KR102469103B1 - 박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지 및 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시 예에 따른 박막형 체적 탄성 공진기 패키지 제조 방법은, 기판 위에 하부 전극, 압전층 및 상부 전극을 포함하는 박막형 체적 탄성 공진기를 형성하는 단계와, 상기 박막형 체적 탄성 공진기의 상부 전극과 하부 전극에 전기적으로 연결되는 복수개의 내부 패드 전극을 형성하는 단계와, 상기 내부 패드 전극 위에 PR 필름을 접착하는 단계와, 상기 PR 필름을 식각하여 상기 내부 패드 전극을 노출시키는 단계, 및 상기 PR 필름과 노출된 내부 패드 전극 상부에 밀봉층을 형성하는 단계를 포함하고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지는, 기판과, 상기 기판 위에 형성되고, 하부 전극, 압전층 및 상부 전극을 포함하는 박막형 체적 탄성 공진기와, 상기 상부 전극과 하부 전극에 전기적으로 연결되는 복수개의 내부 패드 전극과, 상기 내부 패드 전극 상에서 내부 패드 전극에 지지되는 PR 필름과, 상기 PR 필름 상에 적층 형성된 밀봉층과, 상기 PR 필름과 상기 밀봉층을 관통하는 비아를 통해 상기 내부 패드 전극에 연결되는 외부 패드 전극을 포함한다.
본 발명에 의하면, 종래의 WLP 방식에 비해 투습 방지 성능이 개선되고, 패키지의 두께를 1/2로 줄인 FBAR 패키지를 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 종래의 WLP 방식에 비해 투습 방지 성능이 개선되고, 패키지의 두께를 1/2로 줄인 FBAR 패키지를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지 및 제조 방법에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 종래 WLP(wafer level package)에 의해 형성되던 밀봉 구조를 박막 밀봉 구조로 함으로써 전체 패키지의 두께를 현저히 줄인 새로운 박막형 체적 탄성 공진기 패키지 밀봉 구조와 제조 방법에 관한 것이다.
최근 스마트폰 등 소형 전자기기를 중심으로 소형, 고밀도 실장에 대한 요구가 커짐으로써 반도체 집적회로(IC)와 같은 전자소자들에 대한 표면 실장 기술이 눈부신 발전을 거듭해 왔다.
칩 단위 패키징 대신 웨이퍼 레벨 패키징이 도입되어 패키징 두께를 현저히 감소시켰고, 인쇄회로기판에서도 적층형 기판이 도입되었으며, 다양한 재료, 장비와 다양한 공정 기술 등이 개발되고 있다.
박막형 체적 탄성 공진기(이하, FBAR라 함)에 대해서도 WLP에 의한 패키징 기술이 도입되어 전체 패키지의 두께를 현저히 줄일 수 있게 되었다.
도 11은 종래의 박막형 체적 탄성 공진기(FBAR) 패키지의 한 예로서, 실리콘 기판(10)의 위에 FBAR(20)가 형성되어 있고, 이 FBAR를 WLP(30)에 밀봉한 구조를 갖는다.
비록 도 11과 같은 구조의 FBAR가 기존에 비해 두께가 많이 줄어든 것이긴 하지만, 현대 생활에 이용되는 모든 전자장치에 대한 경박단소화의 요구는 멈추지 않고 계속되고 있으므로, 도 11과 같은 구조에 비해 더 낮은 두께를 갖는 패키지 구조와 제조 기술이 요구되고 있다.
이에 본 발명은 도 11과 같은 종래의 WLP 방식의 FBAR 패키지 밀봉 구조보다 더 두께를 줄인 새로운 FBAR 패키지 밀봉 구조와 그 제조 방법을 제안하고자 한다.
본 발명은 종래의 WLP 방식에 비해 전체 패키지 두께를 줄일 수 있는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지 및 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 또한, 투습 방지 성능이 개선된 박막형 체적 탄성 공진기 패키지 및 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 또한, 밀봉층에서의 핀홀 발생을 줄일 수 있는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지 및 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 또한, 새 밀봉 구조의 제조 과정에서도 기존의 박막형 체적 탄성 공진기 구조를 효율적으로 활용할 수 있는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지 및 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 박막형 체적 탄성 공진기 패키지 제조 방법은, 기판 위에 하부 전극, 압전층 및 상부 전극을 포함하는 박막형 체적 탄성 공진기를 형성하는 단계와, 상기 박막형 체적 탄성 공진기의 상부 전극과 하부 전극에 전기적으로 연결되는 복수개의 내부 패드 전극을 형성하는 단계와, 상기 내부 패드 전극 위에 PR 필름을 접착하는 단계와, 상기 PR 필름을 식각하여 상기 내부 패드 전극을 노출시키는 단계, 및 상기 PR 필름과 노출된 내부 패드 전극 상부에 밀봉층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 내부 패드 전극 위의 상기 밀봉층을 식각하여 내부 패드 전극을 다시 노출시키는 비아를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 비아의 내경 표면에 비아 내경 절연층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 밀봉층 위에 상기 비아를 통해 상기 내부 패드 전극과 연결되는 외부 패드 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 박막형 체적 탄성 공진기를 형성하기 전에 상기 기판 위에 에어 캐버티를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 밀봉층을 형성하는 단계는, 복수의 박막층을 적층하는 배리어 박막 적층 단계들을 포함할 수 있다.
상기 배리어 박막 적층 단계들 사이에는, 앞서 형성된 각 배리어 박막에 대한 표면 처리 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 표면 처리 단계는, He, Ne, Ar, Kr 등 불활성 가스, N2, O2, N2O, F 함유 가스, Cl 함유 가스 중 적어도 하나에 의한 Plasma 처리 단계일 수 있다.
최후 배리어 박막 적층 후, H2, NH3 등 수소가 포함된 가스에 의한 plasma 표면 처리 단계를 더 포함할 수 있다.
최후 배리어 박막 적층 후, 소수성 물질을 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지는, 기판과, 상기 기판 위에 형성되고, 하부 전극, 압전층 및 상부 전극을 포함하는 박막형 체적 탄성 공진기와, 상기 상부 전극과 하부 전극에 전기적으로 연결되는 복수개의 내부 패드 전극과, 상기 내부 패드 전극 상에서 내부 패드 전극에 지지되는 PR 필름과, 상기 PR 필름 상에 적층 형성된 밀봉층과, 상기 PR 필름과 상기 밀봉층을 관통하는 비아를 통해 상기 내부 패드 전극에 연결되는 외부 패드 전극을 포함할 수 있다.
상기 밀봉층은 복수개의 배리어 박막을 포함할 수 있다.
상기 패키지는 상기 내부 패드 전극 외곽에서 패키지를 포위하며 형성된 댐을 더 포함할 수 있다.
상기 댐은 상기 내부 패드 전극과 같은 물질일 수 있다.
상기 댐은 상기 내부 패드 전극과 같은 높이에서 상기 PR 필름과 상기 밀봉층을 동시에 지지할 수 있다.
상기 하부 전극 아래에서 상기 기판에 형성된 에어 캐버티를 더 포함할 수 있다.
상기 상부 전극 위에 형성된 보호층을 더 포함할 수 있다.
상기 복수개의 배리어 박막들 중 맨 위층의 최후 배리어 박막 상에는 소수성 물질이 코팅될 수 있다.
상기 밀봉층은 적어도 하나의 금속 배리어 박막을 포함하고, 상기 내부 패드 전극과 상기 외부 패드 전극을 연결하기 위해 상기 PR 필름과 상기 밀봉층을 관통하는 비아의 내부 표면에는 비아 내경 절연층이 형성될 수 있다.
상기 박막형 체적 탄성 공진기는 복수개이고, 적어도 2개 이상의 박막형 체적 탄성 공진기를 가로지르는 단면 상에서 상기 외부 패드 전극들 사이에 외부 패드 전극이 연결되지 않은 적어도 하나의 내부 패드 전극을 더 포함할 수 있다.
모든 실시예에서, 상기 복수개의 배리어 박막들 중 적어도 서로 인접하는 두 박막들은 이종 물질로 형성될 수 있다.
모든 실시예에서, 상기 복수개의 배리어 박막들 중 최후 박막의 소수성이 가장 클 수 있다.
본 발명에 의하면, 종래의 WLP 방식에 비해 박막형 체적 탄성 공진기 패키지의 두께를 줄일 수 있어서 보다 얇은 패키지를 제공할 수 있다.
본 발명은 또한, 박막형 체적 탄성 공진기 패키지의 투습 방지 성능을 개선할 수 있다.
본 발명은 또한, 박막형 체적 탄성 공진기 패키지의 밀봉층에서의 핀홀 발생을 줄일 수 있다.
본 발명은 또한, 새 밀봉 구조에 따른 박막형 체적 탄성 공진기 패키지의 제조 과정에서도 기존의 박막형 체적 탄성 공진기 구조를 효율적으로 활용할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 밀봉 구조를 갖는 FBAR 패키지 제조 과정에 따라 변화되는 패키지의 모양을 순서대로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 밀봉 구조를 갖는 FBAR 패키지 제조 방법의 단계들을 흐름도로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 밀봉 구조를 갖는 FBAR 패키지의 밀봉층의 세부 구조를 도시한 것이다.
도 4는 단일 물질로 형성된 배리어와 본 발명과 같이 이종 물질로 형성된 배리어에 대하여, 외부로부터 침투하는 기체 입자가 거쳐야 하는 경로를 비교한 것이다.
도 5는 내부 패드 전극과 외부 패드 전극을 연결하는 비아 내경 표면에 별도의 비아 내경 절연층이 형성된 경우를 도시한 것이다.
도 6은 다양한 물질들의 소수성(hydrophobic) 또는 친수성(hydrophilic)의 정도를 표시하여 열거한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 박막 밀봉 구조를 갖는 FBAR 패키지를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 박막 밀봉 구조를 갖는 FBAR 패키지에서, 패키지 내에 복수개의 FBAR 를 포함하는 경우의 실시예를 도시한 것이다.
도 9는 2개 이상의 FBAR를 포함하는 FBAR 패키지에서의 금속층 영역과 FBAR 영역을 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 박막 밀봉 구조를 갖는 FBAR 패키지를 현재의 WLP에 의해 제조된 FBAR 패키지와 비교한 것이다.
도 11은 WLP 방식으로 밀봉된 종래의 FBAR 패키지를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 밀봉 구조를 갖는 FBAR 패키지 제조 방법의 단계들을 흐름도로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 밀봉 구조를 갖는 FBAR 패키지의 밀봉층의 세부 구조를 도시한 것이다.
도 4는 단일 물질로 형성된 배리어와 본 발명과 같이 이종 물질로 형성된 배리어에 대하여, 외부로부터 침투하는 기체 입자가 거쳐야 하는 경로를 비교한 것이다.
도 5는 내부 패드 전극과 외부 패드 전극을 연결하는 비아 내경 표면에 별도의 비아 내경 절연층이 형성된 경우를 도시한 것이다.
도 6은 다양한 물질들의 소수성(hydrophobic) 또는 친수성(hydrophilic)의 정도를 표시하여 열거한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 박막 밀봉 구조를 갖는 FBAR 패키지를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 박막 밀봉 구조를 갖는 FBAR 패키지에서, 패키지 내에 복수개의 FBAR 를 포함하는 경우의 실시예를 도시한 것이다.
도 9는 2개 이상의 FBAR를 포함하는 FBAR 패키지에서의 금속층 영역과 FBAR 영역을 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 박막 밀봉 구조를 갖는 FBAR 패키지를 현재의 WLP에 의해 제조된 FBAR 패키지와 비교한 것이다.
도 11은 WLP 방식으로 밀봉된 종래의 FBAR 패키지를 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명의 특징과 이점, 그리고 그것들을 구현하는 수단들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예들을 통해 명확해질 것이다. 그러나 이하에서 기술하는 본 발명의 실시예들은 단지 예시적인 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 기술된 실시예들로만 제한하고자 하는 것은 아니다. 또한, 각 실시예들의 구성 요소들은 다른 언급이나 상호간에 모순이 없는 한 실시예 내에서 또는 실시예 상호 간에 다양한 조합이 가능할 수 있다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소들과는 상관없이 이 구성요소를 반드시 포함한다는 의미이지 다른 구성 요소들의 추가를 배제하고자 하는 것이 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재나 소자를 사이에 두고 "간접적으로" 또는 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
또한, 명세서 전체에서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
또한, '제1, 제2' 등과 같은 표현은, 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.
또한, 도면에 도시된 순서도들은 본 발명을 실시함에 있어서 가장 바람직한 결과를 얻기 위해 예시적으로 도시한 순서에 불과하며, 다른 단계들이 더 추가되거나 일부 단계들이 삭제될 수 있음은 당연한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지 제조 과정에 따라 변화되는 패키지의 모양을 순서대로 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지 제조 방법의 단계들을 흐름도로 도시한 것이다.
도 1과 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지의 제조 방법을 설명한다.
도 1의 (a)는 본 발명에 따른 박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기(FBAR) 패키지를 제조하기 위한 첫 단계로서, 실리콘(Si) 기판(100) 위에 FBAR(200)를 형성(도2의 단계 S10)한 것을 도시한 것이다.
본 발명에 따른 박막 밀봉 구조를 갖는 FBAR 패키지는, 실리콘 기판 위에 FBAR를 형성하는 과정까지는 종래와 동일하다.
기판(100) 위에, 하부 전극(BE, bottom electrode), 압전층(PZ) 및 상부 전극(TE, top electrode)으로 된 FBAR(200)가 형성되어 있다.
상기 하부 전극과 기판 사이에는 에어 캐버티가 형성될 수 있고, 상기 상부 전극의 위에는 보호층(PAS, passivation)이 더 형성될 수 있다.
또한, 상기 FBAR의 각 전극에 대한 전기적 연결을 위해 복수개의 내부 패드 전극(300)이 형성(도2의 단계 S20)된다.
상기 내부 패드 전극(300)의 외곽으로는 패키지 전체를 포위하는 댐(350)이 더 형성될 수 있다.
상기 내부 패드 전극(300)과 상기 댐(350)은 금속 성분으로 형성되므로 전기 전도성과 강도가 높아서 전기적 연결 통로가 될 수 있고, 또한 패키지 구조체를 지지하는 지지체로서도 기능할 수 있다.
상기 내부 패드 전극(300)과 상기 댐(350)은 동일 공정에서 형성될 수 있다.
이후 상기 내부 패드 전극(300) 위에 PR 필름(400)이 접착(도2의 단계 S30)된다. 도 1의 (b)는 PR 필름(400)이 접착된 상태를 도시한 것이다.
상기 PR 필름(400)은, 예를 들어, DFR(dry film resist)과 같은 필름으로서, 반도체 공정을 이용한 가공이 용이하고 어느 정도의 강도를 가지므로 패키지의 밀봉층을 지지하는 구조체로 기능할 수 있다.
이후 내부 패드 전극(300) 위에 덮여져 있는 PR 필름(400)을 식각하여 내부 패드 전극(300)을 노출시키는 단계(도2의 단계 S40)가 진행된다.
도 1의 (c)는 상기 단계(도2의 S40 단계)가 진행된 상태를 도시한 것이다.
이후 도 1의 (d)와 같이, 노출된 내부 패드 전극(300)과 PR 필름(400) 전체에 대하여 그 위에 밀봉층(500)을 형성(도2의 단계 S50)한다.
상기 밀봉층(500)은 복수개의 박막이 적층되는 구조이며, 이 밀봉층(500)에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
이후 도 1의 (e)와 같이, 상기 내부 패드 전극(300)을 덮고 있는 밀봉층(500)을 식각하여 내부 패드 전극(300)을 다시 노출시키는 비아(600)를 형성(도2의 단계 S60)한다.
이 비아(600)는 밀봉층(500) 위의 외부 패드 전극과 밀봉층 내의 내부 패드 전극(300)을 전기적으로 연결하는 통로가 된다.
이후 도 1의 (f)와 같이, 상기 밀봉층(500) 위에서 상기 비아(600)를 통해 상기 내부 패드 전극(300)과 연결되는 복수개의 외부 패드 전극(700)을 형성(도2의 단계 S70)한다.
상기 외부 패드 전극들은 패키지 완성 후 패키지 내부의 FBAR 전극에 입출력 신호선을 연결하거나, 접지를 연결하기 위한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 밀봉 구조를 갖는 FBAR 패키지의 밀봉층(500)의 세부 구조를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 FBAR 패키지의 밀봉층(500)은 복수개의 배리어 박막들이 적층되어 형성될 수 있으며, 상기 박막의 적층을 위해 Sputter, Evaporator, CVD, ALD(Atomic Layer Deposition) 등 다양한 증착 방식이 사용될 수 있다.
상기 복수개의 배리어 박막들은 모두 서로 다른 이종 물질이거나, 적어도 서로 이웃하는 박막들은 서로 다른 특성을 갖는 이종 물질로 형성된다.
상기 물질들에는, 예를 들어 PGMA, PDMS와 같은 유기물이나, 예를 들어 SiNx, SiOx, SiC, AlOx, AlN, MgO, 각종 산화물, 질화물 같은 무기물이나, 예를 들어 Mo, Cu, Al, Cr, ITO 와 같은 금속들이나, 실리콘과 같은 기타 물질들이 다양하게 포함될 수 있으며, 도 3에서는 상기 밀봉층을 구성하는 박막의 일 예로서, 질화실리콘 화합물과 PGMA(프로필렌 글리콜 모노메틸 아세테이트)가 교대로 적층된 경우를 도시한 것이다.
상기와 같이 복수개의 배리어 박막들을 형성하고, 또한 서로 특성이 다른 이종 물질로 형성하는 이유는, 수분을 함유하는 기체 입자가 외부로부터 패키지 내부로 침투할 수 있는 경로를 아예 없애거나, 적어도 매우 길고 복잡하게 형성되도록 하기 위한 것이다.
도 4는 단일 물질 또는 동종 물질의 적층으로 형성된 배리어와 본 발명과 같이 이종 물질로 형성된 배리어에 대하여, 외부로부터 침투하는 기체 입자가 거쳐야 하는 경로를 비교한 것이다.
도 4를 참조하면, 도 4의 (a)는 도 3에서와 같은 이종 물질을 교차 증착하였을 경우 형성될 수 있는 핀홀(pin hole)을 도시한 것이고, 도 4의 (b)와 (c)는 단일 물질로 밀봉층을 형성하였을 경우와 이종 물질의 박막을 적층하여 밀봉층을 형성하였을 경우에 대하여 외부로부터의 기체 입자가 밀봉층을 통과하는 경로를 비교하여 도시한 것이다.
도 4의 (a)로부터 이종 물질을 교차 증착함으로 인해, 어떤 한 물질의 박막층에서 핀홀이 형성되었더라도 인접한 다른 박막층으로 핀홀이 이어지지 않고 단절되는 것을 알 수 있다.
이런 이유로 인해, FBAR 패키지의 밀봉층(500)을 본 발명과 같이 복수개의 이종 물질을 적층하여 형성하면, 도 4의 (c)와 같이 외부로부터 침투한 기체 입자가 이동하는 경로가 매우 길어지게 되므로, 수분을 함유한 외부 기체 입자의 침투를 효과적으로 차단할 수 있게 되는 것이다.
도 5는 내부 패드 전극(300)과 외부 패드 전극(700)을 연결하는 비아(600) 내경 표면에 별도의 비아 내경 절연층(650)이 형성된 경우를 도시한 것이다.
본 발명에 따른 밀봉층(500)을 구성하는 복수개의 배리어 박막들 중 하나라도 금속 박막으로 형성되는 경우에는, 상기 비아(600)를 관통하여 내부와 외부의 패드 전극들을 연결하는 금속층과의 절연을 위해 도 5와 같이 비아 내경 표면에 별도의 절연층(650)이 형성되어야 한다.
한편, 본 발명에 따른 밀봉층(500)을 구성하는 복수개의 배리어 박막들을 증착하는 과정에서는, 먼저 형성된 각 배리어 박막에 대해 플라즈마 표면 처리를 수행하는 단계를 더 거칠 수 있다.
상기 플라즈마 표면 처리 단계는 각 배리어 박막 형성 후 발생할 수 있는 핀홀의 생성을 억제하는 것과 함께, 이웃하는 배리어 박막간의 결합력을 높이기 위한 것으로, He, Ne, Ar, Kr 등 불활성 가스, N2, O2, N2O, F 함유 가스, Cl 함유 가스 중 적어도 하나 이상의 가스를 이용할 수 있다.
또한, 밀봉층의 최외곽을 구성하는 최후 박막을 적층한 후에는, 앞서의표면 처리 가스가 아닌 H2, NH3 등 수소가 포함된 가스에 의한 플라즈마 표면 처리를 행할 수 있다. 이는, 최후 박막은 외부로부터의 수분 침투를 방지하여야 하므로 소수성 표면을 갖도록 하기 위한 것이다. H2, NH3 등 수소가 포함된 가스를 이용한 플라즈마 표면 처리는 물질 표면에서의 소수성을 높일 수 있다.
최후 배리어 박막의 소수성을 강화하는 또 다른 방안으로는, 최후 배리어 박막 표면에 소수성 물질을 추가로 코팅하는 것이다.
도 6은 상대적으로 소수성(hydrophobic) 또는 친수성(hydrophilic)이 강한 다양한 물질들을 열거한 것이다. 본 발명에서 최외곽 배리어 박막의 소수성을 강화하기 위해 도 6의 물질들 중에서 상대적으로 위쪽의 물질들을 이용하여 표면을 코팅할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 박막 밀봉 구조를 갖는 FBAR 패키지를 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 밀봉 구조를 갖는 FBAR 패키지는, 기판(100)과, 상기 기판 위에 형성되고, 하부 전극, 압전층 및 상부 전극을 포함하는 박막형 체적 탄성 공진기(200)와, 상기 상부 전극과 하부 전극에 전기적으로 연결되는 복수개의 내부 패드 전극(300)과, 상기 내부 패드 전극 상에서 내부 패드 전극에 지지되는 PR 필름(400)과, 상기 PR 필름 상에 적층 형성된 밀봉층(500)과, 상기 PR 필름(400)과 상기 밀봉층(500)을 관통하는 비아(600)를 통해 상기 내부 패드 전극에 연결되는 외부 패드 전극(700)을 포함한다.
상기 하부 전극 아래에서 상기 기판에 형성된 에어 캐버티를 더 포함할 수 있고, 상기 상부 전극 위에 형성된 보호층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 패키지의 외곽에 패키지를 포위하면서 상기 PR 필름(400)과 상기 밀봉층(500)을 지지하는 댐(350)을 더 포함할 수 있다.
상기 댐(350)은 상기 내부 패드 전극(300)과 같은 높이에서 상기 PR 필름(400)과 상기 밀봉층(500)을 동시에 지지하고 있다.
상기 밀봉층(500)은 복수개의 배리어 박막들을 포함하고, 복수개의 배리어 박막들 중 적어도 서로 인접하는 두 박막들은 이종 물질로 형성될 수 있다.
상기 복수개의 배리어 박막들 중 최후 박막은 다른 배리어 박막들에 비해 소수성이 더 큰 재료로 형성될 수 있으며, 또한 소수성이 큰 물질이 추가로 코팅될 수 있다.
상기 밀봉층(500)은 적어도 하나의 금속 배리어 박막을 포함할 수 있고, 이 경우 상기 내부 패드 전극(300)과 상기 외부 패드 전극(700)을 연결하기 위해 상기 PR 필름(400)과 상기 밀봉층(500)을 관통하는 비아(600)의 내부 표면에는 비아 내경 절연층(650)이 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 박막 밀봉 구조를 갖는 FBAR 패키지의 다른 실시예로서, 패키지 내에 복수개의 FBAR 를 포함하고, 복수개의 외부 패드 전극들 사이에 외부 패드 전극에 연결되지 않는 내부 패드 전극(310)을 포함하는 경우를 도시한 것이다.
도 8의 FBAR 패키지에는 2개의 FBAR 가 포함되어 있고, 그 사이에 외부 패드 전극과 연결되지 않는 내부 패드 전극(310)이 위치하고 있다.
본 발명에서는 도 8에서와 같이 복수개의 FBAR 를 포함하는 패키지에 대하여, 외부 패드 전극과 연결되는 내부 패드 전극들(300)은 물론, 외부 패드 전극과 연결되지 않는 내부 패드 전극(310)들도 상부의 PR 필름(400)과 밀봉층(500)을 지지하는 지지체로 사용할 수 있다.
도 9는 2개 이상의 FBAR를 포함하는 FBAR 패키지에서의 금속층 영역과 FBAR 영역을 도시한 것이다.
도 9의 (a)에서 파란색으로 구분된 영역이 FBAR 가 형성된 영역이고, 노란색 부분은 패키지 내에서 금속층으로 이루어진 영역을 가리킨다.
도 9의 (b)는 도 (a)에서 금속층만을 구분하여 흰색으로 보이도록 도시한 것이다.
도 9를 참조하면, FBAR 패키지 내의 FBAR 사이사이에 많은 금속층들이 형성되어 있는 것을 볼 수 있다. 본 발명에 따른 박막 밀봉 구조의 FBAR 패키지는, 얇은 박막으로 밀봉층을 구성함으로 인해 상대적으로 약해질 수 있는 밀봉층의 지지력을, FBAR 패키지 내에 원래부터 형성되어 있던 금속 패드 전극들을 활용하여 확보하는 것이므로, 새로운 구조의 패키지임에도 불구하고 기존 패키지 구조와 기존의 공정 방식과 기존의 공정 장비들을 대부분 그대로 활용할 수 있기에 제조 원가면에서도 유리한 경쟁력을 확보할 수 있다.
위와 같은 장점 외에도, 도 7과 같은 박막 밀봉 구조를 갖는 본 발명의 FBAR 패키지는 종래의 FBAR 패키지에 비하여 여러 측면에서의 추가적인 장점을 갖는다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 박막 밀봉 구조를 갖는 FBAR 패키지를 현재의 WLP에 의해 제조된 FBAR 패키지와 비교한 것이다.
도 10을 참조하면, 현재의 WLP에 의해 제조된 FBAR 패키지는 FBAR 위쪽의 밀봉을 위한 WLP 영역의 두께가 100 um 가까이 되는 것에 비해, 본 발명에 따른 FBAR 패키지는 그 두께가 3 um 미만에 불과하여, 실질적으로 현재의 WLP를 이용한 FBAR 패키지에서 WLP 영역의 두께를 거의 제거한 것이나 마찬가지인 결과가 된다. 따라서 전체 패키지의 두께를 약 1/2로 줄일 수 있다.
상기와 같이 밀봉층의 두께가 100 um 가까이 줄어들게 됨으로 인해, 외부 패드 전극과 내부 패드 전극을 연결하는 비아의 길이가 현저히 짧아져서 저항이 크게 감소하므로 발열이 감소함은 물론, 내부에서 발생한 발열도 보다 빠르게 외부로 방출될 수 있다. 따라서 상대적으로 높은 전력을 사용해야 하는 기기에서도 발열의 문제로 인해 기기의 성능이 떨어지거나 기기의 구조를 복잡하게 설계해야 하는 등의 문제를 발생시키지 않는다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 밀봉 구조를 갖는 FBAR 패키지 및 제조 방법에 의하면, 종래의 WLP 구조의 FBAR 패키지에 비해 1/2에 불과한 두께의 FBAR 패키지를 제조할 수 있어서, 그 감소한 두께로부터 얻을 수 있는 다양한 이점을 누리면서도, 또한 기존 패키지 구조와 공정 방식과 공정 장비를 최대한 활용할 수 있어서 공정의 수월성과 제조 원가 면에서도 유리한 경쟁력을 확보할 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술적 사상과 필수적 특징을 유지한 채로 다른 형태로도 실시될 수 있음을 인지할 수 있을 것이다.
본 발명의 권리범위는 기본적으로 특허청구범위에 의하여 정해질 것이지만, 특허청구범위 기재사항으로부터 직접적으로 도출되는 구성은 물론 그와 등가인 구성으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10, 100 : 기판
20, 200 : FBAR
30 : WLP
300 : 내부 패드 전극
310 : (외부 패드 전극에 연결되지 않는) 내부 패드 전극
350 : 댐
400 : PR 필름
500 : 밀봉층
550 : 핀홀(pin hole)
600 : 비아
650 : 비아 내경 절연층
700 : 외부 패드 전극
20, 200 : FBAR
30 : WLP
300 : 내부 패드 전극
310 : (외부 패드 전극에 연결되지 않는) 내부 패드 전극
350 : 댐
400 : PR 필름
500 : 밀봉층
550 : 핀홀(pin hole)
600 : 비아
650 : 비아 내경 절연층
700 : 외부 패드 전극
Claims (23)
- 체적 탄성 공진기 패키지 제조 방법으로서,
기판 위에 하부 전극, 압전층 및 상부 전극을 포함하는 박막형 체적 탄성 공진기를 형성하는 단계;
상기 박막형 체적 탄성 공진기의 상부 전극과 하부 전극에 전기적으로 연결되는 복수개의 내부 패드 전극을 형성하는 단계;
상기 내부 패드 전극 위에 PR 필름을 접착하는 단계;
상기 PR 필름을 식각하여 상기 내부 패드 전극을 노출시키는 단계;
상기 PR 필름과 노출된 내부 패드 전극 상부에 이웃하는 박막들끼리 서로 다른 특성의 이종 물질로 구성된 복수의 박막층을 적층하여 밀봉층을 형성하는 단계; 및
상기 밀봉층을 구성하는 최후 배리어 박막 적층 후, H2, NH3 등 수소가 포함된 가스에 의한 plasma 표면 처리 단계를 포함하는,
박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 내부 패드 전극 위의 상기 밀봉층을 식각하여 내부 패드 전극을 다시 노출시키는 비아를 형성하는 단계를 더 포함하는, 박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지 제조 방법. - 제2항에 있어서,
상기 비아의 내경 표면에 비아 내경 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지 제조 방법. - 제2항에 있어서,
상기 밀봉층 위에 상기 비아를 통해 상기 내부 패드 전극과 연결되는 외부 패드 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는, 박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 박막형 체적 탄성 공진기를 형성하기 전에 상기 기판 위에 에어 캐버티를 형성하는 단계를 더 포함하는, 박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지 제조 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 배리어 박막 적층 단계들 사이에는, 앞서 형성된 각 배리어 박막에 대한 표면 처리 단계를 더 포함하는, 박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지 제조 방법. - 제7항에 있어서,
상기 표면 처리 단계는, He, Ne, Ar, Kr 등 불활성 가스, N2, O2, N2O, F 함유 가스, Cl 함유 가스 중 적어도 하나에 의한 Plasma 처리 단계인 것을 특징으로 하는, 박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지 제조 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
최후 배리어 박막 적층 후, 소수성 물질을 코팅하는 단계를 더 포함하는, 박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지 제조 방법. - 제1항 내지 제5항, 제7항, 제8항 및 제10항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지.
- 기판;
상기 기판 위에 형성되고, 하부 전극, 압전층 및 상부 전극을 포함하는 박막형 체적 탄성 공진기;
상기 상부 전극과 하부 전극에 전기적으로 연결되는 복수개의 내부 패드 전극;
상기 내부 패드 전극 상에서 내부 패드 전극에 지지되는 PR 필름;
상기 PR 필름 상에 적층 형성된 밀봉층; 및
상기 PR 필름과 상기 밀봉층을 관통하는 비아를 통해 상기 내부 패드 전극에 연결되는 외부 패드 전극;
을 포함하되,
상기 밀봉층은 이웃하는 박막들끼리 서로 다른 특성의 이종 물질로 구성되는 복수개의 배리어 박막을 포함하고,
상기 밀봉층을 구성하는 최후 배리어 박막은 plasma 표면 처리되어 소수성을 갖는, 박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지. - 삭제
- 제12항에 있어서,
상기 내부 패드 전극 외곽에서 패키지를 포위하며 형성된 댐을 더 포함하는, 박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지. - 제14항에 있어서,
상기 댐은 상기 내부 패드 전극과 같은 물질인 것을 특징으로 하는, 박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지. - 제14항에 있어서,
상기 댐은 상기 내부 패드 전극과 같은 높이에서 상기 PR 필름과 상기 밀봉층을 동시에 지지하는 것을 특징으로 하는, 박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지. - 제12항에 있어서,
상기 하부 전극 아래에서 상기 기판에 형성된 에어 캐버티를 더 포함하는, 박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지. - 제12항에 있어서,
상기 상부 전극 위에 형성된 보호층을 더 포함하는, 박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지. - 삭제
- 제12항에 있어서,
상기 복수개의 배리어 박막들 중 최후 박막의 소수성이 가장 큰 것을 특징으로 하는, 박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지. - 제12항에 있어서,
상기 복수개의 배리어 박막들 중 맨 위층의 최후 배리어 박막 상에는 소수성 물질이 코팅된 것을 특징으로 하는, 박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지. - 제12항에 있어서,
상기 밀봉층은 적어도 하나의 금속 배리어 박막을 포함하고, 상기 내부 패드 전극과 상기 외부 패드 전극을 연결하기 위해 상기 PR 필름과 상기 밀봉층을 관통하는 비아의 내부 표면에는 비아 내경 절연층이 형성된 것을 특징으로 하는, 박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지. - 제12항에 있어서,
상기 박막형 체적 탄성 공진기는 복수개이고, 적어도 2개 이상의 박막형 체적 탄성 공진기를 가로지르는 단면 상에서 상기 외부 패드 전극들 사이에 외부 패드 전극이 연결되지 않은 적어도 하나의 내부 패드 전극을 더 포함하는, 박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지.
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