KR102052829B1 - 음향 공진기 및 이를 포함하는 음향 공진기 필터 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기는, 기판 및 상기 기판 상에 제1 전극, 압전층, 제2 전극이 순차적으로 적층된 중앙부와 상기 중앙부의 둘레를 따라 배치되는 확장부로 구성되는 공진부를 포함하며, 상기 공진부는 평면이 비대칭의 다각형 형상으로 구성되고, 상기 확장부에서 상기 압전층 하부에는 삽입층이 배치되며 상기 압전층의 상부면은 상기 삽입층의 형상을 따라 융기되고, 상기 삽입층은 상기 확장부의 형상을 따라 비대칭의 다각형 형상으로 형성된다.

Description

음향 공진기 및 이를 포함하는 음향 공진기 필터{ACOUSTIC RESONATOR AND ACOUSTIC RESONATOR FILTER INCLUDING THE SAME}
본 발명은 음향 공진기 및 이를 포함하는 음향 공진기 필터에 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) 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 바이오 기기 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 지속적인 연구가 이루어지고 있다.
특허문헌 1. 미국공개특허 제2014-0118087호
본 발명의 목적은 성능을 향상시킬 수 있는 음향 공진기를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 크기를 최소화할 수 있는 음향 공진기 필터를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기는, 기판 및 상기 기판 상에 제1 전극, 압전층, 제2 전극이 순차적으로 적층된 중앙부와 상기 중앙부의 둘레를 따라 배치되는 확장부로 구성되는 공진부를 포함하며, 상기 공진부는 평면이 비대칭의 다각형 형상으로 구성되고, 상기 확장부에서 상기 압전층 하부에는 삽입층이 배치되며 상기 압전층의 상부면은 상기 삽입층의 형상을 따라 융기되고, 상기 삽입층은 상기 확장부의 형상을 따라 비대칭의 다각형 형상으로 형성된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기 필터는, 기판 및 상기 기판 상에 인접하게 배치되며 각각 비대칭의 다각형 형상으로 평면이 구성되는 제1 공진부와 제2 공진부를 포함하며, 상기 제1 공진부와 상기 제2 공진부는 각각 제1 전극, 압전층, 제2 전극이 순차적으로 적층된 중앙부와 상기 중앙부의 둘레를 따라 배치되는 확장부로 구성되는 공진부를 구비하고, 상기 확장부에서 상기 압전층 하부에는 삽입층이 배치되며 상기 압전층의 상부면은 상기 삽입층의 형상을 따라 융기된다.
본 발명에 따른 음향 공진기는 압전층 하부에 배치되는 삽입층에 의해 압전층 및 제2 전극에 경사진 영역이 형성되어 횡방향 진동이 외곽으로 빠져나가는 것을 억제하므로, 음향 공진기의 성능을 높일 수 있다.
또한, 공진부의 전체적인 평면을 비대칭 다각형 형태로 구성하여 음향 공진기들 사이의 이격 거리를 최소화하며, 이에 음향 공진기 필터 크기를 최소화할 수 있다.
또한 공진부의 평면 형상이 대칭 다각형일 경우, 수평파가 반대편의 변에서 반사되어 만나 새로운 공진 모드 등을 형성할 수 있어 공진기의 손실을 증가시킬 수 있으나 본 발명과 같이 비대칭 다각형일 경우 수평파가 정상파를 형성하는 공진모드를 배제하여 해당 공진 모드에 기인하는 손실을 줄일 수 있다.
또한 대칭형 다각형 대비 비대칭형 다각형일 경우 복수의 공진기를 형성해야하는 디바이스에서 공진기들 간의 배치가 보다 자유로울 수 있다.
더하여, 공진부의 평면이 형성하는 다각형 형상에서, 변의 중심에 위치하는 삽입층의 경사각을 상대적으로 작게 구성하고, 수평파(lateral acoustic wave)들의 간섭이 증가하는 꼭지점 부분에서는 상대적으로 삽입층의 경사각을 크게 구성함으로써, 꼭지점 부분에서 수평파 손실을 더 줄일 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기 필터의 필터 평면도.
도 1b는 도 1a의 A 부분을 확대하여 도시한 음향 공진기의 평면도.
도 2는 도 1b의 I-I′에 따른 단면도.
도 3은 도 1b의 II-II′에 따른 단면도.
도 4 는 도 1b의 III-III′에 따른 단면도.
도 5a는 도 2에 도시된 따른 삽입층을 개략적으로 도시한 사시도.
도 5b는 도 5a의 IV-IV′에 따른 단면을 도시한 도면.
도 5c는 도 5a의 V-V′에 따른 단면을 도시한 도면.
도 5d는 도 5b와 도 5c를 겹쳐서 도시한 도면.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 11 내지 도 13은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 19은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 제2 전극 구조에 따른 음향 공진기의 공진 성능을 도시한 그래프.
도 21은 도 20에 도시된 그래프의 값을 정리한 표.
도 22 및 도 23은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 효과를 설명하기 위한 도면.
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 1a는 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기 필터의 평면도이고, 도 1b는 도 1a의 A 부분을 확대하여 도시한 음향 공진기의 평면도이다. 또한 도 2는 도 1b의 I-I′에 따른 단면도이고, 도 3은 도 1b의 II-II′에 따른 단면도이며, 도 4 는 도 1b의 III-III′에 따른 단면도이다.
한편 설명의 편의를 위해, 도 1a와 도 1b는 보호층(도 2의 127)을 생략하고 도시하였으며, 도 1a의 경우 각 음향 공진기(100, 200, 300)는 제2 전극(125)과, 제1 전극(121)의 윤곽만을 개략적으로 도시하였다.
도 1a 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기 필터(1)는 기판(110) 상에 다수의 음향 공진기들(100, 200, 300)이 배치된다. 다수의 음향 공진기들(100, 200, 300)은 상호 간에 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기(100)는 체적 음향 공진기(BAW, Bulk Acoustic Wave Resonator) 일 수 있으며, 기판(110), 희생층(140), 공진부(120), 및 삽입층(170)을 포함할 수 있다.
기판(110)은 실리콘 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(110)으로는 실리콘 웨이퍼가 이용되거나, SOI(Silicon On Insulator) 타입의 기판이 이용될 수 있다.
기판(110)의 상면에는 절연층(115)이 마련되어 기판(110)과 공진부(120)를 전기적으로 격리시킬 수 있다. 또한 절연층(115)은 음향 공진기 제조 과정에서 캐비티(C)를 형성할 때, 에칭가스에 의해 기판(110)이 식각되는 것을 방지한다.
이 경우, 절연층(115)은 이산화규소(SiO2), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 산화 알루미늄(Al2O3), 및 질화 알루미늄(AlN) 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition), RF 마그네트론 스퍼터링(RF Magnetron Sputtering), 및 에바포레이션(Evaporation) 중 어느 하나의 공정을 통해 기판(110)에 형성될 수 있다.
희생층(140)은 절연층(115) 상에 형성되며, 희생층(140)의 내부에는 캐비티(C)와 식각 방지부(145)가 배치된다.
캐비티(C)는 빈 공간으로 형성되며, 희생층(140)의 일부를 제거함으로써 형성될 수 있다.
캐비티(C)가 희생층(140)에 내에 형성됨에 따라, 희생층(140)의 상부에 형성되는 공진부(120)는 전체적으로 편평하게 형성될 수 있다.
식각 방지부(145)는 캐비티(C)의 경계를 따라 배치된다. 식각 방지부(145)는 캐비티(C) 형성 과정에서 캐비티 영역 이상으로 식각이 진행되는 것을 방지하기 위해 구비된다. 따라서, 캐비티(C)의 수평 면적은 식각 방지부(145)에 의해 규정되고, 수직 면적은 희생층(140)의 두께에 의해 규정된다.
식각 방지부(145)와 희생층(140)의 경계에서 가파른(Abrupt) 단차가 발생하는 것을 방지하기 위해, 식각 방지부(145)는 측면이 경사지게 형성된다. 또한 디슁(Dishing) 현상이 발생하는 것을 방지하기 위해 식각 방지부(145)가 형성하는 패턴(P)의 하면 폭을 좁게 형성한다.
예를 들어, 식각 방지부(145)의 하면과 측면이 이루는 각도는 110° ~ 160° 일 수 있다. 또한 식각 방지부(145) 하면의 폭은 2㎛ ~ 30㎛으로 구성될 수 있다.
멤브레인층(150)은 희생층(140) 상에 형성되어 기판(110)과 함께 캐비티(C)의 두께(또는 높이)를 규정한다. 따라서 멤브레인층(150)도 캐비티(C)를 형성하는 과정에서 쉽게 제거되지 않는 재질로 형성된다.
예를 들어, 희생층(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 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한 멤브레인층(150)은 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 중 적어도 하나의 재질을 함유하는 유전체층(Dielectric layer)으로 이루어지거나, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 백금(Pt), 갈륨(Ga), 하프늄(Hf) 중 적어도 하나의 재질을 함유하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
멤브레인층(150) 상에는 질화 알루미늄(AlN)으로 제조되는 시드층(미도시)이 형성될 수 있다. 구체적으로 시드층은 멤브레인층(150)과 제1 전극(121) 사이에 배치될 수 있다. 시드층은 AlN 이외에도 HCP 구조를 가지는 유전체 또는 금속을 이용하여 형성될 수 있다. 금속일 경우 예를 들어, 시드층은 티타늄(Ti)으로 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 적층된다. 따라서 공진부(120)에서 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 적층되어 공진부(120)를 형성한다.
공진부(120)는 제1 전극(121)과 제2 전극(125)에 인가되는 신호에 따라 압전층(123)을 공진시켜 공진 주파수 및 반공진 주파수를 발생시킬 수 있다.
공진부(120)는 제1 전극(121), 압전층(123), 및 제2 전극(125)이 대략 편평하게 적층된 중앙부(S), 그리고 제1 전극(121)과 압전층(123) 사이에 삽입층(170)이 개재되는 확장부(E)로 구분될 수 있다.
중앙부(S)는 공진부(120)의 중심에 배치되는 영역이고 확장부(E)는 중앙부(S)의 둘레를 따라 배치되는 영역이다. 따라서 확장부(E)는 중앙부(S)에서 외측으로 연장되는 영역으로, 중앙부(S)의 둘레를 따라 연속적인 고리 형상으로 형성되는 영역을 의미한다. 그러나 필요에 따라 일부 영역이 단절된 불연속적인 고리 형상으로 구성될 수도 있다.
이에 따라 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 중앙부(S)를 가로지르도록 공진부(120)를 절단한 단면에서, 중앙부(S)의 양단에는 각각 확장부(E)가 배치된다.
삽입층(170)은 중앙부(S)에서 멀어질수록 두께가 두꺼워지는 경사면(L)을 구비한다.
확장부(E)에서 압전층(123)과 제2 전극(125)은 삽입층(170) 상에 배치된다. 따라서 확장부(E)에 위치한 압전층(123)과 제2 전극(125)은 삽입층(170)의 형상을 따라 경사면을 구비한다.
본 실시예에서 삽입층(170)은 확장부(E)에 전체적으로 배치된다. 따라서 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 중앙부(S)를 가로지르도록 공진부(120)를 절단한 단면에서, 삽입층(170)은 중앙부(S)의 양단에 배치되는 확장부(E)에 모두 배치된다.
한편, 본 실시예에서는 확장부(E)가 공진부(120)에 포함되는 것으로 정의하고 있으며, 이에 따라 확장부(E)에서도 공진이 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 확장부(E)의 구조에 따라 확장부(E)에서는 공진이 이루어지지 않고 중앙부(S)에서만 공진이 이루어질 수도 있다.
제1 전극(121) 및 제2 전극(125)은 도전체로 형성될 수 있으며, 예를 들어 금, 몰리브덴, 루테늄, 이리듐, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 탄탈륨, 크롬, 니켈 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하는 금속이나, 이를 포함한 합금으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
공진부(120) 내에서 제1 전극(121)은 제2 전극(125)보다 넓은 면적으로 형성되며 제1 전극(121) 상에는 제1 전극(121)의 외곽을 따라 제1 금속층(180)이 배치된다. 따라서 제1 금속층(180)은 제2 전극(125)을 둘러 싸는 형태로 배치될 수 있다.
제1 전극(121)은 멤브레인층(150) 상에 배치되므로 전체적으로 편평하게 형성된다. 반면에 제2 전극(125)은 압전층(123) 상에 배치되므로, 압전층(123)의 형상에 대응하여 굴곡이 형성될 수 있다.
한편, 제1 전극(121)은 배치 영역에 따라, 공진부(120) 내에 배치되는 부분과, 공진부(120)의 외부에 배치되는 부분으로 구분될 수 있다. 공진부(120)의 외부에 배치되는 부분은 인접한 다른 음향 공진기(300)와 연결되는 연결 전극일 수 있다. 또한 공진부(120) 내에 배치되는 영역은 전체적인 평면이 비대칭 다각형 형태로 형성된다.
제2 전극(125)은 중앙부(S) 내에 전체적으로 배치되며, 확장부(E)에 부분적으로 배치된다. 이에, 제2 전극(125)은 후술되는 압전층(123)의 압전부(123a) 상에 배치되는 부분과, 압전층(123)의 굴곡부(123b) 상에 배치되는 부분으로 구분될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 실시예에서 제2 전극(125)은 압전부(123a) 전체와, 압전층(123)의 경사부(1231) 중 일부분을 덮는 형태로 배치된다. 따라서 확장부(E) 내에 배치되는 제2 전극(125a)은, 경사부(1231)의 경사면보다 작은 면적으로 형성되며, 공진부(120) 내에서 제2 전극(125)은 압전층(123)보다 작은 면적으로 형성된다.
이에 따라, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 중앙부(S)를 가로지르도록 공진부(120)를 절단한 단면에서, 제2 전극(125)의 끝단은 확장부(E) 내에 배치된다. 또한, 확장부(E) 내에 배치되는 제2 전극(125)의 끝단은 적어도 일부가 삽입층(170)과 겹치도록 배치된다. 여기서 겹친다는 의미는 삽입층(170)이 배치된 평면에 제2 전극(125)을 투영했을 때, 상기 평면에 투영된 제2 전극(125)의 형상이 삽입층(170)과 겹치는 것을 의미한다.
한편, 제2 전극(125)도 배치 영역에 따라, 공진부(120) 내에 배치되는 부분과, 공진부(120)의 외부에 배치되는 부분으로 구분될 수 있다. 공진부(120)의 외부에 배치되는 부분은 인접한 다른 음향 공진기(200)와 연결되는 연결 전극일 수 있다.
제2 전극(125)은 제1 전극(121)의 형상과 유사하게 구성되므로, 제2 전극(125)도 공진부(120) 내에 배치되는 영역은 전체적인 평면이 비대칭 다각형 형태로 형성된다.
압전층(123)은 제1 전극(121)과 후술되는 삽입층(170) 상에 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) 전이 금속, 또는 알칼리 토금속(alkaline earth metal)을 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), 탄탈륨(Ta), 및 니오븀(Nb) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 알칼리 토금속은 마그네슘(Mg)을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 압전층(123)은 중앙부(S)에 배치되는 압전부(123a), 그리고 확장부(E)에 배치되는 굴곡부(123b)를 포함한다.
압전부(123a)는 제1 전극(121)의 상부면에 직접 적층되는 부분이다. 따라서 압전부(123a)는 제1 전극(121)과 제2 전극(125) 사이에 개재되어 제1 전극(121), 제2 전극(125)과 함께 편평한 형태로 형성된다.
굴곡부(123b)는 압전부(123a)에서 외측으로 연장되어 확장부(E) 내에 위치하는 영역으로 정의될 수 있다.
굴곡부(123b)는 후술되는 삽입층(170) 상에 배치되며, 삽입층(170)의 형상을 따라 상부면이 융기되는 형태로 형성된다. 이에 압전층(123)은 압전부(123a)와 굴곡부(123b)의 경계에서 굴곡되며, 굴곡부(123b)는 삽입층(170)의 두께와 형상에 대응하여 융기된다.
굴곡부(123b)는 경사부(1231)와 연장부(1232)로 구분될 수 있다.
경사부(1231)는 후술되는 삽입층(170)의 경사면(L)을 따라 경사지게 형성되는 부분을 의미한다. 그리고 연장부(1232)는 경사부(1231)에서 외측으로 연장되는 부분을 의미한다.
경사부(1231)는 삽입층(170) 경사면(L)과 평행하게 형성되며, 경사부(1231)의 경사각은 삽입층(170) 경사면(L)의 경사각(도 4의 θ)과 동일하게 형성될 수 있다.
삽입층(170)은 멤브레인층(150)과 제1 전극(121), 그리고 식각 방지부(145)에 의해 형성되는 표면을 따라 배치된다.
삽입층(170)은 중앙부(S)의 주변에 배치되어 압전층(123)의 굴곡부(123b)를 지지한다. 따라서 압전층(123)의 굴곡부(123b)는 삽입층(170)의 형상을 따라 경사부(1231)와 연장부(1232)로 구분될 수 있다.
삽입층(170)은 중앙부(S)를 제외한 영역에 배치된다. 예를 들어 삽입층(170)은 기판(110) 상에서 중앙부(S)를 제외한 영역 전체에 배치되거나, 일부 영역에 배치될 수 있다.
도 5a는 도 2에 도시된 따른 삽입층을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 5b는 도 5a의 IV-IV′에 따른 단면을 도시한 도면이며, 도 5c는 도 5a의 V-V′에 따른 단면을 도시한 도면이다. 또한 도 5d는 도 5b와 도 5c를 겹쳐서 도시한 도면이다.
삽입층(170)은 공진부(120) 내에 배치되는 부분과, 공진부(120) 외측에 배치되는 영역으로 구분될 수 있다. 그리고 도 5a에 도시된 바와 같이, 삽입층(170) 중 공진부(120) 내에 배치되는 부분은 제1 전극(121)의 윤곽을 따라 비대칭 다각형의 고리(ring) 형상으로 형성된다.
본 실시예에서 공진부(120) 내에 배치되는 삽입층(170)은 도 5a에 도시된 바와 같이 연속적인 고리 형상으로 구성된다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 부분적으로 절단된 파선 형태로 공진부(120) 내에 배치되는 삽입층(170)을 구성하는 등 다양한 변형이 가능하다.
또한 삽입층(170)은 적어도 일부가 압전층(123)과 제1 전극(121) 사이에 배치된다.
중앙부(S)의 경계를 따라 배치되는 삽입층(170)의 측면은 중앙부(S)에서 멀어질수록 두께가 두꺼워지는 형태로 형성된다. 이로 인해 도 4에 도시된 바와 같이 삽입층(170)은 중앙부(S)와 인접하게 배치되는 측면이 일정한 경사각(θ)을 갖는 경사면(L)으로 형성된다. 이하에서 지칭하는 삽입층(170)의 경사각(θ)은 중앙부(S)와 인접하게 배치되는 삽입층(170)의 경사면(L)과 삽입층(170)의 바닥면 간의 각도를 의미한다.
삽입층(170)의 경사각(θ)이 5°보다 작게 형성되면, 이를 제조하기 위해서는 삽입층(170)의 두께를 매우 얇게 형성하거나 경사면(L)의 면적을 과도하게 크게 형성해야 하므로, 실질적으로 구현이 어렵다.
또한 삽입층(170)의 경사각(θ)이 70°보다 크게 형성되면, 삽입층(170) 상에 적층되는 압전층(123)의 경사부(1231) 경사각도 70°보다 크게 형성된다. 이 경우 압전층(123)이 과도하게 굴곡되므로, 압전층(123)의 굴곡 부분에서 크랙(crack)이 발생될 수 있다.
따라서, 본 실시예에서 상기 경사면(L)의 경사각(θ)은 5°이상, 70°이하의 범위로 형성된다.
삽입층(170)은 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(SiN), 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO)등의 유전체로 형성될 수 있으나, 압전층(123)과는 다른 재질로 형성된다. 또한, 필요에 따라 삽입층(170)이 구비되는 영역을 빈 공간(air)으로 형성하는 것도 가능하다. 이는 제조 과정에서 공진부(120)를 모두 형성한 후, 삽입층(170)을 제거함으로써 구현될 수 있다.
본 실시예에서 삽입층(170)의 두께는 제1 전극(121)의 두께와 동일하거나, 유사하게 형성될 수 있다. 또한 압전층(123)과 유사하거나 압전층(123) 보다 얇게 형성될 수 있다. 예를 들어, 삽입층(170) 두께는 100Å 이상으로 형성될 수 있다. 이 경우 증착 두께 조절이 용이하고 증착된 웨이퍼 내 두께 균일도도 확보가 가능하다. 또한, 삽입층(170) 두께는 압전층(123)의 두께보다 얇게 구성될 수 있다. 이에 삽입층(170)으로 인해 압전층(123)의 경사부가 형성될 수 있으며, 압전층(123)에 크랙(crack) 등이 발생하지 않을 수 있어 공진기 성능 향상에 기여를 할 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 공진부(120)는 빈 공간으로 형성되는 캐비티(C)를 통해 기판(110)과 이격 배치된다.
캐비티(C)는 음향 공진기 제조 과정에서 에칭 가스(또는 에칭 용액)을 유입 홀(도 1b, 도 3의 H)로 공급하여 희생층(140)의 일부를 제거함으로써 형성될 수 있다.
보호층(127)은 음향 공진기(100)의 표면을 따라 배치되어 음향 공진기(100)를 외부로부터 보호한다. 보호층(127)은 제2 전극(125), 압전층(123)의 굴곡부(123b), 그리고 삽입층(170)이 형성하는 표면을 따라 배치될 수 있다.
보호층(127)은 실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열, 알루미늄 옥사이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열 중의 어느 하나의 절연 물질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(121)과 제2 전극(125)은 공진부(120)의 외측으로 연장되는 연결 전극을 구비한다. 그리고 제1 전극(121)의 연결 전극의 상부면에는 제1 금속층(180)이 배치되고, 제2 전극(125)의 연결 전극 상부면에는 제2 금속층(190)이 배치된다.
제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)은 금(Au), 금-주석(Au-Sn) 합금, 구리(Cu), 구리-주석(Cu-Sn) 합금, 알루미늄(Al), 알루미늄-구리(Al-Cu) 합금 등의 재질로 이루어질 수 있다.
연결 전극에 배치되는 제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)은 본 실시예에 따른 음향 공진기와 인접하게 배치된 다른 음향 공진기의 전극을 전기적으로 연결하는 연결 배선으로 기능하거나, 외부 접속 단자로 기능할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 2에는 제2 전극(125)의 연결 전극 하부에도 삽입층(170)이 배치되는 경우를 도시하고 있으나, 본 발명의 구성은 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 제2 전극(125)의 연결 전극 하부에는 삽입층(170)이 제거된 구조로도 구현하는 것도 가능하다.
제1 금속층(180)은 삽입층(170)과 보호층(127)을 관통하여 제1 전극(121)에 접합된다.
또한 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 전극(121)은 제2 전극(125)보다 넓은 면적으로 형성되며, 제1 금속층(180)은 제2 전극(125)의 외측에 배치되는 제1 전극(121)의 둘레 부분에도 배치될 수 있다.
따라서, 제1 금속층(180)은 공진부(120)의 둘레를 따라 배치되며, 이에 제2 전극(125)을 둘러싸는 형태로 배치된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 제2 전극(125)은 압전층(123)의 압전부(123a)와 경사부(1231) 상에 적층 배치된다. 그리고, 제2 전극(125) 중 압전층(123)의 경사부(1231) 상에 배치되는 부분(도 4의 125a), 즉 확장부(E)에 배치되는 제2 전극(125a)은 경사부(1231)의 경사면의 전체가 아닌, 경사면 일부분에만 배치된다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 제2 전극 구조에 따른 음향 공진기의 공진 성능을 도시한 그래프이고, 도 21은 도 20에 도시된 그래프의 값을 정리한 표이다.
측정에 이용된 음향 공진기는 도 2 내지 도 4에 도시된 음향 공진기로, 삽입층(170)의 두께가 3000Å이고, 삽입층(170) 경사면(L)의 경사각(θ)이 20°이며, 경사면(L)의 길이(ls, 또는 폭)를 0.87㎛로 구성하였다.
한편, 본 실시예에서 압전층(123)의 경사면은 삽입층(170)의 경사면을 따라 동일한 형상으로 형성되므로, 압전층(123)의 경사면의 길이는 삽입층의 경사면(L) 길이(ls)와 동일한 것으로 간주될 수 있다.
도 20은 상기한 음향 공진기에서 확장부(E)에 배치되는 제2 전극(125a)의 폭(We)을 변화시키며 음향 공진기의 감쇄(Attenuation)를 측정한 그래프이다.
도 20에서 Y축은 음향 공진기의 감쇄(Attenuation)를 나타낸다. 본 실시예에서 음향 공진기의 감쇄(Attenuation)가 크다는 의미는 수평파(lateral wave)가 공진부(120) 외곽으로 빠져나감에 따라 발생하는 손실(loss)이 적다는 것을 의미하며, 결론적으로 음향 공진기의 성능이 좋아짐을 의미한다.
또한 X축은 음향 공진기에서 확장부(E)에 배치되는 제2 전극(125a)의 폭(We)을 나타낸다. 따라서, X축에서 양수로 표시되는 구간은 확장부(E) 내에서 제2 전극(125a)과 삽입층이 겹치는 거리를 의미하며, 음수로 표시되는 구간은 제2 전극(125a)이 삽입층(또는 확장부)과 이격되는 수평 거리를 의미한다. 그리고 0㎛는 도 13에 도시된 실시예와 같이 제2 전극(125a)과 삽입층이 겹치지 않고 끝단이 동일한 경계를 따라 배치된 상태를 의미한다.
도 20에는 확장부(E)에서 제2 전극의 폭(We)에 따른 음향 공진기의 Kt2(%)값을 함께 도시하였다. 여기에서 Kt2(%)는 공진부 구조별 압전 특성을 나타낸 것이다.
도 20 및 도 21을 참조하면, 제2 전극(125) 끝단이 삽입층(170)과 동일한 경계를 따라 배치되는 구성(0㎛, 도 13 의 구성)을 기준으로, X축 값이 증가할수록 감쇄(Attenuation) 특성이 증가하는 것을 알 수 있다. 이와 반대로 X축 값이 감소하여 제2 전극(125)이 삽입층(170)과의 경계로부터 멀어지는 경우, 감쇄(Attenuation)가 낮아져 음향 공진기의 특성이 저하됨을 알 수 있다.
이는 확장부(E)에서 수평파(lateral wave)의 반사 성능이 증가됨에 따른 결과이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 전극(125)이 삽입층(170) 경사면 상에 위치할 경우 공진부(120)의 음향 임피던스(acoustic impedance)은 국부적인 구조가 소/밀/소/밀 구조로 형성되므로 수평파를 공진부(120) 안쪽으로 반사시키는 반사 계면이 증가된다. 따라서 대부분의 수평파(lateral wave)가 공진부(120)의 외부로 빠져나가지 못하고 공진부(120) 내부로 반사되어 들어와 감쇄(attenuation) 특성이 향상된다.
또한, 확장부(E)에서 압전층(123)의 경사면의 길이(ls)가 0.87㎛인 음향 공진기에 있어서, 압전층(123)의 경사면에 제2 전극(125a)의 폭(We)이 0.4~0.8㎛으로 이 적층되는 경우 감쇄(Attenuation)가 가장 크게 나타났으며, 이는 상기 구조에서 수평파가 공진부(120)의 외부로 유출됨에 따라 발생되는 손실을 최소화되었음을 의미한다. 그리고 확장부(E)에서 제2 전극(125a)의 폭(We)이 상기한 폭보다 커지거나 작아지는 경우, 감쇄가 감소하여 공진 성능이 저하되는 것으로 측정되었다.
한편, 확장부(E)에서 제2 전극(125)의 폭(We)과 경사면 길이(ls)의 비(We/ls)를 고려할 때, 표 1에 나타난 바와 같이 감쇄(Attenuation)는 상기 비(We/ls)가 0.46~ 0.92인 경우 38dB 이상으로 유지되고 있음을 알 수 있다.
따라서 공진 성능을 확보하기 위해, 본 실시예에 따른 음향 공진기(100)는 확장부(E) 내에서 제2 전극(125a)의 최대 폭(We)과 경사면 길이(ls)의 비(We/ls)를 0.46 ~ 0.92의 범위로 한정할 수 있다. 그러나 본 발명의 전체 구성이 모두 상기 범위로 한정되는 것은 아니며, 상기 범위는 경사각(θ)의 크기나 삽입층(170)의 두께 변화에 따라 변경될 수 있다.
한편, 도 12에 도시된 바와 같이, 제2 전극이 압전층의 경사부(1231)를 넘어 확장부(E) 전체에 배치되면, 도 20에 도시된 바와 같이 확장부(E)에서 제2 전극(125)의 폭(We)이 2.2㎛, 4.2㎛, 6㎛일 때, 각각 감쇄(attenuation)의 피크가 나타나는 것으로 측정되었다.
또한 도 20을 참조하면, 제2 전극(125)이 삽입층(170)과 겹치는 면적이 크면 클수록 음향 공진기의 Kt2(%) 값은 감소하는 것을 알 수 있다. 이는 삽입층(170)에 의한 비효율 면적이 커짐에 따라 기인하는 것으로 볼 수 있다.
따라서, 음향 공진기 별로 Kt2(%) 값을 다르게 구현하기 위해서 삽입층(170)과 제2 전극(125)이 겹치는 영역을 각 음향 공진기 별로 다르게 적용하는 것도 가능하며, 이에 필터 설계 측면에서 설계 자유도가 증가할 수 있다.
또한, 도 1a에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 2개의 음향 공진기(이하, 제1 공진기, 제2 공진기)가 인접하게 배치되는 경우, 제1 공진기(100)와 제2 공진기(200)는 상기한 다각형의 변이 서로 마주보는 형태로 배치된다.
이때, 서로 마주보는 제1 공진기(100)의 변과 제2 공진기(200)의 변은 평행하게 배치될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 서로 마주보는 제1 공진기(100)의 변과 제2 공진기(200)의 변은 평행하지 않더라도, 서로 접촉하거나 간섭하지 않는 범위에서 최대한 인접하게 배치될 수 있다.
이처럼 공진부(120)의 평면을 다각형 형태로 구성함에 따라, 음향 공진기들(100, 200) 사이의 이격 거리를 최소화할 수 있다.
음향 공진기의 공진부(120) 평면이 원형 또는 타원형으로 구성되는 경우, 인접하게 배치되는 2개의 음향 공진기 사이에 빈 공간이 증가하게 되며, 이로 인해 2개의 음향 공진기가 점유하는 전체 영역도 증가하게 된다. 그러나 본 실시예와 같이 공진부(120)의 평면을 다각형 형태로 구성하게 되면, 마주보는 제1 공진기(100)의 변과 제2 공진기(200)의 변이 전체적으로 인접하게 배치될 수 있으므로, 2개의 음향 공진기(100, 200) 사이에 빈 공간을 최소화할 수 있다.
따라서, 인접하게 배치되는 제1 공진기(100)와 제2 공진기(200)가 기판(110) 상에서 점유하는 영역도 최소할 수 있다.
한편, 공진부(120)의 평면이 비대칭 다각형 형태로 구성됨에 따라, 도 5a에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 삽입층(170)도 비대칭 다각형 형상의 고리 형상으로 구성된다.
본 실시예에서 비대칭 다각형이란, 다각형 내에 한 점을 기준으로 대칭을 이루지 않는 다각형이거나, 다각형을 관통하는 선을 기준으로 대칭을 이루지 않는 다각형이거나, 마주보는 변들이 서로 평행하지 않는 다각형을 의미한다.
또한 본 실시예에 따른 음향 공진기(100)는, 공진부(120)의 전체적인 평면이 비대칭 다각형 형태로 구성된다. 따라서 평면 상에서 바라볼 때, 공진부(120)의 윤곽은 적어도 3개의 꼭지점과 적어도 3개의 변이 구비된다.
공진부(120)의 윤곽이 3개의 꼭지점과 3개의 변으로 이루어질 경우, 변들의 끼인각은 90°보다 작은 예각으로 형성된다. 또한 4개의 꼭지점과 4개의 변으로 이루어질 경우 적어도 하나의 끼인각은 예각으로 형성 된다. 이처럼 끼인각이 예각으로 구성되는 경우, 공진부(120)의 모서리(끼인각 부분)에서 반사되는 음향파는 변에서 반사되는 음향파보다 더 많은 간섭이 발생하여 손실(loss)이 증대될 수 있다. 이런 경우는 예각으로 인한 손실을 줄이기 위해 예각을 이루는 꼭지점을 모서리 따기 형태로 구성하여 둔각으로 형성할 수 있다.
본 실시예 따른 음향 공진기는 공진부(120)의 윤곽이 5개 이상의 꼭지점과 5개 이상의 변을 포함하는 오각형 형상으로 구성된다. 또한 끼인각은 직각 또는 둔각으로 구성한다. 이에 상기한 손실을 최소화할 수 있다. 또한 오각형 형상으로 구현할 경우 변들의 끼인각들은 모두 둔각으로 구현되기 때문에 각 층의 형상 구현이 용이할 수 있다. 그러나 음향 공진기(100)의 공진부(120) 형상이 이에 한정되는 것은 아니며, 도 1a에 도시된 바와 같이 비대칭 다각형 형상을 갖는다면 다양한 형태로 공진부(120)를 구성할 수 있다.
한편, 본 실시예에서 꼭지점의 형상은 기본적으로 각진 형태로 구성되나, 공정 및 제조 과정에서 필요에 따라 둥근 꼭지점의 형태 또는 모서리 따기 형태 등으로 구성될 수도 있다.
본 실시예에서 공진부(120)가 오각형 형상으로 구성됨에 따라, 5a에 도시된 바와 같이 본 실시예의 삽입층(170)도 5개의 꼭지점(R)과, 5개의 변(Q)을 구비한다.
또한 도 5b 내지 도 5d에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 삽입층(170)은 변(Q)에서 경사각(θ1)과, 꼭지점(R, 예컨대 끼인각) 부분에서의 경사각(θ2)이 다르게 구성된다. 보다 구체적으로, 삽입층(170)은 변(Q)의 중심부 경사각(θ1)보다 꼭지점(R) 부분의 경사각(θ2)이 더 크게 구성된다.
음향 공진기(100)는 공진부(120)의 꼭지점(R) 부분에서 수평파(lateral acoustic wave)들의 간섭이 커진다. 따라서, 본 발명에서는 공진부(120)의 꼭지점 부분에서 삽입층(170)의 경사면(L) 각도를 증가시켜 꼭지점 부분에서의 반사 특성을 높인다.
삽입층(170)의 경사각(도 4의 θ)이 클수록 확장부(E) 내에서 음향 임피던스(acoustic　impedance)의 차이가 커지므로, 확장부(E)에서 수평파(lateral wave)의 반사 특성이 증가한다.
그러나, 전술한 바와 같이, 삽입층(170)의 경사각(θ)을 과도하게 증가시키는 경우, 삽입층(170) 상에 적층되는 압전층(123)이 과도하게 굴곡되므로, 압전층(123)의 굴곡 부분에서 크랙(crack)이 발생되기 쉽다. 또한 경사각(θ)이 커짐에 따라 경사면(L)의 폭도 좁아지므로, 압전층(123) 상에 제2 전극(125)을 형성하는 과정에서 확장부(E) 내에 제2 전극(125)을 정확한 위치에 배치하기 어렵다.
이에 따라 본 실시예에서는 공진부(120) 내에 위치하는 삽입층(170)에서 변(Q)의 중심부 경사각(θ1)을 상대적으로 작게 구성하고, 수평파(lateral acoustic wave)들의 간섭이 증가하는 꼭지점 부분에서는 상대적으로 삽입층의 경사각(θ2)을 크게 구성하여 수평 방향의 음향파 손실을 줄인다.
도 5b 내지 도 5d에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 삽입층(170)을 구성하는 변들(Q)은 꼭지점(R)과 가까워질수록 경사각(θ)이 커지도록 구성된다. 따라서 삽입층(170)을 구성하는 변들(Q)은 각각 중심부의 경사각(θ1)과, 양 단부(즉, 꼭지점 부분)의 경사각(θ2)이 서로 다르게 구성된다.
예를 들어, 변(Q)의 중심부 경사각(θ1)과, 변(Q)의 양 단부의 경사각(θ2)은 5° 이상 차이나도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 실시예에서 삽입층(170)의 경사각(θ)은 5°이상, 70°이하의 범위로 형성된다. 따라서, 변(Q)의 중심부 경사각(θ1)과 변(Q)의 양 단부의 경사각(θ2)이 5° 이상 차이나도록 삽입층(170)을 구성하는 경우, 꼭지점(R) 부분의 경사각(θ2)은 10°이상, 70°이하의 범위로 규정되고, 변(Q)의 중심부 경사각(θ1)은 5°이상, 65°이하의 범위로 규정될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
이처럼 꼭지점(R) 부분의 경사각(θ2)을 변(Q)의 중심부 경사각(θ1)보다 크게 구성하는 경우, 음향 에너지의 손실을 줄일 수 있다. 이에 대해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 22 및 도 23은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 효과를 설명하기 위한 도면이다. 도 22는 공진부(120)의 꼭지점 부분의 평면을 개략적으로 도시한 도면으로, 중앙부(S)에서 꼭지점 부근의 확장부(E)에 수평파가 입사하는 상황을 표시한 도면이다. 도 23은 음향 공진기의 확장부(E) 부분의 단면을 개략적으로 도시하고 있다.
한편, 도 22는 공진부(120) 꼭지점의 끼인각이 직각인 경우를 도시하고 있으나, 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 22 및 도 23을 참조하면, 진행방향이 다른 수평파의 성분 간의 간섭이 영향을 미치는 영역을 유효모서리부(M), 그렇지 않은 영역을 변부(N)로 구분할 수 있다. 본 실시예에 따른 음향 공진기는 수평파의 양호한 반사를 위해 확장부(E) 내에 반사 계면(F0)이 설치된다. 반사 계면의 예로는 제2 전극(125)의 끝단을 따라 형성되는 수직면을 들 수 있다.
중앙부 경계(G0, 중앙부와 확장부의 경계면)와 반사 계면(F0) 사이의 바람직한 폭은 수평파 파장(λ)의 1/4 정도인데, 이는 수평파의 브래그 반사(Bragg reflection)를 실현하기 위함이다. 유효모서리부(M)와 변부(N)의 경계는 중앙부 경계의 모서리로부터 파장의 n배 떨어진 위치로 정의할 수 있는데, 수평파의 공진모드가 중앙부(S) 내에서 한 파장(1λ)을 주기(pitch)로 하는 격자 패턴을 형성하기에 n=1로 봄이 적절하다.
도 22를 참조하면, 유효모서리부(M)에서, 중앙부 경계(G0)의 계면 길이는 nλ, 반사 계면(F0)의 길이는 (n+1/4)λ이다. 따라서, 중앙부 경계(G0)와 반사 계면(F0)의 계면 길이의 비는 n:(n+1/4) 이다. 반면에 변부(N)의 경우 중앙부 경계(G0)와 반사 계면(F0)계면 길이 비가 1:1 이므로, 유효모서리부(M)와 변부(N)에서 수평파의 반사 거동이 다르게 나타난다.
형상이나 구조가 불연속적으로 형성되는 경계(또는 계면)에서 수평파의 투과 및 반사 특성은 입사측과 투과측 간의 음향 임피던스 Z의 차이에 의해 결정되는데, 음향 임피던스 차이 ΔZ가 클수록 반사계수가 크고 음향 공진기의 음향 에너지 손실이 감소한다. 그런데 수평파에 대한 음향 임피던스는 두께에 비례하고 계면길이에 반비례한다. 유효모서리부(M)는 반사 계면(F0)의 길이가 중앙부 경계 (G0)에 비해 길기 때문에, 유효모서리부(M)에서 중앙부 경계(G0)와 반사 계면(F0) 간의 음향 임피던스 차이 ΔZ는 변부(N)에 비해 작아지며, 이에 따라 유효모서리부(M)에서는 수평파의 반사특성은 변부(N)에 비해 열화된다.
따라서 유효모서리부(M)에서 음향 임피던스 차이 ΔZ를 적어도 변부(N) 만큼 확보할 필요가 있다. 음향 임피던스 차이 ΔZ는 두께에 비례하고 계면길이에 반비례하므로, 본 실시예에서는 유효모서리부(M)의 두께차이를 증가시켜 유효모서리부(M)의 음향 임피던스 차이 ΔZ를 확보한다.
중앙부 경계(G0) 및 반사 계면(F0)을 포함한 두께방향 단면도(도 23)에서 반사 계면(F0)의 두께차이 ΔT는 (1/4)λ·(tanθ)로 표현된다. 따라서, 변부(N)에서의 두께 차이(ΔT_변부)와 유효모서리부(M)에서 두께차이(ΔT_모서리부)는 각각 다음의 식 1, 식 2를 통해 산출될 수 있다.
(식 1) ΔT_변부 = (1/4)λ·(tanθ1)
(식 2) ΔT_모서리부 = (1/4)λ·(tanθ2)
여기서 θ1은 변부(N)에서 삽입층(170)의 경사각이고, θ2는 유효모서리부(M)에서 삽입층(170)의 경사각이다.
또한, 유효모서리부(M)의 경사각(θ2)은 변부(N)의 경사각(θ1)보다 크게 구성되어야 두께차이를 증가시킬 수 있다. 즉, 변부(N)에 대해 유효모서리부(M)의 계면 길이가 증가한 비율 이상으로 변부(N)에 대한 유효모서리부(M)의 두께차이 비율을 증가시킬 수 있다. 중앙부 경계(G0)와 반사 계면(F0)의 계면 길이의 비는 n:(n+1/4) 이므로, 이를 식 1, 식 2와 결합하면 유효모서리부(M)의 경사각(θ2)은 변부(N)의 경사각(θ1)과 관련하여 다음의 식 3을 도출할 수 있다.
(식 3) (tanθ2) / (tanθ1) ≥ (n+1/4) / (n)
여기서, n은 음향파 파장의 정수배이므로, θ1이 30°인 경우 θ2는 n에 따라 다음의 표 1과 같이 산출될 수 있다.
N 0.5 1 2 4
θ2(하한) 40.9° 35.8° 33.0° 31.5°
따라서, n=1인 경우, θ2 는 35.8˚ 이상으로 형성되어야 유효모서리부(M)의 음향 임피던스 차이 ΔZ를 확보할 수 있다. 이에, n=1인 경우 θ1과 θ2 는 5°도 이상 차이가 나도록 구성되어야 상기한 효과를 얻을 수 있다.
이어서 본 실시예에 따른 음향 공진기의 제조 방법을 설명한다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기 제조 방법은 먼저 기판(110) 상에 절연층(115), 및 희생층(140)을 형성하고, 희생층(140)을 관통하는 패턴(P)을 형성한다. 따라서 절연층(115)은 패턴(P)을 통해 외부로 노출된다.
절연층(115)은 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 질화실리콘(SiN) 또는 산화실리콘(SiO2) 등으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
희생층(140)에 형성되는 패턴(P)은 측면이 경사도록 형성된다. 이에 추후에 패턴(P) 내에 형성되는 식각 방지부(145)와 희생층(140)의 경계에서 가파른(Abrupt) 단차가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한 패턴(P)은 상면의 폭이 하면의 폭 보다 넓은 사다리꼴 형태의 단면을 갖도록 형성될 수 있다. 이에 디슁(Dishing) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 패턴(P)의 단면은 하면과 측면이 이루는 각도가 110° ~ 160° 일 수 있고, 하면의 폭은 2㎛ ~ 30㎛로 형성될 수 있다.
희생층(140)은 추후의 식각 공정을 통해 일부가 제거되어 캐비티(도 2의 C)을 형성한다. 따라서 희생층(140)은 식각에 용이한 폴리실리콘 또는 폴리머 등의 재질이 이용될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 희생층(140) 상에 멤브레인층(150)을 형성한다. 멤브레인층(150)은 희생층(140)이 표면을 따라 일정한 두께로 형성된다. 멤브레인층(150)의 두께는 희생층(140)의 두께 보다 얇을 수 있다.
멤브레인층(150)은 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 중 적어도 하나의 재질을 함유하는 유전체층(Dielectric layer) 또는 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 백금(Pt), 갈륨(Ga), 하프늄(Hf) 중 적어도 어느 하나의 재질을 함유하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도시되어 있지 않지만, 멤브레인층(150) 상에 시드층이 형성될 수 있다.
시드층은 멤브레인층(150)과 후술되는 제1 전극(121) 사이에 배치될 수 있다. 시드층은 질화 알루미늄(AlN)으로 제조될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 HCP 구조를 가지는 유전체 또는 금속을 이용하여 형성할 수도 있다. 예를 들어 금속으로 시드층을 형성하는 경우 시드층은 티타늄(Ti)으로 형성될 수 있다.
이어서, 멤브레인층(150) 상에 식각 방지층(145a)을 형성한다. 식각 방지층(145a)은 패턴(P)의 내부에도 충진된다.
식각 방지층(145a)은 패턴(P)을 완전히 채우는 두께로 형성된다. 따라서 식각 방치층(145a)은 희생층(140)보다 두껍게 형성될 수 있다.
식각 방지층(145a)은 절연층(115)과 동일한 재료로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 멤브레인층(150)이 외부로 노출되도록 식각 방지층(145a)을 제거한다.
이때 패턴(P)의 내부에 충진된 부분은 남겨지며, 남겨진 식각 방지층(145a)은 식각 방지부(145)로 기능한다.
이어서, 도 7에 도시된 바와 같이 멤브레인층(150) 상면에 제1 전극(121)을 형성한다.
본 실시예에 있어서 제1 전극(121)은 도전체로 형성될 수 있으며, 예를 들어 금, 몰리브덴, 루테늄, 이리듐, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 탄탈륨, 크롬, 니켈 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하는 금속으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(121)은 캐비티(도 3의 C)가 형성될 영역의 상부에 형성된다.
제1 전극(121)은 멤브레인층(150) 전체를 덮는 형태로 도전체층을 형성한 후, 불필요한 부분을 제거함으로써 형성할 수 있다.
본 단계에서, 제1 전극(121)은 공진부(120) 내에 배치되는 영역과, 공진부(120)의 외부에 배치되는 연결 전극을 포함한다. 그리고 공진부(120) 내에 배치되는 영역은 전체적인 평면이 비대칭 다각형 형상으로 형성된다.
이어서, 삽입층(170)을 형성한다. 삽입층(170)은 제1 전극(121) 상에 형성되며, 필요에 따라 멤브레인층(150)의 상부로 확장될 수 있다.
삽입층(170)은 멤브레인층(150)과 제1 전극(121), 그리고 식각 방지부(145)가 형성하는 표면 전체를 덮도록 형성된 후, 중앙부(S)에 해당하는 영역에 배치된 부분을 제거함으로써 완성될 수 있다.
이에 따라 중앙부(S)를 구성하는 제1 전극(121)의 중심부는 삽입층(170)의 외부로 노출된다. 또한 삽입층(170)은 제1 전극(121)의 둘레를 따라 제1 전극(121)의 일부를 덮는 형태로 형성된다. 따라서 삽입층(170)은 공진부(120) 내에서 확장부(E)에만 배치되며, 제1 전극(121)의 테두리 부분은 삽입층(170)의 하부에 배치된다.
확장부(E)에 배치되는 삽입층(170)은 제1 전극(121)의 형상을 따라 다수의 변과 다수의 꼭지점을 갖는 비대칭 다각형 고리(ring) 형상으로 형성된다. 그러나 필요에 따라 일부 영역이 단절된 불연속적인 고리 형상으로 형성될 수도 있다.
또한 중앙부(S)와 인접하게 배치되는 삽입층(170)의 측면은 경사면(L)으로 형성된다. 삽입층(170)은 중앙부(S) 측으로 갈수록 두께가 얇아지는 형태로 형성되며, 이에 삽입층(170)의 하부면은 삽입층(170)의 상부면보다 중앙부(S) 측으로 더 확장된 형태로 형성된다. 이때, 삽입층(170) 경사면(L)의 경사각은 전술한 바와 같이 5°~ 70°의 범위로 형성될 수 있다.
이때, 도 5a 내지 도 5d에 도시된 바와 같이, 삽입층(170)의 경사면(L)은, 변의 중심에서 경사각(θ1)보다 꼭지점 부분에서의 경사각(θ2)이 더 크게 형성된다.
삽입층(170)은 예를 들어, 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(SiN), 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO)등의 유전체로 형성될 수 있으나, 압전층(123)과는 다른 재질로 형성된다.
이어서, 제1 전극(121)과 삽입층(170) 상에 압전층(123)을 형성한다.
본 실시예에 있어서 압전층(123)은 질화 알루미늄(AlN)으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 압전층(123)의 재료로는 산화 아연(ZnO), 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride), 지르콘 티탄산 납(Lead Zirconate Titanate), 쿼츠(Quartz) 등이 선택적으로 이용될 수 있다. 또한 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride) 경우 희토류 금속(Rare earth metal), 전이 금속, 또는 알칼리 토금속(alkaline earth metal)을 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), 탄탈륨(Ta), 및 니오븀(Nb) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한 알칼리 토금속은 마그네슘(Mg)을 포함할 수 있다.
또한 압전층(123)은 삽입층(170)과 다른 재질로 형성된다.
압전층(123)은 제1 전극(121)과 삽입층(170)이 형성하는 표면 전체에 압전 물질을 형성한 후, 불필요한 부분을 부분적으로 제거함에 따라 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 제2 전극(125)을 형성한 후, 압전 물질의 불필요한 부분을 제거하여 압전층(123)을 완성한다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 전극(125) 형성 전에 압전층(123)을 완성하는 것도 가능하다.
압전층(123)은 제1 전극(121)과 삽입층(170)의 일부를 덮는 형태로 형성되며, 이에 압전층(123)은 제1 전극(121)과 삽입층(170)이 이루는 표면의 형상을 따라 형성된다.
전술한 바와 같이 제1 전극(121)은 중앙부(S)에 해당하는 부분만 삽입층(170)의 외부로 노출된다. 따라서 제1 전극(121)상에 형성되는 압전층(123)은 중앙부(S) 내에 위치하게 된다. 그리고 삽입층(170) 상에 형성되는 굴곡부(123b)는 확장부(E)내에 위치하게 된다.
굴곡부(123b)는 삽입층(170)의 형상을 따라 형성되므로, 삽입층(170)과 마찬가지로, 삽입층(170)의 꼭지점 상에 형성된 부분의 경사각이 삽입층(170)의 변 부분 상에 형성된 부분의 경사각보다 크게 형성될 수 있다.
이어서, 압전층(123) 상부에 제2 전극(125)을 형성한다. 본 실시예에 있어서 제2 전극(125)은 도전체로 형성될 수 있으며, 예를 들어 금, 몰리브덴, 루테늄, 이리듐, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 탄탈륨, 크롬, 니켈 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하는 금속으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 전극(125)은 기본적으로 압전층(123)의 압전부(123a) 상에 형성된다. 전술한 바와 같이, 압전층(123)의 압전부(123a)는 중앙부(S) 내에 위치한다. 따라서 압전층(123) 상에 배치되는 제2 전극(125)도 중앙부(S) 내에 배치된다.
또한 본 실시예에서 제2 전극(125)은 압전층(123)의 경사부(1231) 상에도 형성된다. 이에 전술한 바와 같이, 제2 전극(125)은 중앙부(S) 전체와 확장부(E) 내에 부분적으로 배치된다.
이어서, 도 8에 도시된 바와 같이 보호층(127)을 형성한다.
보호층(127)은 제2 전극(125)과 압전층(123)이 형성하는 표면을 따라 형성된다. 또한 도시되어 있지 않지만, 보호층(127)은 외부로 노출된 삽입층(170) 상에도 형성될 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.
이어서, 보호층(127)과 압전층(123)을 부분적으로 제거하여 제1 전극(121)과 제2 전극(125)을 부분적으로 노출시키고, 노출된 부분에 각각 제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)을 형성한다.
제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)은 금(Au), 금-주석(Au-Sn) 합금, 구리(Cu), 구리-주석(Cu-Sn) 합금, 알루미늄(Al), 알루미늄-구리(Al-Cu) 합금 등의 재질로 이루어질 수 있고, 제1 전극(121) 또는 제2 전극(125) 상에 증착하여 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 캐비티(C)를 형성한다.
캐비티(C)는 희생층(140)에서 식각 방지부(145)의 내부에 위치한 부분을 제거함에 따라 형성되며, 이에 도 2 및 도 3에 도시된 음향 공진기(100)가 완성된다. 이 과정에서 제거되는 희생층(140)은 식각(etching) 방식에 의해 제거될 수 있다.
희생층(140)이 폴리실리콘 또는 폴리머 등의 재질로 형성되는 경우, 희생층(140)은 불소(F), 염소(Cl) 등의 할라이드계의 에칭가스(예컨대, XeF2)를 이용하는 건식 식각(dry etching) 방법을 통해 제거될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 음향 공진기는, 삽입층(170)에 의해 공진부(120)의 확장부(E)가 중앙부(S)보다 두꺼운 두께로 형성되므로, 중앙부(S)에서 발생한 진동이 외곽으로 빠져 나가는 것을 억제하여 음향 공진기의 Q-factor를 증가시킬 수 있다.
또한 제2 전극(125)을 확장부(E)에 부분적으로 배치함으로써, 비약적으로 개선된 공진 성능을 제공할 수 있다.
더하여, 공진부(120)의 전체적인 평면이 비대칭 다각형 형태로 구성하여 음향 공진기들 사이의 이격 거리를 최소화하며, 이에 음향 공진기 필터의 크기를 최소화할 수 있다.
한편 본 발명에 따른 음향 공진기는 전술한 실시예에 한정되지 않으며 다양한 변형이 가능하다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도로, 도 9는 도 1b의 I-I′에 대응하는 단면도이고, 도 10은 도 1b의 II-II′에 대응하는 단면도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 음향 공진기의 삽입층(170)은 공진부(120)에서 압전층(123)을 지지하는 일부분만 남겨지고 나머지 부분은 모두 제거된다. 이처럼 삽입층(170)은 필요에 따라 부분적으로 배치될 수 있다.
음향 공진기가 이와 같이 구성되는 경우, 삽입층(170)은 제1 금속층(180)이나 식각 방지부(145)와 접촉하지 않도록 배치될 수 있다. 또한 삽입층(170)은 공진부(120)의 외측에 배치되지 않으며, 캐비티(C)의 상부 영역 내에 배치된다. 그러나 삽입층(170)이 배치되는 영역은 도 9 및 도 10에 도시된 영역으로만 한정되지 않으며 필요에 따라 다양한 위치로 확장될 수 있다.
도 11 내지 도 13은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도이다.
먼저 도 11을 참조하면, 본 실시예에 도시된 음향 공진기는 확장부(E) 내에 배치되는 제2 전극(125)이 압전층(123)의 경사부(1231) 경사면 전체에 배치된다.
또한 도 12를 참조하면, 본 실시예에 도시된 음향 공진기는 제2 전극(125)이 압전층(123)의 상면 전체에 배치되며, 이에 따라, 제2 전극(125)은 압전층(123)의 경사부(1231)뿐만 아니라 연장부(1232) 상에도 형성된다.
그리고 도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 음향 공진기는 제2 전극(125)이 압전층(123)의 압전부(123a) 상면에만 형성되고, 굴곡부(123b) 상에는 형성되지 않는다.
이처럼 본 발명에 따른 음향 공진기는 필요에 따라 확장부(E)의 구조를 다양한 형태로 변형할 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 음향 공진기는 제2 전극 상에 적어도 하나의 트랜치(trench, 125b)가 구비된다.
트렌치(125b)는 중앙부(S) 내에 배치된 제2 전극(125)에 형성되며, 제2 전극(125)의 두께를 축소하는 형태의 홈으로 형성된다. 또한, 중앙부(S)의 경계를 따라 형성되거나 가장자리에 인접하게 배치되도록 형성된다.
트렌치(125b)는 연속적인 고리(ring) 형상으로 형성되거나 일부 영역이 끊어진 구조로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 부분적 또는 불연속적인 다수의 호 형상의 홈으로 형성될 수도 있다.
또한 트렌치(125b)는 깊이보다 폭이 큰 홈으로 형성될 수 있다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도로, 도 14에 도시된 음향 공진기의 변형 예이다.
도 15를 참조하면, 본 실시예에 따른 음향 공진기는 트랜치(trench, 127a)가 보호층(127)에 형성된다.
트렌치(127a)는 중앙부(S) 내에 배치된 보호층(127)에 형성되며, 보호층(127)의 두께를 축소하는 형태의 홈으로 형성된다. 또한, 중앙부(S)의 경계를 따라 형성되거나 가장자리에 인접하게 배치되도록 형성된다.
전술한 실시예와 마찬가지로, 트렌치(127a)는 연속적인 고리(ring) 형상으로 형성되거나 일부 영역이 끊어진 구조로 형성될 수 있다. 또한 깊이보다 폭이 큰 홈으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도로, 도 1b의 I-I′에 대응하는 단면을 도시하고 있다.
도 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 음향 공진기는 도 3에 도시된 음향 공진기와 유사하게 형성되나 공진부(120)의 둘레에 제1 금속층(도 3의 180)이 구비되지 않는다.
이 경우, 제1 금속층(180)은 다른 음향 공진기의 전극과 연결되는 연결 배선 상에만 형성되고 공진부(120)의 주변에는 형성되지 않는다.
이에 따라, 삽입층(170)과 삽입층(170) 상에 적층되는 보호층(127)은 공진부(120)의 주변 영역 전체에 배치될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 공진부(120)의 주변 영역에 부분적으로 배치되는 것도 가능하다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 17을 참조하면, 본 실시예에 따른 음향 공진기는 도 2 및 도 3에 도시된 음향 공진기와 유사하게 형성되며, 삽입층(170) 중 적어도 일부가 멤브레인층(150)과 제1 전극(121) 사이에 삽입 배치된다는 점에서 차이를 갖는다.
이 경우, 삽입층(170)은 제조 과정에서 제1 전극(121)보다 먼저 멤브레인층(150) 상에 형성되고, 제1 전극(121)은 삽입층(170)의 상부에 형성되어 삽입층(170)의 일부를 덮도록 배치된다. 따라서, 본 실시예에 따른 음향 공진기는 제1 전극(121)과 압전층(123)에 모두 경사면이 형성된다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 18을 참조하면, 본 실시예에 따른 음향 공진기는 도 2 및 도 3에 도시된 음향 공진기와 유사하게 형성되며, 캐비티(도 2의 C)를 구비하지 않고, 브래그 반사층(Bragg reflector layer, 117)을 포함한다.
브래그 반사층(117)은 기판(110)의 내부에 배치될 수 있으며, 공진부(120)의 하부에 음향 임피던스(acoustic impedance)가 높은 제1 반사층(B1)과, 음향 임피던스가 낮은 제2 반사층(B2)이 번갈아 적층되어 형성된다.
이때 제1 반사층(B1)과 제2 반사층(B2)의 두께는 특정 파장에 맞게 규정되며 수직 방향으로 음향파를 공진부(120) 측으로 반사시켜 음향파가 기판(110) 하부 측로 유출되는 것을 차단한다.
이를 위해, 제1 반사층(B1)은 제2 반사층(B2)보다 높은 밀도를 갖는 재료로 이루어진다. 예컨대, 제1 반사층(B1)은 W, Mo, Ru, Ir, Ta, Pt, Cu 중 어느 하나가 선택적으로 사용될 수 있다. 또한 제2 반사층(B2)은 제1 반사층(B1)보다 낮은 밀도를 갖는 재료로 이루어지며, 예컨대 SiO2, Si3N4, AlN 중 어느 하나가 선택적으로 사용될 수 있다. 하지만 이에 국한되는 것은 아니다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 19을 참조하면, 본 실시예에 따른 음향 공진기는 도 2 및 도 3에 도시된 음향 공진기와 유사하게 형성되며, 기판(110)의 상부에 캐비티(C)를 형성하지 않고, 기판(110)을 부분적으로 제거하여 캐비티(C)를 형성한다.
본 실시예의 캐비티(C)는 기판(110)의 상부면을 식각하여 형성한다. 식각은 건식 식각이나 습식 식각이 모두 이용될 수 있다.
캐비티(C)의 내부면에는 배리어층(113)이 형성될 수 있다. 배리어층은 공진부(120)를 형성하는 과정에서 이용되는 식각 용액으로부터 기판(110)을 보호한다.
배리어층(113)은 AlN, SiO2 등의 유전층으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 식각 용액으로부터 기판(110)을 보호할 수만 있다면 다양한 재료가 이용될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 음향 공진기의 제조 방법을 간략히 설명하면 다음과 같다. 먼저 기판(110)에 캐비티(C)를 형성한 후, 캐비티(C)내에 배리어층(113)을 형성한다.
이어서 캐비티(C) 내부를 충전한다. 이때 캐비티(C) 내부에 충전되는 물질은 SiO2가 이용될 수 있다.
이후, CMP(Chemical mechanical polishing) 공정 등을 통해 기판(110)의 상부를 평탄화하고, 이어서, 제1 전극(121), 삽입층(170), 압전층(122), 제2 전극(125) 등을 순차적으로 증착해 공진부(120)를 형성한다.
그리고 식각 용액으로 캐비티(C) 내부에 충전된 물질을 제거하여 음향 공진기를 완성한다.
이상과 같이 구성되는 본 실시예에 따른 음향 공진기는 확장부 영역에서 압전층 및 제2 전극에 경사부가 형성되어 횡방향 진동이 외곽으로 빠져나가는 것을 억제하므로, 음향 공진기의 성능을 높일 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: 음향 공진기
110: 기판
120: 공진부
121: 제1 전극
123: 압전층
125: 제2 전극
127: 보호층
140: 희생층
150: 멤브레인층
170: 삽입층

Claims (16)

  1. 기판; 및
    상기 기판 상에 제1 전극, 압전층, 제2 전극이 순차적으로 적층된 중앙부와, 상기 중앙부의 둘레를 따라 배치되는 확장부로 구성되는 공진부;
    를 포함하며,
    상기 공진부는 평면이 비대칭의 다각형 형상으로 구성되고,
    상기 확장부에서 상기 압전층 하부에는 삽입층이 배치되며 상기 압전층의 상부면은 상기 삽입층의 형상을 따라 융기되고,
    상기 삽입층은 상기 확장부의 형상을 따라 비대칭의 다각형 형상으로 형성되는 음향 공진기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 삽입층은 상기 중앙부에서 멀어질수록 두께가 두꺼워지는 경사면을 구비하고,
    상기 압전층은 상기 경사면 상에 배치되는 경사부를 포함하는 음향 공진기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 삽입층은,
    적어도 일부가 제1 전극의 하부 또는 상기 제1 전극과 상기 압전층 사이에 배치되는 음향 공진기.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제2 전극은,
    적어도 일부가 상기 확장부 내에 배치되는 음향 공진기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 확장부 내에 배치되는 상기 제2 전극은,
    상기 경사부의 경사면 상에 형성되며, 상기 경사부의 경사면보다 작은 면적으로 형성되는 음향 공진기.
  6. 제4항에 있어서, 상기 확장부 내에 배치되는 상기 제2 전극은,
    상기 경사부의 경사면 전체에 형성되는 음향 공진기.
  7. 제4항에 있어서, 상기 압전층은,
    상기 경사부에서 외측으로 연장되는 연장부를 포함하며,
    상기 제2 전극은 상기 경사부와 상기 연장부 상에 배치되는 음향 공진기.
  8. 제2항에 있어서, 상기 공진부 내에서 상기 삽입층은,
    상기 중앙부의 둘레를 따라 비대칭 다각형의 고리 형상으로 배치되며, 상기 비대칭 다각형의 고리 형상은 상기 경사면을 구비하는 적어도 3개의 변들과, 상기 변들이 연결되는 적어도 3개의 꼭지점을 포함하고,
    상기 경사면은 상기 중앙부의 경계를 따라 배치되며,
    각각의 상기 변들은,
    상기 변의 길이 방향을 기준으로, 상기 변의 중심부에서 상기 경사면의 경사각과 상기 변의 단부에서 상기 경사면의 경사각이 다르게 구성되는 음향 공진기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 삽입층은,
    상기 변의 중심부에서 상기 경사면의 경사각은 상기 변의 단부에서 상기 경사면의 경사각보다 작게 구성되는 음향 공진기.
  10. 제8항에 있어서, 상기 삽입층은,
    상기 변의 단부에서 상기 경사면의 경사각이 상기 변의 중심부에서 상기 경사면의 경사각 보다 5° 이상 크게 구성되는 음향 공진기.
  11. 제2항에 있어서, 상기 경사면의 경사각은,
    5°이상, 70°이하의 범위로 형성되는 음향 공진기.
  12. 제1항에 있어서, 상기 삽입층은,
    상기 압전층과 다른 재질로 형성되는 음향 공진기.
  13. 제1항에 있어서, 상기 삽입층은,
    유전체로 형성되는 음향 공진기.
  14. 기판; 및
    상기 기판 상에 이격 배치되며 각각 비대칭의 다각형 형상으로 평면이 구성되는 제1 공진부와 제2 공진부;
    를 포함하며,
    상기 제1 공진부와 상기 제2 공진부는 각각 제1 전극, 압전층, 제2 전극이 순차적으로 적층된 중앙부와, 상기 중앙부의 둘레를 따라 배치되는 확장부로 구성되는 공진부를 구비하고,
    상기 확장부에서 상기 압전층 하부에는 삽입층이 배치되며 상기 압전층의 상부면은 상기 삽입층의 형상을 따라 융기되는 음향 공진기 필터.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 공진부가 형성하는 상기 비대칭의 다각형 형상의 어느 한 변과, 상기 제2 공진부가 형성하는 상기 비대칭의 다각형 형상의 어느 한 변은 서로 마주보도록 배치되는 음향 공진기 필터.
  16. 제14항에 있어서, 상기 공진부 내에서 상기 삽입층은,
    상기 중앙부의 둘레를 따라 비대칭 다각형의 고리 형상으로 배치되며, 상기 비대칭 다각형의 고리 형상은 선형으로 구성되며 경사면을 구비하는 적어도 3개의 변들과, 상기 변들이 연결되는 적어도 3개의 꼭지점을 포함하고,
    상기 경사면은 상기 중앙부의 경계를 따라 배치되며,
    상기 변의 길이 방향을 기준으로, 상기 변의 중심부에서 상기 경사면의 경사각은 상기 변의 단부에서 상기 경사면의 경사각과 다르게 구성되는 음향 공진기 필터.
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