KR102449355B1 - Acoustic resonator and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는 기판; 상기 기판의 상부에 배치되는 절연층; 상기 절연층의 상부에 배치되는 멤브레인층; 상기 절연층과 상기 멤브레인층에 의해 형성되며, 상면 및 하면 중 적어도 일부에 소수성층이 배치된 캐비티; 및 상기 캐비티 상부에 배치되며, 제1 전극, 압전층 및 제2 전극이 적층된 공진부;를 포함하는 음향 공진기를 제공한다.One embodiment of the present invention is a substrate; an insulating layer disposed on the substrate; a membrane layer disposed on the insulating layer; a cavity formed by the insulating layer and the membrane layer, wherein a hydrophobic layer is disposed on at least a portion of an upper surface and a lower surface; and a resonator disposed on the cavity, in which a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode are stacked.
Description
본 발명은 음향 공진기 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an acoustic resonator and a method for manufacturing the same.
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.With the recent rapid development of mobile communication devices, chemical and bio devices, etc., the demand for small and lightweight filters, oscillators, resonant elements, acoustic resonant mass sensors, etc. used in these devices is increasing
이러한 소형 경량필터, 오실레이터, 공진소자, 음향공진 질량센서 등을 구현하는 수단으로는 박막 벌크 음향 공진기(Film Bulk Acoustic Resonator: FBAR)가 알려져 있다. A thin film bulk acoustic resonator (FBAR) is known as a means for implementing such a small and lightweight filter, an oscillator, a resonance element, an acoustic resonance mass sensor, and the like.
FBAR은 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.FBAR has the advantage that it can be mass-produced at a minimum cost and can be implemented in a very small size. In addition, it is possible to implement a high quality factor (Q) value, which is the main characteristic of the filter, and can be used in the micro frequency band, especially in the PCS (Personal Communication System) and DCS (Digital Cordless System) bands. There are advantages to being able to
일반적으로, FBAR은 기판상에 제1 전극, 압전체 및 제2 전극을 차례로 적층하여 구현되는 공진부를 포함하는 구조로 이루어진다.In general, the FBAR has a structure including a resonance part implemented by sequentially stacking a first electrode, a piezoelectric body, and a second electrode on a substrate.
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 된다Looking at the operating principle of the FBAR, first, when electric energy is applied to the first and second electrodes to induce an electric field in the piezoelectric layer, the electric field induces a piezoelectric phenomenon in the piezoelectric layer so that the resonator vibrates in a predetermined direction. As a result, a bulk acoustic wave is generated in the same direction as the vibration direction to cause resonance.
즉, FBAR은 체적 탄성파(Bulk Acoustic Wave: BAW)를 이용하는 소자로, 압전체의 전기 기계 결합 상수(Effective electromechanical coupling coefficient, Kt2)가 커짐으로써 탄성파 소자의 주파수 특성이 개선되고, 또 광대역화도 가능하게 된다.That is, the FBAR is a device that uses a bulk acoustic wave (BAW), and as the effective electromechanical coupling coefficient (Kt2) of the piezoelectric body increases, the frequency characteristic of the acoustic wave device is improved and broadband is possible. .
본 발명은 음향 공진기의 제조 과정 중 필수적으로 수반되는 습식 공정(wet process)에 있어서, 캐비티의 상하면이 부착되는 문제를 해결하고자 한다.An object of the present invention is to solve a problem in which upper and lower surfaces of a cavity are attached to each other in a wet process that is essentially accompanied during a manufacturing process of an acoustic resonator.
상술한 과제를 해결하기 위한 방법으로, 본 발명은 일 예를 통하여 신규한 구조의 음향 공진기를 제안하고자 하며, 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 공진기는 기판; 상기 기판의 상부에 배치되는 절연층; 상기 절연층의 상부에 배치되는 멤브레인층; 상기 절연층과 상기 멤브레인층에 의해 형성되며, 상면 및 하면 중 적어도 일부에 소수성층이 배치된 캐비티; 및 상기 캐비티 상부에 배치되며, 제1 전극, 압전층 및 제2 전극이 적층된 공진부;를 포함한다.As a method for solving the above problems, the present invention intends to propose an acoustic resonator having a novel structure through an example, and specifically, an acoustic resonator according to an embodiment of the present invention includes a substrate; an insulating layer disposed on the substrate; a membrane layer disposed on the insulating layer; a cavity formed by the insulating layer and the membrane layer, wherein a hydrophobic layer is disposed on at least a portion of an upper surface and a lower surface; and a resonance part disposed on the cavity, in which a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode are stacked.
상술한 과제를 해결하기 위한 방법으로, 본 발명은 다른 예를 통하여 상술한 신규한 구조의 음향 공진기를 효율적으로 제조할 수 있는 방법을 제안하고자 하며, 구체적으로, 본 발명의 다른 예에 따른 음향 공진기의 제조 방법은 기판을 마련하는 단계; 상기 기판의 상부에 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층 상에 희생층을 형성하고, 상기 희생층을 관통하는 패턴을 형성하는 단계; 상기 희생층 상에 멤브레인층을 형성하는 단계; 상기 멤브레인층 상에 제1 전극, 압전층, 제2 전극을 순차적으로 적층하여 공진부를 형성하는 단계; 상기 희생층의 일부를 제거하여 캐비티를 형성하는 단계; 및 상기 캐비티의 상면 및 하면 중 적어도 일부에 소수성층을 형성하는 단계;를 포함한다. As a method for solving the above problems, the present invention intends to propose a method for efficiently manufacturing an acoustic resonator having the above-described novel structure through another example, and specifically, an acoustic resonator according to another example of the present invention The manufacturing method includes the steps of preparing a substrate; forming an insulating layer on the substrate; forming a sacrificial layer on the insulating layer and forming a pattern penetrating the sacrificial layer; forming a membrane layer on the sacrificial layer; forming a resonance part by sequentially stacking a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode on the membrane layer; forming a cavity by removing a portion of the sacrificial layer; and forming a hydrophobic layer on at least a portion of an upper surface and a lower surface of the cavity.
본 발명은 캐비티 내측에 소수성층을 배치하여, 습식 공정(wet process) 중에 캐비티의 상·하면이 서로 접착되는 것을 방지할 수 있다.In the present invention, by disposing a hydrophobic layer inside the cavity, it is possible to prevent the upper and lower surfaces of the cavity from adhering to each other during a wet process.
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 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 제2 전극 구조에 따른 음향 공진기의 공진 성능을 도시한 그래프이다.
도 12는 에어 캐비티에 접착(stiction) 현상이 발생하지 않은 정상적인 음향 공진기의 상면을 촬영한 것이며, 도 13은 접착 현상이 발생한 음향 공진기의 상면을 촬영한 것이다.
도 14는 소수성층의 접착층(adhesion layer)로 사용되는 프리커서 (precursor)의 분자 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 15는 소수성층의 분자 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 16 및 도 17는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 필터의 개략적인 회로도이다.
도 18 및 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기의 제조 방법에 있어서, 소수성층이 형성되는 과정을 개략적으로 도시한 것이다.1 is a plan view of an acoustic resonator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II′ of FIG. 1 .
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along II-II′ of FIG. 1 .
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line III-III' of FIG. 1 .
5 to 8 are views for explaining a method of manufacturing an acoustic resonator according to an embodiment of the present invention.
9 and 10 are cross-sectional views schematically illustrating an acoustic resonator according to another embodiment of the present invention.
11 is a graph illustrating resonance performance of an acoustic resonator according to a second electrode structure of the acoustic resonator according to an embodiment of the present invention.
12 is a photograph of a top surface of a normal acoustic resonator in which adhesion does not occur in the air cavity, and FIG. 13 is a photograph of an upper surface of the acoustic resonator in which adhesion occurs.
14 schematically shows the molecular structure of a precursor used as an adhesion layer of a hydrophobic layer.
15 schematically shows the molecular structure of the hydrophobic layer.
16 and 17 are schematic circuit diagrams of filters according to other embodiments of the present invention.
18 and 19 schematically illustrate a process in which a hydrophobic layer is formed in a method of manufacturing an acoustic resonator according to another embodiment of the present invention.
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.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to the presented embodiment, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention may add, change, or delete other components within the scope of the same spirit, through addition, change, or deletion, etc. Other embodiments included within the scope of the inventive concept may be easily proposed, but this will also be included within the scope of the inventive concept.
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.In addition, throughout the specification, that a component is 'connected' to another component includes not only a case in which these components are 'directly connected', but also a case in which the component is 'indirectly connected' through another component. means that In addition, 'including' a certain component means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
음향 공진기acoustic resonator
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. 1 is a plan view of an acoustic resonator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II′ of FIG. 1 . Also, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along II-II′ of FIG. 1 , and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along III-III′ of FIG. 1 .
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), 및 공진부(120) 을 포함할 수 있다. 1 to 4 , the
기판(110)은 실리콘 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(110)으로는 실리콘 웨이퍼가 이용되거나, SOI(Silicon On Insulator) 타입의 기판이 이용될 수 있다. The
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.An
이 경우, 절연층(115)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 기판(110)에 형성될 수 있다.In this case, the
희생층(140)은 절연층(115) 상에 형성되며, 희생층(140)의 내부에는 캐비티(C)와 식각 방지부(145)가 배치된다. The
캐비티(C)는 빈 공간으로 형성되며, 희생층(140)의 일부를 제거함으로써 형성될 수 있다. The cavity C is formed as an empty space and may be formed by removing a portion of the
캐비티(C)가 희생층(140)에 내에 형성됨에 따라, 희생층(140)의 상부에 형성되는 공진부(120)는 전체적으로 편평하게 형성될 수 있다.As the cavity C is formed in the
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. The
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.The
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.For example, when a halide-based etching gas such as fluorine (F) or chlorine (Cl) is used to remove a portion (eg, a cavity region) of the
또한 멤브레인층(150)은 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 중 적어도 하나의 재질을 함유하는 유전체층(Dielectric layer)으로 이루어지거나, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 백금(Pt), 갈륨(Ga), 하프늄(Hf) 중 적어도 하나의 재질을 함유하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the
멤브레인층(150) 상에는 질화 알루미늄(AlN)으로 제조되는 시드층(미도시)이 형성될 수 있다. 구체적으로 시드층은 멤브레인층(150)과 제1 전극(121) 사이에 배치될 수 있다. 시드층은 AlN 이외에도 HCP 구조를 가지는 유전체 또는 금속을 이용하여 형성될 수 있다. 금속일 경우 예를 들어, 시드층은 티타늄(Ti)으로 형성될 수 있다.A seed layer (not shown) made of aluminum nitride (AlN) may be formed on the
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.The
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.Since the
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.The
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.When the
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.The central portion S is a region disposed at the center of the
삽입층(170)은 중앙부(S)에서 멀어질수록 두께가 두꺼워지는 경사면(L)을 구비한다.The
확장부(E)에서 압전층(123)과 제2 전극(125)은 삽입층(170) 상에 배치된다. 따라서 확장부(E)에 위치한 압전층(123)과 제2 전극(125)은 삽입층(170)의 형상을 따라 경사면을 구비한다.In the extended portion E, the
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.On the other hand, in the present embodiment, it is defined that the extension part (E) is included in the
제1 전극(121) 및 제2 전극(125)은 도전체로 형성될 수 있으며, 예를 들어 금, 몰리브덴, 루테늄, 이리듐, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 탄탈륨, 크롬, 니켈 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하는 금속으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The
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. The
제1 전극(121)은 멤프레인층(150) 상에 배치되므로 전체적으로 편평하게 형성된다. 반면에 제2 전극(125)은 압전층(123) 상에 배치되므로, 압전층(123)의 형상에 대응하여 굴곡이 형성될 수 있다.Since the
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. The
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.More specifically, in the present embodiment, the
압전층(123)은 제1 전극(121) 상에 형성된다. 후술되는 삽입층(170)이 형성될 경우, 제1 전극(121)과 삽입층(170) 상에 형성된다. The
압전층(123)의 재료로는 산화 아연(ZnO), 질화 알루미늄(AlN), 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride), 지르콘 티탄산 납(Lead Zirconate Titanate), 쿼츠(Quartz) 등이 선택적으로 이용될 수 있다. 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride) 경우 희토류 금속(Rare earth metal) 또는 전이 금속을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 희토류 금속은 스칸듐(Sc), 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 전이 금속은 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 탄탈륨(Ta), 니오븀(Nb), 및 마그네늄(Mg) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.As a material of the
본 실시예에 따른 압전층(123)은 중앙부(S)에 배치되는 압전부(123a), 그리고 확장부(E)에 배치되는 굴곡부(123b)를 포함한다. The
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. The
굴곡부(123b)는 압전부(123a)에서 외측으로 연장되어 확장부(E) 내에 위치하는 영역으로 정의될 수 있다.The
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.The
굴곡부(123b)는 경사부(1231)와 연장부(1232)로 구분될 수 있다.The
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. The
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. The
삽입층(170)은 멤브레인층(150)과 제1 전극(121), 그리고 식각 방지부(145)에 의해 형성되는 표면을 따라 배치될 수 있다. The
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.The
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. The
또한 삽입층(170)은 적어도 일부가 압전층(123)과 제1 전극(121) 사이에 배치된다. In addition, at least a portion of the
중앙부(S)의 경계를 따라 배치되는 삽입층(170)의 측면은 중앙부(S)에서 멀어질수록 두께가 두꺼워지는 형태로 형성된다. 이로 인해 삽입층(170)은 중앙부(S)와 인접하게 배치되는 측면이 일정한 경사각(θ)을 갖는 경사면(L)으로 형성된다.The side surface of the
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. When the inclination angle θ of the side surface of the
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. In addition, when the inclination angle θ of the side surface of the
따라서, 본 실시예에서 상기 경사면(L)의 경사각(θ)은 5°이상, 70°이하의 범위로 형성된다.Accordingly, in the present embodiment, the inclination angle θ of the inclined surface L is formed in a range of 5° or more and 70° or less.
삽입층(170)은 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(SiN), 산화망간(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)이 구비되는 영역을 빈 공간(air)으로 형성하는 것도 가능하다. 이는 제조 과정에서 공진부(120)를 모두 형성한 후, 삽입층(170)을 제거함으로써 구현될 수 있다.
본 실시예에서 삽입층(170)의 두께는 제1 전극(121)의 두께와 동일하거나, 유사하게 형성될 수 있다. 또한 압전층(123)과 유사하거나 압전층(123) 보다 얇게 형성될 수 있다. 예를 들어 삽입층(170)은 100Å 이상의 두께로 형성되되 압전층(123)의 두께보다는 얇게 형성될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.In this embodiment, the thickness of the
이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 공진부(120)는 빈 공간으로 형성되는 캐비티(C)를 통해 기판(110)과 이격 배치된다. The
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.The cavity C may be formed by removing a portion of the
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. The
보호층(127)은 실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열, 알루미늄 옥사이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열 중의 어느 하나의 절연 물질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The
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.The
제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)은 금(Au), 금-주석(Au-Sn) 합금, 구리(Cu), 구리-주석(Cu-Sn) 합금 등의 재질로 이루어질 수 있다.The
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.The
한편, 도 2에는 제 2 금속층(190)의 하부에 삽입층(170)이 배치되는 경우를 도시하고 있으나, 본 발명의 구성은 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 제 2 금속층(190) 하부에는 삽입층(170)이 제거된 구조로도 구현하는 것도 가능하다. Meanwhile, although FIG. 2 illustrates a case in which the
제1 금속층(180)은 삽입층(170)과 보호층(127)을 관통하여 제1 전극(121)에 접합된다.The
또한 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 전극(121)은 제2 전극(125)보다 넓은 면적으로 형성되며, 제1 전극(121)의 둘레 부분에는 제1 금속층(180)이 형성된다. Also, as shown in FIG. 3 , the
따라서, 제1 금속층(180)은 공진부(120)의 둘레를 따라 배치되며, 이에 제2 전극(125)을 둘러싸는 형태로 배치된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.Accordingly, the
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.Meanwhile, as described above, the
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 제2 전극 구조에 따른 음향 공진기의 공진 성능(Attenuation)을 도시한 그래프이다. 11 is a graph illustrating resonance performance (Attenuation) of an acoustic resonator according to a second electrode structure of the acoustic resonator according to an embodiment of the present invention.
도 11은 도 2 및 도 3에 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)가 0.87㎛인 음향 공진기에서 확장부(E)에 배치되는 제2 전극(125a)의 크기를 변화시키며 음향 공진기의 감쇄(Attenuation)를 측정한 그래프이다. 그리고 다음의 표 1은 도 11에 도시된 그래프의 값을 정리한 표이다.11 is an acoustic resonator shown in FIGS. 2 and 3 , the thickness of the
/ 경사면 길이(㎛)Width of the second electrode in the extension (㎛)
/ Slope length (㎛)
※ 경사면 길이: 0.87㎛※ Slope length: 0.87㎛
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.Meanwhile, in this embodiment, since the inclined surface of the
도 11 및 표 1을 참조하면, 확장부(E)에서 압전층(123)의 경사면의 길이(ls)가 0.87㎛인 음향 공진기에 있어서, 압전층(123)의 경사면에 0.5㎛의 폭으로 제2 전극(125a)이 적층되는 경우 감쇄가 가장 작아지는 것으로 측정되었다. 그리고 확장부(E)에서 제2 전극(125a)의 폭이 상기한 폭보다 커지거나 작아지는 경우, 감쇄가 증가하여 공진 성능이 저하되는 것으로 측정되었다.11 and Table 1, in the acoustic resonator in which the length (l s ) of the inclined surface of the
한편, 확장부(E)에서 제2 전극(125)의 폭(We)과 경사면 길이(ls)의 비(We/ls)를 고려할 때, 표 1에 나타난 바와 같이 Attenuation은 상기 비(We/ls)가 0.46~ 0.69인 경우 37dB 이상으로 유지되고 있음을 알 수 있다.On the other hand, when considering the ratio (W e /l s ) of the width (W e ) of the
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~ 0.69의 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 있고, 공진기의 공진 주파수가 달라짐에 따라 변경될 수도 있다. Therefore, in order to secure the resonance performance, the
음향 공진기에 있어서, 추가 주파수 트리밍(trimming) 등 후속 공정을 위해서는 습식 공정(wet process)이 필요하다. 종래의 경우, 캐비티(C)의 외벽을 구성하는 절연층(115), 멤브레인층(150), 식각 방지부(145) 및 희생층(140)의 표면이 친수성이기 때문에 이와 같은 습식 공정 중에 캐비티의 상면 및 하면이 서로 접착되는 불량이 발생하였다.In the acoustic resonator, a wet process is required for a subsequent process such as additional frequency trimming. In the conventional case, since the surfaces of the insulating
도 12는 캐비티에 접착(stiction) 현상이 발생하지 않은 정상적인 음향 공진기의 상면을 촬영한 것이며, 도 13은 접착 현상이 발생한 음향 공진기의 상면을 촬영한 것이다.12 is a photograph of a top surface of a normal acoustic resonator in which adhesion does not occur in a cavity, and FIG. 13 is a photograph of an upper surface of an acoustic resonator in which adhesion occurs.
도 12를 참조하면, 정상적인 음향 공진기는 공진부(120)의 상부가 돔 형상을 가지고 있음을 확인할 수 있다. 하지만, 도 13을 참조하면, 캐비티의 상면 및 하면이 서로 접착되는 불량이 발생한 경우에는 공진부(120)의 상부가 접착 현상으로 인해 일정부분이 무너져 있는 것(P 부분)을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 12 , in a normal acoustic resonator, it can be confirmed that the upper portion of the
습식 공정(wet process)의 수행에 따른 기판간 메니스커스(meniscus)가 형성될 경우, 메니스커스 포스가 발생하게 된다. 즉, 메니스커스 포스(Meniscus force)가 크면 클수록 접착(stiction)을 유지하게 된다. 하지만 멤브레인층(150)과 절연층(115)이 친수성(hydrophilicity)이 아닌 소수성(hydrophobicity)의 특성을 가질 경우 표면 장력(surface tension)은 무시될 정도로 작아지며 라플라스 포스(Laplace force) 또한 감소하게 되어 결과적으로는 메니스커스 포스(meniscus force)가 줄어든다. When a meniscus is formed between substrates according to a wet process, a meniscus force is generated. That is, the greater the meniscus force, the greater the adhesion (stickion) is maintained. However, when the
따라서, 본 발명은 캐비티(C)를 구성하는 멤브레인층과 기판의 열 산화로 발생한 절연층(115)에 소수성을 부여하는 층인 소수성층(130)을 코팅하여 메니스커스 포스를 감소시켜, 캐비티(C)에서 접착 문제가 발생하는 것을 방지하고자 한다.Therefore, the present invention reduces the meniscus force by coating the membrane layer constituting the cavity (C) and the
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 공진기는 캐비티(C)의 상면 및 하면의 적어도 일부에 소수성층(130)이 배치된다. 소수성층(130)은 캐비티(C)의 상면 및 하면의 전부에 배치될 수 있다. 소수성층(130)이 캐비티(C)의 상면 및 하면 중 일면에 형성되지 않는 경우, 메니스커스 포스가 목표하는 만큼 감소시키지 못해 캐비티(C)에서 접착 문제가 발생할 수 있다.Referring to FIG. 2 , in the acoustic resonator according to an embodiment of the present invention, the
또한, 소수성층(130)은 캐비티(C)의 상면 및 하면 뿐만 아니라 캐비티(C)의 측면에도 배치될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 공진기는 캐비티(C)의 내측에 배치된 소수성층(130)에 의해 캐비티(C)에서 발생하던 접착 문제의 발생 빈도를 현저히 낮출 수 있다.In addition, the
후술하는 바와 같이 소수성층(130)은 희생층을 구성하는 폴리 실리콘(Poly Si)이 제거된 이후에 형성될 수 있다. As will be described later, the
소수성층(130)과 캐비티(C)의 내측면과의 접착력을 향상시키기 위하여, 프리커서(precursor)를 이용할 수 있다. 도 14를 참조하면, 프리커서는 실리콘 헤드(head)를 가지는 하이드로 카본(hydrocarbon)이나, 실리콘 헤드를 가지는 실리옥세인(Silioxane) 일 수 있다.In order to improve adhesion between the
소수성층(130)은 도 15를 참조하면, 플로오르카본(fluorocarbon)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 증착 후 물에 의한 접촉각(contact angle)이 90˚ 이상이 되는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 소수성층(130)은 플루오린(fluorine, F) 성분을 함유할 수 있으며, 플루오린(fluorine, F) 및 실리콘(silicon, Si)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 15 , the
이때, 소수성층(130)은 폴리머(polymer)가 아니 모노 레이어(mono layer)로 형성될 수 있다. 캐비티(C)의 상부에는 공진부(120)가 배치되는데, 캐비티(C)의 내측 상면에 소수성층(130)이 폴리머로 형성되면 공진부(120)에 폴리머에 의한 질량이 영향을 미치게 된다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 공진기는 소수성층(130)이 모노 레이어로 형성되기 때문에 트리밍 공정 이후에 소수성층(130)을 형성하여도 소수성층(130)에 의해 음향 공진기의 주파수가 변화되는 것을 최소화 할 수 있다.In this case, the
또한, 소수성층(130)을 폴리머로 형성할 경우에는 유입 홀(도 1, 도 3의 H)을 통해서 캐비티(C)에 소수성층이 형성될 때, 캐비티(C) 내의 소수성층 두께가 불균일해질 수 있으며, 캐비티(C) 내의 소수성층 중 유입 홀(H)에서 가까운 쪽의 두께가 두껍고, 유입 홀(H)에 먼 캐비티(C)의 중앙부에 형성된 소수성층의 두께가 얇을 수 있다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 공진기의 소수성층(130)은 모노 레이어로 형성되기 때문에 캐비티(C) 내의 위치에 따른 두께가 균일하다.In addition, when the
필터filter
도 16 및 도 17는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 필터의 개략적인 회로도이다.16 and 17 are schematic circuit diagrams of filters according to other embodiments of the present invention.
도 16 및 도 17의 필터에 채용되는 복수의 체적 음향 공진기 각각은 도 2에 도시된 음향 공진기에 대응한다. Each of the plurality of volumetric acoustic resonators employed in the filters of FIGS. 16 and 17 corresponds to the acoustic resonator shown in FIG. 2 .
도 16을 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. Referring to FIG. 16 , the
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. The first
도 17을 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.Referring to FIG. 17 , a
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.In addition, the filter structure may be formed by combining the ladder type filter structure of FIG. 16 and the lattice type filter structure of FIG. 17 .
음향 공진기의 제조 방법Method of manufacturing an acoustic resonator
이어서 본 실시예에 따른 음향 공진기의 제조 방법을 설명한다. Next, a method of manufacturing the acoustic resonator according to the present embodiment will be described.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 5 to 8 are views for explaining a method of manufacturing an acoustic resonator according to an embodiment of the present invention.
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. First, referring to FIG. 5 , in the method of manufacturing an acoustic resonator according to an embodiment of the present invention, an insulating
절연층(115)과 멤브레인층(150)은 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 질화실리콘(SiN) 또는 산화실리콘(SiO2) 등으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The insulating
희생층(140)에 형성되는 패턴(P)은 상면의 폭은 하면의 폭 보다 넓은 사다리꼴 형태의 단면을 갖도록 형성될 수 있다. The pattern P formed on the
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.A portion of the
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. Next, the
멤브레인층(150)은 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 중 적어도 하나의 재질을 함유하는 유전체층(Dielectric layer) 또는 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 백금(Pt), 갈륨(Ga), 하프늄(Hf) 중 적어도 어느 하나의 재질을 함유하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.The
한편, 도시되어 있지 않지만, 멤브레인층(150) 상에 시드층이 형성될 수 있다. Meanwhile, although not shown, a seed layer may be formed on the
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.The seed layer may be disposed between the
이어서, 도 6에 도시된 바와 같이 멤브레인층(150) 상에 식각 방지층(145a)을 형성한다. 식각 방지층(145a)은 패턴(P)의 내부에도 충진된다. Then, as shown in FIG. 6 , an
식각 방지층(145a)은 패턴(P)을 완전히 채우는 두께로 형성된다. 따라서 식각 방치층(145a)은 희생층(140)보다 두껍게 형성될 수 있다. The
식각 방지층(145a)은 절연층(115)과 동일한 재료로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The
이어서, 멤브레인층(150)이 외부로 노출되도록 식각 방지층(145a)을 제거한다. Next, the
이때 패턴(P)의 내부에 충진된 부분은 남겨지며, 남겨진 식각 방지층(145a)은 식각 방지부(145)로 기능한다.At this time, the portion filled in the pattern P is left, and the remaining etch-
이어서, 도 7에 도시된 바와 같이 멤브레인층(150) 상면에 제1 전극(121)을 형성한다. Then, as shown in FIG. 7 , a
본 실시예에 있어서 제1 전극(121)은 도전체로 형성될 수 있으며, 예를 들어 금, 몰리브덴, 루테늄, 이리듐, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 탄탈륨, 크롬, 니켈 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하는 금속으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.In this embodiment, the
제1 전극(121)은 캐비티(도 3의 C)가 형성될 영역의 상부에 형성된다. The
제1 전극(121)은 멤브레인층(150) 전체를 덮는 형태로 도전체층을 형성한 후, 불필요한 부분을 제거함으로써 형성할 수 있다.The
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)에서 발생한 진동이 외곽으로 빠져 나가는 것을 억제하여 음향 공진기의 Q-factor를 증가시킬 수 있다.Subsequently, the
삽입층(170)은 멤브레인층(150)과 제1 전극(121), 그리고 식각 방지부(145)가 형성하는 표면 전체를 덮도록 형성된 후, 중앙부(S)에 해당하는 영역에 배치된 부분을 제거함으로써 완성될 수 있다.After the
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.Accordingly, the central portion of the
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.A side surface of the
삽입층(170)은 예를 들어, 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(SiN), 산화망간(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.The
이어서, 제1 전극(121)과 삽입층(170) 상에 압전층(123)을 형성한다. Next, a
본 실시예에 있어서 압전층(123)은 질화 알루미늄(AlN)으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 압전층(123)의 재료로는 산화 아연(ZnO), 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride), 지르콘 티탄산 납(Lead Zirconate Titanate), 쿼츠(Quartz) 등이 선택적으로 이용될 수 있다. 또한 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride) 경우 희토류 금속(Rare earth metal) 또는 전이 금속을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 희토류 금속은 스칸듐(Sc), 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 전이 금속은 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 탄탈륨(Ta), 니오븀(Nb) 및 마그네늄(Mg) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In this embodiment, the
또한 압전층(123)은 삽입층(170)과 다른 재질로 형성된다.In addition, the
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.The
압전층(123)은 제1 전극(121)과 삽입층(170)의 일부를 덮는 형태로 형성되며, 이에 압전층(123)은 제1 전극(121)과 삽입층(170)이 이루는 표면의 형상을 따라 형성된다. The
전술한 바와 같이 제1 전극(121)은 중앙부(S)에 해당하는 부분만 삽입층(170)의 외부로 노출된다. 따라서 제1 전극(121)상에 형성되는 압전층(123)은 중앙부(S) 내에 위치하게 된다. 그리고 삽입층(170) 상에 형성되는 굴곡부(123b)는 확장부(E)내에 위치하게 된다.As described above, only the portion corresponding to the central portion S of the
이어서, 압전층(123) 상부에 제2 전극(125)을 형성한다. 본 실시예에 있어서 제2 전극(125)은 도전체로 형성될 수 있으며, 예를 들어 금, 몰리브덴, 루테늄, 이리듐, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 탄탈륨, 크롬, 니켈 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하는 금속으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.Next, the
제2 전극(125)은 기본적으로 압전층(123)의 압전부(123a) 상에 형성된다. 전술한 바와 같이, 압전층(123)의 압전부(123a)는 중앙부(S) 내에 위치한다. 따라서 압전층(123) 상에 배치되는 제2 전극(125)도 중앙부(S) 내에 배치된다. The
또한 본 실시예에서 제2 전극(125)은 압전층(123)의 경사부(1231) 상에도 형성된다. 이에 전술한 바와 같이, 제2 전극(125)은 중앙부(S) 전체와 확장부(E) 내에 부분적으로 배치된다. 제2 전극(125)을 확장부(123b)에 부분적으로 배치함으로써, 비약적으로 개선된 공진 성능을 제공할 수 있다.In addition, in the present embodiment, the
이어서, 도 8에 도시된 바와 같이 보호층(127)을 형성한다. Then, as shown in FIG. 8 , a
보호층(127)은 제2 전극(125)과 압전층(123)이 형성하는 표면을 따라 형성된다. 또한 도시되어 있지 않지만, 보호층(127)은 외부로 노출된 삽입층(170) 상에도 형성될 수 있다. The
보호층(127)은 실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열 중의 하나의 절연 물질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The
이어서, 보호층(127)과 압전층(123)을 부분적으로 제거하여 제1 전극(121)과 제2 전극(125)을 부분적으로 노출시키고, 노출된 부분에 각각 제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)을 형성한다. Next, the
제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)은 금(Au), 금-주석(Au-Sn) 합금, 구리(Cu), 구리-주석(Cu-Sn) 합금 등의 재질로 이루어질 수 있고, 제1 전극(121) 또는 제2 전극(125) 상에 증착하여 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The
이어서, 캐비티(C)를 형성한다. Next, the cavity C is formed.
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.The cavity C is formed by removing a portion located inside the
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.When the
이어서, 캐비티(C)의 상면 및 하면 중 적어도 일부에 소수성층(130)을 형성하여 도 2 및 도 3에 도시된 음향 공진기(100)를 완성시킨다. Next, the
소수성층(130)은 소수성 물질을 유입 홀(도 1, 도 3의 H)을 통해 CVD(Chemical Vapor Deposition)으로 형성될 수 있다. 도 18의 SiO2로 구성되는 지지 부재(10)처럼, 캐비티(C)를 형성하면 절연층(115)과 멤브레인층(150)의 표면에 하이드로옥살레이트(hydroxylate)가 형성되어 있다. 이와 같은 하이드로옥살레이트(hydroxylate)에 실리콘 헤드를 가지는 프리커서를 이용하여, 하이드로라이즈 실레인(hydrolyze silane) 반응을 진행시킴으로써 캐비티(C)의 내측 표면을 표면처리 할 수 있다. The
그 후, 도 19와 같이 소수성 물질인 플루오르카본 작용기를 형성하여 캐비티(C)의 상면 및 하면 중 적어도 일부에 소수성층(130)이 형성될 수 있다.Thereafter, as shown in FIG. 19 , the
또한, 절연층(115) 및 멤브레인층(150)의 재질에 따라 표면처리는 생략하고, 캐비티(C)의 상면 및 하면 중 적어도 일부에 소수성층(130)을 형성할 수 있다. In addition, depending on the material of the insulating
특히, 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기의 제조 방법은 캐비티(C)가 형성된 이후에 CVD로 소수성층(130)을 형성하기 때문에, 캐비티(C)의 상면 및 하면 뿐만 아니라 측면에도 소수성층(130)이 형성될 수 있다. 또한, 소수성층(130)을 폴리머가 아닌 모노 레이어로 형성함으로써, 공진부(120)에 소수성층(130)로 인한 질량 부하가 인가되는 것을 방지할 수 있다. In particular, in the method of manufacturing an acoustic resonator according to another embodiment of the present invention, since the
소수성층(130)을 형성한 후에는 목표하는 주파수 특성을 얻기 위하여 습식 공정(wet pocess)를 이용하는 트리밍 공정이 수행된다.After the
본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기의 제조 방법은 캐비티(C)의 상면 및 하면 중 적어도 일부에 소수성층(130)이 이미 형성되어 있기 때문에, 트리밍 공정 등과 같은 습식 공정이 수행되어도 캐비티(C)의 상면 및 하면이 서로 접착하는 문제가 발생하지 않는다.In the method of manufacturing an acoustic resonator according to another embodiment of the present invention, since the
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, but is intended to be limited by the appended claims.
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.Therefore, various types of substitution, modification and change will be possible by those skilled in the art within the scope that does not depart from the technical spirit of the present invention described in the claims, and it is also said that it falls within the scope of the present invention. something to do.
100: 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 공진기100: acoustic resonator
110: substrate
120: resonance unit
121: first electrode
123: piezoelectric layer
125: second electrode
127: protective layer
130: hydrophobic layer
140: sacrificial layer
150: membrane layer
170: insert layer
1000, 2000: filter
1100, 1200, 2100, 2200, 2300, 2400: acoustic resonators
Claims (15)
상기 기판의 상부에 배치되는 절연층;
상기 절연층의 상부에 배치되는 멤브레인층;
상기 절연층과 상기 멤브레인층에 의해 형성되며, 상면 및 하면 중 적어도 일부에 소수성층이 배치된 캐비티; 및
상기 캐비티 상부에 배치되며, 제1 전극, 압전층 및 제2 전극이 적층된 공진부;를 포함하며,
상기 공진부는, 중앙부 및 상기 중앙부에서 서로 대향하는 양 방향의 외측으로 연장되는 영역으로, 상기 압전층 하부에 삽입층이 배치되는 확장부를 포함하며,
상기 압전층은, 상기 중앙부 내에 배치되는 압전부 및 상기 확장부 내에 배치되고 상기 삽입층의 형상을 따라 상기 중앙부에서 멀어지는 방향으로 가면서 상부로 경사지게 연장되는 굴곡부를 포함하는 음향 공진기.
Board;
an insulating layer disposed on the substrate;
a membrane layer disposed on the insulating layer;
a cavity formed by the insulating layer and the membrane layer, wherein a hydrophobic layer is disposed on at least a portion of an upper surface and a lower surface; and
and a resonance part disposed on the cavity, in which a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode are stacked;
The resonance part is a central part and a region extending outward in both directions opposite to each other from the central part, and includes an extension part in which an insertion layer is disposed under the piezoelectric layer,
The piezoelectric layer may include a piezoelectric part disposed in the central part and a bent part disposed in the expanded part and extending in a direction away from the central part along a shape of the insertion layer to be inclined upward.
상기 소수성층은 상기 캐비티의 상면 및 하면의 전부에 배치된 음향 공진기.
According to claim 1,
The hydrophobic layer is disposed on all of the upper and lower surfaces of the cavity.
상기 소수성층은 상기 캐비티의 측면에 더 배치된 음향 공진기.
According to claim 1,
The hydrophobic layer is further disposed on a side surface of the cavity.
상기 소수성층은 모노 레이어인 음향 공진기.
According to claim 1,
The hydrophobic layer is a mono layer acoustic resonator.
상기 소수성층은 플루오린(F) 성분을 함유하는 음향 공진기.
According to claim 1,
The hydrophobic layer is an acoustic resonator containing a fluorine (F) component.
상기 소수성층은 실리콘(Si) 성분을 추가로 함유하는 음향 공진기.
6. The method of claim 5,
The hydrophobic layer further contains a silicon (Si) component.
상기 기판의 상부에 절연층을 형성하는 단계;
상기 절연층 상에 희생층을 형성하고, 상기 희생층을 관통하는 패턴을 형성하는 단계;
상기 희생층 상에 멤브레인층을 형성하는 단계;
상기 멤브레인층 상에 제1 전극, 압전층, 제2 전극을 순차적으로 적층하여 공진부를 형성하는 단계;
상기 희생층의 일부를 제거하여 캐비티를 형성하는 단계; 및
상기 캐비티의 상면 및 하면 중 적어도 일부에 소수성층을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 소수성층을 형성하는 단계는,
상기 캐비티의 상면 및 하면 중 적어도 일부에 플로오르카본 작용기를 형성하여 수행되는 음향 공진기의 제조 방법.
providing a substrate;
forming an insulating layer on the substrate;
forming a sacrificial layer on the insulating layer and forming a pattern penetrating the sacrificial layer;
forming a membrane layer on the sacrificial layer;
forming a resonance part by sequentially stacking a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode on the membrane layer;
forming a cavity by removing a portion of the sacrificial layer; and
Including; forming a hydrophobic layer on at least a portion of the upper surface and the lower surface of the cavity;
The step of forming the hydrophobic layer,
A method of manufacturing an acoustic resonator performed by forming a fluorocarbon functional group on at least a portion of an upper surface and a lower surface of the cavity.
상기 기판의 상부에 절연층을 형성하는 단계;
상기 절연층 상에 희생층을 형성하고, 상기 희생층을 관통하는 패턴을 형성하는 단계;
상기 희생층 상에 멤브레인층을 형성하는 단계;
상기 멤브레인층 상에 제1 전극, 압전층, 제2 전극을 순차적으로 적층하여 공진부를 형성하는 단계;
상기 희생층의 일부를 제거하여 캐비티를 형성하는 단계; 및
상기 캐비티의 상면 및 하면 중 적어도 일부에 소수성층을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 소수성층을 형성하는 단계는,
소수성층을 형성하기 전에 상기 캐비티의 내측 표면을 실리콘 헤드를 가지는 프리커서로 표면처리 하는 단계를 포함하는 음향 공진기의 제조 방법.
providing a substrate;
forming an insulating layer on the substrate;
forming a sacrificial layer on the insulating layer and forming a pattern penetrating the sacrificial layer;
forming a membrane layer on the sacrificial layer;
forming a resonance part by sequentially stacking a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode on the membrane layer;
forming a cavity by removing a portion of the sacrificial layer; and
Including; forming a hydrophobic layer on at least a portion of the upper surface and the lower surface of the cavity;
The step of forming the hydrophobic layer,
A method of manufacturing an acoustic resonator, comprising the step of surface-treating the inner surface of the cavity with a precursor having a silicon head before forming the hydrophobic layer.
상기 소수성층은 상기 캐비티의 상면 및 하면의 전부에 형성되는 음향 공진기의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
The method of manufacturing an acoustic resonator, wherein the hydrophobic layer is formed on all of the upper and lower surfaces of the cavity.
상기 소수성층은 상기 캐비티의 측면에도 형성되는 음향 공진기의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
The method of manufacturing an acoustic resonator, wherein the hydrophobic layer is also formed on a side surface of the cavity.
상기 소수성층은 모노 레이어인 음향 공진기의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
The method of manufacturing an acoustic resonator wherein the hydrophobic layer is a mono layer.
공진부를 형성하는 단계는,
상기 멤브레인층 상에 제1 전극을 형성하는 단계;
상기 제1 전극 상에 적층되는 압전부와 상기 압전부의 경계에서 경사지게 연장되는 굴곡부를 포함하는 압전층을 형성하는 단계; 및
상기 압전층 상에 제2 전극을 형성하는 단계; 를 포함하는 음향 공진기의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
The step of forming the resonance part is,
forming a first electrode on the membrane layer;
forming a piezoelectric layer including a piezoelectric part stacked on the first electrode and a bent part obliquely extending from a boundary of the piezoelectric part; and
forming a second electrode on the piezoelectric layer; A method of manufacturing an acoustic resonator comprising a.
상기 압전층을 형성하는 단계 이전에, 상기 굴곡부의 하부에 삽입층을 형성하는 단계를 더 포함하며,
상기 굴곡부는 상기 삽입층의 형상을 따라 경사면을 갖는 음향 공진기의 제조 방법.
15. The method of claim 14,
Prior to the step of forming the piezoelectric layer, further comprising the step of forming an insertion layer under the bent portion,
The method of manufacturing an acoustic resonator, wherein the bent portion has an inclined surface along the shape of the insertion layer.
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