KR102052795B1 - 음향 공진기 - Google Patents

음향 공진기 Download PDF

Info

Publication number
KR102052795B1
KR102052795B1 KR1020170036738A KR20170036738A KR102052795B1 KR 102052795 B1 KR102052795 B1 KR 102052795B1 KR 1020170036738 A KR1020170036738 A KR 1020170036738A KR 20170036738 A KR20170036738 A KR 20170036738A KR 102052795 B1 KR102052795 B1 KR 102052795B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cavity
electrode
layer
opening
acoustic resonator
Prior art date
Application number
KR1020170036738A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180107876A (ko
Inventor
이태경
김태윤
윤상기
임창현
김종운
이문철
Original Assignee
삼성전기주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전기주식회사 filed Critical 삼성전기주식회사
Priority to KR1020170036738A priority Critical patent/KR102052795B1/ko
Priority to US15/788,062 priority patent/US10778179B2/en
Priority to CN201711315132.3A priority patent/CN108631748B/zh
Priority to CN202111635908.6A priority patent/CN114520640A/zh
Publication of KR20180107876A publication Critical patent/KR20180107876A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102052795B1 publication Critical patent/KR102052795B1/ko
Priority to US16/989,129 priority patent/US11323088B2/en
Priority to US16/992,434 priority patent/US11595015B2/en

Links

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
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/05—Holders; Supports
    • H03H9/0595—Holders; Supports the holder support and resonator being formed in one body
    • 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
    • H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • 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
    • H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
    • H03H9/02047—Treatment of substrates
    • 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
    • H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
    • H03H9/02086—Means for compensation or elimination of undesirable effects
    • H03H9/02118—Means for compensation or elimination of undesirable effects of lateral leakage between adjacent resonators
    • 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
    • H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
    • H03H9/02157—Dimensional parameters, e.g. ratio between two dimension parameters, length, width or thickness
    • 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
    • H03H9/05—Holders; Supports
    • H03H9/0504—Holders; Supports for bulk acoustic wave devices
    • 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
    • H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
    • H03H9/13—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials
    • 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
    • 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
    • H03H9/172—Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
    • H03H9/173—Air-gaps
    • 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
    • H03H9/172—Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
    • H03H9/174—Membranes
    • 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
    • H03H9/178—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator of a laminated structure of multiple piezoelectric layers with inner electrodes
    • 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
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/06—Forming electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • H03H2003/023—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks the resonators or networks being of the membrane type

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기는, 기판 및 상기 기판 상에 배치되며 하부로부터 멤브레인층, 제1 전극, 압전층, 및 제2 전극이 순차적으로 적층된 공진부를 포함하며, 상기 공진부는 캐비티에 의해 상기 기판과 이격되고, 상기 멤브레인층의 두께와 관련하여 다음의 식을 만족할 수 있다.
(식) 0Å < ㅿMg ≤ 170Å
여기서 ㅿMg는 캐비티 내에 배치되는 멤브레인층의 최대 두께와 최소 두께의 차이다.

Description

음향 공진기{ACOUSTIC RESONATOR}
본 발명은 음향 공진기에 관한 것이다.
무선 통신 기기의 소형화 추세에 따라 고주파 부품기술의 소형화가 적극적으로 요구되고 있으며, 일례로 반도체 박막 웨이퍼 제조기술을 이용하는 벌크 음향 공진기(BAW, Bulk Acoustic Wave, 또는 체적 음향 공진기) 형태의 필터를 들 수 있다.
벌크 음향 공진기(BAW)란 반도체 기판인 실리콘 웨이퍼 상에 압전 유전체 물질을 증착하여 그 압전특성을 이용함으로써 공진을 유발시키는 박막형태의 소자를 필터로 구현한 것이다.
벌크 음향 공진기의 이용분야로는 이동통신기기, 화학 및 바이오기기 등의 소형 경량필터, 오실레이터, 공진소자, 음향공진 질량센서 등이 있다.
한편, 벌크 음향 공진기의 특성과 성능을 높이기 위한 여러 가지 구조적 형상 및 기능에 대한 연구가 이루어지고 있으며, 그에 따른 제조 방법에 대해서도 연구가 이루어지고 있다.
특허문헌 1. 일본등록특허 제5111281호
본 발명의 목적은 성능을 향상시킬 수 있는 음향 공진기 및 그 제조 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기는, 기판 및 상기 기판 상에 배치되며 하부로부터 멤브레인층, 제1 전극, 압전층, 및 제2 전극이 순차적으로 적층된 공진부를 포함하며, 상기 공진부는 캐비티에 의해 상기 기판과 이격되고, 상기 멤브레인층의 두께와 관련하여 다음의 식을 만족할 수 있다.
(식) 0Å < ㅿMg ≤ 170Å
여기서 ㅿMg는 캐비티 내에 배치되는 멤브레인층의 최대 두께와 최소 두께의 차이다.
삭제
삭제
또한 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기는, 기판, 캐비티에 의해 상기 기판과 이격되고, 상기 캐비티 상부에 멤브레인층, 제1 전극, 압전층, 및 제2 전극이 순차적으로 적층되어 형성되는 공진 활성 영역, 및 상기 캐비티의 외곽을 따라 형성되어 상기 캐비티와 외부를 연결하는 적어도 하나의 개구를 포함하고, 상기 개구의 전체 길이와 관련하여 다음의 식을 만족할 수 있다.
(식) 30㎛ ≤ Ra/Hw ≤ 200㎛
여기서, Ra는 상기 공진 활성 영역의 면적(㎛2), Hw은 상기 개구의 전체 길이(㎛)이고, 상기 개구의 전체 길이는 상기 캐비티의 평면 윤곽을 따라 형성되는 상기 개구들 길이의 합이다.
본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기는 공진 성능을 높이기 위해 캐비티 간격의 편차를 제한하며, 이를 위해 캐비티 형성에 이용되는 개구의 길이를 한정한다.
개구의 길이가 확장됨에 따라 희생층이 빠른 속도로 제거될 수 있으므로, 희생층과 함께 멤브레인층이 제거되는 것을 최소화할 수 있어 캐비티의 간격 편차를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 평면도.
도 2는 도 1의 I-I′에 따른 단면도.
도 3은 도 1의 II-II′에 따른 단면도.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 9는 도 2의 A 부분을 확대하여 도시한 도면.
도 10은 도 1에 도시된 음향 공진기의 효과를 설명하기 위한 그래프.
도 11은 도 10의 리플(Ripple) 성분을 설명하는 그래프.
도 12는 Ra/Hw의 변화에 따른 리플 성분의 변화를 설명하기 위한 도면.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 필터를 나타내는 개략적인 회로도.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터를 나타내는 개략적인 회로도.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경 또는 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
아울러, 명세서 전체에서, 어떤 구성이 다른 구성과 '연결'되어 있다 함은 이들 구성들이 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 구성을 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함하는 것을 의미한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 평면도이고, 도 2는 도 1의 I-I′에 따른 단면도이며, 도 3은 도 1의 II-II′에 따른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기(100)는 기판(110) 및 공진부(120)를 포함할 수 있다.
기판(110)과 공진부(120) 사이에는 캐비티(C)가 형성되며, 공진부(120)는 멤브레인층(150) 상에 형성되어 캐비티(C)를 통해 기판(110)과 이격되도록 형성된다.
기판(110)은 실리콘이 적층된 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(110)으로는 실리콘 웨이퍼가 이용되거나, SOI(Silicon On Insulator) 타입의 기판이 이용될 수 있다.
기판(110)은 식각 저지층(115)을 포함할 수 있다. 식각 저지층(115)은 기판(110)의 일면에 배치되며, 음향 공진기 제조 과정에서 캐비티(C)를 형성할 때, 에칭가스에 의해 기판(110)이 식각되는 것을 방지하기 위해 구비된다.
식각 저지층은 질화실리콘(SiN) 또는 산화실리콘(SiO2)으로 형성될 수 있다. 또한 후술되는 멤브레인층(150)과 동일한 재질로 형성될 수 있다.
공진부(120)는 제1 전극(121), 압전층(123), 및 제2 전극(125)을 포함한다. 공진부(120)는 아래에서부터 제1 전극(121), 압전층(123), 및 제2 전극(125)이 순서대로 적층되어 형성될 수 있다. 따라서 압전층(123)은 제1 전극(121)과 제2 전극(125) 사이에 배치된다.
공진부(120)는 멤브레인층(150) 상에 형성되므로, 결국 기판(110)의 상부에는 멤브레인층(150), 제1 전극(121), 압전층(123) 및 제2 전극(125)이 차례로 적층되며 형성된다.
멤브레인층(150)은 기판(110)과 함께 캐비티(C)를 형성한다. 멤브레인층(150)은 후술할 희생층(131)의 표면을 따라 형성되며, 희생층(131)이 제거됨에 따라 멤브레인층(150)은 기판(110)과 함께 캐비티(C)를 형성한다. 따라서 멤브레인층(150)도 캐비티(C)를 형성하는 과정에서 쉽게 제거되지 않는 재질로 형성된다.
예를 들어, 캐비티층(140)의 일부(예컨대, 캐비티 영역)을 제거하기 위해 불소(F), 염소(Cl) 등의 할라이드계 에칭가스를 이용하는 경우, 멤브레인층(150)은 상기한 에칭가스와 반응성이 낮은 재질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 멤브레인층(150)은 질화실리콘(SiN), 산화실리콘(SiO2), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 중 어느 하나의 재질을 함유하는 유전체층(Dielectric layer) 또는 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 백금(Pt), 갈륨(Ga), 하프늄(Hf) 중 어느 하나의 재질을 함유하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(121) 및 제2 전극(125)은 금, 몰리브덴, 루테늄, 이리듐, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 크롬, 니켈 등과 같은 금속으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
압전층(123)은 제1 전극(121)을 부분적으로 덮도록 형성된다.
압전층(123)의 재료로는 산화 아연(ZnO), 질화 알루미늄(AlN), 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride), 지르콘 티탄산 납(Lead Zirconate Titanate), 쿼츠(Quartz) 등이 선택적으로 이용될 수 있다. 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride) 경우 희토류 금속(Rare earth metal) 또는 전이 금속을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 희토류 금속은 스칸듐(Sc), 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 전이 금속은 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 및 마그네늄(Mg) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이와 같이 구성되는 공진부(120)는 제1 전극(121), 압전층(123), 및 제2 전극(125)에 의해 형성되는 공진 활성 영역(S)을 구비한다. 공진 활성 영역(S)은 압전층(123)의 진동을 통해 실질적으로 공진이 발생되는 영역으로, 본 실시예에서는 캐비티(C) 상부에 위치하며 프레임(170)의 윤곽 내부에 배치되는 영역으로 규정된다.
또한 공진부(120)는 품질 계수(Quality Factor)를 향상시키기 위하여 캐비티(C)를 통해 기판(110)과 이격 배치된다.
캐비티(C)는 공진부(120)와 기판(110) 사이에 형성되어 압전층(123)에서 발생되는 음향파(Acoustic Wave)가 기판(110)의 영향을 받는 것을 억제한다.
또한, 캐비티(C)를 통하여 공진부(120)에서 발생하는 음향파의 반사특성이 향상될 수 있다. 캐비티(C)는 빈 공간으로서 임피던스가 무한대에 가까우므로, 음향파는 캐비티(C)로 손실되지 않고, 공진부(120) 내에 잔존할 수 있다.
공진부(120)의 상부에는 프레임(170)이 배치될 수 있다.
프레임(170)은 공진부(120)의 테두리를 따라 링 형태로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 불연속적인 다수의 호 형태로 형성될 수도 있다.
음향 공진기(100)는 프레임(170)을 이용하여 공진부(120) 외부로 향하는 수평방향 탄성파를 공진부(120) 안쪽으로 반사시켜 탄성파의 에너지 손실을 막을 수 있다. 이때, 반사된 수평방향 탄성파는 에너지 손실을 줄이므로, 본 실시예에 따른 음향 공진기(100)는 높은 Q-factor, kt2를 확보할 수 있다.
높은 Q-factor는 필터나 듀플렉서를 구현함에 있어 타 주파수대역의 차단 특성을 높일 수 있으며, 높은 kt2는 대역폭(bandwidth)을 확보하여 송수신시 데이터 전송량과 속도를 증가시킬 수 있다.
프레임(170)은 압전체, 유전체, 또는 금속으로 구성될 수 있다. 예를 들어 프레임(170)은 질화 알루미늄(AlN), 티탄산지르콘산납(PZT), 산화 규소(SiO2), 산화티탄(TiO2), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), 금(Au), 티탄(Ti), 구리(Cu), 텅스텐(W), 및 알루미늄(Al) 중 하나 또는 어느 하나를 주성분으로 하는 합성 재료로 형성할 수 있다.
제1 전극(121)과 제2 전극(125)은 각각 공진부(120)의 외측으로 연장되는 연결 전극(121a, 125a)을 포함하고, 각각의 연결 전극(121a, 125a)에는 제1 접속 전극(180)과 제2 접속 전극(190)이 연결된다.
제1 접속 전극(180)과 제2 접속 전극(190)은 공진기와 필터 특성을 확인하는 외부 접속 단자로 이용될 수도 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 제1 전극(121) 상에는 제1 전극(121)의 둘레를 따라 형성되는 금속 프레임(180a)이 구비될 수 있다.
금속 프레임(180a)은 제1 전극(121)에 접합되며, 보호층(127)을 관통하여 외부로 노출된다.
금속 프레임(180a)은 제1 접속 전극(180)에서 연장되는 형태로 형성될 수 있으며, 제1 접속 전극(180)을 형성하는 과정에서 함께 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않으며 제1 접속 전극(180)과 이격되도록 구성하는 것도 가능하며 제1 접속 전극(180)과 별도의 공정을 통해 제조될 수도 있다.
보호층(127)은 음향 공진기(100)의 표면을 따라 배치되어 음향 공진기(100)를 외부로부터 보호한다. 이때, 제1 접속 전극(180)과 제2 접속 전극(190)은 보호층(127)의 외부로 노출된다 따라서 보호층(127)은 제1 접속 전극(180)과 제2 접속 전극(190)을 제외한 나머지 요소들이 형성하는 표면을 따라 배치될 수 있다.
보호층(127)은 실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열 중의 하나의 절연 물질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 필요한 주파수 트리밍을 수행하기 위해 구비 될 수 있다.
이와 같이 구성되는 음향 공진기는 캐비티(C)가 외부로 개방되는 적어도 하나의 개구(P)를 구비한다. 개구(P)는 도 1에 도시된 바와 같이 캐비티(C)의 윤곽을 따라 사방으로 다수개가 배치될 수 있으며, 캐비티(C) 제조 과정에서 에칭 가스가 캐비티(C)의 내부로 유입되는 입구로 이용된다.
개구(P)는 멤브레인층(150)과 기판(110, 예컨대, 식각 저지층) 사이에 형성된다. 또한 캐비티(C)의 면 방향을 따라 캐비티(C)를 확장하는 형태로 형성된다.
따라서 개구(P)는 캐비티(C)의 상부가 아닌, 캐비티(C)의 측부 또는 상부에 형성되며, 캐비티(C)의 간격과 대략 동일한 간격으로 형성된다.
이어서 본 실시예에 따른 음향 공진기의 제조 방법을 설명한다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저 도 4를 참조하면, 기판(110)의 상부에 식각 저지층(115)을 형성한다.
식각 저지층(115)은 캐비티(도 1의 C)을 형성하기 위해 희생층(131)을 제거할 때 기판(110)을 보호하는 역할을 한다. 식각 저지층(115)은 질화실리콘(SiN) 또는 산화실리콘(SiO2) 등으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 희생층(131)을 식각 저지층(115) 상에 형성한다.
희생층(131)은 추후의 식각 공정을 통해 제거되어 캐비티(도 1의 C)를 형성한다. 따라서 희생층(131)은 식각에 용이한 폴리실리콘 또는 폴리머 등의 재질이 이용될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
이 과정에서 개구(도 1의 P)를 형성하는 영역에도 희생층(131)이 형성된다. 도 4를 참조하면 희생층(131)은 외곽으로 갈수록 두께가 얇게 형성된다. 그러나 개구(P)에 형성되는 희생층(131)은 중심부와 동일하거나 유사한 두께로 형성될 수 있다. 이에 따라 이후의 제조 과정에서 희생층(131) 상에 다양한 요소들이 적층되더라도 개구(P)에 형성된 희생층(131)의 측면 또는 상면을 외부로 노출된 상태가 유지된다.
이어서, 희생층(131)의 상부에 멤브레인층(150)을 형성한다. 멤브레인층(150)은 캐비티(C)의 상부에 위치하여 캐비티(C)의 형상을 유지시키고, 공진 활성 영역(도 1의 S)을 지지하는 역할을 한다.
전술한 바와 같이, 멤브레인층(150)은 질화실리콘(SiN), 산화실리콘(SiO2), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 중 어느 하나의 재질을 함유하는 유전체층(Dielectric layer) 또는 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 백금(Pt), 갈륨(Ga), 하프늄(Hf) 중 어느 하나의 재질을 함유하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서 도 5에 도시된 바와 같이, 멤브레인층(150) 상에 제1 전극(121)과 압전층(123)을 순차적으로 형성한다.
제1 전극(121)은 멤브레인층(150)의 상부에 전체적으로 도전층을 증착한 후, 불필요한 부분을 제거함(예컨대 패터닝)으로써 형성될 수 있다. 또한 압전층(123)은 제1 전극(121) 상에 압전 물질을 증착함으로써 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서 제1 전극(121)은 몰리브덴(Mo) 재질로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 금, 루테늄, 이리듐, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 크롬, 니켈 등 다양한 금속이 이용될 수 있다.
또한 본 실시예에 있어서 압전층(123)은 질화 알루미늄(AlN)으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride), 산화 아연(ZnO), 지르콘 티탄산 납(Lead Zirconate Titanate), 쿼츠(Quartz) 등 필요에 따라 다양한 압전 재질이 이용될 수 있다. 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride) 경우 희토류 금속(Rare earth metal) 또는 전이 금속을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 희토류 금속은 스칸듐(Sc), 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 전이 금속은 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 및 마그세늄(Mg) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이어서, 도 6에 도시된 바와 같이 압전층(123) 상부에 제2 전극(125)을 형성한다. 본 실시예에 있어서 제2 전극(125)은 몰리브덴(Mo)으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 금, 루테늄, 이리듐, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 크롬, 니켈 등 다양한 금속이 이용될 수 있다.
또한 이 과정에서 제2 전극(125)의 둘레를 따라 프레임(170)이 형성될 수 있다. 프레임(170)은 제2 전극(125)보다 두꺼운 두께로 제2 전극의 외곽을 따라 형성된다.
프레임(170)은 제2 전극(125)과 동일한 재질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 압전층(123)의 불필요한 부분을 제거하고, 공진부(120)의 표면을 따라 보호층(127)을 형성한다. 압전층(123)은 포토리소그래피 공정을 통해 제거될 수 있다. 또한 보호층(127)은 실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열 중의 하나의 절연 물질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 보호층(127)을 부분적으로 제거하여 연결 전극(121a, 125a)을 노출시킨 후, 연결 전극(121a, 125a) 상에 제1, 제2 접속 전극(180, 190), 그리고 금속 프레임(180a)을 형성한다.
제1 접속 전극(180)과 금속 프레임(180a)은 금(Au) 또는 구리(Cu) 등을 제1 전극(121) 상에 증착하여 형성할 수 있다. 마찬가지로, 제2 접속 전극(190)은 금(Au) 또는 구리(Cu) 등을 제2 전극(125) 상에 증착하여 형성할 수 있다.
이어서, 도 8에 도시된 바와 같이 캐비티(C)를 형성한다.
캐비티는 도 7에 도시된 희생층(131)을 제거함에 따라 형성되며, 이에 도 1에 도시된 음향 공진기(100)가 완성된다. 여기서 희생층(131)은 에칭 방식에 의해 제거될 수 있다.
희생층(131)이 폴리실리콘 또는 폴리머 등의 재질로 형성되는 경우, 희생층(131)은 불소(F), 염소(Cl) 등의 할라이드계의 에칭 가스(예컨대, XeF2)를 이용하는 건식 식각 방법을 통해 제거될 수 있다. 따라서 희생층(131)은 개구(P)를 통해 공급되는 할라이드계의 에칭 가스와 접촉하며 개구(P)에 위치한 부분부터 순차적으로 제거된다.
이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 음향 공진기의 캐비티(C)는 중심부와 주변부에 간격 차를 갖는다.
도 9는 도 2의 A 부분을 확대하여 도시한 도면으로, 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 음향 공진기의 캐비티(C)는 중심부의 간격(g1)이 캐비티(C) 주변부의 간격(g2)보다 좁게 형성되며, 이에 따라 본 실시예에 따른 캐비티(C)는 중심에서 주변으로 갈수록 간격이 증가하는 형태로 형성된다.
이러한 간격 차는 멤브레인층(150)이나 기판(110)의 두께 편차(ㅿMg, ㅿSg)에 의해 형성된다.
본 실시예에 따른 캐비티(C)는 전술한 바와 같이 희생층(131)을 제거함에 따라 형성된다. 따라서 희생층(131)을 제거하는 과정에서 희생층(131)과 함께 멤브레인층(150)이나 기판(110, 예컨대 식각 저지층)의 일부가 함께 제거될 수 있으며, 이로 인해 상기한 두께 편차(ㅿMg, ㅿSg)가 발생될 수 있다.
도 10은 도 1에 도시된 음향 공진기의 효과를 설명하기 위한 그래프이고, 도 11은 도 10의 리플 성분을 설명하는 그래프이다.
먼저 도 11을 참조하면, 리플(Ripple) 성분은 주파수 대역에 따른 음향 공진기의 특성을 나타내는 그래프의 변곡점에서 나타나는 리플(Ripple)의 크기(peak to peak)를 의미한다.
따라서 리플 성분이 작을수록 음향 공진기의 성능이 향상되고, 리플 성분이 증가할수록 음향 공진기의 성능은 저하된다.
도 10은 다양한 두께 편차를 갖는 음향 공진기의 리플 성분을 측정한 결과를 도시한 표와 그래프로, 음향 공진기에서 멤브레인층 (150) 의 두께 편차가 증가되는 경우 리플 성분도 증가하는 것을 알 수 있다.
여기서 멤브레인층(150)의 두께 편차란 캐비티(C) 내에 배치되는 멤브레인층(150)의 최대 두께와 최소 두께의 차를 의미한다.
또한 그래프를 참조하면, 멤브레인층(150)의 두께 편차가 170Å을 초과하는 경우, 리플 성분이 급격하게 증가되는 것을 알 수 있다.
따라서 본 실시예에 따른 음향 공진기는 멤브레인층의 두께 편차를 170Å 이하의 범위로 형성한다. 이에 본 실시예에 따른 음향 공진기는 멤브레인층(150)의 두께 편차 범위를 다음의 식 1로 표현할 수 있다.
(식 1) 0Å < ㅿMg ≤ 170Å ㅿMg는 캐비티 내에 배치되는 멤브레인층의 최대 두께와 최소 두께의 차.
한편, 멤브레인층(150)은 희생층(131)의 표면에 형성된다. 희생층(131)으로 폴리 실리콘(Poly Si)을 이용하는 경우, 폴리 실리콘(Poly Si)의 표면의 거칠기(roughness)에 의해 희생층(131)의 표면에는 약 10Å의 두께 편차가 발생될 수 있다.
삭제
이로 인해 희생층(131) 상에 적층되는 멤브레인층(150)은 희생층(131) 표면의 거칠기로 인해 최대 약 10Å의 두께 편차가 발생될 수 있으며, 이 경우 멤브레인층(150) 두께 편차의 하한은 10Å으로 규정될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편 희생층(131) 제거 과정에서, 기판(110)의 식각 저지층(115)도 멤브레인층(150)과 함께 일부가 함께 제거될 수 있으며, 이로 인해 도 9에 도시된 바와 같이 기판(110)에도 두께 편차 ㅿSg 가 발생될 수 있다.
식각 저지층(115)이 멤브레인층(150)과 동일한 재질로 형성되는 경우, 식각 저지층(115)은 멤브레인층(150)과 동일한 양이 제거될 수 있다. 따라서 식각 저지층(115)의 두께 편차 ㅿSg 는 상기한 조건식 1과 동일한 범위로 한정될 수 있다.
이로 인해 본 실시예에 따른 음향 공진기의 캐비티는 간격의 편차(ㅿCg, ㅿSg+ㅿMg)와 관련하여 식 2를 만족할 수 있다.
(식 2) 0Å≤ ㅿCg ≤ 340Å
여기서 ㅿCg는 캐비티의 최대 간격(g2)과 최소 간격(g1)의 차이다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기(100)는 멤브레인층(150)의 두께 편차를 최소화하기 위해 에칭 가스가 유입되는 개구(P)의 크기를 한정한다.
개구(P)의 크기가 확장되는 경우, 시간 당 캐비티(C) 측으로 유입될 수 있는 에칭 가스의 양이 증가된다. 따라서 개구(P)가 작은 구조에 비해, 빠른 시간 내에 희생층(131)을 제거할 수 있으며, 이에 멤브레인층(150)이나 식각 저지층(115)에 식각이 진행되는 것을 최소화할 수 있다.
도 1을 참조하면, 개구(P)는 캐비티(C)의 윤곽을 따라 배치된다. 그러나 개구들(P)은 공진 활성 영역(S)에서 캐비티(C)의 윤곽까지 터널 형태로 형성되며, 상기 터널의 양단은 대략 동일한 크기로 형성된다. 따라서, 본 실시예에서는 개구(P)가 공진 활성 영역(S)의 외곽을 따라 배치되는 것과 마찬가지로 이해될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 공진 활성 영역(S)은 양측에 연결 전극(121a, 125a)이 연결되므로, 개구(P)는 공진 활성 영역(S) 외곽 중 연결 전극(121a, 125a)이 배치된 부분을 제외한 나머지 부분에만 형성될 수 있다.
최근의 음향 공진기 제조 기술을 고려하면, 연결 전극(121a, 125a)의 폭은 60㎛를 하한으로 규정할 수 있다. 음향 공진기(100)는 2개의 연결 전극(121a, 125a)을 구비하므로, 공진 활성 영역(S)의 둘레에서 120㎛는 연결 전극(121a, 125a)이 배치되는 데에 이용된다.
따라서 공진 활성 영역(S)의 전체 둘레는 120㎛보다 크게 형성되어야 한다.
한편, 공진 활성 영역(S)의 면적이 클수록 공진 활성 영역(S)의 전체 둘레가 증가하게 되므로 개구(P)도 크게 형성할 수 있다. 따라서 본 실시예에서는 공진 활성 영역(S)의 면적과, 개구(P)의 길이의 비를 기반으로 하여 개구(P)의 크기를 수치적으로 한정한다.
본 실시예에 따른 음향 공진기(100)는 개구(P)의 크기와 관련하여 다음의 식 3을 만족한다.
(식 3) 30㎛ ≤ Ra/Hw ≤ 200㎛
여기서, Ra는 공진 활성 영역(S)의 면적(㎛2)을 의미하며, Hw은 개구(P)의 전체 길이(㎛)를 의미한다. 또한 공진 활성 영역(S)의 면적이란 도 1에 도시된 음향 공진기의 평면에 도시된 공진 활성 영역(S)의 전체 면적을 의미하며, 개구(P)의 길이란 캐비티(C)의 윤곽을 따라 형성된 개구들(P)의 전체 길이를 의미한다.
따라서, Ra/Hw가 감소된다는 것은 개구(P)의 전체 길이가 증가되어 연결 전극(121a, 125a) 제외한 공진 활성 영역(S)의 전체 둘레를 따라 개구(P)가 형성된다는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 4개의 개구(P)가 음향 공진기(100)에 구비된다. 따라서 Hw는 각 개구들(P) 길이(L1, L2, L3, L4)의 합으로 규정된다.
예를 들어 공진 활성 영역(S)의 전체 둘레가 400㎛(계산의 편의를 위해 한 변이 100㎛인 정사각 형상으로 공진 활성 영역(S)이 형성된 것으로 가정)이고, 연결 전극의 폭이 60㎛ 인 경우, 개구(P)가 형성될 수 있는 최대 길이는 280㎛로 한정된다. 이 경우, 공진 활성 영역(S)의 면적은 10000㎛2 이므로, 상기한 Ra/Hw는 35.7㎛ 가 산출된다. 따라서 상기한 식 3의 범위에 포함됨을 알 수 있다.
다른 예로, 공진 활성 영역(S)의 전체 둘레가 240㎛(계산의 편의를 위해 한 변이 60㎛인 정사각 형상으로 공진 활성 영역(S)이 형성된 것으로 가정)이고, 연결 전극의 폭이 60㎛ 인 경우, 개구(P)가 형성될 수 있는 최대 길이는 120㎛로 한정된다. 이 경우, 공진 활성 영역(S)의 면적은 3600㎛2 이므로, 상기한 Ra/Hw는 30㎛ 가 산출된다. 따라서 상기 예도 식 3의 범위에 포함되며, 본 예의 Ra/Hw가 식 3의 하한 값임을 알 수 있다.
개구(P)의 전체 길이(L1+L2+L3+L4)가 연결 전극(121a, 125a)의 전체 폭보다 짧게 형성되는 경우, 상기한 Ra/Hw은 30㎛보다 크게 나타난다. 따라서, 개구(P)의 전체 길이(L1+L2+L3+L4)는 연결 전극들(121a, 125a)의 전체 폭과 동일하거나 더 크게 형성되어야 식 3의 범위에 포함될 수 있다.
한편, 식 3의 Ra/Hw 하한 값은 연결 전극(121a, 125a)의 전체 폭을 120㎛로 한정함에 따라 도출된 값이므로, 연결 전극(121a, 125a)의 폭이 변경되는 경우, 하한 값도 변경될 수 있다.
도 12는 Ra/Hw의 변화에 따른 리플 성분의 변화를 설명하기 위한 도면으로, 공진 활성 영역(S)의 면적을 일정하게 유지하면서 Ra/Hw의 변화에 따른 리플 성분의 변화를 측정한 결과를 표와 그래프로 도시하였다.
이를 참조하면 Ra/Hw의 값이 작아질수록 리플 성분도 작아지는 것을 알 수 있다. 또한 그래프를 참조하면, Ra/Hw의 값이 200㎛ 이상으로 증가하게 되면 그래프에 도시된 바와 같이 리플 성분이 급격히 증가하는 것을 알 수 있다.
따라서 본 실시예에 따른 음향 공진기는 Ra/Hw가 비교적 선형으로 증가하는 한계점인 200㎛를 Ra/Hw의 상한 값으로 규정한다.
이상에서 설명한 본 실시예에 따른 음향 공진기는 공진 성능을 높이기 위해 리플 성분을 최소화 할 수 있는 구성을 제시한다. 구체적으로 멤브레인층와 식각 저지층의 두께 편차를 제한하며, 이를 위해 개구의 길이를 한정한다.
개구의 길이가 확장됨에 따라 희생층이 빠른 속도로 제거될 수 있으므로, 희생층과 함께 멤브레인층과 식각 저지층이 제거되는 것을 최소화할 수 있어 캐비티의 간격 편차를 줄일 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 음향 공진기(200)는 체적 음향 공진기(BAW, Bulk Acoustic Wave Resonator) 일 수 있으며, 기판(110), 캐비티층(140), 공진부(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
기판(110)은 실리콘이 적층된 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(110)으로는 실리콘 웨이퍼가 이용되거나, SOI(Silicon On Insulator) 타입의 기판이 이용될 수 있다.
기판(110)은 질화실리콘(SiN) 또는 산화실리콘(SiO2)을 포함하는 식각 저지층(115)을 포함할 수 있다. 식각 저지층(115)은 기판(110)의 일면에 배치되며, 음향 공진기 제조 과정에서 캐비티(C)를 형성할 때, 에칭가스에 의해 기판(110)이 식각되는 것을 방지하기 위해 구비된다.
캐비티층(140)은 기판(110) 상에 형성되며, 캐비티층(140)의 내부에는 캐비티(C)와 식각 방지부(145)가 배치된다.
캐비티(C)는 빈 공간으로 형성되며, 캐비티층(140)의 일부를 제거함으로써 형성될 수 있다.
캐비티(C)가 캐비티층(140)에 내에 형성됨에 따라, 캐비티층(140)의 상부에 형성되는 공진부(120)는 전체적으로 편평하게 형성될 수 있다.
식각 방지부(145)는 캐비티(C)의 가장자리를 따라 배치된다. 식각 방지부(145)는 캐비티(C) 형성 과정에서 캐비티 영역 이상으로 식각이 진행되는 것을 방지하기 위해 구비된다. 따라서, 캐비티(C)의 수평 영역은 식각 방지부(145)에 의해 규정된다.
멤브레인층(150)은 캐비티층(140) 상에 형성되어 기판(110)과 함께 캐비티(C)의 수직 영역을 규정한다. 따라서 멤브레인층(150)도 캐비티(C)를 형성하는 과정에서 쉽게 제거되지 않는 재질로 형성된다.
예를 들어, 캐비티층(140)의 일부(예컨대, 캐비티 영역)을 제거하기 위해 불소(F), 염소(Cl) 등의 할라이드계 에칭가스를 이용하는 경우, 멤브레인층(150)은 상기한 에칭가스와 반응성이 낮은 재질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 멤브레인층(150)은 질화실리콘(SiN), 산화실리콘(SiO2), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 중 어느 하나의 재질을 함유하는 유전체층(Dielectric layer) 또는 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 백금(Pt), 갈륨(Ga), 하프늄(Hf) 중 어느 하나의 재질을 함유하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
공진부(120)는 제1 전극(121), 압전층(123), 및 제2 전극(125)을 포함한다. 공진부(120)는 아래에서부터 제1 전극(121), 압전층(123), 및 제2 전극(125)이 순서대로 적층되어 형성될 수 있다. 따라서 압전층(123)은 제1 전극(121)과 제2 전극(125) 사이에 배치된다.
공진부(120)는 멤브레인층(150) 상에 형성되므로, 결국 기판(110)의 상부에는 멤브레인층(150), 제1 전극(121), 압전층(123) 및 제2 전극(125)이 차례로 적층되며 형성된다.
공진부(120)는 제1 전극(121), 압전층(123), 및 제2 전극(125)에 의해 형성되는 공진 활성 영역(S)을 구비한다. 공진 활성 영역(S)은 압전층(123)의 진동을 통해 실질적으로 공진이 발생되는 영역으로, 본 실시예에서는 캐비티(C) 상부에 위치하며 프레임(170)의 윤곽 내부에 배치되는 영역으로 규정된다.
제1 전극(121) 및 제2 전극(125)은 금, 몰리브덴, 루테늄, 이리듐, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 크롬, 니켈 등과 같은 금속으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
압전층(123)은 제1 전극(121)을 덮도록 형성된다.
압전층(123)의 재료로는 산화 아연(ZnO), 질화 알루미늄(AlN), 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride), 지르콘 티탄산 납(Lead Zirconate Titanate), 쿼츠(Quartz) 등이 선택적으로 이용될 수 있다. 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride) 경우 희토류 금속(Rare earth metal) 또는 전이 금속을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 희토류 금속은 스칸듐(Sc), 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 전이 금속은 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 및 마그세늄(Mg) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
공진부(120)의 상부에는 프레임(170)이 배치될 수 있다.
프레임(170)은 공진부(120)의 테두리를 따라 링 형태로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 불연속적인 다수의 호 형태로 형성될 수도 있다.
프레임(170)은 압전체, 유전체 혹은 금속으로 구성된다. 예를 들어 프레임(170)은 질화 알루미늄(AlN), 티탄산지르콘산납(PZT), 산화 규소(SiO2), 산화티탄(TiO2), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), 금(Au), 티탄(Ti), 구리(Cu), 텅스텐(W), 및 알루미늄(Al) 중 하나 또는 어느 하나를 주성분으로 하는 합성 재료로 형성할 수 있다.
보호층(127)은 음향 공진기(100)의 표면을 따라 배치되어 음향 공진기(100)를 외부로부터 보호한다. 보호층(127)은 제2 전극(125) 과 프레임(170)이 형성하는 표면을 따라 배치될 수 있다.
보호층(127)은 실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열 중의 하나의 절연 물질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(121)과 제2 전극(125)은 공진부(120)의 외측으로 연장 형성되어 각각 제1 접속 전극(180)과 제2 접속 전극(190)에 연결된다.
제1 접속 전극(180)과 제2 접속 전극(190)은 금(Au), 금-주석(Au-Sn) 합금, 구리(Cu), 구리-주석(Cu-Sn) 합금 등의 금속 재질 등으로 이루어질 수 있다.
제1 접속 전극(180)과 제2 접속 전극(190)은 공진기와 필터 특성을 확인하는 외부 접속 단자로 이용될 수도 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 음향 공진기는 전술한 실시예와 마찬가지로, 전술한 식 1 내지 식 3에 의해 멤브레인층(150)의 두께 편차(ㅿMg) 범위와 캐비티(C) 간격의 편차(ㅿCg) 범위, 그리고 개구(P)의 크기가 한정될 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 상기한 체적 음향 공진기가 구비되는 필터에 대하여 설명한다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 필터를 나타내는 개략적인 회로도이다. 도 14에 개시되는 필터에 채용되는 복수의 체적 음향 공진기 각각은 도 1 또는 도 13에 도시된 음향 공진기일 수 있다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 필터(1000)는 래더 타입(ladder type)의 필터 구조로 형성될 수 있다. 구체적으로, 필터(1000)는 복수의 체적 음향 공진기(1100,1200)를 포함한다. 제1 체적 음향 공진기(1100)는 입력 신호(RFin)가 입력되는 신호 입력단과 출력 신호(RFout)가 출력되는 신호 출력단 사이에 직렬 연결될 수 있고, 제2 체적 음향 공진기(1200)는 상기 신호 출력단과 접지 사이에 연결된다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터를 나타내는 개략적인 회로도이다. 도 15에 개시되는 필터에 채용되는 복수의 체적 음향 공진기 각각은 도 1 또는 도 13에 도시된 음향 공진기일 수 있다.
도 15를 참조하면, 본 실시예에 따른 필터(2000)는 래티스 타입(lattice type)의 필터 구조로 형성될 수 있다. 구체적으로, 필터(2000)는 복수의 체적 음향 공진기(2100, 2200, 2300, 2400)를 포함하여, 밸런스드(balanced) 입력 신호(RFin+, RFin-)를 필터링하여 밸런스드 출력 신호(RFout+, RFout-)를 출력할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100, 200: 음향 공진기
110: 기판
120: 공진부
121: 제1 전극 123: 압전층
125: 제2 전극 127: 보호층
130: 캐비티 131: 희생층
140: 캐비티층 150: 멤브레인층
170: 프레임
180: 제1 접속 전극
190: 제2 접속 전극

Claims (14)

  1. 기판; 및
    상기 기판 상에 배치되며, 하부로부터 멤브레인층, 제1 전극, 압전층, 및 제2 전극이 순차적으로 적층된 공진부;
    를 포함하며,
    상기 공진부는 캐비티에 의해 상기 기판과 이격되고,
    상기 공진부는 상기 캐비티 상에 배치되는 공진 활성 영역을 구비하며,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 각각 상기 공진 활성 영역의 외측으로 연장되는 연결 전극을 구비하고,
    상기 캐비티는 외부와 연결되는 적어도 하나의 개구를 포함하며,
    상기 멤브레인층의 두께와 관련하여 다음의 식1을 만족하고,
    상기 개구의 전체 길이와 관련하여 다음의 식2를 만족하는 음향 공진기.
    (식1) 0Å < ㅿMg ≤ 170Å
    여기서 ㅿMg는 상기 캐비티 내에 배치되는 상기 멤브레인층의 최대 두께와 최소 두께의 차
    (식2) 30㎛ ≤ Ra/Hw ≤ 200㎛
    여기서 Ra는 공진 활성 영역의 면적(㎛2), Hw은 상기 개구의 전체 길이(㎛), 상기 개구의 전체 길이는 상기 캐비티의 평면 윤곽을 따라 형성되는 상기 개구들 길이의 합
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공진부와 상기 기판이 이격되는 거리인 상기 캐비티의 간격과 관련하여 다음의 식을 만족하는 음향 공진기.
    (식) 0Å≤ ㅿCg ≤ 340Å
    여기서, ㅿCg는 캐비티의 최대 간격과 최소 간격 사이의 차
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연결 전극의 폭은 각각 60㎛ 이상으로 형성되는 음향 공진기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 개구는
    상기 멤브레인층과 상기 기판 사이에 형성되는 음향 공진기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 개구의 전체 길이는,
    상기 연결 전극들의 전체 폭과 동일하거나 더 크게 형성되는 음향 공진기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 일면에 형성되는 식각 저지층을 포함하며,
    상기 캐비티는 상기 식각 저지층과 상기 멤브레인층 사이에 형성되는 음향 공진기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 식각 저지층은,
    상기 멤브레인층과 동일한 재질로 형성되는 음향 공진기.
  10. 기판;
    캐비티에 의해 상기 기판과 이격되고, 상기 캐비티 상부에 멤브레인층, 제1 전극, 압전층, 및 제2 전극이 순차적으로 적층되어 형성되는 공진 활성 영역; 및
    상기 캐비티의 외곽을 따라 형성되어 상기 캐비티와 외부를 연결하는 적어도 하나의 개구;
    를 포함하고,
    상기 개구의 전체 길이와 관련하여 다음의 식을 만족하는 음향 공진기.
    (식) 30㎛ ≤ Ra/Hw ≤ 200㎛
    여기서, Ra는 상기 공진 활성 영역의 면적(㎛2), Hw은 상기 개구의 전체 길이(㎛), 상기 개구의 전체 길이는 상기 캐비티의 평면 윤곽을 따라 형성되는 상기 개구들 길이의 합
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극에서 각각 상기 공진 활성 영역의 외측으로 연장되는 연결 전극을 더 포함하며,
    상기 연결 전극의 폭은 각각 60㎛ 이상으로 형성되는 음향 공진기.
  12. 제11항에 있어서, 상기 개구의 전체 길이는,
    상기 연결 전극들의 전체 폭과 동일하거나 더 크게 형성되는 음향 공진기.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 기판과 상기 공진 활성 영역 사이에 개재되는 캐비티층을 더 포함하며,
    상기 캐비티는 상기 캐비티층 내에 형성되는 음향 공진기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 캐비티층 내에 배치되며, 상기 캐비티의 가장자리를 따라 배치되는 식각 방지부를 더 포함하는 음향 공진기.
KR1020170036738A 2017-03-23 2017-03-23 음향 공진기 KR102052795B1 (ko)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170036738A KR102052795B1 (ko) 2017-03-23 2017-03-23 음향 공진기
US15/788,062 US10778179B2 (en) 2017-03-23 2017-10-19 Acoustic wave resonator
CN201711315132.3A CN108631748B (zh) 2017-03-23 2017-12-12 声波谐振器及包括该声波谐振器的滤波器
CN202111635908.6A CN114520640A (zh) 2017-03-23 2017-12-12 声波谐振器及包括该声波谐振器的滤波器
US16/989,129 US11323088B2 (en) 2017-03-23 2020-08-10 Acoustic wave resonator
US16/992,434 US11595015B2 (en) 2017-03-23 2020-08-13 Acoustic wave resonator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170036738A KR102052795B1 (ko) 2017-03-23 2017-03-23 음향 공진기

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180107876A KR20180107876A (ko) 2018-10-04
KR102052795B1 true KR102052795B1 (ko) 2019-12-09

Family

ID=63583042

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170036738A KR102052795B1 (ko) 2017-03-23 2017-03-23 음향 공진기

Country Status (3)

Country Link
US (3) US10778179B2 (ko)
KR (1) KR102052795B1 (ko)
CN (2) CN108631748B (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102107024B1 (ko) * 2018-11-22 2020-05-07 삼성전기주식회사 음향 공진기
US11431318B2 (en) * 2018-12-14 2022-08-30 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Acoustic resonator and method of manufacturing thereof
JP7097074B2 (ja) * 2019-02-07 2022-07-07 国立研究開発法人産業技術総合研究所 窒化物圧電体およびそれを用いたｍｅｍｓデバイス
CN111786654B (zh) * 2019-04-04 2023-01-06 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 体声波谐振器及其制造方法和滤波器、射频通信系统
KR102149386B1 (ko) * 2019-04-16 2020-08-28 삼성전기주식회사 음향 공진기 및 음향 공진기 필터
CN111010132A (zh) * 2019-07-08 2020-04-14 天津大学 体声波谐振器、滤波器及电子设备
US11437975B2 (en) * 2019-09-06 2022-09-06 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Bulk acoustic resonator and filter device

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05111281A (ja) 1991-10-14 1993-04-30 Yaskawa Electric Corp 誘導電動機の速度制御方法および装置
JPH0983029A (ja) 1995-09-11 1997-03-28 Mitsubishi Electric Corp 薄膜圧電素子の製造方法
US5853601A (en) * 1997-04-03 1998-12-29 Northrop Grumman Corporation Top-via etch technique for forming dielectric membranes
KR20040084478A (ko) * 2003-03-28 2004-10-06 김수길 고주파용 박막 체적 탄성파 공진기 소자 및 그 제조 방법
US7242130B2 (en) * 2003-11-07 2007-07-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Piezoelectric device, antenna duplexer, and method of manufacturing piezoelectric resonators used therefor
JP4554337B2 (ja) 2003-11-20 2010-09-29 パナソニック株式会社 圧電素子、および複合圧電素子、ならびにそれらを用いたフィルタ、共用器、通信機器
EP1533896B1 (en) 2003-11-20 2011-11-02 Panasonic Corporation Piezoelectric element, composite piezoelectric element, and filter, duplexer and communication equipment using the same
JP2007335977A (ja) * 2006-06-12 2007-12-27 Toshiba Corp 電子素子
KR101238360B1 (ko) * 2006-08-16 2013-03-04 삼성전자주식회사 공진기 및 그 제조 방법
JP5220503B2 (ja) 2008-07-23 2013-06-26 太陽誘電株式会社 弾性波デバイス
JP5111281B2 (ja) 2008-07-31 2013-01-09 京セラ株式会社 圧電共振器およびその製造方法
KR101918282B1 (ko) * 2012-03-23 2018-11-13 삼성전자주식회사 체적 음향 공진기를 이용한 ｒｆ 필터 및 ｒｆ 트랜시버
KR101918031B1 (ko) * 2013-01-22 2018-11-13 삼성전자주식회사 스퓨리어스 공진을 감소시키는 공진기 및 공진기 제작 방법
KR101973416B1 (ko) * 2014-07-31 2019-04-29 삼성전기주식회사 음향 공진기 및 음향 공진기의 제조 방법
US10069472B2 (en) 2015-04-10 2018-09-04 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Bulk acoustic wave resonator and filter including the same
KR101901696B1 (ko) * 2015-04-10 2018-09-28 삼성전기 주식회사 체적 음향 공진기 및 이를 포함하는 필터
US20160329481A1 (en) 2015-05-04 2016-11-10 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Bulk acoustic wave resonator and filter including the same
US10009007B2 (en) 2015-06-16 2018-06-26 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Bulk acoustic wave resonator with a molybdenum tantalum alloy electrode and filter including the same
US10090822B2 (en) * 2015-08-25 2018-10-02 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Surface acoustic wave (SAW) resonator
KR101843244B1 (ko) 2016-02-17 2018-05-14 삼성전기주식회사 음향 공진기 및 그 제조 방법
CN105897211B (zh) * 2016-05-18 2020-01-14 华南理工大学 多谐振模式的薄膜体声波谐振器及其制备方法和滤波器
US10734968B2 (en) 2016-08-26 2020-08-04 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Bulk acoustic resonator and filter including the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180107876A (ko) 2018-10-04
US20200373900A1 (en) 2020-11-26
US10778179B2 (en) 2020-09-15
US11595015B2 (en) 2023-02-28
CN108631748B (zh) 2022-03-15
CN114520640A (zh) 2022-05-20
CN108631748A (zh) 2018-10-09
US20180278230A1 (en) 2018-09-27
US11323088B2 (en) 2022-05-03
US20200373899A1 (en) 2020-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102052795B1 (ko) 음향 공진기
KR102248528B1 (ko) 음향 공진기 및 그 제조 방법
CN107786182B (zh) 体声波谐振器和包括该体声波谐振器的滤波器
KR102642910B1 (ko) 음향 공진기 및 그 제조 방법
US10432166B2 (en) Piezoelectric thin film resonator, filter, and multiplexer
CN109818591B (zh) 声波谐振器
KR102066958B1 (ko) 필터
KR20180006248A (ko) 음향 공진기 및 그 제조 방법
KR102248524B1 (ko) 체적 음향 공진기 및 이를 구비하는 필터
KR102449355B1 (ko) 음향 공진기 및 그의 제조 방법
KR102172638B1 (ko) 음향 공진기 및 그 제조 방법
KR20210029644A (ko) 체적 음향 공진기
KR102172636B1 (ko) 체적 음향 공진기
KR102449367B1 (ko) 음향 공진기 및 그의 제조 방법
KR102450602B1 (ko) 체적 음향 공진기
JP2019201305A (ja) 音響共振器
KR102691310B1 (ko) 음향 공진기
KR20200126647A (ko) 프론트 엔드 모듈
KR20200078084A (ko) 프론트 엔드 모듈
KR20230079955A (ko) 체적 음향 공진기
KR20230038965A (ko) 체적 음향 공진기
KR20230103494A (ko) 체적 음향 공진기

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