성될 수 있다. 이때, 추가적인 막은 보호층(615)을 구성하는 물질과 동일한 물질일 수 있다. 프레임(621)은 여러 개의 조각 프레임들로 구성될 수도 있다.
프레임(623)은 제2 전극(613)과 보호층(615)이 맞닿아 있는 부분에서 보호층(615)에 국부적으로(locally) 추가적인 막이 증착되어 형성될 수 있다. 이때, 추가적인 막은 보호층(615)을 구성하는 물질과 동일한 물질일 수 있다. 프레임(623)은 여러 개의 조각 프레임들로 구성될 수도 있다.
제1 전극(611) 및 제2 전극(613)에서 발생하는 수평 방향의 음향파는 임피던스의 차이에 따라 프레임(621) 및 프레임(623)이 형성된 면을 반사면으로 하여 반사될 수 있다.
(b)를 참조하면, 체적 음향 공진기는 제1 전극(611), 압전층(617), 제2 전극(613), 보호층(615), 프레임(621), 프레임(623), 멤브레인(609), 에어 갭(619), 보호층(640) 및 기판(650)을 포함할 수 있다.
프레임(621) 및 프레임(623)의 두께는 다른 부분들의 두께와 다르다. 따라서, 제1 전극(611) 및 제2 전극(613)에서 발생하는 수평 방향의 음향파는 임피던스의 차이에 따라 프레임(621) 및 프레임(623)이 형성된 면을 반사면으로 하여 반사될 수 있다.
(c)를 참조하면, 체적 음향 공진기는 제1 전극(611), 압전층(617), 제2 전극(613), 보호층(615), 에어 에지(631), 에어 에지(633), 멤브레인(609), 에어 갭(619), 보호층(640) 및 기판(650)을 포함할 수 있다.
에어 에지(631) 및 에어 에지(633)는 빈 공간으로 무한대의 임피던스를 가질 수 있다. 제1 전극(611) 및 제2 전극(613)에서 발생하는 수평 방향의 음향파는 임피던스의 차이에 따라 에어 에지(631) 및 에어 에지(633)가 형성된 면을 반사면으로 하여 반사될 수 있다.
도 7은 다른 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 평면도(Top view) 및 정면도(Cross view)이다.
도 7의 (a)는 u자 모양의 프레임이 형성되는 경우의 체적 음향 공진기의 평면도이고, (b)는 단면(701)에서 바라본 체적 음향 공진기의 정면도이고, (c)는 단면(703)에서 바라본 체적 음향 공진기의 정면도이다.
도 6과 비교하여, 도 7의 체적 음향 공진기는 다른 방식으로 형성된 프레임(721) 및 프레임(723)을 포함한다.
(a)를 참조하면, 프레임(721)은 제1 전극과 보호층이 맞닿아 있는 부분에서 국부적으로(locally) 보호층이 에칭되어 u자 모양으로 형성될 수 있다.
프레임(723)은 제2 전극과 보호층이 맞닿아 있는 부분에서 국부적으로 보호층이 에칭되어 u자 모양으로 형성될 수 있다.
프레임(721) 및 프레임(723)이 위치한 부분의 적층된 막들의 전체 두께는 프레임(721) 및 프레임(723)이 위치하지 않는 부분들의 두께들보다 작다. 두께의 차이로 인하여 임피던스의 차이가 발생한다.
제1 전극 및 제2 전극에서 발생하는 수평 방향의 음향파는 임피던스의 차이에 따라 프레임(721) 및 프레임(723)이 형성된 면을 반사면으로 하여 반사될 수 있다.
(b)를 참조하면, 프레임(721) 및 프레임(723)이 위치한 부분의 적층된 막들의 두께가 프레임(721)과 프레임(723) 사이에 위치한 부분의 적층된 막들의 두께보다 작음을 알 수 있다.
(c)를 참조하면, 도 6의 (c)와 같이 체적 음향 공진기는 에어 에지를 포함할 수 있다. 제1 전극 및 제2 전극에서 발생하는 수평 방향의 음향파는 임피던스의 차이에 따라 에어 에지가 형성된 면을 반사면으로 하여 반사될 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
Claims (19)
- 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 압전층을 포함하는 체적 음향 공진부; 및
상기 체적 음향 공진부의 중심으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치에 형성되고, 상기 체적 음향 공진부에서 발생한 수평 방향의 음향파를 반사하는 에어 에지(Air Edge)
를 포함하는 체적 음향 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 에어 에지는
상기 체적 음향 공진부의 소정의 에지(edge) 부분이 상기 체적 음향 공진부의 두께만큼 수직방향으로 에칭되어 형성된
체적 음향 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 체적 음향 공진부의 하부에 위치하고, 기판의 상부에 위치하여, 상기 체적 음향 공진부에서 발생하는 수직 방향의 음향파(acoustic wave)를 반사시키는 에어 갭(Air Gap)
을 더 포함하는 체적 음향 공진기. - 제3항에 있어서,
상기 에어 에지는
상기 체적 음향 공진부의 소정의 에지(edge) 부분이 상기 에어 갭에 도달하기까지 관통하는 구조로 형성된
체적 음향 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 에어 에지는
상기 체적 음향 공진부에 위치하는 비아 홀(via hole)의 확장을 통해 형성된
체적 음향 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 에어 에지는
상기 체적 음향 공진부의 에지가 아닌 부분에 적층된 포토마스크를 이용하여 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 압전층이 동일 공정 단계에서 에칭됨으로써, 경사면이 급격하게 형성된
체적 음향 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 에어 에지는
상기 체적 음향 공진부의 전체 에지 부분 중, 20프로 이상의 에지 부분에서 형성된
체적 음향 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 체적 음향 공진부의 전체 에지 부분 중, 상기 에어 에지가 형성된 부분을 제외한 소정 영역에 위치하여 상기 체적 음향 공진부를 지지하는 브릿지(bridge)
를 더 포함하는 체적 음향 공진기. - 제1항에 있어서,
실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열 중 하나의 물질로 구성되고, 상기 압전층의 상부 또는 하부에 위치하는 패시베이션 층(passivation layer)
을 더 포함하는 체적 음향 공진기. - 제1항에 있어서,
실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열 중 하나의 물질로 구성되고, 상기 제1 전극의 상부 또는 하부에 위치하는 패시베이션 층(passivation layer)
을 더 포함하는 체적 음향 공진기. - 제1항에 있어서,
실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열 중 하나의 물질로 구성되고, 상기 제2 전극의 상부 또는 하부에 위치하는 패시베이션 층(passivation layer)
을 더 포함하는 체적 음향 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 체적 음향 공진부는
상기 체적 음향 공진부의 전체 에지 부분 중 상기 에어 에지가 형성되지 않고, 상기 제1 전극이 연결된 부분에 국부적으로(locally) 추가적인 막을 증착하여 형성된 제1 프레임; 및
상기 체적 음향 공진부의 전체 에지 부분 중 상기 에어 에지가 형성되지 않고, 상기 제2 전극이 연결된 부분에 국부적으로(locally) 추가적인 막을 증착하여 형성된 제2 프레임
을 포함하는 체적 음향 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 체적 음향 공진부는
상기 체적 음향 공진부의 전체 에지 부분 중 상기 에어 에지가 형성되지 않고, 상기 제1 전극이 연결된 부분에 국부적으로(locally) 에칭을 통해 형성된 제1 프레임; 및
상기 체적 음향 공진부의 전체 에지 부분 중 상기 에어 에지가 형성되지 않고, 상기 제2 전극이 연결된 부분에 국부적으로(locally) 에칭을 통해 형성된 제2 프레임
을 포함하는 체적 음향 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전극은
핑거(finger) 형태로 상기 체적 음향 공진부의 전체 에지 부분 중 소정 부분에 연결된 부분; 및
패터닝을 통해 상기 에어 에지에 노출된 부분
을 포함하는 체적 음향 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 제2 전극은
핑거(finger) 형태로 상기 체적 음향 공진부의 전체 에지 부분 중 소정 부분에 연결된 부분; 및
패터닝을 통해 상기 에어 에지에 노출된 부분
을 포함하는 체적 음향 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 체적 음향 공진부는
상기 제1 전극이 핑거(finger) 형태로 상기 체적 음향 공진부의 전체 에지 부분 중 소정 부분에 연결된 부분에 국부적으로(locally) 추가적인 막을 증착하여 형성된 제1 프레임; 및
상기 제2 전극이 핑거(finger) 형태로 상기 체적 음향 공진부의 전체 에지 부분 중 소정 부분에 연결된 부분에 국부적으로(locally) 추가적인 막을 증착하여 형성된 제2 프레임
을 포함하는 체적 음향 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 체적 음향 공진부는
상기 제1 전극이 핑거(finger) 형태로 상기 체적 음향 공진부의 전체 에지 부분 중 소정 부분에 연결된 부분에 국부적으로(locally) 에칭을 통해 형성된 제1 프레임; 및
상기 제2 전극이 핑거(finger) 형태로 상기 체적 음향 공진부의 전체 에지 부분 중 소정 부분에 연결된 부분에 국부적으로(locally) 에칭을 통해 형성된 제2 프레임
을 포함하는 체적 음향 공진기. - 기판;
상기 기판의 상부 중 소정영역에 위치한 에어 갭(Air Gap);
상기 에어 갭의 상부에 위치한 제1 전극, 상기 제1 전극의 상부에 위치한 압전층 및 상기 압전층의 상부에 위치한 제2 전극을 포함하는 체적 음향 공진부; 및
상기 에어 갭의 중심으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치에 형성되고, 상기 체적 음향 공진부에서 발생한 수평 방향의 음향파를 반사하는 에어 에지(Air Edge)
를 포함하는 체적 음향 공진기. - 제18항에 있어서,
상기 에어 에지는
상기 제1 전극, 상기 압전층 및 상기 제2 전극에서 일렬로 정렬된 소정의 에지(edge) 부분이 상기 제1 전극, 상기 압전층 및 상기 제2 전극의 두께만큼 수직방향으로 에칭되어 형성된
체적 음향 공진기.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
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