KR102145309B1 - 음향 공진기 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기는, 기판, 상기 기판 상에 배치되며 제1 전극, 압전층 및 제2 전극이 적층된 공진부, 상기 공진부 상부에 배치되는 보호층, 및 상기 보호층 상에 형성된 소수성층을 포함하며, 상기 보호층은, 상기 제2 전극 상에 적층되는 제1 보호층과 상기 제1 보호층 상에 적층되며 상기 제1 보호층보다 높은 밀도를 갖는 제2 보호층을 포함한다.
Description
본 발명은 음향 공진기에 관한 것이다.
최근 이동통신기기, 화학 및 바이오기기 등의 급속한 발달에 따라, 이러한 기기에서 사용되는 소형 경량필터, 오실레이터(Oscillator), 공진소자(Resonant element), 음향공진 질량센서(Acoustic Resonant Mass Sensor) 등의 수요가 증가하고 있다.
이러한 소형 경량필터, 오실레이터, 공진소자, 음향공진 질량센서 등을 구현하는 수단으로는 박막 벌크 음향 공진기(Film Bulk Acoustic Resonator: FBAR)가 알려져 있다.
FBAR는 최소한의 비용으로 대량 생산이 가능하며, 초소형으로 구현할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 필터의 주요한 특성인 높은 품질 계수 (Quality Factor: Q)값을 구현하는 것이 가능하고, 마이크로주파수 대역에서도 사용이 가능하며, 특히 PCS(Personal Communication System)와 DCS(Digital Cordless System) 대역까지도 구현할 수 있다는 장점이 있다.
일반적으로, FBAR는 기판 상에 제1 전극, 압전체 및 제2 전극을 차례로 적층하여 구현되는 공진부를 포함하는 구조로 이루어진다.
FBAR의 동작원리를 살펴보면, 먼저 제1 및 2전극에 전기에너지를 인가하여 압전층 내에 전계를 유기시키면, 이 전계는 압전층의 압전 현상을 유발시켜 공진부가 소정 방향으로 진동하도록 한다. 그 결과, 진동방향과 동일한 방향으로 음향파(Bulk Acoustic Wave)가 발생하여 공진을 일으키게 된다
본 발명의 일 측면은 음향 공진기가 습한 환경에서 사용되거나, 장기간 상온에서 방치되는 경우에 음향 공진기의 보호층에 히드록실기(hydroxy group, OH group)가 흡착되어 주파수 변동이 커지거나, 공진기 성능이 열화되는 문제점을 해결하기 위함이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기는, 기판, 상기 기판 상에 배치되며 제1 전극, 압전층 및 제2 전극이 적층된 공진부, 상기 공진부 상부에 배치되는 보호층, 및 상기 보호층 상에 형성된 소수성층을 포함하며, 상기 보호층은, 상기 제2 전극 상에 적층되는 제1 보호층과 상기 제1 보호층 상에 적층되며 상기 제1 보호층보다 높은 밀도를 갖는 제2 보호층을 포함한다.
본 실시예에 있어서, 상기 공진부 하부에는 캐비티가 배치되며, 상기 소수성층은 상기 캐비티의 내벽에 더 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 소수성층은 상면, 하면과 측면을 포함하는 상기 캐비티의 내벽 전체에 형성되거나 부분적으로 형성될 수 있다.
또한 공진부를 지지하는 멤브레인층은 제1 전극을 지지하는 제2 멤브레인층과 상기 제2 멤브레인층의 표면에 배치되어 상기 제2 멤브레인층보다 높은 밀도를 갖는 제1 멤브레인층을 포함한다. 이 경우, 상기 소수성층은 제 1 멤브레인층의 표면에 형성될 수 있다.
본 발명은 보호층을 재질이 다른 제1 보호층과 제2 보호층으로 적층 구성하고, 제2 보호층 상에 소수성층(hydrophobic layer)을 배치한다. 이에 음향 공진기가 습한 환경에서 사용되거나, 장기간 상온에서 방치되는 경우에도 주파수 변동을 최소화할 수 있으며 공진기 성능을 균일하게 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 평면도이다.
도 2는 도 1의 I-I'에 따른 단면도이다.
도 3은 도 1의 II-II'에 따른 단면도이다.
도 4 는 도 1의 III-III'에 따른 단면도이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기의 평면도이다.
도 10은 도 9의 IV-IV′에 대응하는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기의 평면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 제2 전극 구조에 따른 음향 공진기의 공진 성능을 도시한 그래프이다.
도 13은 도 12에 도시된 그래프의 값을 정리한 표이다.
도 14는 소수성층의 접착층(adhesion layer)로 사용되는 프리커서 (precursor)의 분자 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 15은 소수성층의 분자 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 16 및 도 17는 각각 본 발명의 다른 실시예들에 따른 필터의 개략적인 회로도이다.
도 18은 소수성층이 형성되지 않은 보호층 상에 히드록실기가 흡착된 것을 도시한 것이다.
도 19은 보호층 상에 소수성층이 형성된 것을 도시한 것이다.
도 20은 보호층 상에 소수성층이 형성된 음향 공진기(실시예)와 보호층 상에 소수성층이 형성되지 않은 음향 공진기(비교예)에 대한 습도 및 시간에 따른 주파수 변화를 나타낸 그래프이다.
도 21는 보호층 상에 소수성층이 형성되는 과정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 I-I'에 따른 단면도이다.
도 3은 도 1의 II-II'에 따른 단면도이다.
도 4 는 도 1의 III-III'에 따른 단면도이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기의 평면도이다.
도 10은 도 9의 IV-IV′에 대응하는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기의 평면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 제2 전극 구조에 따른 음향 공진기의 공진 성능을 도시한 그래프이다.
도 13은 도 12에 도시된 그래프의 값을 정리한 표이다.
도 14는 소수성층의 접착층(adhesion layer)로 사용되는 프리커서 (precursor)의 분자 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 15은 소수성층의 분자 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 16 및 도 17는 각각 본 발명의 다른 실시예들에 따른 필터의 개략적인 회로도이다.
도 18은 소수성층이 형성되지 않은 보호층 상에 히드록실기가 흡착된 것을 도시한 것이다.
도 19은 보호층 상에 소수성층이 형성된 것을 도시한 것이다.
도 20은 보호층 상에 소수성층이 형성된 음향 공진기(실시예)와 보호층 상에 소수성층이 형성되지 않은 음향 공진기(비교예)에 대한 습도 및 시간에 따른 주파수 변화를 나타낸 그래프이다.
도 21는 보호층 상에 소수성층이 형성되는 과정을 개략적으로 도시한 것이다.
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.
음향 공진기
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 평면도이고, 도 2는 도 1의 I-I'에 따른 단면도이다. 또한 도 3은 도 1의 II-II'에 따른 단면도이고, 도 4 는 도 1의 III-III'에 따른 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기(100)는 박막 벌크 음향 공진기(Film Bulk Acoustic Resonator: FBAR) 일 수 있으며, 기판(110), 절연층(115), 멤브레인층(150), 캐비티(C), 공진부(120), 보호층(127) 및 소수성층(130)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), 질화규소(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.
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), 티타늄(Ti) 중 적어도 하나의 재질을 함유하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
멤브레인층(150) 상에는 시드층(미도시)이 형성될 수 있다. 구체적으로 시드층은 멤브레인층(150)과 제1 전극(121) 사이에 배치될 수 있다. 시드층은 질화 알루미늄(AlN) 재질로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않으며 HCP 구조를 가지는 유전체 또는 금속을 이용하여 형성될 수 있다. 금속일 경우 시드층은 티타늄(Ti), 루테늄(Ru)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.
후술되는 삽입층(170)이 형성될 경우, 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 영역을 의미한다. 따라서 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) 상부에 배치된다. 따라서 확장부(E)에 위치한 압전층(123)과 제2 전극(125)은 삽입층(170)의 형상을 따라 경사면을 구비한다.
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, 구리, 몰리브덴, 루테늄, 이리듐, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 탄탈륨, 크롬, 니켈, 알루미늄 합금 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하는 금속으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
공진부(120)에서 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.
제1 전극(121)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다.
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 3에 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.
제2 전극(125)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 제1 전극(121)이 입력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(125)은 출력 전극으로 이용되며, 제1 전극(121)이 출력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(125)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
압전층(123)은 제1 전극(121) 상에 형성된다. 후술되는 삽입층(170)이 형성될 경우, 제1 전극(121)과 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 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 배치될 수 있다.
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 중앙부(S)를 제외한 영역 전체에 배치되거나, 일부 영역에 배치될 수 있다.
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.
삽입층(170) 측면의 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) 측면의 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(Si3N4), 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO)등의 유전체로 형성될 수 있으나, 압전층(123)과는 다른 재질로 형성된다. 또한, 필요에 따라 삽입층(170)을 금속 재질로 구성하는 것도 가능하다. 이 경우 삽입층(170)은 알루미늄이나 알루미늄 합금으로 형성될 수 있다.
본 실시예에서 삽입층(170)의 두께는 압전층(123) 보다 얇게 형성될 수 있다. 압전층(123) 보다 삽입층(170)이 두꺼울 경우, 삽입층(170)의 형상을 따라 굴곡이 형성되는 굴곡부(123b)를 형성하기 어렵다. 또한 삽입층(170)의 두께를 100Å 이상으로 구성하는 경우, 굴곡부(123b) 형성이 용이하며 음향 공진기의 수평 방향의 음파를 효과적으로 막을 수 있어 공진기 성능을 향상시킬 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 1, 도 3의 H)로 공급하여 희생층(140)의 일부를 제거함으로써 형성될 수 있다. 이에 캐비티(C)는 멤브레인층(150)에 의해 상부면(천정면)과 측면(벽면)이 구성되고, 기판(110) 또는 절연층(115)에 의해 바닥면이 형성되는 공간으로 구성된다. 한편, 제조 방법의 순서에 따라 멤브레인층(150)은 상부면(천정면)에만 형성될 수도 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 또는 실리콘 나이트라이드 계열의 절연물질로 형성되는 제1 보호층(127a)과, 알루미늄 옥사이드 계열, 알루미늄 나이트라이드 계열, 마그네슘 옥사이드 계열, 타이타늄 옥사이드 계열, 지르코늄 옥사이드 계열, 및 진크 옥사이드 계열 중 어느 하나의 절연 물질로 형성되는 제2 보호층(127b)을 포함한다.
제2 보호층(127b)은 제1 보호층(127a)의 상부에 적층 배치된다. 본 실시예의 보호층(127)에 대해서는 이후에 보다 상세히 설명한다.
제1 전극(121)과 제2 전극(125)은 공진부(120)의 외측으로 연장 형성되며, 연장 형성된 부분의 상부면에는 각각 제1 금속층(180)과 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 합금 등의 재질로 이루어질 수 있다.
제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)은 본 실시예에 따른 음향 공진기의 전극(121, 125)과 인접하게 배치된 다른 음향 공진기의 전극을 전기적으로 연결하는 연결 배선으로 기능하거나, 외부 접속 단자로 기능할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 금속층(180)은 삽입층(170)과 보호층(127)을 관통하여 제1 전극(121)에 접합된다.
또한 도 3에 도시된 바와 같이, 공진부(120)에서 제1 전극(121)은 제2 전극(125)보다 넓은 면적으로 형성되며, 제1 전극(121)의 둘레 부분에는 제1 금속층(180)이 형성된다.
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 12는 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 제2 전극 구조에 따른 음향 공진기의 공진 성능(Attenuation)을 측정하여 도시한 그래프이고, 도 13은 도 12에 도시된 그래프의 값을 정리한 표이다.
측정에 이용된 음향 공진기는 도 1 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 12는 상기한 음향 공진기에서 확장부(E)에 배치되는 제2 전극(125a)의 폭(We)을 변화시키며 음향 공진기의 감쇄(Attenuation)를 측정한 그래프이다.
도 12에서 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) 끝단의 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 제2 전극(125a)과 삽입층(170)이 겹치지 않고 중앙부(S)와 확장부(E)의 경계를 따라 제2 전극(125a)의 끝단이 배치된 상태를 의미한다.
도 12에는 확장부(E)에서 제2 전극의 폭(We)에 따른 음향 공진기의 Kt2(%)값을 같이 도시하였다. 여기에서 Kt2(%)는 공진부 구조별 압전 특성을 나타낸 것이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 제2 전극(125) 끝단이 삽입층(170)과 동일한 경계를 따라 배치되는 구성(X축:0㎛)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 3에 도시된 바와 같이, 제2 전극(125)이 삽입층(170) 경사면 상에 위치할 경우 공진부(120)의 음향 임피던스(acoustic impedance)은 국부적인 구조가 중앙부(S)로부터 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 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, 도 13에 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, 제2 전극(125)이 압전층(123)의 경사부(1231)를 넘어 확장부(E) 전체에 배치되는 경우, 도 12, 도 13에 나타난 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 12에 나타난 바와 같이 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.
한편, 음향 공진기가 습한 환경에서 사용되거나, 장기간 상온에서 방치되는 경우에 음향 공진기의 보호층(127)에 히드록실기(hydroxy group, OH group)가 흡착되어 질량 부하(mass loading)에 의해 주파수 변동이 커지거나, 공진기 성능을 열화시키는 문제가 발생하고 있다.
이러한 문제를 해소하기 위해, 본 실시예의 보호층(127)은 서로 다른 적어도 2개의 층(127a, 127b)을 적층하여 형성한다. 그리고 보호층(127)의 표면과 캐비티(C) 내벽에 소수성층(130)을 배치한다.
도 18은 소수성층이 형성되지 않은 보호층 상에 히드록실기가 흡착된 것을 도시한 것이며, 도 19은 보호층 상에 소수성층이 형성된 것을 도시한 것이다.
도 19을 참조하면, 보호층(127)은 제1 보호층(127a)과, 제1 보호층(127a) 상에 적층되는 제2 보호층(127b)을 포함한다. 그리고 제2 보호층(127b) 상에는 소수성층(130)이 배치된다.
도 18에 도시된 바와 같이, 보호층(127) 상에 소수성층(130)이 형성되지 않은 경우에는 습한 환경에서 사용되거나, 음향 공진기가 장기간 상온에서 방치되면 보호층(127)에 히드록실기(hydroxy group, OH group)가 보다 쉽게 흡착되어 하이드로옥살레이트(hydroxylate)가 형성될 수 있다. 하이드로옥살레이트(hydroxylate)는 표면 에너지가 높고 불안정하기 때문에 물 등을 흡착하여 표면 에너지를 낮추려고 하기 때문에 질량 부하(mass loading)가 발생하게 된다.
반면에, 도 19에 도시된 바와 같이, 보호층(127) 상에 소수성층(130)이 형성되면, 표면 에너지가 낮고 안정하기 때문에 물 및 히드록실기(hydroxy group, OH group) 등을 흡착하여 표면 에너지를 낮출 필요가 없다. 따라서, 소수성층(130)이 물 및 히드록실기(hydroxy group, OH group) 등이 흡착되는 것을 억제하는 역할을 함으로써 주파수 변동을 최소화 할 수 있으며, 이에 공진기 성능을 균일하게 유지할 수 있다.
도 20은 보호층 상에 소수성층이 형성된 음향 공진기(실시예)와 보호층 상에 소수성층이 형성되지 않은 음향 공진기(비교예)에 대한 습도 및 시간에 따른 주파수 변화를 나타낸 그래프이다. 실험 방법은 상기 실시예 및 비교예를 흡습 챔버에 넣고 도 20에 도시한 바와 같이 습도를 변화시키며 주파수 변화를 측정하였다.
도 20을 참조하면, 보호층 상에 소수성층이 형성된 음향 공진기(실시예)의 경우가 습도 및 시간 변화에 따른 주파수 변화량이 훨씬 적은 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예의 경우 실험 종료 시 주파수 변화량이 실험 시작시 주파수 변화량보다 적은 것을 확인할 수 있다.
소수성층(130)은 폴리머(polymer)가 아닌 자기 조립 단분자층(self-assembled monolayer, SAM) 형성 물질로 형성될 수 있다. 소수성층(130)이 폴리머로 형성되면 공진부(120)에 폴리머에 의한 질량이 영향을 미치게 된다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기는 소수성층(130)이 자기 조립 단분자층으로 형성되기 때문에 음향 공진기의 주파수가 변화되는 것을 최소화 할 수 있다.
또한 소수성층(130)을 폴리머로 형성할 경우에는 유입 홀(도 1, 도 3의 H)을 통해서 캐비티(C)에 소수성층이 형성될 때, 캐비티(C) 내벽에 형성되는 소수성층(130) 두께가 불균일해질 수 있다. 예를 들어, 캐비티(C) 내의 소수성층(130) 중 유입 홀(H)에서 가까운 쪽은 두께가 두껍고, 유입 홀(H)에 먼 캐비티(C)의 중앙부에 형성된 소수성층(130)은 두께가 얇을 수 있다.
또한 폴리머의 점도가 높을 경우, 폴리머가 캐비티(C) 내부로 원할하게 침투하지 못하여 캐비티(C) 내부에 소수성층(130)이 고르게 형성이 되지 않는 문제가 발생될 수 있다. 이처럼 소수성층(130)의 두께가 균일하게 형성되지 않을 경우, 음향 공진기의 진동 모드가 일정하지 않아 전체적인 공진기 Q 성능이 열화될 수 있다.
또한 폴리머의 두께가 과도하게 두꺼울 경우, 소수성층(130)으로 인해서 공진기의 두께 방향의 공진이 원활하게 이루어지지 않아 공진기의 Q 성능이 열화될 수 있다.
하지만, 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 소수성층(130)은 자기 조립 단분자층 형성 물질로 형성되기 때문에 캐비티(C) 내의 위치에 따른 두께가 균일하다.
소수성층(130)은 소수성(hydrophobicity)을 가질 수 있는 전구 물질(precursor)을 기상 증착하여 형성할 수 있다. 이때 소수성층(130)은 100 Å 이하(예컨대, 수 Å ~ 수십 Å) 두께의 모노 레이어(monolayer)로 증착된다. 소수성(hydrophobicity)을 가질 수 있는 전구 물질로는 증착 후 물과의 접촉각(contact angle)이 90˚ 이상이 되는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 소수성층(130)은 도 15에 도시된 바와 같이 플루오린(fluorine, F) 성분을 함유할 수 있으며, 플루오린(fluorine, F) 및 실리콘(silicon, Si)을 포함할 수 있다. 구체적으로 실리콘(Silicon) 헤드를 가지는 플루오르카본(fluorocarbon)이 이용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 소수성층(130)을 구성하는 자기 조립 단분자층(self-assembled monolayer)과 보호층(127)과의 접착력을 향상시키기 위하여, 소수성층(130)을 형성하기에 앞서 접착층을 먼저 보호층의 표면에 형성할 수 있다.
접착층은 소수성(hydrophobicity) 작용기를 갖는 전구 물질(precursor)을 이용하여 보호층(127)의 표면에 기상 증착될 수 있다.
접착층의 증착에 사용되는 전구 물질은 도 14의 (a)에 도시된 실리콘 헤드(head)를 가지는 하이드로 카본(hydrocarbon)이나, (b)에 도시된 실리콘(Silicon) 헤드를 가지는 실리옥세인(Siloxane)이 이용될 수 있다.
소수성층(130)은 후술하는 바와 같이, 제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)이 형성된 후 형성되므로, 보호층(127)과 제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)의 표면을 따라 형성될 수 있다.
도면에서는 제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)의 표면에 소수성층(130)이 배치되지 않은 경우를 예로 들고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)의 표면에도 소수성층(130)이 배치될 수 있다.
또한, 소수성층(130)은 보호층(127) 상면뿐만 아니라, 캐비티(C)의 내면에도 배치될 수 있다.
캐비티(C) 내에 형성되는 소수성층(130)은 캐비티(C)를 형성하는 내벽 전체에 형성된다. 이에 따라 공진부(120)의 하부면을 형성하는 멤브레인층(150)의 하부면에도 소수성층(130)이 형성된다.
이 경우, 공진부(120)의 하부에 히드록실기(hydroxyl基)가 흡착되는 것을 억제할 수 있다.
히드록실기의 흡착은 보호층(127) 뿐만 아니라 캐비티(C) 내에서도 발생된다. 따라서 히드록실기 흡착으로 인해 질량 부하(mass loading)와 그에 따른 주파수 하강을 최소화하기 위해서는 보호층(127) 뿐만 아니라 공진부의 하부면인 캐비티(C) 상면(멤브레인층의 하부면)에서도 히드록실기 흡착을 차단하는 것이 바람직하다.
이에 더하여, 본 실시예와 같이 캐비티(C)의 상/하면 또는 측면에 소수성층(130)이 형성되는 경우, 캐비티(C) 형성 후 습식 공정 또는 세정 공정에서 공진부(120)가 표면 장력에 의해 절연층(115)에 달라붙는 현상(stiction 현상)이 발생되는 것을 억제하는 효과도 제공할 수 있다.
한편 본 실시예에서는 캐비티(C)의 내벽 전체에 소수성층(130)을 형성하는 경우를 예로 들고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 캐비티(C)의 상면에만 소수성층을 형성하거나, 하면 및 측면 중 적어도 일부에만 소수성층(130)을 형성하는 등 다양한 변형이 가능하다.
또한 본 실시예에서 보호층(127)은 제2 전극(125), 압전층(123)의 굴곡부(123b), 그리고 삽입층(170)이 형성하는 표면을 따라 배치되는 제1 보호층(127a), 그리고 제1 보호층(127a) 상에 적층되는 제2 보호층(127b)을 포함한다.
제1 보호층(127a)은 주파수 트리밍(trimming)에 사용될 수 있으며, 이에 주파수 트리밍에 적합한 재료로 구성된다. 예를 들어, 제1 보호층(127a)은 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 비정질 실리콘(a-Si), 다결정 실리콘 (p-Si) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 비정질 실리콘 (a-Si), 다결정 실리콘 (p-Si)의 경우, 후속 공정인 습식 공정(wet pocess) 시 히드록실기(hydroxyl基)의 흡착이 용이하다는 단점이 있다. 이러한 결과가 나타나는 이유는 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 비정질 실리콘 (a-Si), 다결정 실리콘 (p-Si) 등의 박막의 막질이 조밀(dense)하지 못해 히드록실기 흡착이 표면 뿐만 아니라 박막의 내부까지 일어날 수 있는 영역(site)이 훨씬 많기 때문이다. 따라서 본 실시예에서는 제1 보호층(127a) 상에 히드록실기(hydroxyl基)의 흡착이 어려운 재료를 적층하여 제2 보호층(127b)을 구성한다.
이에 따라, 제2 보호층(127b)은 제1 보호층(127a)에 비해 밀도가 높은 재료로 구성된다. 예를 들어, 제2 보호층(127b)은 산화알루미늄(Al2O3) 질화알루미늄(AlN), 산화 마크네슘(MgO), 산화타이타늄(TiO2), 산화 지르코늄(ZrO2), 산화 아연(ZnO) 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
이러한 제2 보호층(127b)은 제1 보호층(127a) 보다 막질이 조밀(dense)하기 때문에 히드록실기 흡착이 제2 보호층(127b) 표면에서만 일어날 수 있다.
표 1은 보호층을 이중으로 구성한 본 실시예의 음향 공진기와, 하나의 층으로보호층을 구성한 음향 공진기를 고온/고습의 환경에서 신뢰성 테스트를 진행한 결과를 나타낸다.
| 보호층 | 재질 | 소수성층 | 테스트 시간(Hr) | 음향 공진기의주파수 변동량(Mhz) |
| 단일 보호층 | SiO2 | X | 48 | 0.9 |
| O | 0.7 | |||
| Si3N4 | X | 0.7 | ||
| O | 0.5 | |||
| 이중 보호층 | Si3N4 | O | 96 | 0.3 |
| Al2O3 |
표 1을 참조하면, 소수성층(130) 없이 제1 보호층(127a)을 두께 2000Å인 이산화규소(SiO2)로 형성하고 고온, 고습, 고압 환경에서 신뢰성 테스트를 수행한 결과, 공진부(120)의 주파수 변동량이 0.9Mhz로 측정되었다. 그리고 상기한 제1 보호층(127a) 상에 소수성층(130)을 형성한 경우, 공진부(120)의 주파수 변동량은 0.7Mhz로 측정되었다.
또한, 소수성층(130) 없이 제1 보호층(127a)을 두께 2000Å인 질화규소(Si3N4)로 형성하고 신뢰성 테스트를 수행한 결과, 공진부(120)의 주파수 변동량은 0.7Mhz로 측정되었으며, 소수성층(130)을 형성한 후 측정한 결과 주파수 변동량이 0.5Mhz로 측정되었다.
이처럼 단일 보호층에 소수성층(130)을 형성하는 경우, 주파수 변동량이 감소하기는 하지만 감소량이 현저하다고 보기는 어렵다.
반면에 본 실시예와 같이, 제1 보호층(127a)을 두께 2000Å의 질화규소(Si3N4)로 형성하고, 제2 보호층(127b)을 두께 500Å인 산화알루미늄(Al2O3)으로 형성하며, 제2 보호층(127b) 상에 소수성층(130)을 배치한 경우, 공진부(120)의 주파수 변동량은 0.3Mhz로 측정되었다.
따라서 보호층(127)을 밀도가 다른 복수의 층으로 구성하고 그 위에 소수성층(130)을 적층하는 경우, 히드록실기 흡착에 의한 주파수 변동량이 현저하게 개선되는 것을 알 수 있다.
또한, 신뢰성 테스트 환경에서 주파수 변동량이 약 0.3Mhz 인 경우, 실질적으로 공진부는 히드록실기 흡착에 의한 영향은 미미하다. 따라서 공진부(120)에 습기가 침투하는 것을 차단하고 공진부의 기밀(hermetic sealing)을 유지하기 위해, 별도의 밀봉 부재를 이용하여 공진부(120)를 밀봉할 필요가 없다. 따라서 공진부(120)의 기밀을 확보하기 위해 별도의 구성 요소들을 부가할 필요가 없으며, 이에 종래에 비해 제조가 매우 용이하고 제조 비용도 줄일 수 있다.
본 실시예에서 제2 보호층(127b)은 캐비티(C) 내부에도 배치된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 후술되는 도 9의 실시예와 같이 캐비티(C) 내부에 배치되지 않고 음향 공진기의 외부 표면에만 배치되도록 구성하는 것도 가능하다.
필터
도 16 및 도 17는 각각 본 발명의 다른 실시예들에 따른 필터의 개략적인 회로도이다.
도 16 및 도 17의 필터에 채용되는 복수의 체적 음향 공진기 각각은 도 2에 도시된 음향 공진기에 대응한다.
도 16를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터(1000)는 래더 타입(ladder type)의 필터 구조로 형성될 수 있다. 구체적으로, 필터(1000)는 복수의 음향 공진기(1100, 1200)를 포함한다.
제1 음향 공진기(1100)는 입력 신호(RFin)가 입력되는 신호 입력단과 출력 신호(RFout)가 출력되는 신호 출력단 사이에 직렬 연결될 수 있고, 제2 음향 공진기(1200)는 상기 신호 출력단과 접지 사이에 연결된다.
도 17를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터(2000)는 래티스 타입(lattice type)의 필터 구조로 형성될 수 있다. 구체적으로, 필터(2000)는 복수의 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.
또한, 도 16의 래더 타입(ladder type)의 필터 구조와 도 17의 래티스 타입(lattice type) 의 필터 구조를 조합한 필터 구조로 형성될 수 있다.
음향 공진기의 제조 방법
이어서 본 실시예에 따른 음향 공진기의 제조 방법을 설명한다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저 도 5를 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)과 멤브레인층(150)은 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 질화규소(Si3N4) 또는 산화실리콘(SiO2) 등으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
희생층(140)에 형성되는 패턴(P)은 상면의 폭은 하면의 폭 보다 넓은 사다리꼴 형태의 단면을 갖도록 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), 티타늄(Ti) 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 6에 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, 구리, 몰리브덴, 루테늄, 이리듐, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 탄탈륨, 크롬, 니켈, 알루미늄 합금 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.
이어서, 필요에 따라 삽입층(170)을 형성할 수 있다. 삽입층(170)은 제1 전극(121) 상에 형성되며, 필요에 따라 멤브레인층(150)의 상부로 확장될 수 있다. 삽입층(170)을 형성하면 공진부(120)의 확장부(123b)가 중앙부(123a)보다 두꺼운 두께로 형성되므로, 중앙부(123a)에 비해 밀(密)한 반사 영역으로 기능하게 된다. 이에 중앙부(123a)에서 발생한 진동이 외곽으로 빠져 나가는 것을 억제하여 음향 공진기의 Q-factor를 증가시킬 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 영역과, 불필요한 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 확장부(E)에 배치되는 제1 전극(121)의 테두리 부분은 삽입층(170)의 하부에 배치된다.
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.
삽입층(170)은 예를 들어, 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO)등의 유전체로 형성될 수 있으나, 압전층(123)과는 다른 재질로 형성된다. 또한 필요에 따라 삽입층(170)을 금속 재질로 구성하는 것도 가능하다. 이 경우 삽입층(170)은 알루미늄이나 알루미늄 합금으로 형성될 수 있다.
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. 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.
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)을 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 부분이 삽입층(170)의 외부로 노출된다. 따라서 중앙부(S) 내에서 압전층(123)은 제1 전극(121)의 상면에 적층 배치된다. 그리고 확장부(E) 내에서는 삽입층(170) 상에 적층 배치된다.
이어서, 압전층(123) 상부에 제2 전극(125)을 형성한다. 본 실시예에 있어서 제2 전극(125)은 도전체로 형성될 수 있으며, 예를 들어 금, 구리, 몰리브덴, 루테늄, 이리듐, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 탄탈륨, 크롬, 니켈, 알루미늄 합금 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하는 금속으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 전극(125)은 압전층(123)의 압전부(123a)와 경사부(1231) 상에 배치된다. 또한 전술한 바와 같이, 제2 전극(125)은 중앙부(S) 전체와 확장부(E) 내에 부분적으로 배치된다. 제2 전극(125)을 확장부(123b)에 부분적으로 배치함으로써, 비약적으로 개선된 공진 성능을 제공할 수 있다.
이어서, 도 7에 도시된 바와 같이 제1 보호층(127a)을 형성한다.
제1 보호층(127a)은 제2 전극(125)과 압전층(123)이 형성하는 표면을 따라 형성된다. 제1 보호층(127a)은 제2 전극(125)이 형성된 음향 공진기의 상부면 전체에 박막을 형성한 후, 불필요한 부분을 제거함으로써 제조될 수 있다.
최종적으로 제1 보호층(127a)은 공진부에만 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)을 제외한 음향 공진기의 상부면 전체 또는 일부분에 배치하는 것도 가능하다.
제1 보호층(127a)은 실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열 중의 하나의 절연 물질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예컨대, 제1 보호층(127a)은 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 비정질 실리콘 (a-Si), 및 다결정 실리콘 (p-Si) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
이어서, 제1 보호층(127a)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 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, 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.
이어서, 도 8에 도시된 바와 같이, 목표하는 주파수 특성을 얻기 위하여 습식 공정(wet pocess)를 통해 제1 보호층(127a)을 부분적으로 제거하는 트리밍 공정이 수행될 수 있다. 트리밍 공정은 제1 보호층(127a)의 두께를 축소하는 형태로 진행될 수 있다.
트리밍 공정이 완료되면, 제1 보호층(127a) 상에 제2 보호층(127b)을 적층하는 공정이 수행된다. 전술한 바와 같이 제2 보호층(127b)은 제1 보호층(127a)에 비해 밀도가 높은 재료가 이용될 수 있으며, 본 실시예에서는 산화알루미늄(Al2O3)이 이용된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 보호층(127b)은 제1 보호층(127a)보다 얇은 두께로 형성되며, 기상 증착 등의 방식을 통해 형성될 수 있다.
제2 보호층(127b)은 제1 보호층(127a) 상에 배치되나, 필요에 따라 제1 보호층(127a)이 배치되지 않은 영역에도 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 보호층127b)을 형성하는 과정에서 음향 공진기 내부에는 캐비티(C)가 형성되어 있으므로, 제2 보호층(127b)은 캐비티(C)의 내벽에도 배치될 수 있다.
이어서, 제2 보호층(127b) 상에 소수성층(130)을 형성하여 도 2 및 도 3에 도시된 음향 공진기(100)를 완성시킨다.
소수성층(130)은 소수성 물질을 CVD(Chemical Vapor Deposition) 방법으로 증착하여 형성시킬 수 있다.
본 공정은 도 21에 도시된 바와 같이, 제2 보호층(127b)을 포함한 음향 공진기의 전체 표면을 수산화(hydroxylate)하고, 실리콘(Silicon) 헤드를 가지는 전구 물질(precursor)을 이용하여, 하이드로라이즈 실레인(hydrolyze silane) 반응을 진행시킴으로써 음향 공긴지의 표면을 표면처리하여 전술한 접착층을 생성한다.
그 후, 상기 표면처리된 음향 공진기의 표면에 플루오르카본 작용기를 형성하면 도 19와 같이 음향 공진기의 표면에 소수성층(130)이 형성된다.
한편, 음향 공진기의 표면 재질에 따라 표면처리는 생략하고, 플루오르카본 작용기를 직접 형성하여 소수성층(130)을 형성하는 것도 가능하다.
본 공정에서 소수성층(130)은 유입 홀(도 1, 도 3의 H)을 통하여 캐비티(C)의 내벽에도 형성된다.
이처럼 소수성층(130)은 음향 공진기의 표면 중 본 공정에서 기상 증착이 가능한 표면 전체에 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 부분적으로 형성하는 것도 가능하다. 예컨대, 공진부(120)의 상면을 구성하는 제2 보호층(127b)의 상면과, 하면을 구성하는 멤브레인층(150)의 하면에만 소수성층(130)을 형성하는 것도 가능하다.
전술한 바와 같이, 소수성층(130)은 자기 조립 단분자층(self-assembled monolayer, SAM) 형성 물질로 형성된다. 따라서 소수성층(130)으로 인해 공진부(120)에 질량 부하가 인가되는 것을 방지할 수 있으며, 소수성층(130)의 두께를 균일하게 형성할 수 있다.
한편 본 발명에 따른 음향 공진기는 전술한 실시예에 한정되지 않으며 다양한 변형이 가능하다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기의 평면도이고, 도 10은 도 9의 IV-IV′에 대응하는 단면도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 음향 공진기(200)는 공진부(120)의 평면이 비대칭 다각형 형태로 구성된다. 이 경우 인접 배치되는 다른 음향 공진기들과의 이격 거리를 최소화할 수 있으며, 이에 기판 상에 다수의 음향 공진기들을 배치하여 모듈을 구성하는 경우 모듈의 전체적은 크기를 줄일 수 있다.
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 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.
또한 본 실시예의 음향 공진기는 캐비티(C) 내부에 제2 보호층(127b)이 배치되지 않고 멤브레인층(150)과 절연층(115)으로 이루어지는 캐비티(C)의 내벽에 직접 소수성층(130)이 배치된다.
이러한 구성은 제2 보호층(127b)을 먼저 형성하고, 그 이후에 캐비티(C)와 소수성층(130)을 순차적으로 형성함으로써 구현할 수 있다. 이 경우 캐비티(C) 내부에 불필요한 요소들이 배치되는 것을 최소화할 수 있으므로 음향 공진기의 성능을 높일 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기의 단면도로, 도 9의 IV-IV′에 대응하는 단면을 도시하였다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 음향 공진기(300)는 멤브레인층(150)이제1 멤브레인층과 제2 멤브레인층(150b)을 포함한다.
제1 멤브레인층(150a)은 희생층(140) 상에 형성되며, 제2 멤브레인층(150b)은 제1 멤브레인층(150a) 상에 적층 배치된다. 따라서, 제2 멤브레인층(150b)은 제1 전극과 제1 멤브레인층(150a) 사이에 배치되어 제1 전극(121)을 지지하며, 제1 멤브레인층(150b)은 제2 멤브레인층(150b)의 표면(예컨대 하부면)을 따라 배치된다.
제2 멤브레인층(150b)은 실리콘 옥사이드 계열 또는 실리콘 나이트라이드 계열의 절연 물질로 형성될 수 있다.
예컨대, 제2 멤브레인층(150b)은 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4) 등 전술한 실시예의 멤브레인층(도 2의 150)과 동일한 재질로 구성될 수 있다. 또한 이 외에도 비정질 실리콘(a-Si), 다결정 실리콘 (p-Si) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
제2 멤브레인층(150b)은 제1 보호층(127a)과 마찬가지로, 박막의 막질이 조밀(dense)하지 못해 히드록실기(hydroxyl基) 흡착이 표면 뿐만 아니라 박막의 내부까지 일어날 수 있어 습식 공정(wet pocess) 시 히드록실기의 흡착이 용이하다.
따라서 본 실시예에서는 제2 멤브레인층(150b)의 하부에 히드록실기의 흡착이 어려운 재료로 구성되는 제1 멤브레인층(150a)을 배치한다. 이에 캐비티(C)의 상부면(또는 천정면)에는 제1 멤브레인층(150a)이 노출되고, 제2 멤브레인층(150b)은 제1 멤브레인층(150a)에 의해 캐비티(C) 측으로 노출되지 않는다.
제1 멤브레인층(150a)은 제2 멤브레인층(150b)에 비해 밀도가 높은 재료로 구성된다. 예를 들어, 제1 멤브레인층(150a)은 알루미늄 옥사이드 계열, 알루미늄 나이트라이드 계열, 마그네슘 옥사이드 계열, 타이타늄 옥사이드 계열, 지르코늄 옥사이드 계열, 및 진크 옥사이드 계열 중 어느 하나의 절연 물질로 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 멤브레인층(150a)은 산화알루미늄(Al2O3) 질화알루미늄(AlN), 산화 마크네슘(MgO), 산화타이타늄(TiO2), 산화 지르코늄(ZrO2), 산화 아연(ZnO) 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
이러한 제1 멤브레인층(150a)은 제2 멤브레인층(150b) 보다 막질이 조밀(dense)하다. 따라서 캐비티(C) 내벽 중 공진부(120)의 하부면에 해당하는 부분에서 히드록실기의 흡착은 제1 멤브레인층(150a)의 표면에서만 일어날 수 있다.
이처럼 제1 멤브레인층(150a)은 전술한 제2 보호층(127b)과 유사하게 기능할 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 음향 공진기는 도 5에 도시된 멤브레인층(150)을 적층하는 단계에서 제1 멤브레인층(150a)과 제2 멤브레인층(150b)을 순차적으로 적층함으로써 제조될 수 있다.
한편 본 실시예에서, 소수성층(130)은 제1 멤브레인층(150a)과 절연층(115)으로 이루어지는 캐비티(C)의 내벽 표면에 직접 증착된다.
이러한 구성은 도 8에 도시된 트리밍 공정 이후, 유입 홀(도 1의 H)을 막은 상태에서 제2 보호층(127b)을 형성하는 단계와, 다시 유입 홀(도 1의 H)을 개방하고 소수성층(130)을 형성하는 단계를 통해 제조될 수 있다.
그러나 본 실시예에 따른 음향 공진기의 제조 방법은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 보호층(127a)과 제2 보호층(127b)을 형성하는 단계, 희생층(140)을 제거하여 캐비티(C)를 형성하는 단계, 제2 보호층(127b)을 부분적으로 제거하며 트리밍 공정을 수행하는 단계, 및 소수성층(130)을 형성하는 단계를 통해 본 실시예의 음향 공진기를 제조하는 것도 가능하다.
또한 본 실시예에서는 캐비티(C) 내부에 제2 보호층(127b)이 구비되지 않는 경우를 예로 들고 있으나, 도 2에 도시된 바와 같이 필요에 따라 제2 보호층(127b)을 구비할 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다.
따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
100, 200, 300: 음향 공진기
110: 기판
120: 공진부
121: 제1 전극
123: 압전층
125: 제2 전극
127: 보호층
130: 소수성층
140: 희생층
150: 멤브레인층
170: 삽입층
1000, 2000: 필터
1100, 1200, 2100, 2200, 2300, 2400: 음향 공진기
110: 기판
120: 공진부
121: 제1 전극
123: 압전층
125: 제2 전극
127: 보호층
130: 소수성층
140: 희생층
150: 멤브레인층
170: 삽입층
1000, 2000: 필터
1100, 1200, 2100, 2200, 2300, 2400: 음향 공진기
Claims (16)
- 기판;
상기 기판 상에 배치되며 제1 전극, 압전층 및 제2 전극이 적층된 공진부;
상기 공진부 상부에 배치되는 보호층; 및
상기 보호층 상에 형성된 소수성층;
을 포함하며,
상기 보호층은,
상기 제2 전극 상에 적층되는 제1 보호층과 상기 제1 보호층 상에 적층되며 상기 제1 보호층보다 높은 밀도를 갖는 제2 보호층을 포함하는 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 공진부 하부에 캐비티가 배치되며,
상기 소수성층은 상기 캐비티 내벽에 더 배치되는 음향 공진기.
- 제2항에 있어서, 상기 제2 보호층은,
상기 캐비티 내벽과 상기 소수성층 사이에 더 배치되는 음향 공진기.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 보호층은,
실리콘 옥사이드 계열 또는 실리콘 나이트라이드 계열의 절연 물질로 형성되는 음향 공진기.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 보호층은,
알루미늄 옥사이드 계열, 알루미늄 나이트라이드 계열, 마그네슘 옥사이드 계열, 타이타늄 옥사이드 계열, 지르코늄 옥사이드 계열, 및 진크 옥사이드 계열 중 어느 하나의 절연 물질로 형성되는 음향 공진기.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 보호층은,
이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 비정질 실리콘(a-Si), 다결정 실리콘 (p-Si) 중 어느 하나로 형성되는 음향 공진기.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 보호층은,
산화알루미늄(Al2O3) 질화알루미늄(AlN), 산화 마크네슘(MgO), 산화타이타늄(TiO2), 산화 지르코늄(ZrO2), 산화 아연(ZnO) 중 어느 하나로 형성되는음향 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 제2 보호층은 상기 제1 보호층보다 얇은 두께로 형성되는 음향 공진기.
- 제1항에 있어서, 상기 소수성층은,
자기 조립 단분자층(self-assembled monolayer, SAM) 형성 물질로 형성되는 음향 공진기.
- 제9항에 있어서, 상기 소수성층은,
100 Å 이하의 두께를 갖는 음향 공진기
- 제1항에 있어서, 상기 소수성층은,
플루오린(F) 성분을 함유하는 음향 공진기.
- 제11항에 있어서, 상기 소수성층은,
실리콘(Silicon) 헤드를 가지는 플루오르카본(fluorocarbon)을 포함하는 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 공진부는, 중앙부; 및 상기 중앙부에서 외측으로 연장되는 영역으로, 상기 압전층 하부에 삽입층이 배치되는 확장부;를 포함하며,
상기 압전층은, 상기 중앙부 내에 배치되는 압전부; 및 상기 확장부 내에 배치되고 상기 삽입층의 형상을 따라 상기 압전부에서 경사지게 연장되는 굴곡부;를 포함하는 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 기판 상에 배치되며, 상기 공진부를 지지하는 멤브레인층; 및
상기 멤브레인층과 상기 기판 사이에 배치되는 캐비티;
를 더 포함하며,
상기 멤브레인층은,
제1 멤브레인층 및 상기 제1 멤브레인층과 상기 제1 전극 사이에 배치되는 제2 멤브레인층을 포함하고,
상기 제1 멤브레인층은 상기 제2 멤브레인층보다 밀도가 높은 재료로 구비되는 음향 공진기.
- 제14항에 있어서, 상기 제2 멤브레인층은,
실리콘 옥사이드 계열 또는 실리콘 나이트라이드 계열의 절연 물질로 형성되는 음향 공진기.
- 제14항에 있어서, 상기 제1 멤브레인층은,
알루미늄 옥사이드 계열, 알루미늄 나이트라이드 계열, 마그네슘 옥사이드 계열, 타이타늄 옥사이드 계열, 지르코늄 옥사이드 계열, 및 진크 옥사이드 계열 중 어느 하나의 절연 물질로 형성되는 음향 공진기.
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