KR102198535B1 - 체적 음향 공진기 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시 형태에 따른 체적 음향 공진기는 기판과, 상기 기판 상에 배치되며 육방정계의 결정 구조를 갖는 시드층과, 상기 시드층 상에 배치되는 하부전극과, 적어도 일부가 상기 하부전극 상에 배치되는 압전체층 및 상기 압전체층 상에 배치되는 상부전극을 포함하며, 상기 하부전극과 상기 상부전극 중 적어도 하나는 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금층을 포함한다.
Description
본 발명은 체적 음향 공진기에 관한 것이다.
최근 5G 통신에 기술 관심도가 증가하고 있으며, 후보 대역대에서의 구현 가능한 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
한편, 필름형 체적 음향 공진기(Film Bulk Acoustic Resonator: FBAR)로 구현 가능한 주파수 대역을 대략 6GHz 이하이며, 2~3GHz 주파수 대역에서 구동되는 필름형 체적 음향 공진기의 경우 전극 두께 및 압전층 두께가 쉽게 구현 가능하지만, 5GHz 주파수 대역에서 구동되는 필름형 체적 음향 공진기의 경우 상당한 공정 난이도 및 성능의 열화가 예상된다.
특히, 5GHz 주파수 대역에서 구동되는 필름형 체적 음향 공진기의 경우 초박막 전극 구현이 가능해야 하며 압전층 두께 또한 얇을 수 밖에 없다. 그런데, 몰리브덴(Mo)과 같은 높은 음향 임피던스(high acoustic impedance)의 전극 재료를 사용할 경우 두께 감소에 따른 전기적 손실(electrical loss) 증가가 예상되며 공진기 및 필터장치의 전기적 손실이 증가할 것으로 예상된다.
하지만, 알루미늄(Al)과 같은 낮은 음향 임피던스(low acoustic impedance)의 전극 재료를 사용할 경우 알루미늄(Al)의 기계적 성질(mechanical property)이 나빠 기계적 동적 손실(mechanical dynamic loss)이 클 것으로 예상되고 압전체층의 형성시 결정 배향성이 나빠지는 문제가 있다.
즉, 몰리브덴(Mo)과 같은 높은 음향 임피던스(high acoustic impedance)의 전극 재료를 사용할 경우 상부 전극과 하부전극의 두께가 1000Å, 압전층의 두께가 3000Å으로 형성하여야 5GHz 주파수를 구현할 수 있다. 하지만, 알루미늄(Al)과 같은 낮은 음향 임피던스(low acoustic impedance)의 전극 재료를 사용할 경우 상부전극과 하부전극의 두께가 2000Å, 압전층의 두께가 4000Å으로 형성하더라도 5GHz 주파수를 구현할 수 있어 보다 두꺼운 두께로 구현 가능하다. 압전층 두께 및 전극 두께를 증가시킬 수 있다면 보다 높은 파워 환경에서도 필터의 특성은 유지 가능하다.
하지만, 상부전극과 하부전극을 알루미늄(Al)만으로 형성하는 경우 기계적 물성이 떨어지며, 일렉트로마이그레이션(electro migration) 또는 메카니컬 디포메이션(mechanical deformation)에 의해 힐럭(hillock) 발생으로 압전층의 결정 배향성 및 공진기 성능 열화를 가져올 수 있다.
본 발명의 목적 중 하나는 고주파수(예를 들어, 6GHz)의 구동조건에서 성능의 열화를 저감시킬 수 있으며, 제조가 용이한 체적 음향 공진기를 구현하는 것이다. 또한, 체적 음향 공진기에서, 4~6 GHz 영역의 전기적인 손실을 줄이는 한편 압전층의 결정 배향성을 향상시키고자 한다.
상술한 과제를 달성하기 위한 방법으로, 본 발명은 일 실시 형태를 통하여 음향 공진기 패키지의 신규한 구조를 제안하고자 하며, 구체적으로, 기판과, 상기 기판 상에 배치되며 육방정계의 결정 구조를 갖는 시드층과, 상기 시드층 상에 배치되는 하부전극과, 적어도 일부가 상기 하부전극 상에 배치되는 압전체층 및 상기 압전체층 상에 배치되는 상부전극을 포함하며, 상기 하부전극과 상기 상부전극 중 적어도 하나는 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금층을 포함한다.
고주파수(예를 들어, 6GHz)의 구동조건에서 성능의 열화를 저감시킬 수 있으며, 제조가 용이한 효과가 있다.
또한, 4~6 GHz 영역의 공진기 구현 시 전기적인 손실을 줄일 수 있으며 압전층의 결정 배향성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 I-I'선을 따른 단면도이다.
도 3은 도 1의 II-II'선을 따른 단면도이다.
도 4는 도 1의 III-III'선을 따른 단면도이다.
도 5는 순수 알루미늄과 스칸듐을 함유하는 알루미늄 합금의 면저항 변화율을 나타내는 그래프이다.
도 6은 순수 알루미늄의 표면 결함을 설명하기 위한 사진이다.
도 7은 스칸듐 함유 알루미늄 합금(0.625at%)의 표면 결함을 설명하기 위한 사진이다.
도 8은 스칸듐 함유 알루미늄 합금(6.25at%)의 표면 결함을 설명하기 위한 사진이다.
도 9는 원자력 현미경에 의한 순수 알루미늄의 표면 거칠기를 나타내는 사진이다.
도 10은 원자력 현미경에 의한 스칸듐 함유 알루미늄 합금(0.625at%)의 표면 거칠기를 나타내는 사진이다.
도 11은 원자력 현미경에 의한 스칸듐 함유 알루미늄 합금(6.25at%)의 표면 거절기를 나타내는 사진이다.
도 12는 순수 알루미늄 상에 형성된 압전체층의 표면 결함을 설명하기 위한 사진이다.
도 13은 스칸듐 함유 알루미늄 합금(6.25at%) 상에 형성되는 압전체층의 표면 결함을 설명하기 위한 사진이다.
도 14는 스칸듐 함유 알루미늄 합금(0.625at%) 상에 형성되는 압전체층의 표면 결함을 설명하기 위한 사진이다.
도 15는 시드층과 AlSc 하부전극의 격자 구조를 나타낸 모식도이다.
도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 18은 본 발명의 제4 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 19는 본 발명의 제5 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 20은 본 발명의 제6 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 21은 본 발명의 제7 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 22는 본 발명의 제8 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 23은 본 발명의 제9 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 24는 본 발명의 제10 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 25는 본 발명의 제11 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 26은 본 발명의 제12 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 27은 본 발명의 제13 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 28은 본 발명의 제14 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 29는 본 발명의 제15 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 30은 본 발명의 제16 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 31은 본 발명의 제17 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 32는 본 발명의 제18 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 33은 본 발명의 제19 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 도 1의 I-I'선을 따른 단면도이다.
도 3은 도 1의 II-II'선을 따른 단면도이다.
도 4는 도 1의 III-III'선을 따른 단면도이다.
도 5는 순수 알루미늄과 스칸듐을 함유하는 알루미늄 합금의 면저항 변화율을 나타내는 그래프이다.
도 6은 순수 알루미늄의 표면 결함을 설명하기 위한 사진이다.
도 7은 스칸듐 함유 알루미늄 합금(0.625at%)의 표면 결함을 설명하기 위한 사진이다.
도 8은 스칸듐 함유 알루미늄 합금(6.25at%)의 표면 결함을 설명하기 위한 사진이다.
도 9는 원자력 현미경에 의한 순수 알루미늄의 표면 거칠기를 나타내는 사진이다.
도 10은 원자력 현미경에 의한 스칸듐 함유 알루미늄 합금(0.625at%)의 표면 거칠기를 나타내는 사진이다.
도 11은 원자력 현미경에 의한 스칸듐 함유 알루미늄 합금(6.25at%)의 표면 거절기를 나타내는 사진이다.
도 12는 순수 알루미늄 상에 형성된 압전체층의 표면 결함을 설명하기 위한 사진이다.
도 13은 스칸듐 함유 알루미늄 합금(6.25at%) 상에 형성되는 압전체층의 표면 결함을 설명하기 위한 사진이다.
도 14는 스칸듐 함유 알루미늄 합금(0.625at%) 상에 형성되는 압전체층의 표면 결함을 설명하기 위한 사진이다.
도 15는 시드층과 AlSc 하부전극의 격자 구조를 나타낸 모식도이다.
도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 18은 본 발명의 제4 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 19는 본 발명의 제5 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 20은 본 발명의 제6 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 21은 본 발명의 제7 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 22는 본 발명의 제8 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 23은 본 발명의 제9 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 24는 본 발명의 제10 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 25는 본 발명의 제11 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 26은 본 발명의 제12 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 27은 본 발명의 제13 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 28은 본 발명의 제14 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 29는 본 발명의 제15 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 30은 본 발명의 제16 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 31은 본 발명의 제17 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 32는 본 발명의 제18 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 33은 본 발명의 제19 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
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 평면도이고, 도 2는 도 1의 I-I'선을 따른 단면도이고, 도 3은 도 1의 II-II'선을 따른 단면도이고, 도 4는 도 1의 III-III'선을 따른 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기(100)는 일예로서, 기판(110), 희생층(120), 식각방지부(130), 멤브레인층(140), 시드층(151), 하부전극(150), 압전체층(160), 상부전극(170), 삽입층(180), 페시베이션층(190) 및 금속패드(195)를 포함하여 구성될 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(112)이 형성될 수 있으며, 상부에 배치되는 구성과 기판(110)을 전기적으로 격리시킬 수 있다. 또한, 절연층(112)은 제조과정에서 캐비티(C)를 형성하는 경우 에칭가스에 의해 기판(110)이 식각되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
이 경우, 절연층(112)은 이산화규소(SiO2), 실리콘 나이트라이드(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.
희생층(120)은 절연층(112) 상에 형성되며, 희생층(120)의 내측에는 캐비티(C)와 식각 방지부(130)가 배치될 수 있다. 캐비티(C)는 제조 시 희생층(120)의 일부분을 제거함으로써 형성된다. 이와 같이, 캐비티(C)가 희생층(120)의 내측에 형성됨에 따라, 희생층(120)의 상부에 배치되는 하부전극(150) 등은 편평하게 형성될 수 있다.
식각방지부(130)는 캐비티(C)의 경계를 따라 배치된다. 식각방지부(130)는 캐비티(C) 형성 과정에서 캐비티 영역 이상으로 식각이 진행되는 것을 방지한다.
멤브레인층(140)은 기판(110)과 함께 캐비티(C)를 형성한다. 또한, 멤브레인층(140)은 희생층(120)의 제거 시 에칭가스와 반응성이 낮은 재질로 이루어질 수 있다. 한편, 식각방지부(130)는 멤브레인층(140)에 의해 형성된 홈부(142)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.
시드층(151)은 기판(110) 상에 배치되며 더욱 상세하게는 멤브레인층(140) 상 배치될 수 있다. 즉, 시드층(151)은 멤브레인층(140)과 하부 전극(150) 사이에 배치되어 하부전극(150) 형성을 위한 시드로 기능할 수 있다. 본 실시 형태의 경우, 시드층(151)은 육방 정계의 결정 구조를 가지며 이에 따라 하부전극(150)의 격자 미스매치가 줄어들고 하부전극(150)의 면저항이 향상될 수 있다. 이러한 효과를 보일 수 있는 예로서, 시드층(151)은 Ti 성분을 포함할 수 있고 예컨대, Ti층으로 구현될 수 있다. 또한, 시드층(151)은 Ru 성분을 포함할 수 있고 예컨대, Ru층으로 구현될 수 있다. 시드층(151)에 관한 더욱 상세한 사항은 후술한다.
하부전극(150)은 멤브레인층(140) 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.
한편, 하부전극(150)은 일예로서, 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어질 수 있다. 이와 같이, 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 하부전극(150)이 이루어짐으로써 기계적 강도(mechanical strength)가 증가됨에 따라, high power reactive sputtering이 가능할 수 있다. 이러한 증착 조건에서 하부전극(150)의 표면 거칠기(roughness) 증가를 막을 수 있으며 압전체층(160)의 고배향 성장도 유도할 수 있다.
또한, 스칸듐(Sc)이 함유됨으로써, 하부전극(150)의 화학적 저항(chemical resistance)이 증가되어 순수 알루미늄으로 하부전극이 이루어지는 경우 발생되는 단점을 보완할 수 있다. 나아가, 제조 시 건식식각(dry etch) 또는 습식공정(wet process) 등의 공정 안정성을 확보할 수 있다. 나아가, 순수 알루미늄으로 하부전극이 이루어지는 경우 쉽게 산화가 발생되나, 스칸듐을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 하부전극(150)이 이루어짐으로써 산화에 대한 내화학성이 향상될 수 있다.
이에 대하여 보다 자세하게 살펴보면, 먼저 1500Å 두께를 가지도록 몰리브덴(Mo) 재질과 스칸듐을 함유하는 알루미늄 합금(AlSc) 재질로 전극을 형성하여 면저항을 측정해 보면, 몰리브덴(Mo) 재질로 전극이 이루어지는 경우 면저항은 0.9685이나, 스칸듐을 0.625at% 함유하는 알루미늄 합금(AlSc) 재질로 전극이 이루어지는 경우 면저항이 0.316으로 나타난다. 이와 같이, 알루미늄 합금(AlSc) 재질로 전극이 이루어지는 경우 몰리브덴(Mo) 재질로 전극이 이루어지는 경우와 비교하여 면저항이 낮아지는 것을 알 수 있다.
한편, 스칸듐(Sc)의 함량은 0.1at% ~ 5at%일 수 있다. 즉, 스칸듐(Sc)의 함량이 0.1at% 미만인 경우 알루미늄(Al)에 의해 나타나는 기계적 물성 저하 및 힐럭(hillock) 등이 발생할 수 있으며, 스칸듐(Sc)의 함량이 5at% 이상일 경우 면저항을 나타내는 전기적 손실(electrical loss)를 개선하기 어렵다. 또한, 스칸듐(Sc) 함량이 증가할 경우 표면 거칠기가 증가하여 오히려 결정 배향성에 악영향을 줄 수 있다.
| 물질(Material) | 항복 강도(Yield strength) | 신장율(Elongation) |
| 순수 알루미늄(Pure Al) | 35 Mpa | 45% |
| AlSc(Sc 0.625at%) | 300 Mpa | 15% |
그리고, 상기한 표 1에서처럼 순수 알루미늄(Al) 재질과 비교하여 스칸듐을 함유하는 알루미늄 합금(AlSc, 0.625at%) 재질의 경우 항복 강도가 증가하며, 신장율이 감소함을 알 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 순수 알루미늄(Al) 재질과, 스칸듐을 함유하는 알루미늄 합금(AlSc, 0.625at%) 재질을 1500Å 두께를 가지도록 증착하여 신뢰성 환경에서 면저항 변화를 측정한 결과, 96 시간 이후의 면저항 변화율을 비교해보면 스칸듐을 함유하는 알루미늄 합금(AlSc, 0.625at%) 재질의 경우 면저항 변화율이 순수 알루미늄(Al) 재질에 비해 50% 정도의 변화를 보이고 있어 내산화성 특성이 우수한 것을 알 수 있다.
그리고, 하부전극(150)이 금속패드(195)와의 갈바니 부식(galvanic corrosion) 특성 또한 우수하여 제조 공정상의 안정성을 얻을 수 있다. 즉, 순수 알루미늄(Al)과 스칸듐을 함유하는 알루미늄 합금(AlSc, 0.625at%) 재질을 1500Å 두께를 가지도록 증착한 후, 금속패드(195)의 재료로 주로 사용되는 금(Au)과 접촉시킨 후 전해질용액(electrolyte solution)에 65시간 침지시켜 갈바니 부식(galvanic corrosion) 특성을 비교한 결과, 스칸듐을 함유하는 알루미늄 합금(AlSc, 0.625at%) 재질의 경우 표면의 변화가 관찰되지 않았으나, 순수 알루미늄 재질의 경우 금(Au)과의 부식(corrosion)이 관찰됨을 알 수 있다. 따라서, 스칸듐을 함유하는 알루미늄 합금(AlSc)으로 하부전극(150)을 형성하는 경우 제조 공정 상 갈바니 부식(galvanic corrosion)에 대한 특성도 확보할 수 있다.
한편, 하부전극(150)은 스칸듐(Sc)만을 함유하는 알루미늄 합금(AlSc)으로 이루어진다. 즉, 스칸듐(Sc)을 제외한 추가 금속이 함유되지 않는다. 만약, 스칸듐(Sc)을 제외한 추가 금속이 함유되는 경우 이러한 알루미늄 합금은 상 다이어그램(phase diagram) 상 삼성분계를 이룬다. 이러한 경우 조성 조절(control)이 어려우며 복잡한 상 시스템(phase system)을 가짐으로써 조성 불균일 및 원하지 않는 결정상이 형성될 수 있다.
나아가, 하부전극(150)이 삼성분계로 이루어진 알루미늄 합금일 경우 조성 불균일 및 원하지 않은 결정상 형성으로 표면의 거칠기가 증가하여 압전체층(160) 형성 시 결정 배향성에 나쁜 영향을 줄 수 있다.
따라서, 하부전극(150)이 스칸듐(Sc)만을 함유하는 알루미늄 합금(AlSc)으로 이루어짐으로써, 하부전극(150)의 상부에 배치되는 압전체층(160)의 결정 배향성이 향상될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
압전체층(160)은 적어도 캐비티(C)의 상부에 배치되는 하부전극(150)을 덮도록 형성된다. 한편, 압전체층(160)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(160)이 질화 알루미늄(AlN)로 구성되는 경우 압전체층(150)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.
그리고, 질화 알루미늄(AlN)에 압전 특성을 향상시키기 위해 포함되는 원소들의 함량은 0.1 ~ 30at%가 바람직하다. 만약, 압전 특성을 향상시키기 위해 포함되는 원소들의 함량이 0.1at%보다 적을 경우 질화 알루미늄(AlN) 보다 높은 압전 특성을 구현할 수 없으며, 압전 특성을 향상시키기 위해 포함되는 원소들의 함량이 30at%를 넘을 경우 증착을 위한 제작 및 조성 조절(control)이 어려워 불균일 상이 형성될 수 있다.
한편, 압전체층(160)은 평탄부(S)에 배치되는 압전부(162), 그리고 확장부(E)에 배치되는 굴곡부(164)를 포함한다.
압전부(162)는 하부전극(150)의 상부면에 직접 적층되는 부분이다. 따라서 압전부(162)는 하부전극(150)과 상부전극(170) 사이에 개재되어 하부전극(150), 상부전극(170)과 함께 편평한 형태로 형성된다.
굴곡부(164)는 압전부(162)에서 외측으로 연장되어 확장부(E) 내에 위치하는 영역으로 정의될 수 있다.
굴곡부(164)는 후술되는 삽입층(180) 상에 배치되며, 삽입층(180)의 형상을 따라 융기되는 형태로 형성된다. 이에 압전체층(160)은 압전부(162)와 굴곡부(164)의 경계에서 굴곡되며, 굴곡부(164)는 삽입층(180)의 두께와 형상에 대응하여 융기된다.
굴곡부(164)는 경사부(164a)와 연장부(164b)로 구분될 수 있다.
경사부(164a)는 후술되는 삽입층(180)의 경사면(L)을 따라 경사지게 형성되는 부분을 의미한다. 그리고 연장부(164b)는 경사부(164a)에서 외측으로 연장되는 부분을 의미한다.
경사부(164a)는 삽입층(180) 경사면(L)과 평행하게 형성되며, 경사부(164a)의 경사각은 삽입층(180) 경사면(L)의 경사각(도 3의 θ)과 동일하게 형성될 수 있다.
상부전극(170)은 적어도 캐비티(C)의 상부에 배치되는 압전체층(160)을 덮도록 형성된다. 상부전극(170)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 하부전극(150)이 입력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(170)은 출력 전극으로 이용되며, 하부전극(150)이 출력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(170)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
한편, 상부전극(170)도 하부전극과(150)과 같이 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어질 수 있다.
삽입층(180)은 하부전극(150)과 압전체층(160) 사이에 배치된다. 삽입층(180)은 산화규소(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(180)이 구비되는 영역을 빈 공간(air)으로 형성하는 것도 가능하다. 이는 제조 과정에서 삽입층(180)을 제거함으로써 구현될 수 있다. 그리고 삽입층(180)은 금속 재료로 구현 가능하며 특히 Al 재료일 수 있고 Al 합금 일 수 있다.
본 실시예에서 삽입층(180)의 두께는 압전체층(160)보다 얇게 형성될 수 있다. 압전층(160) 보다 두꺼울 경우 삽입층을 타고 넘어갈 수 있는 굴곡부 형성이 어렵다. 그리고 삽입층(180)은 100Å 두께 이상인 경우에 굴곡부 형성이 용이하며 공진기의 수평 방향의 음파를 효과적으로 막을 수 있어 공진기 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 삽입층(180)은 멤브레인층(140)과 하부전극(150), 그리고 식각 방지부(130)에 의해 형성되는 표면을 따라 배치된다.
삽입층(180)은 평탄부(S)의 주변에 배치되어 압전체층(160)의 굴곡부(164)를 지지한다. 따라서 압전체층(160)의 굴곡부(164)는 삽입층(180)의 형상을 따라 경사부(164a)와 연장부(164b)로 구분될 수 있다.
삽입층(180)은 평탄부(S)를 제외한 영역에 배치된다. 예를 들어 삽입층(180)은 평탄부(S)를 제외한 영역 전체에 배치되거나, 일부 영역에 배치될 수 있다.
또한 삽입층(180)은 적어도 일부가 압전체층(160)과 하부전극(160) 사이에 배치된다.
평탄부(S)의 경계를 따라 배치되는 삽입층(180)의 측면은 평탄부(S)에서 멀어질수록 두께가 두꺼워지는 형태로 형성된다. 이로 인해 삽입층(180)은 평탄부(S)와 인접하게 배치되는 측면이 일정한 경사각(θ)을 갖는 경사면(L)으로 형성된다.
삽입층(180) 측면의 경사각(θ)이 5°보다 작게 형성되면, 이를 제조하기 위해서는 삽입층(180)의 두께를 매우 얇게 형성하거나 경사면(L)의 면적을 과도하게 크게 형성해야 하므로, 실질적으로 구현이 어렵다.
또한 삽입층(180) 측면의 경사각(θ)이 70°보다 크게 형성되면, 삽입층(180) 상에 적층되는 압전체층(160)의 경사부(164a) 경사각도 70°보다 크게 형성된다. 이 경우 압전체층(160)이 과도하게 굴곡되므로, 압전체층(160)의 굴곡 부분에서 크랙(crack)이 발생될 수 있다.
따라서, 본 실시예에서 상기 경사면(L)의 경사각(θ) 5° 이상, 70° 이하의 범위로 형성된다.
페시베이션층(190)은 하부전극(150)과 상부전극(170)의 일부분을 제외한 영역에 형성된다. 한편, 페시베이션층(190)은 공정 중 상부전극(170) 및 하부전극(150)이 손상되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
나아가, 페시베이션층(190)은 최종 공정에서 주파수 조절을 위해 식각에 의헤 일부분이 제거될 수 있다. 즉, 페시베이션층(190)의 두께가 조절될 수 있다. 페시베이션층(190)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(195)는 하부전극(150)과 상부전극(170)의 상기한 페시베이션층(190)이 형성되지 않은 일부분에 형성된다. 일예로서, 금속패드(195)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) 합금 또는 알루미늄-스칸듐(Al-Sc) 합금일 수 있다.
상기한 바와 같이, 하부전극(150)과 상부전극(170)이 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금재질로 이루어지므로, 전기적 손실을 개선할 수 있다.
나아가, 기계적 강도를 향상시킬 수 있으므로, 스퍼터링 공정 시 보다 안정적인 압전체층(160)의 증착이 가능하여 결정 배향성을 향상시킬 수 있으며, 화학적 저항이 향상되어 제조 안정성이 확보될 수 있는 것이다.
이에 대하여 보다 자세하게 살펴보면, 시드층 상에 순수 알루미늄(Al)과 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금(AlSc)을 1500Å 두께를 가지도록 증착한 후 표면 결함을 관찰해보면, 순수 알루미늄(Al)의 경우 힐락(hillock) 및 결정입계 요홈(grain boundary groove)에 의한 결함이 다수 관찰되지만 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금(AlSc)의 경우 힐락(hillock) 및 결정입계 요홈(grain boundary groove)로 인한 결함이 현저하게 감소된다.
즉, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 순수 알루미늄(Al)일 경우 요홈(groove) 표면 결함이 관찰되며 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금(AlSc, 0.625at%)의 경우 표면 결함을 관찰되지 않는다. 또한, 스칸듐(Sc) 함량이 과도할 경우 표면 거칠기가 오히려 증가하는 것을 알 수 있다.
보다 자세하게 살펴보면, 순수 알루미늄(Al)과, 스칸듐(Sc)을 0.625at% 함유하는 알루미늄 합금(AlSc)과, 스칸듐(Sc)을 6.25at% 함유하는 알루미늄 합금(AlSc)을 증착한 샘플을 원자력 현미경(AFM)으로 표면 거칠기(surface roughness)를 측정 결과 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 순수 알루미늄(Al)의 경우 스캔 크기(10um x 10um) 기준에서 표면거칠기(Ra)가 3.74nm를 보이며, 스칸듐(Sc)을 0.625at% 함유하는 알루미늄 합금(AlSc)의 경우 스캔 크기(10um x 10um) 기준에서 표면거칠기(Ra) 1.70nm를 보인다. 또한, 스칸듐(Sc)을 6.25at% 함유하는 알루미늄 합금(AlSc)의 경우 스캔 크기(10um x 10um) 기준에서 표면거칠기(Ra) 10.27nm로 증가한다.
한편, 순수 알루미늄(Al)과 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금(AlSc)은 FCC 결정 구조를 가지며 (111) 결정면으로 배향될 경우 압전체층(160)인 질화 알루미늄(AlN) HCP 결정 구조 (0002) 결정면과 격자 불일치(lattice mismatch)가 8%로 하부전극(150)을 몰리브덴(Mo) 재질로 형성하는 경우의 격자 불일치(lattice mismatch) 14%보다 개선될 수 있다.
하지만, 순수 알루미늄(Al)의 경우 표면 결함 등으로 인해 표면 거칠기가 증가할 경우 압전체층(160)의 결정 배향성이 나빠진다.
또한, 500Å 두께를 가지는 시드층 상에 순수 알루미늄(Al)과 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금(AlSc) 및 몰리브덴(Mo)을 1500Å 두께를 가지도록 증착한 후 압전체층(160)인 질화 알루미늄(AlN)을 5000Å 두께를 가지도록 증착하여 박막의 결정 배향성을 비교하기 위하여 XRD 요동 곡선(rocking curve)을 측정해 보면 하기의 표 2와 같이 나타난다.
| FWHM(degree) | 몰리브덴(Mo) | 순수 알루미늄(Al) | 스칸듐 함유 알루미늄 합금(AlSc 6.25at%) | 스칸듐 함유 알루미늄 합금(AlSc 0.625at%) |
| 하부 전극 결정배향성(1500Å) | 2.77°(110) | 1.31°(111) | 1.13°(111) | 0.49°(111) |
| 압전체층 결정 배향성(5000Å) | 1.95°(0002) | 1.73°(0002) | 2.19°(0002) | 0.78°(0002) |
즉, 몰리브덴(Mo) 상에 질화 알루미늄(AlN)을 증착하는 경우 질화 알루미늄(AlN)의 결정 배향성은 1.95°를 나타내고 순수 알루미늄(Al) 상에 질화 알루미늄(AlN)을 증착하는 경우 순수 알루미늄(Al)의 표면 결함으로 인해 오히려 결정 배향성이 1.73°로 나타낸다. 다시 말해, 몰리브덴(Mo)을 적용한 경우보다 압전체층의 결정 배향성이 개선되지만 순수 알루미늄(Al) 표면에서 관찰된 요홈(groove)의 표면 결함은 도 12에 도시된 바와 같이 질화 알루미늄(AlN)을 증착하는 경우에도 그대로 전사된다. 또한, 스칸듐(Sc)을 6.25at% 함유하는 알루미늄 합금(AlSc)의 경우 표면 거칠기 증가로 인해 도 13에 도시된 바와 같이 질화 알루미늄(AlN) 증착 시 순수 알루미늄(Al)보다 결정 배향성이 2.19°(표 2 참조)로 나빠진다. 하지만, 스칸듐(Sc)을 0.625at% 함유하는 알루미늄 합금(AlSc)의 경우 도 13에 도시된 바와 같이 질화 알루미늄(AlN)의 증착 시 결정 배향성이 0.78°(표 2 참조)로 가장 우수한 결정 배향성을 보인다.
다시 말해, 스퍼터링 공정 시 보다 안정적인 압전체층(160)의 증착이 가능하여 결정 배향성을 향상시킬 수 있으며, 화학적 저항이 향상되어 제조 안정성이 확보될 수 있는 것이다.
이하, 육방 정계 결정 구조의 시드층(151)으로부터 얻을 수 있는 효과를 설명한다. 상술한 바와 같이, 시드층(151)은 육방정계 구조를 갖는 Ti, Ru 등의 금속으로 형성되어 그 위에 형성되는 하부 전극(150), 압전체층(160) 등과의 격자 미스매치를 줄일 수 있다. 도 15는 시드층과 AlSc 하부전극의 격자 구조를 나타낸 모식도이다. 여기서 시드층은 HCP 결정 구조를, AlSc 하부전극은 FCC 결정 구조를 갖는다. 아래 표 3에서 정리한 바와 같이, AlN을 시드층으로 사용한 경우에 비하여 Ti, Ru을 시드층으로 사용 시 하부전극(150)의 격자 미스매치가 개선되고 이로 인해 압전체층(160)의 결정 배향성과 하부전극(150)의 면저항이 크게 향상되는 것을 확인할 수 있다. 이 경우, 시드층은 모두 500Å의 두께로 형성하였고 하부 전극은 AlSc, 압전체층은 AlN로 형성하였다.
| 시드층 | 하부 전극과의 격자 불일치(%) | 하부 전극 결정 배향성(1500Å) | 압전체층 결정 배향성(5000Å) | 하부 전극 면저항(ohm/sq) |
| AlN (Ref.) | 8.80 | 0.51 | 0.81 | 0.314 |
| Ti | 3.01 | 0.17 | 0.27 | 0.275 |
| Ru | 5.70 | 0.33 | 0.52 | 0.220 |
표3의 결과를 구체적으로 살펴보면, 시드층을 AlN에서 육방정계 결정 구조의 Ti로 변경할 경우 AlSc 하부전극과의 격자 미스매치는 8.8% 에서 3.01%로 개선되는 것을 확인할 수 있다. 이로 인해 AlSc 하부전극의 결정 배향성 향상과 최종적으로 AlN의 압전 배향성도 급격히 향상되는 것을 알 수 있다. Ru 시드층의 경우, AlN 시드층과 비교하여 결정 배향성 개선 폭은 Ti 시드층의 경우보다 낮지만, AlSc 하부전극의 면저항이 크게 개선되는 것을 알 수 있다. 다시 말해, 기존 AlN 시드층 500Å을 적용할 경우 AlSc 하부전극의 면저항은 0.314ohm/sq 수준이지만 Ti 시드층으로 사용 시 0.275ohm/sq이며 Ru의 경우는 가장 낮은 0.220ohm/sq를 보이는 것을 알 수 있다. 이와 같이 서브 6GHz 주파수 대역의 공진기와 같이 초박막 구현이 필요한 경우, Ti, Ru 시드층을 사용한다면, 압전체층의 결정 배향성 향상과 함께 AlSc 하부 전극의 전기적인 저항 또한 개선시킬 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 체적 음향 공진기의 변형 실시예에 대하여 설명하며, 앞선 실시 형태와 다른 특징들을 중심으로 설명한다. 예컨대, 이하의 실시 형태들 모두 육방 정계 결정 구조를 갖는 시드층이 채용되며, 이러한 시드층은 Ti, Ru 등을 포함할 수 있다.
도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 체적 음향 공진기(200)는 일예로서, 일예로서, 기판(110), 희생층(120), 식각방지부(130), 멤브레인층(140), 시드층(251), 하부전극(250), 압전체층(160), 상부전극(170), 삽입층(180), 페시베이션층(190) 및 금속패드(195)를 포함하여 구성될 수 있다.
하부전극(250)은 멤브레인층(140) 상에 형성되며, 일부분이 캐비티(C)의 상부에 배치된다. 또한, 하부전극(250)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다.
한편, 하부전극(250)은 일예로서, 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 하부전극(250)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
한편, 상부전극(170)이 상기한 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기(100)에 구비되는 상부전극(170)과 같이 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어짐으로써, 화학적 저항이 증가될 수 있다. 즉, 순수 알루미늄 재질로 상부전극이 이루어지는 경우 발생되는 단점을 보완할 수 있다. 나아가, 제조시 건식식각(dry etch) 또는 습식공정(wet process) 등의 공정 안정성을 확보할 수 있다. 나아가, 순수 알루미늄으로 하부전극이 이루어지는 경우 쉽게 산화가 발생되나, 스칸듐을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 상부전극(170)이 이루어짐으로써 산화에 대한 내화학성이 향상될 수 있다.
도 17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 체적 음향 공진기(300)는 일예로서, 일예로서, 기판(110), 희생층(120), 식각방지부(130), 멤브레인층(140), 시드층(151), 하부전극(150), 압전체층(160), 상부전극(370), 삽입층(180), 페시베이션층(190) 및 금속패드(195)를 포함하여 구성될 수 있다.
상부전극(370)은 적어도 캐비티(C)의 상부에 배치되는 압전체층(160)을 덮도록 형성된다. 상부전극(370)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 하부전극(150)이 입력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(370)은 출력 전극으로 이용되며, 하부전극(150)이 출력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(370)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
한편, 상부전극(370)은 일예로서, 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 상부전극(370)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
한편, 하부전극(150)이 상기한 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기(100)에 구비되는 하부전극(150)과 같이 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어진다. 이와 같이, 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 하부전극(150)이 이루어짐으로써 기계적 강도(mechanical strength)가 증가됨에 따라, high power reactive sputtering이 가능할 수 있다. 그리고, 이러한 증착 조건에서 하부전극(150)의 표면 거칠기(roughness) 증가를 막을 수 있으며 압전체층(160)의 고배향 성장도 유도할 수 있다.
또한, 스칸듐(Sc)이 함유됨으로써, 하부전극(150)의 화학적 저항(chemical resistance)이 증가되어 순수 알루미늄으로 하부전극이 이루어지는 경우 발생되는 단점을 보완할 수 있다. 나아가, 제조시 건식식각(dry etch) 또는 습식공정(wet process) 등의 공정 안정성을 확보할 수 있다. 나아가, 순수 알루미늄으로 하부전극이 이루어지는 경우 쉽게 산화가 발생되나, 스칸듐을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 하부전극(150)이 이루어짐으로써 산화에 대한 내화학성이 향상될 수 있다.
도 18은 본 발명의 제4 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 18을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 체적 음향 공진기(400)는 일예로서, 일예로서, 기판(110), 희생층(120), 식각방지부(130), 멤브레인층(140), 시드층(451), 하부전극(450), 압전체층(160), 상부전극(170), 삽입층(180), 페시베이션층(190) 및 금속패드(195)를 포함하여 구성될 수 있다.
하부전극(450)은 멤브레인층(140) 상에 형성되며, 일부분이 캐비티(C)의 상부에 배치된다. 또한, 하부전극(450)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다.
일예로서, 하부전극(450)은 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어지는 제1 하부전극층(452)과, 제1 하부전극층(452) 상에 형성되는 제2 하부전극층(454)을 구비한다.
한편, 제2 하부전극층(454)은 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제2 하부전극층(454)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
상기한 바와 같이, 상부전극(170)과 제1 하부전극층(452)이 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어짐으로써 화학적 저항(chemical resistance)이 증가되어 순수 알루미늄으로 하부전극 및 상부전극이 이루어지는 경우 발생되는 단점을 보완할 수 있다. 나아가, 제조시 건식식각(dry etch) 또는 습식공정(wet process) 등의 공정 안정성을 확보할 수 있다. 나아가, 순수 알루미늄으로 하부전극 및 상부전극이 이루어지는 경우 쉽게 산화가 발생되나, 스칸듐을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 상부전극(170) 및 하부전극(450)이 이루어짐으로써 산화에 대한 내화학성이 향상될 수 있다.
도 19는 본 발명의 제5 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 19를 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 체적 음향 공진기(500)는 일예로서, 일예로서, 기판(110), 희생층(120), 식각방지부(130), 멤브레인층(140), 시드층(551), 하부전극(550), 압전체층(160), 상부전극(570), 삽입층(180), 페시베이션층(190) 및 금속패드(195)를 포함하여 구성될 수 있다.
하부전극(550)은 멤브레인층(140) 상에 형성되며, 일부분이 캐비티(C)의 상부에 배치된다. 또한, 하부전극(550)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다.
일예로서, 하부전극(550)은 제1 하부전극층(552)과, 제1 하부전극층(552)의 상부에 형성되며 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어지는 제2 하부전극층(554)을 구비한다.
한편, 제1 하부전극층(552)은 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제1하부전극층(552)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
상부전극(570)은 적어도 캐비티(C)의 상부에 배치되는 압전체층(160)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.
한편, 상부전극(570)은 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어지는 제1 상부전극층(572)과, 제1 상부전극층(572)의 상부에 형성되는 제2 상부전극층(574)를 구비한다.
그리고, 제2 상부전극층(574)은 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제2 상부전극층(574)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
상기한 바와 같이, 제2 하부전극층(554)이 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어진다. 이와 같이, 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 제2 하부전극층(554)이 이루어짐으로써 기계적 강도(mechanical strength)가 증가됨에 따라, high power reactive sputtering이 가능할 수 있다. 그리고, 이러한 증착 조건에서 제2 하부전극층(554)의 표면 거칠기(roughness) 증가를 막을 수 있으며 압전체층(160)의 고배향 성장도 유도할 수 있다.
또한, 제2 하부전극층(554) 및 제1 상부전극층(572)이 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어므로, 화학적 저항(chemical resistance)이 증가되어 순수 알루미늄으로 하부전극 및 상부전극이 이루어지는 경우 발생되는 단점을 보완할 수 있다. 나아가, 제조시 건식식각(dry etch) 또는 습식공정(wet process) 등의 공정 안정성을 확보할 수 있다. 나아가, 순수 알루미늄으로 하부전극 및 상부전극이 이루어지는 경우 쉽게 산화가 발생되나, 스칸듐을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어지는 제2 하부전극층(554) 및 제1 상부전극층(572)이 구비됨으로써 산화에 대한 내화학성이 향상될 수 있다.
도 20은 본 발명의 제6 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 20을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 체적 음향 공진기(600)는 일예로서, 일예로서, 기판(110), 희생층(120), 식각방지부(130), 멤브레인층(140), 시드층(651), 하부전극(650), 압전체층(160), 상부전극(670), 삽입층(180), 페시베이션층(190) 및 금속패드(195)를 포함하여 구성될 수 있다.
하부전극(650)은 멤브레인층(140) 상에 형성되며, 일부분이 캐비티(C)의 상부에 배치된다. 또한, 하부전극(650)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다.
한편, 하부전극(650)은 일예로서, 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 하부전극(650)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
상부전극(670)은 적어도 캐비티(C)의 상부에 배치되는 압전체층(160)을 덮도록 형성된다. 상부전극(670)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 하부전극(650)이 입력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(670)은 출력 전극으로 이용되며, 하부전극(650)이 출력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(670)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
한편, 상부전극(670)은 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어지는 제1 상부전극층(672)과, 제1 상부전극층(672)의 상부에 형성되는 제2 상부전극층(674)를 구비한다.
그리고, 제2 상부전극층(674)은 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제2 상부전극층(674)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
제1 상부전극층(672)이 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어므로, 화학적 저항(chemical resistance)이 증가되어 순수 알루미늄으로 하부전극 및 상부전극이 이루어지는 경우 발생되는 단점을 보완할 수 있다. 나아가, 제조시 건식식각(dry etch) 또는 습식공정(wet process) 등의 공정 안정성을 확보할 수 있다. 나아가, 순수 알루미늄으로 하부전극 및 상부전극이 이루어지는 경우 쉽게 산화가 발생되나, 스칸듐을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어지는 제1 상부전극층(672)이 구비됨으로써 산화에 대한 내화학성이 향상될 수 있다.
도 21은 본 발명의 제7 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 21을 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 체적 음향 공진기(700)는 일예로서, 일예로서, 기판(110), 희생층(120), 식각방지부(130), 멤브레인층(140), 시드층(151), 하부전극(150), 압전체층(160), 상부전극(770), 삽입층(180), 페시베이션층(190) 및 금속패드(195)를 포함하여 구성될 수 있다.
상부전극(770)은 적어도 캐비티(C)의 상부에 배치되는 압전체층(160)을 덮도록 형성된다. 상부전극(770)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 하부전극(150)이 입력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(770)은 출력 전극으로 이용되며, 하부전극(150)이 출력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(770)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
한편, 상부전극(770)은 제1 상부전극층(772)와, 제1 상부전극층(772)의 상부에 배치되며 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어지는 제2 상부전극층(774)를 구비한다.
그리고, 제1 상부전극층(772)은 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제1 상부전극층(772)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
도 22는 본 발명의 제8 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 22를 참조하면, 본 발명의 제8 실시예에 따른 체적 음향 공진기(800)는 일예로서, 일예로서, 기판(110), 희생층(120), 식각방지부(130), 멤브레인층(140), 시드층(851), 하부전극(850), 압전체층(160), 상부전극(170), 삽입층(180), 페시베이션층(190) 및 금속패드(195)를 포함하여 구성될 수 있다.
하부전극(850)은 멤브레인층(140) 상에 형성되며, 일부분이 캐비티(C)의 상부에 배치된다. 또한, 하부전극(850)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다.
일예로서, 하부전극(850)은 제1 하부전극층(852)과, 제1 하부전극층(852)의 상부에 형성되며 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어지는 제2 하부전극층(854)을 구비한다.
한편, 제1 하부전극층(852)은 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제1 하부전극층(852)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
도 23은 본 발명의 제9 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 223을 참조하면, 본 발명의 제9 실시예에 따른 체적 음향 공진기(900)는 일예로서, 일예로서, 기판(110), 희생층(120), 식각방지부(130), 멤브레인층(140), 시드층(951), 하부전극(950), 압전체층(160), 상부전극(970), 삽입층(180), 페시베이션층(190) 및 금속패드(195)를 포함하여 구성될 수 있다.
하부전극(950)은 멤브레인층(140) 상에 형성되며, 일부분이 캐비티(C)의 상부에 배치된다. 또한, 하부전극(950)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다.
일예로서, 하부전극(950)은 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어지는 제1 하부전극층(952)과, 제1 하부전극층(952) 상에 형성되는 제2 하부전극층(954)을 구비한다.
한편, 제2 하부전극층(954)은 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제2 하부전극층(954)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
상부전극(970)은 적어도 캐비티(C)의 상부에 배치되는 압전체층(160)을 덮도록 형성된다. 상부전극(970)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 하부전극(950)이 입력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(970)은 출력 전극으로 이용되며, 하부전극(950)이 출력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(970)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
한편, 상부전극(970)은 제1 상부전극층(972)와, 제1 상부전극층(972)의 상부에 배치되며 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어지는 제2 상부전극층(974)를 구비한다.
그리고, 제1 상부전극층(972)은 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제1 상부전극층(972)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
도 24는 본 발명의 제10 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 24를 참조하면, 본 발명의 제10 실시예에 따른 체적 음향 공진기(1000)는 일예로서, 일예로서, 기판(110), 희생층(120), 식각방지부(130), 멤브레인층(140), 시드층(1051), 하부전극(1050), 압전체층(160), 상부전극(1070), 삽입층(180), 페시베이션층(190) 및 금속패드(195)를 포함하여 구성될 수 있다.
하부전극(1050)은 멤브레인층(140) 상에 형성되며, 일부분이 캐비티(C)의 상부에 배치된다. 또한, 하부전극(1050)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다.
한편, 하부전극(1050)은 일예로서, 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 하부전극(1050)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
상부전극(1070)은 적어도 캐비티(C)의 상부에 배치되는 압전체층(160)을 덮도록 형성된다. 상부전극(1070)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 하부전극(1050)이 입력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(1070)은 출력 전극으로 이용되며, 하부전극(1050)이 출력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(1070)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
한편, 상부전극(1070)은 제1 상부전극층(1072)와, 제1 상부전극층(1072)의 상부에 배치되며 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어지는 제2 상부전극층(1074)를 구비한다.
그리고, 제1 상부전극층(1072)은 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제1 상부전극층(1072)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
도 25는 본 발명의 제11 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 25를 참조하면, 본 발명의 제11 실시예에 따른 체적 음향 공진기(1100)는 일예로서, 일예로서, 기판(110), 희생층(120), 식각방지부(130), 멤브레인층(140), 시드층(151), 하부전극(150), 압전체층(160), 상부전극(1170), 삽입층(180), 페시베이션층(190) 및 금속패드(195)를 포함하여 구성될 수 있다.
상부전극(1170)은 적어도 캐비티(C)의 상부에 배치되는 압전체층(160)을 덮도록 형성된다. 상부전극(1170)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 하부전극(150)이 입력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(1170)은 출력 전극으로 이용되며, 하부전극(150)이 출력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(1170)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
한편, 상부전극(1170)은 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어지는 제1 상부전극층(1172)과, 제1 상부전극층(1172)의 상부에 형성되는 제2 상부전극층(1174)를 구비한다.
그리고, 제2 상부전극층(1174)은 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제2 상부전극층(1174)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
도 26은 본 발명의 제12 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 26을 참조하면, 본 발명의 제12 실시예에 따른 체적 음향 공진기(1200)는 일예로서, 일예로서, 기판(110), 희생층(120), 식각방지부(130), 멤브레인층(140), 시드층(1251), 하부전극(1250), 압전체층(160), 상부전극(1270), 삽입층(180), 페시베이션층(190) 및 금속패드(195)를 포함하여 구성될 수 있다.
하부전극(1250)은 멤브레인층(140) 상에 형성되며, 일부분이 캐비티(C)의 상부에 배치된다. 또한, 하부전극(1250)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다.
일예로서, 하부전극(1250)은 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어지는 제1 하부전극층(1252)과, 제1 하부전극층(1252) 상에 형성되는 제2 하부전극층(1254)을 구비한다.
한편, 제2 하부전극층(1254)은 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제2 하부전극층(1254)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
상부전극(1270)은 적어도 캐비티(C)의 상부에 배치되는 압전체층(160)을 덮도록 형성된다. 상부전극(1270)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 하부전극(1250)이 입력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(1270)은 출력 전극으로 이용되며, 하부전극(1250)이 출력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(1270)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
한편, 상부전극(1270)은 일예로서, 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 상부전극(1270)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
도 27은 본 발명의 제13 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 27을 참조하면, 본 발명의 제13 실시예에 따른 체적 음향 공진기(1300)는 일예로서, 일예로서, 기판(110), 희생층(120), 식각방지부(130), 멤브레인층(140), 시드층(1351), 하부전극(1350), 압전체층(160), 상부전극(1370), 삽입층(180), 페시베이션층(190) 및 금속패드(195)를 포함하여 구성될 수 있다.
하부전극(1350)은 멤브레인층(140) 상에 형성되며, 일부분이 캐비티(C)의 상부에 배치된다. 또한, 하부전극(1350)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다.
일예로서, 하부전극(1350)은 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어지는 제1 하부전극층(1352)과, 제1 하부전극층(1352) 상에 형성되는 제2 하부전극층(1354)을 구비한다.
한편, 제2 하부전극층(1354)은 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제2 하부전극층(1354)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
상부전극(1370)은 적어도 캐비티(C)의 상부에 배치되는 압전체층(160)을 덮도록 형성된다. 상부전극(1370)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 하부전극(1350)이 입력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(1370)은 출력 전극으로 이용되며, 하부전극(1350)이 출력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(1370)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
한편, 상부전극(1370)은 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어지는 제1 상부전극층(1372)과, 제1 상부전극층(1372)의 상부에 형성되는 제2 상부전극층(1374)를 구비한다.
그리고, 제2 상부전극층(1374)은 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제2 상부전극층(1374)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
도 28은 본 발명의 제14 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 28을 참조하면, 본 발명의 제14 실시예에 따른 체적 음향 공진기(1400)는 일예로서, 일예로서, 기판(110), 희생층(120), 식각방지부(130), 멤브레인층(140), 시드층(1451), 하부전극(1450), 압전체층(160), 상부전극(1470), 삽입층(180), 페시베이션층(190) 및 금속패드(195)를 포함하여 구성될 수 있다.
하부전극(1450)은 멤브레인층(140) 상에 형성되며, 일부분이 캐비티(C)의 상부에 배치된다. 또한, 하부전극(1450)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다.
일예로서, 하부전극(1450)은 제1 하부전극층(1452)과, 제1 하부전극층(1452)의 상부에 형성되며 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어지는 제2 하부전극층(1454)을 구비한다.
한편, 제1 하부전극층(1452)은 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제1하부전극층(1452)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
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상부전극(1470)은 적어도 캐비티(C)의 상부에 배치되는 압전체층(160)을 덮도록 형성된다. 상부전극(1470)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 하부전극(1450)이 입력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(1470)은 출력 전극으로 이용되며, 하부전극(1450)이 출력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(1470)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
한편, 상부전극(1470)은 일예로서, 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 상부전극(1470)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
도 29는 본 발명의 제15 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 29를 참조하면, 본 발명의 제15 실시예에 따른 체적 음향 공진기(1500)는 일예로서, 일예로서, 기판(110), 희생층(120), 식각방지부(130), 멤브레인층(140), 시드층(1551), 하부전극(1550), 압전체층(160), 상부전극(1570), 삽입층(180), 페시베이션층(190) 및 금속패드(195)를 포함하여 구성될 수 있다.
하부전극(1550)은 멤브레인층(140) 상에 형성되며, 일부분이 캐비티(C)의 상부에 배치된다. 또한, 하부전극(1550)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다.
일예로서, 하부전극(1550)은 제1 하부전극층(1552)과, 제1 하부전극층(1552)의 상부에 형성되며 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어지는 제2 하부전극층(1554)을 구비한다.
한편, 제1 하부전극층(1552)은 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제1하부전극층(1552)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
상부전극(1570)은 적어도 캐비티(C)의 상부에 배치되는 압전체층(160)을 덮도록 형성된다. 상부전극(1570)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 하부전극(1550)이 입력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(1570)은 출력 전극으로 이용되며, 하부전극(1550)이 출력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(1570)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
한편, 상부전극(1570)은 제1 상부전극층(1572)와, 제1 상부전극층(1572)의 상부에 배치되며 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어지는 제2 상부전극층(1574)를 구비한다.
그리고, 제1 상부전극층(1572)은 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제1 상부전극층(1572)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
이하에서는 하기의 표을 통해 본 발명의 제1 실시예 내지 제15 실시예에 대한 체적 음향 공진기의 특성에 대하여 살펴보기로 한다.
각각의 실시예는 125 x 125㎛ 크기의 공진기 특성이며, 공진 주파수(Fs, Resonator frequency)는 대략적으로 5GHz로 맞추었다. 또한, 사용된 압전체층은 스칸듐(Sc)의 함량이 6.25at%인 도핑 질화알루미늄(Doped AlN, AlScN)이 사용되었다.
한편, 하부전극의 하부에는 500Å 두께의 시드층이 적층되며 시드층은 상술한 바와 같이 Ti, Ru 등과 같은 육방정계 결정 구조를 갖는다. 그리고, 상부전극의 상부에는 페시베이션층이 적층되며, 페시베이션층은 산화규소(SiO)재질로 이루어지며 1000Å의 두께를 가진다.
하기의 표 4에서 나타난 바와 같이, 스칸듐(Sc)이 함유된 알루미늄 합금층을 포함하는 상부전극 및 하부전극을 사용할 경우 전극 두께를 증가시킬 수 있어 삽입손실(Insertion Loss)를 줄일 수 있으며, 특히 스칸듐(Sc)이 함유된 알루미늄 합금층을 포함하는 하부전극을 사용할 경우 압전체층(AlScN)의 결정 배향성을 향상시킬 수 있다.
| 실시예 | 구조 | 재료 | 공진 주파수(Fs, GHz) | 두께(Å) | 전기적인 특성 (Insertion Loss, dB) |
기계적인 특성 (Kt2) |
압전체층 결정 배향성 |
| 1 | 상부전극 압전체층 하부전극 |
AlSc AlScN AlSc |
4.97 | 1000 6000 1500 |
0.032 |
7.34 |
0.75 |
| 2 | 상부전극 압전체층 하부전극 |
AlSc AlScN Mo |
5.04 | 1200 5000 1000 |
0.078 |
7.89 |
1.95 |
| 3 | 상부전극 압전체층 하부전극 |
Mo AlScN AlSc |
4.91 | 1000 5000 1500 |
0.070 |
7.83 |
0.81 |
| 4 | 상부전극 압전체층 제2 하부전극층 제1 하부전극층 |
AlSc AlScN Mo AlSc |
5.01 | 1200 4500 1000 1000 |
0.058 | 7.18 | 2.12 |
| 5 | 제2 상부전극층 제1 상부전극층 압전체층 제2 하부전극층 제1 하부전극층 |
Mo AlSc AlScN AlSc Mo |
4.98 | 500 500 4500 500 500 |
0.084 | 7.01 | 1.32 |
| 6 | 제2 상부전극층 제1 상부전극층 압전체층 하부전극 |
Mo AlSc AlScN Mo |
4.91 | 500 500 4500 1000 |
0.086 | 7.98 | 2.01 |
| 7 | 제2 상부전극층 제1 상부전극층 압전체층 하부전극 |
AlSc Mo AlScN AlSc |
5.09 | 1000 500 5500 1000 |
0.064 | 8.05 | 0.78 |
| 8 | 상부전극 압전체층 제2 하부전극층 제1 하부전극층 |
AlSc AlScN AlSc Mo |
5.06 | 1200 5000 500 500 |
0.071 | 7.03 | 1.21 |
| 9 | 제2 상부전극층 제1 상부전극층 압전체층 제2 하부전극층 제1 하부전극층 |
AlSc Mo AlScN Mo AlSc |
5.05 | 1000 500 4500 500 1000 |
0.061 | 7.95 | 2.27 |
| 10 | 제2 상부전극층 제1 상부전극층 압전체층 하부전극 |
AlSc Mo AlScN Mo |
4.94 | 1000 500 4500 1000 |
0.073 | 8.46 | 2.01 |
| 11 | 제2 상부전극층 제1 상부전극층 압전체층 하부전극 |
Mo AlSc AlScN AlSc |
5.06 | 500 500 5500 1000 |
0.076 | 7.59 | 0.78 |
| 12 | 상부전극 압전체층 제2 하부전극층 제1 하부전극층 |
Mo AlScN Mo AlSc |
4.98 | 1000 4000 800 1000 |
0.068 | 8.47 | 2.28 |
| 13 | 제2 상부전극층 제1 상부전극층 압전체층 제2 하부전극층 제1 하부전극층 |
Mo AlSc AlScN Mo AlSc |
5.07 | 500 600 4500 500 600 |
0.078 | 7.4 | 2.3 |
| 14 | 상부전극 압전체층 제2 하부전극층 제1 하부전극층 |
Mo AlScN AlSc Mo |
4.96 | 1000 4500 500 500 |
0.086 | 8.01 | 1.32 |
| 15 | 제2 상부전극층 제1 상부전극층 압전체층 제2 하부전극층 제1 하부전극층 |
AlSc Mo AlScN AlSc Mo |
5.04 | 1000 500 4500 1000 500 |
0.061 | 7.95 | 1.29 |
도 30은 본 발명의 제16 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 30을 참조하면, 본 발명의 제16 실시예에 따른 탄성파 필터 장치(1600)는 일예로서, 기판(1610), 멤브레인층(1620), 시드층(1631), 하부전극(1630), 압전체층(1640), 상부전극(1650), 페시베이션층(1660), 금속패드(1670)을 포함하여 구성될 수 있다.
기판(1610)은 실리콘이 적층된 기판일 수 있다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼(Silicon Wafer)가 기판으로 이용될 수 있다. 한편, 기판(1610)에는 캐비티(C)에 대향 배치되는 기판보호층(1612)이 구비될 수 있다.
기판보호층(1612)은 캐비티(C)의 형성 시 기판(1610)의 손상을 방지하는 역할을 수행한다.
일예로서, 기판보호층(1612)은 이산화규소(SiO2), 실리콘 나이트라이드(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.
멤브레인층(1620)은 최종적으로 제거되는 희생층(미도시)의 상부에 형성되며, 희생층(1680)의 제거에 의해 멤브레인층(1620)은 기판보호층(1612)과 함께 캐비티(C)를 형성한다. 즉, 캐비티(C)의 형성을 위해 기판(1610) 상에 희생층(미도시)을 형성하고, 이후 희생층을 제거함으로써 캐비티(C)가 형성되는 것이다. 멤브레인층(1620)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.
하부전극(1630)은 멤브레인층(1620) 상에 형성된다. 또한, 하부전극(1630)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다.
한편, 하부전극(1630)은 일예로서, 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어질 수 있다. 이와 같이, 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 하부전극(1630)이 이루어짐으로써 기계적 강도(mechanical strength)가 증가됨에 따라, high power reactive sputtering이 가능할 수 있다. 이러한 증착 조건에서 하부전극(1630)의 표면 거칠기(roughness) 증가를 막을 수 있으며 압전체층(1640)의 고배향 성장도 유도할 수 있다.
또한, 스칸듐(Sc)이 함유됨으로써, 하부전극(1630)의 화학적 저항(chemical resistance)이 증가되어 순수 알루미늄으로 하부전극이 이루어지는 경우 발생되는 단점을 보완할 수 있다. 나아가, 제조시 건식식각(dry etch) 또는 습식공정(wet process) 등의 공정 안정성을 확보할 수 있다. 나아가, 순수 알루미늄으로 하부전극이 이루어지는 경우 쉽게 산화가 발생되나, 스칸듐을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 하부전극(1630)이 이루어짐으로써 산화에 대한 내화학성이 향상될 수 있다.
압전체층(1640)은 하부전극(1630)의 적어도 일부를 덮도록 형성된다. 그리고, 압전체층(1640)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. 또한, 압전체층(1640)이 질화 알루미늄(AlN)으로 구성되는 경우 압전체층(1640)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.
상부전극(1650)은 적어도 캐비티(C)의 상부에 배치되는 압전체층(1640)을 덮도록 형성된다. 상부전극(1650)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 하부전극(1630)이 입력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(1650)은 출력 전극으로 이용되며, 하부전극(1630)이 출력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(1650)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
한편, 상부전극(1650)도 하부전극과(1630)과 같이 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 상부전극(1650)에는 활성영역, 즉 하부전극(1630), 압전체층(1640) 및 상부전극(1650)이 모두 겹쳐지게 배치되는 영역의 가장자리에 배치되는 프레임부(1652)가 구비될 수 있다. 프레임부(1652)는 상부전극(1650)의 나머지 부분보다 두꺼운 두께를 가진다. 일예로서, 프레임부(1652)는 공진 시 발생되는 측면파(Lateral Wave)를 활성 영역 내부로 반사시켜 공진 에너지를 활성 영역에 가두어 두는 역할을 수행한다.
페시베이션층(1660)은 하부전극(1630)과 상부전극(1650)의 일부분을 제외한 영역에 형성된다. 한편, 페시베이션층(1660)은 공정 중 상부전극(1650) 및 하부전극(1630)이 손상되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
나아가, 페시베이션층(1660)은 최종 공정에서 주파수 조절을 위해 식각에 의해 페시베이션층(1660)의 두께가 조절될 수 있다. 패시베이션층(1660)은 멤브레인층(1620)에 사용되는 물질과 동일 물질을 사용할 수 있다. 일 예로, 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, 금속패드(1670)는 하부전극(1630)과 상부전극(1650)의 상기한 페시베이션층(1660)이 형성되지 않은 일부분에 형성된다. 일예로서, 금속패드(1670)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) 합금 또는 알루미늄-스칸듐(Al-Sc) 합금일 수 있다.
도 31은 본 발명의 제17 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 31을 참조하면, 본 발명의 제17 실시예에 따른 탄성파 필터 장치(1700)는 일예로서, 기판(1710), 멤브레인층(1720), 시드층(1731), 하부전극(1730), 압전체층(1740), 상부전극(1750), 페시베이션층(1760), 금속패드(1770)을 포함하여 구성될 수 있다.
기판(1710)은 실리콘이 적층된 기판일 수 있다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼(Silicon Wafer)가 기판으로 이용될 수 있다. 한편, 기판(1710)에는 캐비티(C)를 형성하기 위한 홈(1712)이 구비될 수 있다.
홈(1712)은 기판(1710)의 중앙부에 배치되도록 형성될 수 있으며, 활성 영역의 하부에 배치될 수 있다. 여기서, 활성 영역이라고 함은, 하부전극(1730), 압전체층(1740) 및 상부전극(1750)이 모두 겹쳐지게 배치되는 영역을 말한다.
멤브레인층(1720)은 기판(1710)과 함께 캐비티(C)를 형성한다. 즉, 멤브레인층(1720)은 기판(1710)의 홈(1712)을 덮도록 형성될 수 있다. 멤브레인층(1720)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.
하부전극(1730)은 멤브레인층(1720) 상에 형성된다. 또한, 하부전극(1730)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다.
한편, 하부전극(1730)은 일예로서, 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어질 수 있다. 이와 같이, 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 하부전극(1730)이 이루어짐으로써 기계적 강도(mechanical strength)가 증가됨에 따라, high power reactive sputtering이 가능할 수 있다. 이러한 증착 조건에서 하부전극(1730)의 표면 거칠기(roughness) 증가를 막을 수 있으며 압전체층(1740)의 고배향 성장도 유도할 수 있다.
또한, 스칸듐(Sc)이 함유됨으로써, 하부전극(1730)의 화학적 저항(chemical resistance)이 증가되어 순수 알루미늄으로 하부전극이 이루어지는 경우 발생되는 단점을 보완할 수 있다. 나아가, 제조시 건식식각(dry etch) 또는 습식공정(wet process) 등의 공정 안정성을 확보할 수 있다. 나아가, 순수 알루미늄으로 하부전극이 이루어지는 경우 쉽게 산화가 발생되나, 스칸듐을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 하부전극(1730)이 이루어짐으로써 산화에 대한 내화학성이 향상될 수 있다.
압전체층(1740)은 하부전극(1730)의 적어도 일부를 덮도록 형성된다. 그리고, 압전체층(1740)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. 또한, 압전체층(1740)이 질화 알루미늄(AlN)으로 구성되는 경우 압전체층(1640)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.
상부전극(1750)은 적어도 캐비티(C)의 상부에 배치되는 압전체층(1740)을 덮도록 형성된다. 상부전극(1750)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 하부전극(1730)이 입력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(1750)은 출력 전극으로 이용되며, 하부전극(1730)이 출력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(1750)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
한편, 상부전극(1750)도 하부전극과(1730)과 같이 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 상부전극(1750)에는 활성영역의 가장자리에 배치되는 프레임부(1752)이 구비될 수 있다. 프레임부(1752)는 상부전극(1750)의 나머지 부분보다 두꺼운 두께를 가진다. 일예로서, 프레임부(1752)는 공진 시 발생되는 측면파(Lateral Wave)를 활성 영역 내부로 반사시켜 공진 에너지를 활성 영역에 가두어 두는 역할을 수행한다.
페시베이션층(1760)은 하부전극(1730)과 상부전극(1750)의 일부분을 제외한 영역에 형성된다. 한편, 페시베이션층(1760)은 공정 중 상부전극(1750) 및 하부전극(1730)이 손상되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
나아가, 페시베이션층(1760)은 최종 공정에서 주파수 조절을 위해 식각에 의해 페시베이션층(1760)의 두께가 조절될 수 있다. 패시베이션층(1760)은 멤브레인층(1720)에 사용되는 물질과 동일 물질을 사용할 수 있다. 일 예로, 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, 금속패드(1770)는 하부전극(1630)과 상부전극(1750)의 상기한 페시베이션층(1760)이 형성되지 않은 일부분에 형성된다. 일예로서, 금속패드(1770)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) 합금 또는 알루미늄-스칸듐(Al-Sc) 합금 일 수 있다.
도 32는 본 발명의 제18 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 32를 참조하면, 본 발명의 제18 실시예에 따른 체적 음향 공진기(1800)는 일예로서, 기판(1810), 멤브레인층(1820), 시드층(1831), 하부전극(1830), 압전체층(1840), 상부전극(1850), 페시베이션층(1860), 금속패드(1870)을 포함하여 구성될 수 있다.
기판(1810)은 실리콘이 적층된 기판일 수 있다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼(Silicon Wafer)가 기판으로 이용될 수 있다. 한편, 기판(1810)에는 반사층(1821)이 구비될 수 있다.
반사층(1811)은 기판(1810)의 중앙부에 배치되도록 형성될 수 있으며, 활성 영역의 하부에 배치될 수 있다. 여기서, 활성 영역이라고 함은, 하부전극(1830), 압전체층(1840) 및 상부전극(1850)이 모두 겹쳐지게 배치되는 영역을 말한다.
한편, 반사층(1811)은 홈 내에 배치되는 제1,2 반사부재(1812,1814)를 구비할 수 있다. 제1,2 반사부재(1812,1814)는 서로 다른 재질로 이루어질 수 있다.
제 1 반사부재(1812)는 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 루테늄(ruthenium : Ru),텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리 (Copper : Cu),알루미늄 (Al), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등이 사용 가능하다. 또한 제2 반사부재(1814)는 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. 또한 제1,2 반사부재(1812,1814)가 한 쌍으로만 이루어지거나 제1,2 반사부재(1812,1814)가 쌍으로 반복적으로 구성될 수 있다.
멤브레인층(1820)은 기판(1710)의 반사층(1811)을 덮도록 형성될 수 있다. 멤브레인층(1820)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.
하부전극(1830)은 멤브레인층(1820) 상에 형성된다. 또한, 하부전극(1830)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다.
한편, 하부전극(1830)은 일예로서, 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어질 수 있다. 이와 같이, 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 하부전극(1830)이 이루어짐으로써 기계적 강도(mechanical strength)가 증가됨에 따라, high power reactive sputtering이 가능할 수 있다. 이러한 증착 조건에서 하부전극(1830)의 표면 거칠기(roughness) 증가를 막을 수 있으며 압전체층(1840)의 고배향 성장도 유도할 수 있다.
또한, 스칸듐(Sc)이 함유됨으로써, 하부전극(1830)의 화학적 저항(chemical resistance)이 증가되어 순수 알루미늄으로 하부전극이 이루어지는 경우 발생되는 단점을 보완할 수 있다. 나아가, 제조시 건식식각(dry etch) 또는 습식공정(wet process) 등의 공정 안정성을 확보할 수 있다. 나아가, 순수 알루미늄으로 하부전극이 이루어지는 경우 쉽게 산화가 발생되나, 스칸듐을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 하부전극(1830)이 이루어짐으로써 산화에 대한 내화학성이 향상될 수 있다.
압전체층(1840)은 하부전극(1730)의 적어도 일부를 덮도록 형성된다. 그리고, 압전체층(1840)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(1840)이 질화 알루미늄(AlN)으로 구성되는 경우 압전체층(1840)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.
상부전극(1850)은 적어도 캐비티(C)의 상부에 배치되는 압전체층(1840)을 덮도록 형성된다. 상부전극(1850)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 하부전극(1830)이 입력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(1850)은 출력 전극으로 이용되며, 하부전극(1830)이 출력 전극으로 이용되는 경우 상부전극(1850)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
한편, 상부전극(1850)도 하부전극과(1830)과 같이 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 상부전극(1850)에는 활성영역의 가장자리에 배치되는 프레임부(1852)이 구비될 수 있다. 프레임부(1852)는 상부전극(1850)의 나머지 부분보다 두꺼운 두께를 가진다. 일예로서, 프레임부(1852)는 공진 시 발생되는 측면파(Lateral Wave)를 활성 영역 내부로 반사시켜 공진 에너지를 활성 영역에 가두어 두는 역할을 수행한다.
페시베이션층(1860)은 하부전극(1830)과 상부전극(1850)의 일부분을 제외한 영역에 형성된다. 한편, 페시베이션층(1860)은 공정 중 상부전극(1850) 및 하부전극(1830)이 손상되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
나아가, 페시베이션층(1860)은 최종 공정에서 주파수 조절을 위해 식각에 의해 페시베이션층(1860)의 두께가 조절될 수 있다. 패시베이션층(1860)은 멤브레인층(1820)에 사용되는 물질과 동일 물질을 사용할 수 있다. 일 예로, 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, 금속패드(1870)는 하부전극(1830)과 상부전극(1850)의 상기한 페시베이션층(1860)이 형성되지 않은 일부분에 형성된다. 일예로서, 금속패드(1870)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) 합금 또는 알루미늄-스칸듐(Al-Sc) 합금일 수 있다.
도 33은 본 발명의 제19 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 33을 참조하면, 본 발명의 제19 실시예에 따른 체적 음향 공진기(1900)는 일예로서, 기판(1810), 멤브레인층(1820), 시드층(1951), 하부전극(1950), 압전체층(1960), 상부전극(1970), 삽입층(1980), 페시베이션층(1990) 및 금속패드(1995)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 제19 실시예에 따른 체적 음향 공진기(1900)에 구비되는 기판(1810), 멤브레인층(1820)은 상기한 본 발명의 제18 실시예에 따른 체적 음향 공진기(1800)에 구비되는 구성과 동일한 구성요소로서 여기서는 자세한 설명을 생략하고 상기한 설명에 갈음하기로 한다.
또한, 본 발명의 제19 실시예에 따른 체적 음향 공진기(1900)에 구비되는 하부전극(1950), 압전체층(1960), 상부전극(1970), 삽입층(1980), 페시베이션층(1990) 및 금속패드(1995)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기(100)에 구비되는 상부전극(150), 압전체층(160), 상부전극(170), 삽입층(180), 페시베이션층(190) 및 금속패드(195)와 동일한 구성요소로서 여기서는 자세한 설명을 생략하고 상기한 설명에 갈음하기로 한다.
삽입층(1980)은 하부전극(1950)과 압전체층(1960) 사이에 배치된다. 삽입층(1980)은 산화규소(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(1860)과는 다른 재질로 형성된다. 또한, 필요에 따라 삽입층(1980)이 구비되는 영역을 빈 공간(air)으로 형성하는 것도 가능하다. 이는 제조 과정에서 삽입층(1980)을 제거함으로써 구현될 수 있다.
본 실시예에서 삽입층(1980)의 두께는 하부전극(1950)의 두께와 동일하거나, 유사하게 형성될 수 있다. 또한 압전체층(1960)과 유사하거나 압전체층(1960) 보다 얇게 형성될 수 있다. 예를 들어 삽입층(1980)은 100Å 이상의 두께로 형성되되 압전체층(1960)의 두께보다는 얇게 형성될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 삽입층(1980)은 상기한 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기(100)에 구비되는 삽입층(180)과 동일한 구성요소로서 여기서는 자세한 설명을 생략하고 상기한 설명에 갈음하기로 한다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800 : 체적 음향 공진기
110 : 기판
120 : 희생층
130 : 식각방지부
140 : 멤브레인층
150, 250, 450, 550, 650, 850, 950, 1050, 1250, 1350, 1450, 1550 : 하부전극
151, 251, 451, 551, 651, 851, 951, 1051, 1251, 1351, 1451, 1551 : 시드층
160 : 압전체층
170, 370, 570, 670, 770, 970, 1070, 1170, 1270, 1370, 1470, 1570 : 상부전극
180 : 삽입층
190 : 페시베이션층
195 : 금속패드
110 : 기판
120 : 희생층
130 : 식각방지부
140 : 멤브레인층
150, 250, 450, 550, 650, 850, 950, 1050, 1250, 1350, 1450, 1550 : 하부전극
151, 251, 451, 551, 651, 851, 951, 1051, 1251, 1351, 1451, 1551 : 시드층
160 : 압전체층
170, 370, 570, 670, 770, 970, 1070, 1170, 1270, 1370, 1470, 1570 : 상부전극
180 : 삽입층
190 : 페시베이션층
195 : 금속패드
Claims (19)
- 기판;
상기 기판 상에 배치되며 육방정계의 결정 구조를 갖는 시드층;
상기 시드층 상에 배치되는 하부전극;
적어도 일부가 상기 하부전극 상에 배치되는 압전체층; 및
상기 압전체층 상에 배치되는 상부전극;을 포함하며,
상기 하부전극과 상기 상부전극 중 적어도 하나는 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금층을 포함하며,
상기 시드층은 (0002) 결정면을 포함하며,
상기 알루미늄 합금층은 FCC 결정 구조를 갖고 (111) 결정면으로 배향된 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 시드층은 Ti를 포함하는 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 시드층은 Ru을 포함하는 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 하부전극과 상기 상부전극은 모두 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금층을 포함하는 체적 음향 공진기.
- 제4항에 있어서,
상기 상부전극은 몰리브덴(molybdenum : Mo), 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 중 어느 하나로 구성되거나 어느 하나를 포함하는 합금으로 구성되는 층을 더 포함하는 체적 음향 공진기.
- 제4항에 있어서,
상기 하부전극은 몰리브덴(molybdenum : Mo), 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 중 어느 하나로 구성되거나 어느 하나를 포함하는 합금으로 구성되는 층을 더 포함하는 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 하부전극만이 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금층을 포함하며,
상기 상부전극은 몰리브덴(molybdenum : Mo), 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 중 어느 하나로 구성되거나 어느 하나를 포함하는 합금으로 구성되는 층을 더 포함하는 체적 음향 공진기.
- 제7항에 있어서,
상기 하부전극은 몰리브덴(molybdenum : Mo), 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 중 어느 하나로 구성되거나 어느 하나를 포함하는 합금으로 구성되는 층을 더 포함하는 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 상부전극만이 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금층을 포함하며,
상기 하부전극은 몰리브덴(molybdenum : Mo), 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 중 어느 하나로 구성되거나 어느 하나를 포함하는 합금으로 구성되는 층을 더 포함하는 체적 음향 공진기.
- 제9항에 있어서,
상기 상부전극은 몰리브덴(molybdenum : Mo), 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 중 어느 하나로 구성되거나 어느 하나를 포함하는 합금으로 구성되는 층을 더 포함하는 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 스칸듐(Sc)의 함유량은 0.1 ~ 5at%인 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 압전체층은 질화 알루미늄이거나 희토류 금속을 함유하는 도핑 질화 알루미늄인 체적 음향 공진기.
- 제12항에 있어서,
상기 도핑 질화 알루미늄에 도핑되는 물질은 스칸듐, 에르븀, 이트륨, 란탄으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 금속이며 함유량은 0.1 ~ 30at% 만큼 포함하는 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 기판과 상기 하부전극 사이에 배치되며 캐비티 주위에 배치되는 식각 방지부를 더 포함하는 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 압전체층의 일부 영역의 하부에 배치되는 삽입층을 더 포함하는 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 기판의 상부 또는 기판에는 캐비티가 형성되는 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 상부전극은 활성 영역의 가장자리에 배치되는 프레임부를 구비하는 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 기판의 상면에는 홈이 형성되며, 상기 홈에 배치되는 반사층을 더 포함하는 체적 음향 공진기.
- 제18항에 있어서,
상기 반사층은 제1 반사부재와 상기 제1 반사부재의 상부에 배치되는 제2 반사부재을 구비하며,
상기 제1,2 반사부재는 한쌍 또는 교번하여 배치되는 복수개의 쌍으로 이루어지는 체적 음향 공진기.
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