KR102109884B1 - 체적 음향 공진기 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

기판보호층 상에 희생층을 형성하는 단계와, 상기 희생층을 덮도록 상기 기판보호층 상에 멤브레인층을 형성하는 단계 및 상기 희생층을 제거하여 캐비티를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 희생층은 할라이드계 가스와 산소 가스가 포함된 혼합가스 또는 할라이드계 가스와 산소가 포함된 가스가 혼합된 혼합가스에 의해 제거되며, 상기 산소 가스에 대한 할라이드계 가스의 혼합비가 1.5 ~ 2.4인 체적 음향 공진기의 제조방법이 개시된다.

Description

체적 음향 공진기 및 이의 제조방법{Bulk-acoustic wave resonator and method for manufacturing the same}
본 발명은 체적 음향 공진기 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 이동통신기기, 화학 및 바이오기기 등의 급속한 발달에 따라, 이러한 기기에서 사용되는 소형 경량필터, 오실레이터(Oxcilator), 공진소자(Resonant element) 음향공진 질량센서(Acoustic Resonant Mass Sensor)등의 수요도 증대하고 있다. 그리고, 이러한 소형 경량필터, 오실레이터, 공진소자, 음향공진 질량센서 등을 구현하는 수단으로는 박막 벌크 음향 공진기(Film Bulk Acoustic Resonator)가 알려져있다.
일반적으로, 상기한 박막 벌크 음향 공진기는 기판 상에 제1 전극, 압전층(Piezoelectric layer) 및 제2 전극을 차례로 적층하여 구현되는 공진부를 포함하는 구조로 이루어진다.
그리고, 이와 같이 구성된 공진부가 원활하게 동작하기 위해서는 상,하부가 구속되어 있지 않도록 공중에 부유되어 있어야 하며, 이를 위해서 공진기 제작초기에 희생층을 증착한다. 이후, 공진기가 형성되면 2플루오르화 크세논(XeF2)과 같은 할라이드계 에칭가스에 의해 희생층을 제거하여 공진부가 부유하도록 구현한다.
그런데, 최근 필터에 구비되는 공진부의 크기가 커지면서 성능이 저하되는 문제가 있다.
국내 등록특허공보 제1358674호
성능 저하를 방지할 수 있는 체적 음향 공진기 및 이의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 제조방법은 기판보호층 상에 희생층을 형성하는 단계와, 상기 희생층을 덮도록 상기 기판보호층 상에 멤브레인층을 형성하는 단계 및 상기 희생층을 제거하여 캐비티를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 희생층은 할라이드계 가스와 산소 가스가 포함된 혼합가스 또는 할라이드계 가스와 산소가 포함된 가스가 혼합된 혼합가스에 의해 제거되며, 상기 산소 가스에 대한 할라이드계 가스의 혼합비가 1.5 ~ 2.4 일 수 있다.
희생층의 제거 시 발생하는 멤브레인층 또는/및 기판보호층의 손상을 저감하여 공진기의 성능 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 도 1의 A부를 나타내는 확대도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기에 형성되는 주입구의 배치 위치 및 두께 편차를 설명하기 위한 설명도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 공진 성능 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 할라이드계 가스만으로 에칭가스가 사용되는 경우 공진 성능을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 할라이드계 가스와 산소 가스의 혼합가스가 에칭가스로 사용되는 경우 공진 성능을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 할라이드계 가스만을 에칭가스로 사용하는 경우와 할라이드계 가스와 산소 가스의 혼합가스를 에칭가스로 사용하는 경우 산화물의 식각률을 나타내는 그래프이다.
도 8은 할라이드계 가스와 산소 가스의 혼합가스를 에칭가스로 사용하는 경우 산화실리콘과 질화실리콘의 식각률을 나타내는 그래프이다.
도 9 내지 18은 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 제조방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 19는 본 발명의 제2 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 20은 본 발명에 따른 체적 음향 공진기의 제조방법에 사용되는 제조설비를 나타내는 구성도이다.
도 21 내지 도 24는 산소 가스의 공급에 따른 두께 편차의 경향을 설명하기 위한 그래프이다.
도 25는 본 발명에 따른 체적 음향 공진기의 제조방법에 사용되는 제조설비의 제1 변형 실시예를 나타내는 구성도이다.
도 26은 본 발명에 따른 체적 음향 공진기의 제조방법에 사용되는 제조설비의 제2 변형 실시예를 나타내는 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이고, 도 2는 도 1의 A부를 나타내는 확대도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기에 형성되는 주입구의 배치 위치 및 두께 편차를 설명하기 위한 설명도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기(100)는 기판(110), 멤브레인층(120), 하부전극(130), 압전체층(140), 상부전극(150), 페시베이션층(160) 및 금속패드(170)를 포함하여 구성될 수 있다.
기판(110)은 실리콘이 적층된 기판일 수 있다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼(Silicon Wafer)가 기판으로 이용될 수 있다. 한편, 기판(110)에는 캐비티(Cavity, C)에 대향 배치되는 기판 보호층(112)이 구비될 수 있다.
기판 보호층(112)은 캐비티(C)의 형성 시 기판 보호층(112)의 하부에 배치되는 기판(110)의 손상을 방지하는 역할을 수행한다.
산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(Si3N4), 산화 알루미늄(Al2O2), 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 형성될 수 있다.
한편, 기판 보호층(112)과 멤브레이층(120)은 후술할 희생층(180, 도 16 참조)의 제거 공정 시 일정 정도 식각이 이루어질 수 있다. 다만, 기판 보호층(112)과 멤브레인층(120)의 두께 편차(a,b)는 170Å을 초과하지 않을 수 있다.
일예로서, 활성 영역(S)에서의 상기 기판보호층(112)의 두께는 10000 ~ 9830 Å의 범위 내의 두께를 가지며, 활성 영역(S)에서의 상기 멤브레인층(120)의 두께는 500 ~ 330 Å의 범위 내의 두께를 가질 수 있다.
이에 대하여 보다 자세하게 살펴보면, 본 발명에 따라 희생층(180)은 산소 가스와 할라이드계 가스의 혼합가스로 이루어지는 에칭가스에 의해 제거된다. 이때, 상기한 혼합가스로 이루어지는 에칭가스에 의한 식각은 도 3에 도시된 바와 같이 에칭가스의 주입구(1)에서부터 시작된다. 이에 따라, 에칭가스 주입구(1)에 인접하여 배치되는 활성 영역(S) 내의 멤브레인층(120)과 기판보호층(112)에서는 에칭가스 주입구(1)들에서 가장 먼 위치에 있는 활성 영역(S) 내의 멤브레인층(120)과 기판보호층(112) 보다 더 많은 식각이 이루어질 수 있다.
여기서, 활성 영역(S)이라 함은, 하부전극(130), 압전체층(140), 상부전극(150)의 세 개의 층 모두가 적층된 영역을 말한다.
그리고, 공진부는 진동을 발생시키는 구성으로서, 하부전극(130), 압전체층(140), 상부전극(150)을 의미한다.
한편, 두께 편차라 함은 활성영역(S)에서 에칭 가스에 의해 식각되는 두께의 차이를 의미한다. 즉, 기판 보호층(112)의 두께 편차는 도 2에서 a를 의미하고, 멤브레인층(120)의 두께 편차는 도 2에서 b를 의미한다.
또한, 도 3에 도시된 주입구(1)는 활성 영역(S) 외측에 배치되도록 체적 음향 공진기(1)에 형성될 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 제1 길이의 비(즉, a/a')는 제2 길이의 비(즉, b/b')보다 클 수 있다. 다시 말해, 희생층(180)의 제거 시 발생되는 식각률은 기판 보호층(112)에서보다 멤브레인층(120)에서가 더 낮을 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 않는다.
멤브레인층(120)은 기판(110)과 함께 캐비티(C)를 형성한다. 멤브레인층(120)은 후술할 희생층(180, 도 16 참조)의 상부에 형성되며, 희생층(180)의 제거에 의해 멤브레인층(120)은 기판 보호층(112)과 함께 캐비티(C)를 형성한다.
일예로서, 멤브레인층(120)은 질화실리콘(SiN), 산화실리콘(SiO2), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 리르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 중 어느 하나의 재질을 함유하는 유전체층(Dielectric layer)으로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기한 기판보호층(112)에서와 같이, 희생층(180)의 제거 시 멤브레인층(120)에서도 식각이 발생될 수 있다. 이와 같이 희생층(180)의 제거 시 발생되는 멤브레인층(120)의 두께 편차도 170Å를 초과하지 않을 수 있다.
이와 같이, 희생층(180)의 제거 시 산소가스와 할라이드계 가스의 혼합가스가 에칭가스로 사용됨으로써, 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 두께 편차(a,b)가 170Å 이하가 될 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 제2 길이의 비(b/b')는 대략 0.0150보다 크고 0.0200보다 작을 수 있다. 여기서, b'는 활성영역의 폭의 1/2이고, b는 식각에 의한 멤브레인층(120)의 두께편차이다.
일예로서, 도 2에 도시된 제2 길이의 비(b/b')는 0.0176일 수 있다.
여기에서, 산소 가스와 할라이드계 가스의 혼합비에 따른 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 두께 편차를 나타내는 실험 데이터를 살펴보기로 한다.
여기서, 할라이드계 가스로는 일예로서, 2플루오르화 크세논(XeF2)이 사용된다. 나아가, 산소 가스와 할라이드계 가스의 혼합비만이 변경되면서 실험되며, 공정시간, 온도, 압력 등의 다른 조건들은 동일한 조건에서 수행된다.
또한, 산소 가스와 할라이드계 가스의 혼합비[할라이드계 가스 몰농도/산소 가스 몰농도]를 나타낸다.
먼저, 희생층의 제거를 위한 에칭가스로 2플루오르화 크세논(XeF2)만이 사용되는 경우 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 두께 편차는 245Å이다.
XeF2/O2 두께 편차(Å)
1.5 50
1.7 67
1.9 90
2.2 127
2.4 165
2.6 213
Only XeF2 245
하지만, 상기한 실험데이터에서 나타난 바와 같이, 2플루오르화 크세논(XeF2)과 혼합되는 산소 가스의 양을 조절함으로써 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 두께 편차(a,b)가 조절됨을 알 수 있다.
그리고, 2플루오르화 크세논(XeF2)과 산소 가스의 혼합비(XeF2/O2)는 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 두께 편차(a,b)가 170Å 이하가 되도록 하기 위하여 1.5 ~ 2.4 범위를 가질 수 있다.
그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 두께 편차가 170Å 이하인 경우(즉, #5 ~ #2 구간), 공진 성능(Resonance quality, dB)이 완만하게 증가되는 것을 알 수 있다. 그리고, 두께 편차가 170Å 초과인 경우(즉, #2 ~ #1 구간), 공진 성능(Resonance quality, dB)이 급속하게 증가되는 것을 알 수 있다. 즉, 도 4에 나타난 바와 같이, 두께 편차가 170Å 초과인 구간에서 증가되는 경우 공진 성능 값이 급속도로 높아져 체적 음향 공진기(100)의 성능이 저하되는 것을 알 수 있다.
한편, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 2플루오르화 크세논(XeF2)만이 에칭 가스로 사용되는 경우의 공진 성능이 2플루오르화 크세논(XeF2)과 산소 가스의 혼합가스가 에칭 가스로 사용되는 경우의 공진 성능보다 큰 것을 알 수 있다.
여기서, 공진 성능(Resonace quality, dB)은 적어도 하나 이상의 변곡점의 최소값과 최대값의 차이를 말하며, 공진 성능 값이 높아질수록 체적 음향 공진기(100)의 성능이 저하된다.
한편, 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)이 산화물(Oxide)를 포함하는 재질인 경우 할라이드 가스만을 에칭가스로 사용하는 경우와, 할라이드 가스와 산소 가스의 혼합가스를 에칭 가스로 사용하는 경우 식각률에 대하여 도 7에 도시하고 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 희생층을 식각하는 종래의 기술인 할라이드 가스만을 에칭가스로 사용하는 경우 식각률이 평균 1.81 Å/min이며, 할라이드 가스와 산소 가스의 혼합가스를 에칭 가스로 사용하는 경우 식각률이 평균 0.03 Å/min임을 알 수 있다. 즉, 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)이 산화물(Oxide)을 포함하는 재질로 이루어지는 경우 할라이드 가스만을 에칭가스로 사용하는 경우와 비교하면 할라이드 가스와 산소 가스의 혼합가스를 에칭 가스로 사용하는 경우의 식각률이 1/58 수준으로 감소함을 알 수 있다.
이와 같이, 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)에 포함된 산화물(Oxide)의 식각률이 감소함으로써 종래와 비교하여 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 식각에 의한 두께 편차를 감소시킬 수 있는 것이다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)이 질화물(nitride)을 포함하는 재질인 경우 질화물(nitride)의 식각률은 평균 0.48Å/min임을 알 수 있다. 즉, 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)이 산화물(Oxide)를 포함하는 재질인 경우가 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)이 질화물(nitride)을 포함하는 재질인 경우와 비교하여 1/16 수준으로 감소함을 알 수 있다.
이와 같이, 산화물(Oxide)이 포함된 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 경우가 질화물(nitride)을 포함된 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 경우가 식각률이 낮은 것을 알 수 있다.
따라서, 산화물(Oxide)이 포함된 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 경우가 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 식각에 의한 두께 편차를 보다 감소시킬 수 있다.
하부전극(130)은 멤브레인층(120) 상에 형성된다. 보다 상세하게는 하부전극(130)은 일부분이 캐비티(C)의 상부에 배치되도록 멤브레인층(120)에 형성된다.
일예로서, 하부전극(130)은 몰리브덴(molybdenum : Mo), 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridium : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt) 등과 같이 전도성 재질, 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다.
또한, 하부전극(130)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 주입하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 예를 들어, 하부전극(130)이 입력 전극인 경우 상부전극(150)은 출력 전극일 수 있으며, 하부전극(130)이 출력 전극인 경우 상부전극(150)은 입력 전극일 수 있다.
압전체층(140)은 하부전극(130)의 적어도 일부를 덮도록 형성된다. 그리고, 압전체층(140)은 하부전극(130) 또는 상부전극(150)을 통해 입력되는 신호를 탄성파로 변환하는 역할을 수행한다. 즉, 압전체층(140)은 전기적 신호를 물리적 진동에 의한 탄성파로 변환하는 역할을 수행한다.
일예로서, 압전체층(140)은 알루미늄 질화물(Aluminum Nitride), 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride), 산화아연(Zinc Oxide) 또는 지르콘 티탄산 납(Lead Zirconate Titanate)을 증착함에 따라 형성될 수 있다.
또한, 질화알루미늄 (AlN) 압전층(140)은 희토류 금속(Rare earth metal)을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 희토류 금속은 스칸듐(Sc), 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고 질화알루미늄 (AlN) 압전층 (140)은 전이 금속(transition metal)을 더 포함할 수도 있다. 일 예로, 전이 금속은 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 마그네슘(Mg), 하프늄(Hf) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상부전극(150)은 압전체층(140)을 덮도록 형성되며, 하부전극(130)과 같이 몰리브덴(molybdenum : Mo), 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt) 등과 같이 전도성 재질, 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다.
한편, 상부전극(150)에는 프레임부(152)가 구비될 수 있다. 프레임부(152)는 상부전극(150)의 나머지 부분보다 두꺼운 두께를 가지는 상부전극(150)의 일부분을 말한다. 또한, 프레임부(152)는 활성 영역(S)의 중앙부를 제외한 영역에 배치되도록 상부전극(150)에 구비될 수 있다.
그리고, 프레임부(152)는 공진 시 발생되는 측면파(Lateral Wave)를 활성 영역(S) 내부로 반사시켜 공진 에너지를 활성 영역(S)에 가두어 두는 역할을 수행한다. 다시 말해, 프레임부(152)는 활성 영역(S)의 가장자리에 배치되도록 형성되어 활성 영역(S)으로부터 진동이 외부로 빠져나가는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
페시베이션층(160)은 하부전극(130)과 상부전극(150)의 일부분을 제외한 영역에 형성된다. 한편, 페시베이션층(160)은 공정 중 상부전극(150) 및 하부전극(130)이 손상되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
나아가, 페시베이션층(160)은 최종 공정에서 주파수 조절을 위해 식각에 의해 페시베이션층(160)의 두께가 조절될 수 있다. 패시베이션층(160)은 멤브레인층(120)에 사용되는 물질과 동일 물질을 사용할 수있다. 일 예로, 이산화규소(SiO2), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 리르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 중 어느 하나의 재질을 함유하는 유전체층(Dielectric layer)이 사용될 수 있다.
금속패드(170)는 하부전극(130)과 상부전극(150)의 상기한 페시베이션층(160)이 형성되지 않은 일부분에 형성된다. 일예로서, 금속패드(170)는 금(Au), 금-주석(Au-Sn) 합금, 구리(Cu), 구리-주석(Cu-Sn) 합금, 알루미늄(Al) 및 알루미늄 합금 등의 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금은 알루미늄-게르마늄(Al-Ge) 합금일 수 있다.
상기한 바와 같이, 산소 가스와 할라이드계 가스의 혼합비를 조절함으로써 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 두께 편차(a,b)를 조절할 수 있다. 이에 따라, 공진 성능을 감소시킬 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 에칭가스로 할리이드계 가스와 산소 가스만이 혼합된 혼합가스가 사용되는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 에칭가스로는 할라이드계 가스, 산소 가스 및 불활성 가스[예를 들어, 헬륨(He), 아르곤(Ar) 등]가 혼합된 혼합가스가 사용될 수도 있다. 이러한 경우에도 할라이드계 가스와 산소 가스의 혼합비는 1.5 ~ 2.4의 범위 내일 수 있다.
또한, 에칭가스로 할라이드계 가스와 산소가 포함된 가스(예를 들어, 이산화 탄소, 이산화질소 등)가 혼합된 혼합가스가 사용될 수도 있다. 이러한 경우에도 할라이드계 가스와, 산소가 포함된 가스로부터 추출되는 산소 가스의 혼합비는 1.5 ~ 2.4의 범위 내일 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 제조방법에 대하여 간략하게 살펴보기로 한다.
도 9 내지 도 17은 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 제조방법을 설명하기 위한 설명도이다.
먼저, 도 9에 도시된 바와 같이, 기판(110) 상에 기판보호층(112)을 형성한다. 기판보호층(112)은 일예로서, 질화실리콘(Si3N4) 또는 산화실리콘(SiO2)을 함유하는 재질로 이루어질 수 있다.
이후, 도 10에 도시된 바와 같이, 기판보호층(112) 상에 희생층(180)이 형성된다. 일예로서, 희생층(180)은 실리콘 계열의 재질(일예로서, 폴리 실리콘을 함유하는 재질)로 이루어질 수 있으며, 이후, 증착된 희생층(180) 중 불필요한 부분은 불소(F), 염소(Cl) 등의 할라이드계의 에칭가스와 산소가스의 혼합가스에 의해 제거된다.
그리고, 희생층(180)을 덮도록 멤브레인층(120)이 형성된다. 최종적으로 멤브레인층(120)은 희생층(180)의 제거에 의해 도 18에 도시된 바와 같이 캐비티(C)를 형성한다.
이후, 도 11에 도시된 바와 같이, 멤브레인층(120) 상에 하부전극(130)이 형성된다. 하부전극(130)의 일부는 희생층(180) 상에 배치되고 일부는 희생층(180)의 외측으로 돌출되도록 형성된다.
일예로서, 하부전극(130)은 몰리브덴(molybdenum : Mo), 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt) 등과 같이 전도성 재질, 또는 이의 합금을 이용하여 형성할 수 있다.
이후, 도 12에 도시된 바와 같이, 하부전극(130)을 덮도록 압전체층(140)이 형성된다. 압전체층(140)은 알루미늄 질화물(Aluminum Nitride), 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride), 산화아연(Zinc Oxide) 또는 지르콘 티탄산 납(Lead Zirconate Titanate)을 증착함에 따라 형성할 수 있다.
이후, 도 13에 도시된 바와 같이, 압전체층(140)을 덮도록 상부전극(150)을 형성한다. 상부전극(150)은 하부전극(130)과 같이 몰리브덴(molybdenum : Mo), 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt) 등과 같이 전도성 재질, 또는 이의 합금을 이용하여 형성할 수 있다.
이후, 도 14에 도시된 바와 같이, 상부전극(150)의 일부를 건식 식각에 의해 제거한다.
이후, 도 15에 도시된 바와 같이, 압전체층(140)의 가장자리 부분을 식각에 의해 제거한다. 이에 따라, 압전체층(140)의 하부에 배치되는 하부전극(130)의 일부가 외부로 노출된다.
이후, 도 16에 도시된 바와 같이, 페시베이션층(160)을 상부전극(150)의 일부와 외부로 노출된 하부전극(130)의 일부에 형성한다. 페시베이션층(160)의 형성 시 상부전극(150)의 일부분과 하부전극(130)의 일부분은 외부로 노출되도록 페시베이션층(160)이 형성된다.
이후, 도 17에 도시된 바와 같이, 금속패드(170)가 외부로 노출된 하부전극(130)과 상부전극(150)에 접속되도록 형성된다. 금속패드(170)는 금(Au), 금-주석(Au-Sn) 합금 등의 재질로 이루어질 수 있다.
이후, 도 18에 도시된 바와 같이, 희생층(180)을 제거하여 멤브레인층(120)의 하부에 캐비티(C)를 형성한다. 한편, 희생층(180)의 제거 시 산소가스와 할라이드계 가스의 혼합가스가 에칭가스로 사용된다. 이에 따라, 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 두께 편차(a,b)가 170Å 이하가 될 수 있다.
한편, 상기한 표 1에 나타난 실험데이터를 통해 살펴보면, 할라이드계 가스로는 2플루오르화 크세논(XeF2)이 사용될 수 있으며, 희생층(180)의 제거를 위한 에칭가스로 2플루오르화 크세논(XeF2)만이 사용되는 경우 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 두께 편차는 245Å일 수 있다.
하지만, 표 1의 실험데이터에서 나타난 바와 같이, 2플루오르화 크세논(XeF2)과 혼합되는 산소 가스의 양을 조절함으로써 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 두께 편차(a,b)가 조절됨을 알 수 있다.
그리고, 2플루오르화 크세논(XeF2)과 산소 가스의 혼합비(XeF2/O2)는 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 두께 편차(a,b)가 170Å 이하가 되도록 하기 위하여 1.5 ~ 2.4 범위를 가질 수 있다.
그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 두께 편차가 170Å 초과인 경우 공진 성능(Resonance quality, dB)이 급속하게 증가되는 것을 알 수 있다. 즉, 도 4에 나타난 바와 같이, 두께 편차가 증가되는 경우 공진 성능 값이 높아져 체적 음향 공진기(100)의 성능이 저하되는 것을 알 수 있다.
한편, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 2플루오르화 크세논(XeF2)만이 에칭 가스로 사용되는 경우의 공진 성능이 2플루오르화 크세논(XeF2)과 산소 가스의 혼합가스가 에칭 가스로 사용되는 경우의 공진 성능보다 큰 것을 알 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 희생층을 식각하는 종래의 기술인 할라이드 가스만을 에칭가스로 사용하는 경우 식각률이 평균 1.81 Å/min이며, 할라이드 가스와 산소 가스의 혼합가스를 에칭 가스로 사용하는 경우 식각률이 평균 0.03 Å/min임을 알 수 있다. 즉, 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)이 산화물(Oxide)을 포함하는 재질로 이루어지는 경우 할라이드 가스만을 에칭가스로 사용하는 경우와 비교하면 할라이드 가스와 산소 가스의 혼합가스를 에칭 가스로 사용하는 경우의 식각률이 1/58 수준으로 감소함을 알 수 있다.
이와 같이, 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)에 포함된 산화물(Oxide)의 식각률이 감소함으로써 종래와 비교하여 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 식각에 의한 두께 편차를 감소시킬 수 있는 것이다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)이 질화물(nitride)을 포함하는 재질인 경우 질화물(nitride)의 식각률은 평균 0.48Å/min임을 알 수 있다. 즉, 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)이 산화물(Oxide)를 포함하는 재질인 경우가 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)이 질화물(nitride)을 포함하는 재질인 경우와 비교하여 1/16 수준으로 감소함을 알 수 있다.
이와 같이, 산화물(Oxide)이 포함된 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 경우가 질화물(nitride)이 포함된 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 경우보다 식각률이 낮은 것을 알 수 있다.
따라서, 산화물(Oxide)이 포함된 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 경우가 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 식각에 의한 두께 편차를 보다 감소시킬 수 있다.
도 19는 본 발명의 제2 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 19를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 체적 음향 공진기(500)는 일예로서, 기판(510), 지지층(520), 식각방지부(530), 멤브레인층(540), 하부전극(550), 압전체층(560), 상부전극(570), 삽입층(580), 페시베이션층(590) 및 금속패드(595)를 포함하여 구성될 수 있다.
기판(510)은 실리콘 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(510)으로는 실리콘 웨이퍼가 이용되거나, SOI(Silicon On Insulator) 타입의 기판이 이용될 수 있다.
기판(510)의 상면에는 기판보호층(512)이 형성될 수 있으며, 상부에 배치되는 구성과 기판(110)을 전기적으로 격리시킬 수 있다. 또한, 기판보호층(512)은 제조과정에서 캐비티(C)를 형성하는 경우 에칭가스에 의해 기판(510)이 식각되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
이 경우, 기판보호층(512)은 산화 실리콘(SiO2), 질화 실리콘(Si3N4), 산화 알루미늄(Al2O2), 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 형성될 수 있다.
한편, 기판 보호층(512)은 희생층(미도시)의 제거 공정 시 일정 정도 식각이 이루어질 수 있다. 다만, 기판 보호층(512)의 두께 편차(a)는 170Å를 초과하지 않을 수 있다.
이에 대하여 보다 자세하게 살펴보면, 희생층은 산소 가스와 할라이드계 가스의 혼합가스로 이루어지는 에칭가스에 의해 제거된다. 이때, 상기한 혼합가스로 이루어지는 에칭가스에 의한 식각은 에칭가스의 유입구(미도시) 주위에 배치되는 기판 보호층(112)에서가 활성 영역(S)의 중앙부에 배치되는 기판 보호층(112)에서 보다 더 많이 이루어질 수 있다.
한편, 도 19에 도시된 제1 길이의 비(즉, a/a')는 제2 길이의 비(즉, b/b')보다 클 수 있다. 다시 말해, 희생층(180)의 제거 시 발생되는 식각률은 기판 보호층(112)에서보다 멤브레인층(120)에서가 더 낮을 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다.
여기서, 활성 영역(S)이라 함은, 하부전극(550), 압전체층(560), 상부전극(570)의 세 개의 층 모두가 적층된 영역을 말한다.
그리고, 공진부는 진동을 발생시키는 구성으로서, 하부전극(550), 압전체층(560), 상부전극(570)을 의미한다.
한편, 두께 편차라 함은 활성영역(S)에서 에칭 가스에 의해 식각되는 두께의 차이를 의미한다. 즉, 기판 보호층(512)의 두께 편차는 도 23에서 a를 의미하고, 멤브레인층(540)의 두께 편차는 도 23에서 b를 의미한다.
지지층(520)은 기판보호층(512) 상에 형성되며, 지지층(520)의 내측에는 캐비티(C)와 식각 방지부(530)가 배치될 수 있다. 캐비티(C)는 제조 시 지지층(520)의 일부분(즉, 희생층)을 제거함으로써 형성된다. 이와 같이, 캐비티(C)가 지지층(520)의 내측에 형성됨에 따라, 지지층(520)의 상부에 배치되는 하부전극(550) 등은 편평하게 형성될 수 있다.
식각방지부(530)는 캐비티(C)의 경계를 따라 배치된다. 식각방지부(530)는 캐비티(C) 형성 과정에서 캐비티 영역 이상으로 식각이 진행되는 것을 방지한다.
멤브레인층(540)은 기판(510)과 함께 캐비티(C)를 형성한다. 한편, 식각방지부(530)는 멤브레인층(540)에 의해 형성된 홈부(542)에 삽입 배치된다. 한편, 멤브레인층(140)은 질화실리콘(Si3N4), 산화실리콘(SiO2), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 리르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 중 어느 하나의 재질을 함유하는 유전체층(Dielectric layer)이 사용될 수 있다.
그리고, 상기한 기판보호층(512)에서와 같이, 희생층의 제거 시 멤브레인층(520)에서도 식각이 발생될 수 있다. 이와 같이 희생층의 제거 시 발생되는 멤브레인층(520)의 두께 편차도 170Å를 초과하지 않을 수 있다.
일예로서, 활성 영역(S)에서의 상기 기판보호층(512)의 두께는 10000 ~ 9830 Å의 범위 내의 두께를 가지며, 활성 영역(S)에서의 상기 멤브레인층(520)의 두께는 500 ~ 330 Å의 범위 내의 두께를 가질 수 있다.
이와 같이, 희생층의 제거 시 산소가스와 할라이드계 가스의 혼합가스가 에칭가스로 사용됨으로써, 기판보호층(512)과 멤브레인층(540)의 두께 편차(a,b)가 170Å 이하가 될 수 있다.
한편, 도 19에 도시된 제2 길이의 비(b/b')는 대략 0.0150보다 크고 0.0200보다 작을 수 있다. 여기서, b'는 활성영역의 폭의 1/2이고, b는 식각에 의한 멤브레인층(120)의 두께편차이다.
일예로서, 도 19에 도시된 제2 길이의 비(b/b')는 0.0176일 수 있다.
한편, 상기한 표 1에서 살펴본 바와 같이, 플루오르화 크세논(XeF2)과 혼합되는 산소 가스의 양을 조절함으로써 기판보호층(512)과 멤브레인층(540)의 두께 편차(a,b)가 조절됨을 알 수 있다.
그리고, 2플루오르화 크세논(XeF2)과 산소 가스의 혼합비(XeF2/O2)는 기판보호층(512)과 멤브레인층(540)의 두께 편차(a,b)가 170Å 이하가 되도록 하기 위하여 1.5 ~ 2.4 범위를 가질 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 두께 편차가 170Å 초과인 경우 공진 성능(Resonance quality, dB)이 급속하게 증가되는 것을 알 수 있다. 즉, 도 4에 나타난 바와 같이, 두께 편차가 증가되는 경우 공진 성능 값이 높아져 체적 음향 공진기(500)의 성능이 저하되는 것을 알 수 있다.
한편, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 2플루오르화 크세논(XeF2)만이 에칭 가스로 사용되는 경우의 공진 성능이 2플루오르화 크세논(XeF2)과 산소 가스의 혼합가스가 에칭 가스로 사용되는 경우의 공진 성능보다 큰 것을 알 수 있다.
또한, 상기한 표 2에서 살펴본 바와 같이, 산소 가스와 할라이드계 가스의 혼합가스로 에칭 가스가 사용되는 경우 산소 가스와 할라이드계 가스의 혼합비율을 조절하여 폴리 실리콘의 식각률을 변화시킴으로써 기판보호층(512)과 멤브레인층(540)의 두께 편차(a,b)를 조절할 수 있다는 것을 알 수 있다.
여기서, 폴리 실리콘은 희생층으로 사용되는 재질로서, 폴리 실리콘의 식각률은 도3에 도시된 주입구(1)에서부터 가장 먼 위치로 점차 식각되는 폴리 실리콘의 횡방향 식각률을 나타낸다.
한편, 또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 희생층을 식각하는 종래의 기술인 할라이드 가스만을 에칭가스로 사용하는 경우 식각률이 평균 1.81 Å/min이며, 할라이드 가스와 산소 가스의 혼합가스를 에칭 가스로 사용하는 경우 식각률이 평균 0.03 Å/min임을 알 수 있다. 즉, 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)이 산화물(Oxide)을 포함하는 재질로 이루어지는 경우 할라이드 가스만을 에칭가스로 사용하는 경우와 비교하면 할라이드 가스와 산소 가스의 혼합가스를 에칭 가스로 사용하는 경우의 식각률이 1/58 수준으로 감소함을 알 수 있다.
이와 같이, 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)에 포함된 산화물(Oxide)의 식각률이 감소함으로써 종래와 비교하여 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 식각에 의한 두께 편차를 감소시킬 수 있는 것이다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)이 질화물(nitride)을 포함하는 재질인 경우 질화물(nitride)의 식각률은 평균 0.48Å/min임을 알 수 있다. 즉, 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)이 산화물(Oxide)를 포함하는 재질인 경우가 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)이 질화물(nitride)을 포함하는 재질인 경우와 비교하여 1/16 수준으로 감소함을 알 수 있다.
이와 같이, 산화물(Oxide)이 포함된 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 경우가 질화물(nitride)을 포함된 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 경우가 식각률이 낮은 것을 알 수 있다.
따라서, 산화물(Oxide)이 포함된 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 경우가 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 식각에 의한 두께 편차를 감소시킬 수 있다.
하부전극(550)은 멤브레인층(540) 상에 형성되며, 일부분이 캐비티(C)의 상부에 배치된다. 또한, 하부전극(150)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다.
압전체층(560)은 적어도 캐비티(C)의 상부에 배치되는 하부전극(550)을 덮도록 형성된다. 한편, 압전체층(560)은 전기적 에너지를 탄성파 형태의 기계적 에너지로 변환하는 압전 효과를 일으키는 부분으로, 질화 알루미늄(AlN), 산화아연(ZnO), 납 지르코늄 티타늄 산화물(PZT; PbZrTiO) 중 하나로 형성될 수 있다. 특히, 압전체층(560)이 질화 알루미늄(AlN)로 구성되는 경우 압전체층(550)은 희토류 금속(Rare earth metal)을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 희토류 금속은 스칸듐(Sc), 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 일 예로, 전이 금속은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈륨 (Ta), 니오비윰 (Nb) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 2가 금속인 마그네슘(Mg)도 포함될 수 있다.
한편, 압전체층(560)은 평탄부(S)에 배치되는 압전부(562), 그리고 확장부(E)에 배치되는 굴곡부(564)를 포함한다.
압전부(562)는 하부전극(550)의 상부면에 직접 적층되는 부분이다. 따라서 압전부(562)는 하부전극(550)과 상부전극(570) 사이에 개재되어 하부전극(550), 상부전극(570)과 함께 편평한 형태로 형성된다.
굴곡부(564)는 압전부(562)에서 외측으로 연장되어 확장부(E) 내에 위치하는 영역으로 정의될 수 있다.
굴곡부(564)는 후술되는 삽입층(580) 상에 배치되며, 삽입층(580)의 형상을 따라 융기되는 형태로 형성된다. 이에 압전체층(560)은 압전부(562)와 굴곡부(564)의 경계에서 굴곡되며, 굴곡부(564)는 삽입층(580)의 두께와 형상에 대응하여 융기된다.
굴곡부(564)는 경사부(564a)와 연장부(564b)로 구분될 수 있다.
경사부(564a)는 후술되는 삽입층(580)의 경사면(L)을 따라 경사지게 형성되는 부분을 의미한다. 그리고 연장부(564b)는 경사부(564a)에서 외측으로 연장되는 부분을 의미한다.
경사부(564a)는 삽입층(580) 경사면(L)과 평행하게 형성되며, 경사부(564a)의 경사각은 삽입층(580) 경사면(L)의 경사각과 동일하게 형성될 수 있다.
상부전극(570)은 적어도 캐비티(C)의 상부에 배치되는 압전체층(560)을 덮도록 형성된다. 상부전극(570)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 하부전극(550)이 입력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(570)은 출력 전극으로 이용되며, 하부전극(550)이 출력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(570)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
삽입층(580)은 하부전극(550)과 압전체층(560) 사이에 배치된다. 삽입층(580)은 산화실리콘(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO)등의 유전체로 형성될 수 있으나, 압전체층(160)과는 다른 재질로 형성된다. 또한, 필요에 따라 삽입층(580)이 구비되는 영역을 빈 공간(air)으로 형성하는 것도 가능하다. 이는 제조 과정에서 삽입층(580)을 제거함으로써 구현될 수 있다.
본 실시예에서 삽입층(580)의 두께는 하부전극(550)의 두께와 동일하거나, 유사하게 형성될 수 있다. 또한 압전체층(560)과 유사하거나 압전체층(560) 보다 얇게 형성될 수 있다. 예를 들어 삽입층(580)은 100Å 이상의 두께로 형성되고 압전체층(560)의 두께보다는 얇게 형성될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 삽입층(580)은 멤브레인층(540)과 하부전극(550), 그리고 식각 방지부(530)에 의해 형성되는 표면을 따라 배치된다.
페시베이션층(590)은 하부전극(550)과 상부전극(570)의 일부분을 제외한 영역에 형성된다. 한편, 페시베이션층(590)은 공정 중 상부전극(570) 및 하부전극(550)이 손상되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
나아가, 페시베이션층(590)은 최종 공정에서 주파수 조절을 위해 식각에 의해 일부분이 제거될 수 있다. 즉, 페시베이션층(590)의 두께가 조절될 수 있다. 페시베이션층(590)은 일예로서, 질화실리콘(Si3N4), 산화실리콘(SiO2), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 리르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 중 어느 하나의 재질을 함유하는 유전체층(Dielectric layer)이 사용될 수 있다.
금속패드(595)는 하부전극(550)과 상부전극(570)의 상기한 페시베이션층(590)이 형성되지 않은 일부분에 형성된다. 일예로서, 금속패드(595)는 금(Au), 금-주석(Au-Sn) 합금, 구리(Cu), 구리-주석(Cu-Sn) 합금 및 알루미늄(Al), 알루미늄 합금 등의 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금은 알루미늄-게르마늄(Al-Ge) 합금일 수 있다.
상기한 바와 같이, 산소 가스와 할라이드계 가스의 혼합비를 조절함으로써 기판보호층(512)과 멤브레인층(540)의 두께 편차(a,b)를 조절할 수 있다. 이에 따라, 공진 성능을 감소시킬 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 체적 음향 공진기의 제조를 위한 제조설비에 대하여 설명하기로 한다.
도 20은 본 발명에 따른 체적 음향 공진기의 제조방법에 사용되는 제조설비를 나타내는 구성도이다.
도 20에 도시된 바와 같이, 상기한 희생층(180, 도 17 참조)의 제거 공정을 위한 공정 챔버(200)가 구비되며, 공정챔버(200)의 내부로 할라이드계의 가스와 산소가스의 혼합가스가 에칭가스로 공급된다.
혼합가스는 공정챔버(200)에 연결되는 혼합가스 공급관(210)을 통해 공정챔버(200)에 공급될 수 있다.
한편, 할라이드계 가스[일예로서, 2플루오르화 크세논(XeF2)]는 고체 상태로 보관되는 할라이드계 가스 소스를 통해 생성되며, 할라이드계 가스 저장소(230)에 저장된 후 할라이드계 가스 공급 조절장치(220)에 의해 혼합가스 공급관(210)으로 공급된다. 이때, 일예로서, 할라이드계 가스는 1 ~ 3 Torr의 공급압력으로 제공될 수 있다.
또한, 산소 가스는 산소가스 저장소(240)에 저장되며, 산소가스 공급 조절장치(250)를 통해 혼합가스 공급관(210)에 공급될 수 있다.
이에 따라, 공정챔버(200)의 내부에 할라이드계 가스와 산소가스의 혼합가스가 에칭가스로 공급될 수 있는 것이다.
한편, 도 21 내지 도 24에 도시된 바와 같이, 산소 가스가 산소가스 공급 조절장치(250)를 통해 혼합가스 공급관(210)에 공급되는 유량에 따라, 상기한 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 두께 편차(a,b)를 조절할 수 있다.
즉, 도 21에 도시된 바와 같이, 산소 가스가 산소 가스 공급 조절장치(250)에 의해 2 sccm(standard cubic centimeter per min)이 공급되는 경우 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 두께 편차가 대략 210Å임을 알 수 있다.
또한, 도 22에 도시된 바와 같이, 산소 가스가 산소 가스 공급 조절장치(250)에 의해 3 sccm(standard cubic centimeter per min)이 공급되는 경우 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 두께 편차가 대략 90Å임을 알 수 있다.
그리고, 도 23에 도시된 바와 같이, 산소 가스가 산소 가스 공급 조절장치(250)에 의해 4 sccm(standard cubic centimeter per min)이 공급되는 경우 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 두께 편차가 대략 50Å임을 알 수 있다.
하지만, 도 24에 도시된 바와 같이, 산소 가스가 공급되지 않고 할라이드계 가스만이 에칭가스로 사용되는 경우 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 두께 편차가 대략 200Å임을 알 수 있다.
이와 같이, 할라이드계 가스와 산소 가스의 혼합가스를 에칭가스로 사용하면서 산소 가스의 공급량을 조절함으로써, 기판보호층(112)과 멤브레인층(120)의 두께 편차를 감소시킬 수 있다.
도 25는 본 발명에 따른 체적 음향 공진기의 제조방법에 사용되는 제조설비의 제1 변형 실시예를 나타내는 구성도이다.
도 25에 도시된 바와 같이, 상기한 희생층(180, 도 17 참조)의 제거 공정을 위한 공정 챔버(300)가 구비되며, 공정챔버(300)의 내부로 할라이드계 가스와 산소가스가 각각 공급된다.
할라이드계 가스는 공정챔버(300)에 연결되는 할라이드계 가스 공급관(310)을 통해 공정챔버(300)에 공급되며, 산소가스 공급관(360)을 통해 산소가스가 공정챔버(300)에 공급될 수 있다.
한편, 할라이드계 가스(일예로서, 2플루오르화 크세논(XeF2))는 고체 상태로 보관되는 할라이드계 가스 소스를 통해 생성되며, 할라이드계 가스 저장소(330)에 저장된 후 할라이드계 가스 공급 조절장치(320)에 의해 할리이드계 가스 공급관(310)으로 공급된다.
또한, 산소가스는 산소가스 저장소(340)에 저장되며, 산소가스 공급 조절장치(350)를 통해 산소가스 공급관(360)에 공급될 수 있다.
이에 따라, 공정챔버(300)의 내부에 할라이드계의 에칭가스와 산소가스의 혼합가스가 공급될 수 있는 것이다.
도 26은 본 발명에 따른 체적 음향 공진기의 제조방법에 사용되는 제조설비의 제2 변형 실시예를 나타내는 구성도이다.
도 26에 도시된 바와 같이, 상기한 희생층(180, 도 16 참조)의 제거 공정을 위한 공정 챔버(400)가 구비되며, 공정챔버(400)의 내부로 할라이드계의 가스와 산소가스의 혼합가스가 공급된다.
할라이드계 가스와 산소가스의 혼합가스는 공정챔버(400)에 연결되는 혼합가스 공급관(410)을 통해 공정챔버(400)에 공급된다.
한편, 할라이드계 가스(일예로서, 2플루오르화 크세논(XeF2))는 고체 상태로 보관되는 할라이드계 가스 소스를 통해 생성되며, 혼합가스 저장소(430)에 저장된 후 혼합가스 공급 조절장치(420)에 의해 혼합가스 공급관(410)으로 공급된다.
또한, 산소가스는 산소가스 저장소(440)에 저장되며, 산소가스 공급 조절장치(450)를 통해 산소가스 공급관(460)에 공급될 수 있다. 산소가스 공급관(460)은 상기한 혼합가스 저장소(430)에 연결되어 산소가스가 혼합가스 저장소(430)에 공급될 수 있다.
이와 같이, 혼합가스 저장소(430)에 할라이드계 가스와 산소가스가 혼합된 후 혼합가스 공급 조절장치(420)를 통해 공정챔버(400)에 공급될 수 있는 것이다.
이에 따라, 공정챔버(400)의 내부에 할라이드계의 가스와 산소가스의 혼합가스가 에칭가스로 공급될 수 있는 것이다.
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, 500 : 체적 음향 공진기
110, 510 : 기판
120, 540 : 멤브레인층
130, 550 : 하부전극
140, 560 : 압전체층
150, 570 : 상부전극
160, 590 : 페시베이션층
170, 595 : 금속패드

Claims (18)

  1. 기판보호층 상에 희생층을 형성하는 단계;
    상기 희생층을 덮도록 상기 기판보호층 상에 멤브레인층을 형성하는 단계; 및
    상기 희생층을 제거하여 캐비티를 형성하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 희생층은 할라이드계 가스와 산소 가스가 포함된 혼합가스 또는 할라이드계 가스와 산소가 포함된 가스가 혼합된 혼합가스에 의해 제거되며,
    상기 산소 가스에 대한 할라이드계 가스의 혼합비가 1.5 ~ 2.4 인 체적 음향 공진기의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 희생층은 폴리 실리콘을 포함하는 체적 음향 공진기의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 할라이드계 가스는 2플루오르화 크세논(XeF2)인 체적 음향 공진기의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 멤브레인층은 상기 캐비티 형성 후 상기 멤브레인층 내의 두께 편차가 170Å 이하인 체적 음향 공진기의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판보호층은 상기 캐비티 형성 후 상기 기판보호층 내의 두께 편차가 170Å 이하인 체적 음향 공진기의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 희생층의 제거는 공정챔버 내에서 수행되며,
    상기 산소가스와 상기 할라이드계 가스는 혼합가스 공급관에서 혼합되어 상기 공정챔버로 제공되는 체적 음향 공진기의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 희생층의 제거는 공정챔버 내에서 수행되며,
    상기 산소가스와 상기 할라이드계 가스는 상기 공정챔버 내에서 혼합되는 체적 음향 공진기의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 희생층의 제거는 공정챔버 내에서 수행되며,
    상기 산소가스와 상기 할라이드계 가스는 혼합가스 저장소에서 혼합되어 상기 공정챔버로 제공되는 체적 음향 공진기의 제조방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제1항에 있어서,
    상기 기판보호층은 산화실리콘 또는 질화실리콘을 포함하는 체적 음향 공진기의 제조방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 멤브레인층은 산화실리콘 또는 질화실리콘을 포함하는 체적 음향 공진기의 제조방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
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