KR102551248B1 - Bulk-acoustic wave resonator and method for fabricating the same - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 체적 음향 공진기는, 기판 및 상기 기판 상에 제1 전극, 압전층, 제2 전극이 순차적으로 적층되는 공진부를 포함하며, 상기 압전층은 스칸듐(Sc)을 함유하는 질화 알루미늄(AlN)으로 형성되고, 상기 압전층의 누설 전류와 관련하여 다음의 식1, 식2를 만족할 수 있다.
(식1) 누설 전류 특성 < 20
(식2) 누설 전류 특성 = 누설 전류 밀도(㎂/cm2) × 스칸듐(Sc) 함량(wt%)A volumetric acoustic resonator according to an embodiment of the present invention includes a substrate and a resonator in which a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode are sequentially stacked on the substrate, wherein the piezoelectric layer is nitride containing scandium (Sc). It is formed of aluminum (AlN), and may satisfy the following Expressions 1 and 2 in relation to leakage current of the piezoelectric layer.
(Equation 1) Leakage current characteristics < 20
(Equation 2) Leakage current characteristics = Leakage current density (㎂/cm 2 ) × Scandium (Sc) content (wt%)

Figure R1020200106353
Figure R1020200106353

Description

체적 음향 공진기 및 그 제조 방법{BULK-ACOUSTIC WAVE RESONATOR AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}Volume acoustic resonator and manufacturing method thereof

본 발명은 체적 음향 공진기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a volumetric acoustic resonator and a method of making the same.

무선 통신 기기의 소형화 추세에 따라 고주파 부품기술의 소형화가 적극적으로 요구되고 있으며, 일례로 반도체 박막 웨이퍼 제조기술을 이용하는 체적 음향 공진기(BAW, Bulk Acoustic Wave) 형태의 필터를 들 수 있다. In accordance with the miniaturization trend of wireless communication devices, miniaturization of high-frequency component technology is actively required. As an example, a filter in the form of a bulk acoustic resonator (BAW) using a semiconductor thin film wafer manufacturing technology can be mentioned.

체적 음향 공진기(BAW)란 반도체 기판인 실리콘 웨이퍼 상에 압전 유전체 물질을 증착하여 그 압전특성을 이용함으로써 공진을 유발시키는 박막형태의 소자를 필터로 구현한 것이다.A volume acoustic resonator (BAW) is a thin film-type device that induces resonance by depositing a piezoelectric dielectric material on a silicon wafer, which is a semiconductor substrate, and using the piezoelectric properties to realize a filter.

최근 5G 통신에 기술 관심도가 증가하고 있으며, 후보 대역대에서의 구현 가능한 체적 음향 공진기 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있다. Recently, technology interest in 5G communication is increasing, and development of volumetric acoustic resonator technology that can be implemented in candidate bands is being actively conducted.

그런데 Sub 6GHz (4~6GHz) 주파수 대역을 이용하는 5G 통신의 경우, 대역폭(band width)이 증가하며 통신 거리는 짧아지므로, 신호의 세기나 파워(power)가 증가될 수 있다. 또한 주파수가 높아짐에 따라 압전층이나 공진부에서 발생하는 손실이 증가될 수 있다. However, in the case of 5G communication using the Sub 6 GHz (4 to 6 GHz) frequency band, the bandwidth increases and the communication distance shortens, so signal strength or power may increase. Also, as the frequency increases, loss occurring in the piezoelectric layer or the resonator may increase.

따라서 고전압/고전력 조건에서도 안정적인 특성을 유지할 수 있는 체적 음향 공진기가 요구되고 있다.Therefore, there is a demand for a volumetric acoustic resonator capable of maintaining stable characteristics even under high voltage/high power conditions.

본 발명의 목적은 고전압/고전력 조건에서도 안정적인 특성을 유지할 수 있는 체적 음향 공진기 및 그 제조 방법을 제공하는 데에 있다. An object of the present invention is to provide a volumetric acoustic resonator capable of maintaining stable characteristics even under high voltage/high power conditions and a method for manufacturing the same.

본 발명의 실시예에 따른 체적 음향 공진기는, 기판 및 상기 기판 상에 제1 전극, 압전층, 제2 전극이 순차적으로 적층되는 공진부를 포함하며, 상기 압전층은 스칸듐(Sc)을 함유하는 질화 알루미늄(AlN)으로 형성되고, 상기 압전층의 누설 전류와 관련하여 다음의 식1, 식2를 만족할 수 있다.A volumetric acoustic resonator according to an embodiment of the present invention includes a substrate and a resonator in which a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode are sequentially stacked on the substrate, wherein the piezoelectric layer is nitride containing scandium (Sc). It is formed of aluminum (AlN), and may satisfy the following Expressions 1 and 2 in relation to leakage current of the piezoelectric layer.

(식1) 누설 전류 특성 < 20(Equation 1) Leakage current characteristics < 20

(식2) 누설 전류 특성 = 누설 전류 밀도(㎂/cm2) × 스칸듐(Sc) 함량(wt%)(Equation 2) Leakage current characteristics = Leakage current density (㎂/cm 2 ) × Scandium (Sc) content (wt%)

또한, 본 발명의 실시예에 따른 체적 음향 공진기 제조 방법은, 기판 상에 제1 전극, 압전층, 제2 전극을 순차적으로 적층하여 공진부를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 압전층을 형성하는 단계는 AlScN 박막을 형성한 후 상기 AlScN 박막에 RTA(Rapid Thermal Annealing) 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.Further, a method of manufacturing a volumetric acoustic resonator according to an embodiment of the present invention includes forming a resonator by sequentially stacking a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode on a substrate, and forming the piezoelectric layer may include performing a rapid thermal annealing (RTA) process on the AlScN thin film after forming the AlScN thin film.

본 발명에 따른 체적 음향 공진기는 Kt 2를 증가시키면서, 동시에 고전압/고전력 조건에서도 안정적인 특성을 유지할 수 있다.The volumetric acoustic resonator according to the present invention can increase K t 2 while maintaining stable characteristics even under high voltage/high power conditions.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 평면도.
도 2는 도 1의 I-I′에 따른 단면도.
도 3은 도 1의 II-II′에 따른 단면도.
도 4 는 도 1의 III-III′에 따른 단면도.
도 5는 압전층의 스칸듐(Sc) 함량에 따른 누설 전류 밀도를 측정하여 도시한 도면.
도 6은 도 5의 누설 전류 특성을 기반으로 작성된 그래프.
도 7은 RTA 공정 온도에 따른 누설 전류를 측정한 그래프.
도 8은 본 실시예의 체적 음향 공진기를 이용한 필터의 특성을 측정한 그래프.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.1 is a plan view of an acoustic resonator according to an embodiment of the present invention;
Figure 2 is a cross-sectional view taken along II' of Figure 1;
Figure 3 is a cross-sectional view taken along II-II' of Figure 1;
Figure 4 is a cross-sectional view along III-III' of Figure 1;
5 is a diagram showing leakage current density measured according to scandium (Sc) content of a piezoelectric layer.
6 is a graph prepared based on the leakage current characteristics of FIG. 5;
7 is a graph measuring leakage current according to RTA process temperature.
8 is a graph measuring characteristics of a filter using a volumetric acoustic resonator according to this embodiment.
9 is a schematic cross-sectional view of a volumetric acoustic resonator according to another embodiment of the present invention.
10 is a schematic cross-sectional view of a volumetric 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 embodiments, 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 other degenerative inventions or the present invention. Other embodiments included within the scope of the inventive idea can be easily suggested, but it will also be said to be included within the scope of the inventive idea.

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 the case where these components are 'directly connected', but also the case where they are 'indirectly connected' through other components. means that In addition, 'including' a certain component means that other components may be further included, rather than excluding other components unless otherwise stated.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 평면도이고, 도 2는 도 1의 I-I′에 따른 단면도이며, 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, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along II-I' of FIG. 1, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along II-II' of FIG. 1, and FIG. 4 is a cross-sectional view of FIG. It is a cross section along III-III′.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기(100)는 체적 음향 공진기(BAW, Bulk Acoustic Wave Resonator) 일 수 있으며, 기판(110), 희생층(140), 공진부(120), 및 삽입층(170)을 포함할 수 있다. 1 to 4 , the acoustic resonator 100 according to an embodiment of the present invention may be a bulk acoustic wave resonator (BAW), and includes a substrate 110, a sacrificial layer 140, and a resonator. (120), and an insertion layer (170).

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 substrate 110 may be a silicon substrate. For example, a silicon wafer or a silicon on insulator (SOI) type substrate may be used as the substrate 110 .

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 insulating layer 115 is provided on the upper surface of the substrate 110 to electrically isolate the substrate 110 and the resonator 120 . In addition, the insulating layer 115 prevents the substrate 110 from being etched by the etching gas when the cavity C is formed in the manufacturing process of the acoustic resonator.

이 경우, 절연층(115)은 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 산화 알루미늄(Al2O3), 및 질화 알루미늄(AlN) 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition), RF 마그네트론 스퍼터링(RF Magnetron Sputtering), 및 에바포레이션(Evaporation) 중 어느 하나의 공정을 통해 형성될 수 있다.In this case, the insulating layer 115 may be formed of at least one of silicon dioxide (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and aluminum nitride (AlN), and may be formed by chemical vapor deposition. (Chemical vapor deposition), RF magnetron sputtering (RF Magnetron Sputtering), and evaporation (Evaporation) can be formed through any one of the processes.

희생층(140)은 절연층(115) 상에 형성되며, 희생층(140)의 내부에는 캐비티(C)와 식각 방지부(145)가 배치된다.The sacrificial layer 140 is formed on the insulating layer 115 , and a cavity C and an etch stop 145 are disposed inside the sacrificial layer 140 .

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 sacrificial layer 140 .

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 sacrificial layer 140 , the resonance unit 120 formed on the sacrificial layer 140 may be formed flat as a whole.

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. The etch stop part 145 is disposed along the boundary of the cavity (C). The anti-etching unit 145 is provided to prevent etching from progressing beyond the cavity area during the formation of the cavity C.

멤브레인층(150)은 희생층(140) 상에 형성되며 캐비티(C)의 상부면을 형성한다. 따라서 멤브레인층(150)도 캐비티(C)를 형성하는 과정에서 쉽게 제거되지 않는 재질로 형성된다.The membrane layer 150 is formed on the sacrificial layer 140 and forms an upper surface of the cavity (C). Therefore, the membrane layer 150 is also formed of a material that is not easily removed in the process of forming the cavity (C).

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 sacrificial layer 140, the membrane layer 150 may use the etching gas and may be made of a material with low reactivity. In this case, the membrane layer 150 may include at least one of silicon dioxide (SiO 2 ) and silicon nitride (Si 3 N 4 ).

또한 멤브레인층(150)은 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 중 적어도 하나의 재질을 함유하는 유전체층(Dielectric layer)으로 이루어지거나, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 백금(Pt), 갈륨(Ga), 하프늄(Hf) 중 적어도 하나의 재질을 함유하는 금속층으로 이루어질 수 있다. In addition, the membrane layer 150 includes magnesium oxide (MgO), zirconium oxide (ZrO 2 ), aluminum nitride (AlN), lead zirconate titanate (PZT), gallium arsenic (GaAs), hafnium oxide (HfO 2 ), aluminum oxide ( A dielectric layer containing at least one of Al 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), and zinc oxide (ZnO), aluminum (Al), nickel (Ni), chromium (Cr), It may be made of a metal layer containing at least one of platinum (Pt), gallium (Ga), and hafnium (Hf).

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 resonator 120 includes a first electrode 121 , a piezoelectric layer 123 , and a second electrode 125 . In the resonator 120, a first electrode 121, a piezoelectric layer 123, and a second electrode 125 are sequentially stacked from the bottom. Accordingly, in the resonator 120 , the piezoelectric layer 123 is disposed between the first electrode 121 and the second electrode 125 .

공진부(120)는 멤브레인층(150) 상에 형성되므로, 결국 기판(110)의 상부에는 멤브레인층(150), 제1 전극(121), 압전층(123) 및 제2 전극(125)이 순차적으로 적층되어 공진부(120)를 형성한다.Since the resonator 120 is formed on the membrane layer 150, the membrane layer 150, the first electrode 121, the piezoelectric layer 123, and the second electrode 125 are formed on the substrate 110 as a result. They are sequentially stacked to form the resonance unit 120 .

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 resonance unit 120 may resonate the piezoelectric layer 123 according to signals applied to the first electrode 121 and the second electrode 125 to generate a resonance frequency and an anti-resonance frequency.

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.The resonance unit 120 includes a central portion S in which the first electrode 121, the piezoelectric layer 123, and the second electrode 125 are stacked substantially flat, and the first electrode 121 and the piezoelectric layer 123. It can be divided into an expansion part (E) in which the insertion layer 170 is interposed therebetween.

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 영역으로, 중앙부(S)의 둘레를 따라 연속적인 고리 형상으로 형성되는 영역을 의미한다. 그러나 필요에 따라 일부 영역이 단절된 불연속적인 고리 형상으로 구성될 수도 있다. The central portion (S) is a region disposed at the center of the resonance unit 120, and the expansion portion (E) is a region disposed along the circumference of the central portion (S). Accordingly, the expansion portion E is a region extending outward from the central portion S, and refers to a region formed in a continuous ring shape along the circumference of the central portion S. However, if necessary, it may be configured in a discontinuous ring shape in which some areas are disconnected.

이에 따라 도 2에 도시된 바와 같이, 중앙부(S)를 가로지르도록 공진부(120)를 절단한 단면에서, 중앙부(S)의 양단에는 각각 확장부(E)가 배치된다. 그리고, 중앙부(S)의 양단에 배치되는 확장부(E) 양쪽에 모두 삽입층(170)이 배치된다.Accordingly, as shown in FIG. 2 , in a cross-section of the resonance unit 120 so as to cross the central portion S, expansion portions E are disposed at both ends of the central portion S, respectively. In addition, the insertion layer 170 is disposed on both sides of the expansion part E disposed at both ends of the central part S.

삽입층(170)은 중앙부(S)에서 멀어질수록 두께가 두꺼워지는 경사면(L)을 구비한다. The insertion layer 170 has an inclined surface (L) whose thickness increases as it moves away from the central portion (S).

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 expansion part E, the piezoelectric layer 123 and the second electrode 125 are disposed on the insertion layer 170. Accordingly, the piezoelectric layer 123 and the second electrode 125 located in the expansion portion E have inclined surfaces following the shape of the insertion layer 170 .

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.Meanwhile, in the present embodiment, the extension E is defined as being included in the resonator 120, and accordingly, resonance may occur in the extension E as well. However, it is not limited thereto, and resonance may not occur in the expansion part E and resonance may occur only in the central part S, depending on the structure of the expansion part E.

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 first electrode 121 and the second electrode 125 may be formed of a conductor, for example, gold, molybdenum, ruthenium, iridium, aluminum, platinum, titanium, tungsten, palladium, tantalum, chromium, nickel or any of these It may be formed of a metal including at least one, but is not limited thereto.

공진부(120)에서 제1 전극(121)은 제2 전극(125)보다 넓은 면적으로 형성되며, 제1 전극(121) 상에는 제1 전극(121)의 외곽을 따라 제1 금속층(180)이 배치된다. 따라서 제1 금속층(180)은 제2 전극(125)과 일정 거리 이격 배치되며, 공진부(120)를 둘러 싸는 형태로 배치될 수 있다. In the resonance unit 120, the first electrode 121 is formed with a larger area than the second electrode 125, and on the first electrode 121, a first metal layer 180 is formed along the outer edge of the first electrode 121. are placed Accordingly, the first metal layer 180 may be disposed at a predetermined distance from the second electrode 125 and may be disposed in a form surrounding the resonator 120 .

제1 전극(121)은 멤브레인층(150) 상에 배치되므로 전체적으로 편평하게 형성된다. 반면에 제2 전극(125)은 압전층(123) 상에 배치되므로, 압전층(123)의 형상에 대응하여 굴곡이 형성될 수 있다.Since the first electrode 121 is disposed on the membrane layer 150, it is formed flat as a whole. On the other hand, since the second electrode 125 is disposed on the piezoelectric layer 123, a curve may be formed corresponding to the shape of the piezoelectric layer 123.

제1 전극(121)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다.The first electrode 121 may be used as one of an input electrode and an output electrode for inputting and outputting an electrical signal such as a radio frequency (RF) signal.

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 second electrode 125 is entirely disposed in the central portion S and partially disposed in the extension portion E. Accordingly, the second electrode 125 may be divided into a portion disposed on the piezoelectric portion 123a of the piezoelectric layer 123 and a portion disposed on the bent portion 123b of the piezoelectric layer 123 .

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(도 4의 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 this embodiment, the second electrode 125 is disposed to cover the entirety of the piezoelectric portion 123a and a portion of the inclined portion 1231 of the piezoelectric layer 123 . Therefore, the second electrode ( 125a in FIG. 4 ) disposed in the expansion part E is formed with an area smaller than the inclined surface of the inclined part 1231, and the second electrode 125 in the resonance part 120 is a piezoelectric layer. It is formed with an area smaller than (123).

이에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 중앙부(S)를 가로지르도록 공진부(120)를 절단한 단면에서, 제2 전극(125)의 끝단은 확장부(E) 내에 배치된다. 또한, 확장부(E) 내에 배치되는 제2 전극(125)의 끝단은 적어도 일부가 삽입층(170)과 겹치도록 배치된다. 여기서 겹친다는 의미는 삽입층(170)이 배치된 평면에 제2 전극(125)을 투영했을 때, 상기 평면에 투영된 제2 전극(125)의 형상이 삽입층(170)과 겹치는 것을 의미한다. Accordingly, as shown in FIG. 2 , in a cross-section of the resonance part 120 so as to cross the central part S, the end of the second electrode 125 is disposed within the expansion part E. In addition, at least a portion of the end of the second electrode 125 disposed in the extension E is disposed to overlap the insertion layer 170 . Here, the meaning of overlapping means that when the second electrode 125 is projected onto the plane on which the insertion layer 170 is disposed, the shape of the second electrode 125 projected on the plane overlaps with the insertion layer 170. .

제2 전극(125)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 제1 전극(121)이 입력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(125)은 출력 전극으로 이용되며, 제1 전극(121)이 출력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(125)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.The second electrode 125 may be used as any one of an input electrode and an output electrode for inputting and outputting an electrical signal such as a radio frequency (RF) signal. That is, when the first electrode 121 is used as an input electrode, the second electrode 125 is used as an output electrode, and when the first electrode 121 is used as an output electrode, the second electrode 125 is used as an input electrode. can be used as

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 전극(125)의 끝단이 후술되는 압전층(123)의 경사부(1231) 상에 위치할 경우 공진부(120)의 음향 임피던스(acoustic impedance)는 국부적인 구조가 중앙부(S)로부터 소/밀/소/밀 구조로 형성되므로 수평파를 공진부(120) 안쪽으로 반사시키는 반사 계면이 증가된다. 따라서 대부분의 수평파(lateral wave)가 공진부(120)의 외부로 빠져나가지 못하고 공진부(120) 내부로 반사되어 들어오므로, 음향 공진기의 성능이 향상될 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 4, when the end of the second electrode 125 is positioned on the inclined portion 1231 of the piezoelectric layer 123 described later, the acoustic impedance of the resonance unit 120 is Since the local structure is formed in a small/mil/small/mil structure from the central portion S, the reflective interface for reflecting horizontal waves into the resonator 120 is increased. Therefore, since most of the lateral waves do not escape to the outside of the resonator 120 and are reflected into the resonator 120, performance of the acoustic resonator may be improved.

압전층(123)은 전기적 에너지를 탄성파 형태의 기계적 에너지로 변환하는 압전 효과를 일으키는 부분으로, 제1 전극(121)과 후술되는 삽입층(170) 상에 형성된다. The piezoelectric layer 123 is a part that causes a piezoelectric effect that converts electrical energy into mechanical energy in the form of elastic waves, and is formed on the first electrode 121 and the insertion layer 170 to be described later.

압전층(123)의 재료로는 산화 아연(ZnO), 질화 알루미늄(AlN), 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride), 지르콘 티탄산 납(Lead Zirconate Titanate), 쿼츠(Quartz) 등이 선택적으로 이용될 수 있다. 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride) 경우 희토류 금속(Rare earth metal), 전이 금속, 또는 알칼리 토금속(alkaline earth metal)을 더 포함할 수 있다. 상기 희토류 금속은 스칸듐(Sc), 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 전이 금속은 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 탄탈륨(Ta), 및 니오븀(Nb) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 알칼리 토금속은 마그네슘(Mg)을 포함할 수 있다.As the material of the piezoelectric layer 123, zinc oxide (ZnO), aluminum nitride (AlN), doped aluminum nitride, lead zirconate titanate, quartz, or the like may be selectively used. there is. In the case of doped aluminum nitride, a rare earth metal, a transition metal, or an alkaline earth metal may be further included. The rare earth metal may include at least one of scandium (Sc), erbium (Er), yttrium (Y), and lanthanum (La). The transition metal may include at least one of hafnium (Hf), titanium (Ti), zirconium (Zr), tantalum (Ta), and niobium (Nb). Also, the alkaline earth metal may include magnesium (Mg).

압전 특성을 향상시키기 위해 질화 알루미늄(AlN)에 도핑되는 원소들의 함량이 0.1at%보다 적을 경우 질화 알루미늄(AlN) 보다 높은 압전 특성을 구현할 수 없으며, 원소들의 함량이 30at%를 넘을 경우 증착을 위한 제작 및 조성 조절(control)이 어려워 불균일 상이 형성될 수 있다.If the content of elements doped into aluminum nitride (AlN) to improve piezoelectric properties is less than 0.1 at%, piezoelectric properties higher than that of aluminum nitride (AlN) cannot be realized, and if the content of elements exceeds 30 at%, for deposition It is difficult to manufacture and control the composition, and a non-uniform phase may be formed.

따라서 본 실시예에서 질화알루미늄(AlN)에 도핑되는 원소들의 함량은 0.1 ~ 30at%의 범위로 구성될 수 있다.Therefore, in the present embodiment, the content of elements doped into aluminum nitride (AlN) may be in the range of 0.1 to 30 at%.

본 실시예에서 압전층은 질화 알루미늄(AlN)에 스칸듐(Sc)을 도핑하여 이용한다. 이 경우, 압전 상수가 증가되어 음향 공진기의 Kt 2를 증가시킬 수 있다. In this embodiment, the piezoelectric layer is used by doping aluminum nitride (AlN) with scandium (Sc). In this case, the K t 2 of the acoustic resonator may be increased by increasing the piezoelectric constant.

본 실시예에 따른 압전층(123)은 중앙부(S)에 배치되는 압전부(123a), 그리고 확장부(E)에 배치되는 굴곡부(123b)를 포함한다. The piezoelectric layer 123 according to the present embodiment includes a piezoelectric portion 123a disposed in the central portion S and a bent portion 123b disposed in the expansion portion E.

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 piezoelectric part 123a is a part directly laminated on the upper surface of the first electrode 121 . Therefore, the piezoelectric part 123a is interposed between the first electrode 121 and the second electrode 125 and is formed in a flat shape together with the first electrode 121 and the second electrode 125 .

굴곡부(123b)는 압전부(123a)에서 외측으로 연장되어 확장부(E) 내에 위치하는 영역으로 정의될 수 있다.The bent portion 123b may be defined as a region extending outwardly from the piezoelectric portion 123a and positioned within the expansion portion E.

굴곡부(123b)는 후술되는 삽입층(170) 상에 배치되며, 삽입층(170)의 형상을 따라 상부면이 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 curved portion 123b is disposed on the insertion layer 170 to be described later, and is formed in a shape in which an upper surface is raised along the shape of the insertion layer 170. Accordingly, the piezoelectric layer 123 is bent at the boundary between the piezoelectric part 123a and the bent part 123b, and the bent part 123b is raised corresponding to the thickness and shape of the insertion layer 170 .

굴곡부(123b)는 경사부(1231)와 연장부(1232)로 구분될 수 있다.The bent portion 123b may be divided into an inclined portion 1231 and an extended portion 1232 .

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 inclined portion 1231 refers to a portion formed to be inclined along the inclined surface L of the insertion layer 170 to be described later. Also, the extension part 1232 refers to a part extending outward from the inclined part 1231 .

경사부(1231)는 삽입층(170) 경사면(L)과 평행하게 형성되며, 경사부(1231)의 경사각은 삽입층(170) 경사면(L)의 경사각과 동일하게 형성될 수 있다. The inclined portion 1231 is formed parallel to the inclined surface L of the insertion layer 170, and the inclined portion 1231 may have the same inclined angle as that of the inclined surface L of the embedded layer 170.

삽입층(170)은 멤브레인층(150)과 제1 전극(121), 그리고 식각 방지부(145)에 의해 형성되는 표면을 따라 배치된다. 따라서 삽입층(170)은 공진부(120) 내에 부분적으로 배치되며, 제1 전극(121)과 압전층(123) 사이에 배치된다.The insertion layer 170 is disposed along the surface formed by the membrane layer 150 , the first electrode 121 , and the etch stop portion 145 . Accordingly, the insertion layer 170 is partially disposed within the resonator 120 and disposed between the first electrode 121 and the piezoelectric layer 123 .

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 insertion layer 170 is disposed around the central portion S to support the curved portion 123b of the piezoelectric layer 123 . Accordingly, the curved portion 123b of the piezoelectric layer 123 may be divided into an inclined portion 1231 and an extended portion 1232 according to the shape of the insertion layer 170 .

본 실시예에서 삽입층(170)은 중앙부(S)를 제외한 영역에 배치된다. 예를 들어 삽입층(170)은 기판(110) 상에서 중앙부(S)를 제외한 영역 전체에 배치되거나, 일부 영역에 배치될 수 있다. In this embodiment, the insertion layer 170 is disposed in an area other than the central portion (S). For example, the insertion layer 170 may be disposed on the entire area of the substrate 110 except for the central portion S, or may be disposed on a partial area.

삽입층(170)은 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 insertion layer 170 is formed in a form in which the thickness increases as the distance from the central portion S increases. As a result, the side surface of the insertion layer 170 disposed adjacent to the central portion S is formed as an inclined surface L having a constant inclination angle θ.

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. If the inclination angle (θ) of the side of the insertion layer 170 is formed to be smaller than 5°, in order to manufacture the insertion layer 170, the thickness of the insertion layer 170 must be formed very thin or the area of the inclined surface L must be excessively large. difficult to implement.

또한 삽입층(170) 측면의 경사각(θ)이 70°보다 크게 형성되면, 삽입층(170) 상에 적층되는 압전층(123)이나 제2 전극(125)의 경사각도 70°보다 크게 형성된다. 이 경우 경사면(L)에 적층되는 압전층(123)이나 제2 전극(125)이 과도하게 굴곡되므로, 굴곡 부분에서 크랙(crack)이 발생될 수 있다. In addition, when the inclination angle (θ) of the side of the insertion layer 170 is greater than 70°, the inclination angle of the piezoelectric layer 123 or the second electrode 125 stacked on the insertion layer 170 is also greater than 70°. . In this case, since the piezoelectric layer 123 or the second electrode 125 stacked on the inclined surface L is excessively bent, cracks may occur at the curved portion.

따라서, 본 실시예에서 상기 경사면(L)의 경사각(θ)은 5°이상, 70°이하의 범위로 형성된다.Therefore, 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.

한편, 본 실시예에서 압전층(123)의 경사부(1231)는 삽입층(170)의 경사면(L)을 따라 형성되며 이에 삽입층(170)의 경사면(L)과 동일한 경사각으로 형성된다. 따라서 경사부(1231)의 경사각도 삽입층(170)의 경사면(L)과 마찬가지로 5°이상, 70°이하의 범위로 형성된다. 이러한 구성은 삽입층(170)의 경사면(L)에 적층되는 제2 전극(125)에도 동일하게 적용됨은 물론이다.Meanwhile, in this embodiment, the inclined portion 1231 of the piezoelectric layer 123 is formed along the inclined surface L of the embed layer 170 and is formed at the same inclined angle as the inclined surface L of the embed layer 170. Therefore, the inclination angle of the inclination portion 1231 is formed within a range of 5° or more and 70° or less, similarly to the inclination surface L of the insertion layer 170 . Of course, this configuration is equally applied to the second electrode 125 stacked on the inclined surface L of the insertion layer 170 .

삽입층(170)은 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 등의 유전체로 형성될 수 있으나, 압전층(123)과는 다른 재질로 형성된다.The insertion layer 170 is silicon oxide (SiO 2 ), aluminum nitride (AlN), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), magnesium oxide (MgO), zirconium oxide (ZrO 2 ), titanic acid It may be formed of a dielectric such as lead zirconate (PZT), gallium arsenic (GaAs), hafnium oxide (HfO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), or zinc oxide (ZnO), but a material different from that of the piezoelectric layer 123. is formed with

또한 삽입층(170)은 금속 재료로 구현 가능하다. 본 실시예의 체적 음향 공진기가 5G 통신에 이용되는 경우, 공진부에서 열이 많이 발생하므로 공진부(120)에서 발생되는 열이 원활하게 방출할 필요가 있다. 이를 위해 본 실시예의 삽입층(170)은 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어질 수 있다.Also, the insertion layer 170 may be implemented with a metal material. When the volumetric acoustic resonator of the present embodiment is used for 5G communication, heat generated in the resonator unit 120 needs to be smoothly dissipated because a lot of heat is generated in the resonator unit. To this end, the insertion layer 170 of this embodiment may be made of an aluminum alloy material containing scandium (Sc).

더하여 삽입층(170)은 질소(N)나 불소(F)를 주입한 SiO2 박막으로 형성될 수 있다. In addition, the insertion layer 170 may be formed of a SiO 2 thin film implanted with nitrogen (N) or fluorine (F).

공진부(120)는 빈 공간으로 형성되는 캐비티(C)를 통해 기판(110)과 이격 배치된다. The resonator 120 is spaced apart from the substrate 110 through the cavity C formed as an empty space.

캐비티(C)는 음향 공진기 제조 과정에서 에칭 가스(또는 에칭 용액)을 유입 홀(도 1의 H)로 공급하여 희생층(140)의 일부를 제거함으로써 형성될 수 있다.The cavity C may be formed by removing a portion of the sacrificial layer 140 by supplying an etching gas (or an etching solution) to an inflow hole (H in FIG. 1 ) during the manufacturing process of the acoustic resonator.

보호층(160)은 음향 공진기(100)의 표면을 따라 배치되어 음향 공진기(100)를 외부로부터 보호한다. 보호층(160)은 제2 전극(125), 압전층(123)의 굴곡부(123b)가 형성하는 표면을 따라 배치될 수 있다. The protective layer 160 is disposed along the surface of the acoustic resonator 100 to protect the acoustic resonator 100 from the outside. The protective layer 160 may be disposed along the surface formed by the second electrode 125 and the curved portion 123b of the piezoelectric layer 123 .

한편, 제1 전극(121)과 제2 전극(125)은 공진부(120)의 외측으로 연장될 수 있다. 그리고 연장 형성된 부분의 상부면에는 각각 제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)이 배치될 수 있다.Meanwhile, the first electrode 121 and the second electrode 125 may extend to the outside of the resonance unit 120 . Also, the first metal layer 180 and the second metal layer 190 may be disposed on the upper surface of the extended portion, respectively.

제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)은 금(Au), 금-주석(Au-Sn) 합금, 구리(Cu), 구리-주석(Cu-Sn) 합금, 및 알루미늄(Al), 알루미늄 합금 중 어느 하나의 재질로 이루어질 수 있다. 여기서, 알루미늄 합금은 알루미늄-게르마늄(Al-Ge) 합금 또는 알루미늄-스칸듐(Al-Sc) 합금일 수 있다.The first metal layer 180 and the second metal layer 190 may include gold (Au), a gold-tin (Au-Sn) alloy, copper (Cu), a copper-tin (Cu-Sn) alloy, and aluminum (Al), It may be made of any one of aluminum alloy materials. Here, the aluminum alloy may be an aluminum-germanium (Al-Ge) alloy or an aluminum-scandium (Al-Sc) alloy.

제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)은 기판(110) 상에서 본 실시예에 따른 음향 공진기의 전극(121, 125)과, 인접하게 배치된 다른 음향 공진기의 전극을 전기적으로 연결하는 연결 배선으로 기능을 할 수 있다. The first metal layer 180 and the second metal layer 190 electrically connect the electrodes 121 and 125 of the acoustic resonator according to the present embodiment to the electrodes of other acoustic resonators disposed adjacent to each other on the substrate 110. Wiring can function.

제1 금속층(180)은 보호층(160)을 관통하여 제1 전극(121)에 접합된다.The first metal layer 180 passes through the protective layer 160 and is bonded to the first electrode 121 .

또한 공진부(120)에서 제1 전극(121)은 제2 전극(125)보다 넓은 면적으로 형성되며, 제1 전극(121)의 둘레 부분에는 제1 금속층(180)이 형성된다. Also, in the resonator 120, the first electrode 121 is formed with a larger area than the second electrode 125, and the first metal layer 180 is formed around the first electrode 121.

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 first metal layer 180 is disposed along the circumference of the resonator 120 and is disposed in a form surrounding the second electrode 125 . However, it is not limited thereto.

또한 본 실시예에서 공진부(120) 상에 위치하는 보호층(160)은 적어도 일부가 제1 금속층(180), 제2 금속층(190)과 접촉하도록 배치된다. 제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)은 열전도도가 높은 금속 재료로 형성되며 부피가 크므로 열방출 효과가 크다.Also, in this embodiment, at least a portion of the protective layer 160 positioned on the resonator 120 is disposed to contact the first metal layer 180 and the second metal layer 190 . The first metal layer 180 and the second metal layer 190 are formed of a metal material having high thermal conductivity and have a large volume, so that the heat dissipation effect is high.

따라서 압전층(123)에서 발생된 열이 보호층(160)을 경유하여 제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)으로 신속하게 전달될 수 있도록, 보호층(160)은 제1 금속층(180), 제2 금속층(190)과 연결된다. Therefore, the protective layer 160 is the first metal layer ( 180), connected to the second metal layer 190.

본 실시예에서 보호층(160)은 적어도 일부가 제1 금속층(180) 및 제2 금속층(190)의 하부에 배치된다. 구체적으로, 보호층(160)은 제1 금속층(180)과 압전층(123) 사이, 그리고 제2 금속층(190)과 제2 전극(125), 압전층(123) 사이에 각각 삽입 배치된다. In this embodiment, at least a portion of the protective layer 160 is disposed below the first metal layer 180 and the second metal layer 190 . Specifically, the protective layer 160 is interposed between the first metal layer 180 and the piezoelectric layer 123, and between the second metal layer 190, the second electrode 125, and the piezoelectric layer 123, respectively.

이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 체적 음향 공진기(100)는, 공진부(120)의 대역폭(band width)을 넓히기 위해 질화알루미늄(AlN)에 스칸듐(Sc)과 같은 원소를 도핑하여 압전층(123)을 형성할 수 있다.The volumetric acoustic resonator 100 according to the present embodiment configured as described above is configured by doping aluminum nitride (AlN) with an element such as scandium (Sc) in order to widen the band width of the resonator 120 so that the piezoelectric layer ( 123) can be formed.

전술한 바와 같이, 질화 알루미늄(AlN)에 스칸듐(Sc)을 도핑하여 압전층(123)을 형성하는 경우, 압전 상수가 증가되어 음향 공진기의 Kt 2를 증가시킬 수 있다. As described above, when the piezoelectric layer 123 is formed by doping aluminum nitride (Sc) with aluminum nitride (AlN), the piezoelectric constant is increased to increase K t 2 of the acoustic resonator.

본 실시예의 체적 음향 공진기가 5G 통신에 이용되기 위해서는, 압전층(123)이 해당 주파수에서 원활하게 동작할 수 있는 높은 압전 상수를 가져야 한다. 측정 결과, 5G 통신에 이용되기 위해, 압전층(123)은 10wt% 이상의 스칸듐(Sc)이 질화 알루미늄(AlN)에 함유되어야 하는 것으로 나타났다. 따라서 본 실시예에서 압전층(123)은 스칸듐(Sc) 함량이 10wt% 이상인 AlScN 재질로 형성될 수 있다. In order for the volumetric acoustic resonator of this embodiment to be used for 5G communication, the piezoelectric layer 123 must have a high piezoelectric constant capable of operating smoothly at a corresponding frequency. As a result of the measurement, it was found that in order to be used for 5G communication, the piezoelectric layer 123 must contain 10 wt% or more of scandium (Sc) in aluminum nitride (AlN). Therefore, in this embodiment, the piezoelectric layer 123 may be formed of an AlScN material having a scandium (Sc) content of 10 wt% or more.

여기서, 스칸듐(Sc) 함량은 알루미늄과 스칸듐의 무게를 기준으로 규정된다. 즉, 스칸듐(Sc) 함량이 10wt%인 경우는 알루미늄과 스칸듐의 전체 무게가 100g일 때, 이 중 스칸듐의 무게가 10g인 경우를 의미한다.Here, the scandium (Sc) content is defined based on the weight of aluminum and scandium. That is, when the scandium (Sc) content is 10wt%, it means when the total weight of aluminum and scandium is 100g, and the weight of scandium is 10g.

한편, 압전층(123)의 형성은 스퍼터링(Sputtering) 공정을 통해서 진행되며, 스퍼터링 공정에 이용되는 스퍼터링 타깃(Sputtering target)은 알루미늄-스칸듐(AlSc) 타깃으로, 알루미늄과 스칸듐을 용융시킨 후 경화시키는 멜팅(melting)법을 통해 제작될 수 있다. On the other hand, the formation of the piezoelectric layer 123 proceeds through a sputtering process, and the sputtering target used in the sputtering process is an aluminum-scandium (AlSc) target, which melts aluminum and scandium and hardens them. It can be manufactured through a melting method.

그런데 스칸듐(Sc) 함량이 40wt% 이상인 알루미늄-스칸듐(AlSc) 타깃을 제조하는 경우, Al3Sc 상 뿐만 아니라 Al2Sc 상이 형성되므로, 부서지기 쉬운 Al2Sc 상으로 인해 타깃의 취급과정에서 타깃이 쉽게 파손된다는 문제가 있다. 또한 스퍼터링 공정에서 스퍼터링 장비에 장착된 스퍼터링 타깃에 1kW 이상의 높은 전력이 인가되는 경우, 스퍼터링 타깃에 크랙(crack)이 발생될 수 있다.However, when an aluminum-scandium (AlSc) target having a scandium (Sc) content of 40 wt% or more is manufactured, not only the Al 3 Sc phase but also the Al 2 Sc phase is formed, so the fragile Al 2 Sc phase causes the target to be damaged during the handling process of the target. The problem is that it breaks easily. In addition, when high power of 1 kW or more is applied to a sputtering target mounted on a sputtering equipment in a sputtering process, cracks may occur in the sputtering target.

따라서 본 실시예서는 스칸듐(Sc) 함량이 10wt% ~ 40wt%로 이루어진 AlScN 재질로 압전층(123)을 형성할 수 있다. Accordingly, in this embodiment, the piezoelectric layer 123 may be formed of an AlScN material having a scandium (Sc) content of 10wt% to 40wt%.

한편, AlScN 박막 내 Sc 원소의 함량 분석은 SEM(Scanning electron microscopy), TEM(Transmission Electron Microscope)의 EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 분석으로 확인 가능하나 이에 한정되는 것은 아니며, XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 분석 등을 이용하는 것도 가능하다.On the other hand, the content analysis of the Sc element in the AlScN thin film can be confirmed by SEM (Scanning electron microscopy), TEM (Transmission Electron Microscope) EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) analysis, but is not limited thereto, and XPS (X-ray It is also possible to use photoelectron spectroscopy analysis or the like.

한편, 스칸듐(Sc)이 함유된 질화 알루미늄(AlN)으로 압전층(123)을 구성하는 경우, 스칸듐(Sc)의 함량 증가에 따라 압전층(123)에서 발생되는 누설 전류(leakage current)도 증가하는 것으로 측정되었다. Meanwhile, when the piezoelectric layer 123 is made of aluminum nitride (AlN) containing scandium (Sc), the leakage current generated in the piezoelectric layer 123 increases as the content of scandium (Sc) increases. It was measured as

누설 전류 밀도는 단위 면적당 누설 전류를 나타내는 것으로 압전층(123)에서 발생하는 누설 전류가 주요 인자이다. 압전층(123) 내의 누설 전류 발생은 전극 계면과의 쇼트키 방출(Schottky emission)과 압전층 내부에 발생되는 풀-프렌켈 효과(Poole-Frenkel emission)의 두 가지를 원인으로 볼 수 있다. The leakage current density represents leakage current per unit area, and leakage current generated in the piezoelectric layer 123 is a major factor. The generation of leakage current in the piezoelectric layer 123 can be attributed to two causes: Schottky emission with an electrode interface and Poole-Frenkel emission generated inside the piezoelectric layer.

또한 누설 전류는 AlScN 압전층의 결정 구조인 HCP(hexagonal closed packed) 결정 구조에서 (0002) 결정면으로의 배향성이 나쁠 경우에도 증가할 수 있다. AlScN 압전층(123)은 알루미늄(Al) 원자보다 큰 스칸듐(Sc) 원자가 알루미늄(Al) 사이트(site)에 치환됨에 따라서 AlScN 단위 격자에 변형이 발생될 수 있다. 이로 인해 압전층(123) 내에 보이드(void)나 전위(disclocation) 등의 결함 사이트(defect site)가 증가될 때 누설 전류는 증가될 수 있다.In addition, the leakage current may increase even when the orientation of the (0002) crystal plane is poor in the hexagonal closed packed (HCP) crystal structure of the AlScN piezoelectric layer. In the AlScN piezoelectric layer 123, as scandium (Sc) atoms larger than aluminum (Al) atoms are substituted for aluminum (Al) sites, strain may occur in the AlScN unit lattice. Accordingly, leakage current may increase when defect sites such as voids or disclocations increase in the piezoelectric layer 123 .

압전층(123)에서 스칸듐(Sc) 함량이 증가할 경우, 압전층(123) 내에는 결함 사이트가 증가될 수 있으며, 이러한 결함 사이트는 압전층(123)의 이상 성장의 요인으로 작용할 수 있다.When the scandium (Sc) content in the piezoelectric layer 123 increases, defect sites may increase in the piezoelectric layer 123 , and these defect sites may act as a factor of abnormal growth of the piezoelectric layer 123 .

따라서 AlScN 재질로 압전층(123)을 형성하는 경우, 누설 전류 밀도 뿐만 아니라 압전층(123)의 스칸듐(Sc)의 함량도 함께 고려해야 한다.Therefore, when the piezoelectric layer 123 is formed of an AlScN material, not only the leakage current density but also the scandium (Sc) content of the piezoelectric layer 123 must be considered.

또한 5G 통신용 체적 음향 공진기는 주파수가 높아짐에 따라서 공진부(120)의 두께가 얇아져야 한다. 이에 따라 본 실시예의 체적 음향 공진기는 압전층의 두께께가 5000Å 이하로 형성될 수 있다. 그러나 압전층(123)의 두께가 얇아지게 되면 압전층(123)에서 누설되는 전류(leakage current)의 양이 증가하는 경향이 있다. Also, in the volumetric acoustic resonator for 5G communication, the thickness of the resonator 120 should be reduced as the frequency increases. Accordingly, in the volumetric acoustic resonator of this embodiment, the piezoelectric layer may have a thickness of 5000 Å or less. However, when the thickness of the piezoelectric layer 123 becomes thinner, the amount of leakage current from the piezoelectric layer 123 tends to increase.

상기한 누설 전류가 큰 경우, 압전층(123)의 파괴 전압(breakdown voltage)이 낮아져 고전압/고전력 환경에서 압전층이 쉽게 파손될 수 있다.When the leakage current is large, the breakdown voltage of the piezoelectric layer 123 is lowered and the piezoelectric layer can be easily damaged in a high voltage/high power environment.

이에 본 실시예의 체적 음향 공진기는 고전압/고전력 환경에서 안정적으로 동작할 수 있도록 압전층의 누설 전류와 스칸듐(Sc) 함량에 대하여 다음의 식1, 식2를 만족하도록 구성된다.Accordingly, the volumetric acoustic resonator of the present embodiment is configured to satisfy the following Equations 1 and 2 with respect to the leakage current of the piezoelectric layer and the scandium (Sc) content so as to stably operate in a high voltage/high power environment.

(식1) 누설 전류 특성 < 20(Equation 1) Leakage current characteristics < 20

(식2) 누설 전류 특성 = 누설 전류 밀도(㎂/cm2) × 스칸듐(Sc) 함량(wt%)(Equation 2) Leakage current characteristics = Leakage current density (㎂/cm 2 ) × Scandium (Sc) content (wt%)

여기서 누설 전류 밀도(Leakage current density)는 압전층의 누설 전류 밀도를 의미하며, 스칸듐(Sc) 함량은 압전층에 함유되는 스칸듐(Sc)의 함량이다. 또한 상기한 누설 전류 특성은 5G 통신에서 필터로 이용 가능한 체적 음향 공진기의 성능을 규정하는 요소이다. Here, the leakage current density means the leakage current density of the piezoelectric layer, and the scandium (Sc) content is the amount of scandium (Sc) contained in the piezoelectric layer. In addition, the leakage current characteristic described above is a factor defining the performance of a volumetric acoustic resonator usable as a filter in 5G communication.

본 실시예의 체적 음향 공진기는 누설 전류 특성이 20 미만인 경우, 압전층의 누설 전류 밀도는 순수한 질화 알루미늄에서의 누설 전류 밀도와 유사한 크기를 갖는다. 이에 따라 압전층(123)에서의 손실이 최소화되므로 체적 음향 공진기는 5G 통신용 필터로서 최적의 성능을 제공할 수 있다.When the leakage current characteristic of the volumetric acoustic resonator of this embodiment is less than 20, the leakage current density of the piezoelectric layer has a magnitude similar to that of pure aluminum nitride. Accordingly, since loss in the piezoelectric layer 123 is minimized, the volume acoustic resonator can provide optimal performance as a filter for 5G communication.

반면에 누설 전류 특성이 20 이상인 경우에는 누설 전류가 과도하게 증가(예컨대, 2㎂/cm2 이상)하여 압전층의 파괴 전압이 매우 낮아지거나, 스칸듐(Sc) 함량이 과도(예컨대 40wt% 이상)하여 압전층(123)에서 이상 성장이 증가하고, 이에 따라 체적 음향 공진기의 특성이 열화되므로 상기한 필터로서의 성능을 확보하기 어렵다.On the other hand, when the leakage current characteristic is 20 or more, the leakage current excessively increases (eg, 2 ㎂/cm 2 or more) so that the breakdown voltage of the piezoelectric layer becomes very low or the scandium (Sc) content is excessive (eg, 40 wt% or more). As a result, abnormal growth in the piezoelectric layer 123 increases, and accordingly, the characteristics of the volume acoustic resonator deteriorate, so it is difficult to secure the performance as a filter.

이에 본 실시예의 체적 음향 공진기는 AlScN 재질의 압전층(123)에서의 누설 전류 밀도를 최소화하여 상기한 식1을 만족하도록 구성된다.Accordingly, the volumetric acoustic resonator of this embodiment is configured to satisfy Equation 1 above by minimizing the leakage current density in the piezoelectric layer 123 made of AlScN.

압전층(123)에서의 누설 전류를 최소화하기 위해, 본 실시예의 체적 음향 공진기는 제조 과정에서 압전층(123)을 열처리할 수 있다. In order to minimize leakage current in the piezoelectric layer 123, the volumetric acoustic resonator of this embodiment may heat-treat the piezoelectric layer 123 during manufacturing.

압전층의 열처리는 RTA(Rapid Thermal Annealing) 공정을 통해 수행될 수 있다. 본 실시예에서 RTA 공정은 400℃ 이상의 온도에서 1분 ~ 30분 동안 진행될 수 있다. Heat treatment of the piezoelectric layer may be performed through a rapid thermal annealing (RTA) process. In this embodiment, the RTA process may be performed at a temperature of 400° C. or higher for 1 minute to 30 minutes.

도 5는 압전층의 스칸듐(Sc) 함량에 따른 누설 전류 밀도를 측정하여 도시한 도면이고, 도 6은 도 5의 누설 전류 특성을 기반으로 작성된 그래프이다. 여기서 누설 전류 밀도(Leakage current density)는 제1 전극(121)과 제2 전극(125) 사이에 0.1V/nm의 동일한 전기장을 형성하며 측정을 진행하였다.FIG. 5 is a diagram showing leakage current density measured according to the scandium (Sc) content of the piezoelectric layer, and FIG. 6 is a graph prepared based on the leakage current characteristics of FIG. 5 . Here, the leakage current density was measured while forming the same electric field of 0.1 V/nm between the first electrode 121 and the second electrode 125.

도 5를 참조하면, 본 실시예의 압전층은 스칸듐(Sc)의 함량이 0인 순수한 질화알루미늄(AlN)인 경우에 누설 전류 밀도가 0.33㎂/cm2으로 측정되었으며, 스칸듐(Sc)을 함유하는 경우, 2.35㎂/cm2, 2.81㎂/cm2, 4.40㎂/cm2 등과 같이 누설 전류 밀도가 크게 증가하는 것으로 나타났다.Referring to FIG. 5, the leakage current density of the piezoelectric layer of this embodiment was measured to be 0.33 ㎂/cm 2 when the scandium (Sc) content was pure aluminum nitride (AlN) having zero content, and the scandium (Sc) containing In the case of 2.35 ㎂/cm 2 , 2.81 ㎂/cm 2 , 4.40 ㎂/cm 2 , the leakage current density was found to increase significantly.

반면에 질화알루미늄(AlN)에 스칸듐(Sc)을 도핑한 후 500℃ 이상의 온도 열처리를 진행한 경우, 누설 전류 밀도는 0.78㎂/cm2, 0.001㎂/cm2, 0.47㎂/cm2, 0.27㎂/cm2 등으로 나타났다. 따라서 열처리를 진행한 경우, 스칸듐(Sc)이 함유되지 않은 순수한 질화알루미늄(AlN)과 유사한 수준의 누설 전류 밀도가 측정되었다.On the other hand, when aluminum nitride (AlN) is doped with scandium (Sc) and heat treated at a temperature of 500 °C or higher, the leakage current density is 0.78 ㎂/cm 2 , 0.001 ㎂/cm 2 , 0.47 ㎂/cm 2 , 0.27 ㎂ / cm 2 and so on. Therefore, when the heat treatment was performed, a leakage current density similar to that of pure aluminum nitride (AlN) without scandium (Sc) was measured.

반면에 질화알루미늄(AlN)에 스칸듐(Sc)을 도핑한 후 500℃ 이하의 온도에서 열처리를 진행한 경우, RTA 공정을 진행하더라도 누설 전류 밀도가 여전히 증가하는 것으로 측정되었다.On the other hand, it was measured that when aluminum nitride (AlN) was doped with scandium (Sc) and heat treatment was performed at a temperature of 500° C. or lower, the leakage current density still increased even when the RTA process was performed.

또한 도 6에 도시된 바와 같이, 열처리를 하지 않은 압전층이나, 500℃ 미만의 온도에서 열처리를 진행한 압전층은 모두 누설 전류 특성이 20 이상인 것으로 나타났다. 이에 본 실시예에 따른 체적 음향 공진기는, 질화알루미늄(AlN)에 스칸듐(Sc)을 도핑한 후 500℃ 이상의 온도에서 열처리를 진행한 압전층을 포함할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 6 , both the piezoelectric layer not subjected to heat treatment and the piezoelectric layer subjected to heat treatment at a temperature of less than 500° C. had leakage current characteristics of 20 or more. Accordingly, the volumetric acoustic resonator according to the present embodiment may include a piezoelectric layer in which aluminum nitride (AlN) is doped with scandium (Sc) and heat-treated at a temperature of 500° C. or higher.

전술한 바와 같이 압전층에서의 누설 전류 밀도가 큰 경우, 고전압/고전력 환경에서 압전층이 쉽게 파손될 수 있다. 따라서 이를 방지하고 체적 음향 공진기를 5G 통신에서 필터로 이용하기 위해, 본 실시예의 체적 음향 공진기는 누설 전류 특성이 20 미만인 압전층을 구비할 수 있다.As described above, when the leakage current density in the piezoelectric layer is high, the piezoelectric layer may be easily damaged in a high voltage/high power environment. Therefore, in order to prevent this and to use the volumetric acoustic resonator as a filter in 5G communication, the volumetric acoustic resonator of this embodiment may include a piezoelectric layer having a leakage current characteristic of less than 20.

한편, 스칸듐(Sc)을 함유하는 질화알루미늄(AlN)을 500℃ 이상의 온도에서 열처리한 경우, 누설 전류 특성은 모두 10 미만인 것으로 측정되었다. 따라서 열처리를 진행한 측정 데이터를 기준으로, 본 실시예의 체적 음향 공진기는 압전층의 누설 전류 특성을 10 미만으로 규정하는 것도 가능하다.On the other hand, when aluminum nitride (AlN) containing scandium (Sc) is heat-treated at a temperature of 500° C. or higher, all leakage current characteristics were measured to be less than 10. Therefore, based on the heat treatment measurement data, the volumetric acoustic resonator of this embodiment can also define the leakage current characteristic of the piezoelectric layer as less than 10.

또한 도 5를 참조하면, 열처리가 진행되지 않은 압전층과 500℃ 이하의 온도로 열처리를 진행한 압전층의 경우, 누설 전류 밀도가 모두 2㎂/cm2 이상으로 측정되었다. 따라서 누설 전류 밀도가 2㎂/cm2 이하인 범위에서 누설 전류 특성이 20 이하임을 확인할 수 있으며, 이에 본 실시예에서 압전층의 누설 전류 밀도는 2㎂/cm2 이하로 규정될 수 있다. Also, referring to FIG. 5 , leakage current densities of both the piezoelectric layer not subjected to heat treatment and the piezoelectric layer subjected to heat treatment at a temperature of 500° C. or less were measured to be 2 μA/cm 2 or more. Therefore, it can be confirmed that the leakage current characteristic is 20 or less in the range where the leakage current density is 2 ㎂/cm 2 or less, and thus, in the present embodiment, the leakage current density of the piezoelectric layer can be defined as 2 ㎂/cm 2 or less.

한편, 500℃ 이상의 온도에서 열처리가 수행된 AlScN 재질의 압전층은 누설 전류 밀도가 모두 1㎂/cm2 이하로 측정되었다. 따라서 500℃ 이상의 온도에서 열처리가 수행된 압전층만 고려할 경우, 압전층의 누설 전류 밀도는 1㎂/cm2 이하로 규정하는 것도 가능하다.Meanwhile, leakage current densities of the piezoelectric layers made of AlScN, which were subjected to heat treatment at a temperature of 500° C. or higher, were all measured to be 1 μA/cm 2 or less. Therefore, when considering only the piezoelectric layer subjected to heat treatment at a temperature of 500° C. or higher, the leakage current density of the piezoelectric layer may be defined as 1 μA/cm 2 or less.

또한 본 실시예에서 압전층이 스칸듐(Sc)을 함유하는 경우, 압전층의 파괴 전압(breakdown voltage)은 100V 이상일 수 있다. Also, in the present embodiment, when the piezoelectric layer contains scandium (Sc), the breakdown voltage of the piezoelectric layer may be 100V or more.

도 5에 도시된 바와 같이, 누설 전류 특성이 20 이하인 경우 압전층의 파괴 전압은 모두 100V 이상인 것으로 측정되었다. 이로부터 본 실시예의 압전층은 스칸듐(Sc)을 함유하면서 파괴 전압이 100V 이상일 때 필터로 활용이 가능함을 알 수 있다. As shown in FIG. 5 , when the leakage current characteristics were 20 or less, the breakdown voltages of the piezoelectric layers were all measured to be 100V or more. From this, it can be seen that the piezoelectric layer of this embodiment can be used as a filter when the breakdown voltage is 100V or more while containing scandium (Sc).

또한 압전층 두께와 관련하여, 누설 전류 특성이 20 이하인 경우 압전층의 두께에 대한 압전층의 파괴 전압(breakdown voltage)의 비 (V/Å)는 모두 0.025 이상으로 측정되었다. In addition, with respect to the thickness of the piezoelectric layer, when the leakage current characteristic was 20 or less, the ratio (V/Å) of the breakdown voltage of the piezoelectric layer to the thickness of the piezoelectric layer was all measured to be 0.025 or more.

이에 본 실시예에서는 압전층 두께에 대한 압전층의 파괴 전압(breakdown voltage)의 비 (V/Å)가 0.025 이상이 되도록 압전층을 형성할 수 있다.Accordingly, in this embodiment, the piezoelectric layer may be formed such that the ratio (V/Å) of the breakdown voltage of the piezoelectric layer to the thickness of the piezoelectric layer is 0.025 or more.

한편, 압전층은 열처리 온도에 따라 누설 전류 특성이 변할 수 있다. Meanwhile, the leakage current characteristics of the piezoelectric layer may vary depending on the heat treatment temperature.

도 7은 RTA 공정 온도에 따른 누설 전류를 측정한 그래프로, 스칸듐(Sc)이 10wt% 함유된 AlScN 압전층을 4000Å의 두께로 형성하고, 다양한 온도로 열처리를 진행한 후 누설 전류를 측정하였다. 7 is a graph measuring leakage current according to RTA process temperature. An AlScN piezoelectric layer containing 10 wt% of scandium (Sc) was formed to a thickness of 4000 Å, heat treatment was performed at various temperatures, and leakage current was measured.

이를 참조하면 열처리 공정을 진행하지 않은 경우에 비해 열처리를 진행하는 경우에 누설 전류가 현저히 감소하는 것을 알 수 있으며, 열처리 온도가 높아짐에 따라 누설 전류가 더욱 감소하는 것을 알 수 있다.Referring to this, it can be seen that the leakage current significantly decreases when the heat treatment process is performed compared to when the heat treatment process is not performed, and the leakage current further decreases as the heat treatment temperature increases.

따라서, 스칸듐(Sc) 함량이 커지더라도 열처리 온도를 최적화하여 식1을 만족하는 압전층을 제조할 수 있다.Therefore, even when the content of scandium (Sc) is increased, the piezoelectric layer satisfying Expression 1 can be manufactured by optimizing the heat treatment temperature.

도 8은 본 실시예의 체적 음향 공진기를 이용한 필터의 특성을 측정한 그래프로, 주파수 대역에 따른 삽입 손실을 나타내고 있다. 또한 도 8은 열처리를 통해 식1을 만족하는 체적 음향 공진기와, 식1을 만족하지 않는 체적 음향 공진기(열처리 미진행)의 그래프를 함께 도시하고 있다. 8 is a graph measuring characteristics of a filter using a volumetric acoustic resonator according to the present embodiment, and shows an insertion loss according to a frequency band. 8 also shows graphs of a volumetric acoustic resonator that satisfies Expression 1 through heat treatment and a volumetric acoustic resonator that does not satisfy Expression 1 (no heat treatment).

도 8을 참조하면, 식1을 만족하는 체적 음향 공진기는 식1을 만족하지 않는 체적 음향 공진기에 비해 삽입 손실(insertion loss)이 -1.23dB에서 -1.12dB로 개선되고, 3.6GHz 쪽의 특성이 -1.55dB에서 -1.36dB로 개선되는 것을 확인하였다.Referring to FIG. 8, the volumetric acoustic resonator satisfying Equation 1 has an improved insertion loss from -1.23dB to -1.12dB compared to the volumetric acoustic resonator that does not satisfy Equation 1, and the characteristics on the 3.6GHz side are improved. It was confirmed that it improved from -1.55dB to -1.36dB.

따라서 누설 전류 특성이 식1을 만족하도록 압전층을 형성하는 경우, 압전층에서의 손실이 최소화되며, 이에 체적 음향 공진기 필터의 특성도 개선되는 것을 알 수 있다. Therefore, it can be seen that when the piezoelectric layer is formed such that the leakage current characteristic satisfies Expression 1, the loss in the piezoelectric layer is minimized, and thus the characteristics of the volumetric acoustic resonator filter are improved.

이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 체적 음향 공진기(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 기판(110) 상에 제1 전극(121), 압전층(123), 제2 전극(125)을 순차적으로 적층하여 공진부(120)를 형성할 수 있다. 또한 공진부(120)를 형성하는 단계는, 제1 전극(121)의 하부나 제1 전극(121)과 압전층(123) 사이에 삽입층(170)을 배치하는 단계를 포함할 수 있다.In the volume acoustic resonator 100 according to the present embodiment configured as described above, the first electrode 121, the piezoelectric layer 123, and the second electrode 125 are sequentially formed on the substrate 110 as shown in FIG. The resonator unit 120 may be formed by stacking as. Also, forming the resonator 120 may include disposing the insertion layer 170 under the first electrode 121 or between the first electrode 121 and the piezoelectric layer 123 .

따라서 삽입층(170)을 제1 전극(121) 상에 적층 배치하거나, 제1 전극(121)을 삽입층(170) 상에 적층 배치할 수 있다.Therefore, the insertion layer 170 may be stacked on the first electrode 121 or the first electrode 121 may be stacked on the insertion layer 170 .

압전층(123)과 제2 전극(125)은 삽입층(170)의 형상을 따라 부분적으로 융기될 수 있으며, 압전층(123)은 제1 전극(121)이나 삽입층(170) 상에 형성될 수 있다.The piezoelectric layer 123 and the second electrode 125 may be partially raised along the shape of the insertion layer 170, and the piezoelectric layer 123 is formed on the first electrode 121 or the insertion layer 170. It can be.

또한 압전층(123)을 제조하는 단계는, 알루미늄-스칸듐(AlSc) 타겟으로 스퍼터링(Sputtering) 공정을 통해서 스칸듐(Sc)이 함유된 AlScN 박막을 형성하는 단계와, AlScN 박막에 RTA 공정을 수행하여 압전층(123)을 완성하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the step of manufacturing the piezoelectric layer 123 includes forming an AlScN thin film containing scandium (Sc) through a sputtering process using an aluminum-scandium (AlSc) target, and performing the RTA process on the AlScN thin film. A step of completing the piezoelectric layer 123 may be included.

이상에서 설명한 본 실시예에 따른 체적 음향 공진기(100)는, RTA 공정을 통해 AlScN 압전층 내에 형성된 결함들이 제거할 수 있으므로, 누설 전류 특성이 20 미만인 압전층을 구비할 수 있다. 이에 압전층이 스칸듐(Sc)을 함유하더라도 순수한 질화알루미늄(AlN) 수준으로 누설 전류가 발생되므로, 체적 음향 공진기의 Kt 2를 증가시키면서, 동시에 고전압/고전력 조건에서도 안정적인 특성을 유지할 수 있다.Since defects formed in the AlScN piezoelectric layer can be removed through the RTA process, the volumetric acoustic resonator 100 according to the present embodiment described above may have a piezoelectric layer having a leakage current characteristic of less than 20. Therefore, even if the piezoelectric layer contains scandium (Sc), leakage current is generated at the level of pure aluminum nitride (AlN), so that K t 2 of the volumetric acoustic resonator can be increased while maintaining stable characteristics even under high voltage/high power conditions.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도이다.9 is a schematic cross-sectional view of a volumetric acoustic resonator according to another embodiment of the present invention.

본 실시예에 도시된 체적 음향 공진기는 공진부(120) 내에서 제2 전극(125)이 압전층(123)의 상면 전체에 배치되며, 이에 따라, 제2 전극(125)은 적어도 일부가 압전층(123)의 경사부(1231)뿐만 아니라 연장부(1232) 상에도 형성될 수 있다. In the volumetric acoustic resonator shown in this embodiment, the second electrode 125 is disposed on the entire upper surface of the piezoelectric layer 123 within the resonator 120, and thus, at least a portion of the second electrode 125 is piezoelectric. It may be formed not only on the inclined portion 1231 of the layer 123 but also on the extension portion 1232 .

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도이다.10 is a schematic cross-sectional view of a volumetric acoustic resonator according to another embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 음향 공진기는 중앙부(S)를 가로지르도록 공진부(120)를 절단한 단면에서, 제2 전극(125)의 끝단 부분이 압전층(123)의 압전부(123a) 상면에만 형성되고, 굴곡부(123b) 상에는 형성되지 않는다. 이에 따라 제2 전극(125)의 끝단은 압전부(123a)와 경사부(1231)의 경계를 따라 배치될 수 있다. Referring to FIG. 10 , in the acoustic resonator according to the present embodiment, in a cross section of the resonator part 120 cut across the central part S, the end portion of the second electrode 125 presses the piezoelectric layer 123. It is formed only on the upper surface of the front part 123a, and is not formed on the bent part 123b. Accordingly, the end of the second electrode 125 may be disposed along the boundary between the piezoelectric part 123a and the inclined part 1231 .

이처럼 본 발명에 따른 체적 음향 공진기는 필요에 따라 다양한 형태로 변형될 수 있다.As such, the volumetric acoustic resonator according to the present invention may be modified into various shapes as needed.

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. 또한 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수 있다. Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and variations are possible without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims. It will be obvious to those skilled in the art. In addition, each embodiment may be implemented in combination with each other.

100: 음향 공진기
110: 기판
120: 공진부
121: 제1 전극
123: 압전층
125: 제2 전극
140: 희생층
150: 멤브레인층
160: 보호층
170: 삽입층100: acoustic resonator
110: substrate
120: resonance unit
121: first electrode
123: piezoelectric layer
125: second electrode
140: sacrificial layer
150: membrane layer
160: protective layer
170: insertion layer

Claims (16)

기판; 및
상기 기판 상에 제1 전극, 압전층, 제2 전극이 순차적으로 적층되는 공진부;
를 포함하며,
상기 압전층은 5000Å 이하의 두께를 가지며 스칸듐(Sc)을 함유하는 질화 알루미늄(AlN)으로 형성되고,
상기 압전층의 누설 전류 밀도는 1㎂/cm2 이하이며,
상기 압전층의 누설 전류와 관련하여 다음의 식1, 식2를 만족하는 체적 음향 공진기.
(식1) 누설 전류 특성(㎂·wt%/cm2) < 20㎂·wt%/cm2
(식2) 누설 전류 특성(㎂·wt%/cm2) = 누설 전류 밀도(㎂/cm2) × 스칸듐(Sc) 함량(wt%)
여기서, 누설 전류 밀도는 상기 압전층에 0.1V/nm의 전기장을 인가하여 측정됨
Board; and
a resonator in which a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode are sequentially stacked on the substrate;
Including,
The piezoelectric layer has a thickness of 5000 Å or less and is formed of aluminum nitride (AlN) containing scandium (Sc),
The leakage current density of the piezoelectric layer is 1 ㎂ / cm 2 or less,
A volumetric acoustic resonator that satisfies the following equations 1 and 2 in relation to the leakage current of the piezoelectric layer.
(Equation 1) Leakage current characteristics (㎂ wt%/cm 2 ) < 20㎂ wt%/cm 2
(Equation 2) Leakage current characteristics (㎂ wt%/cm 2 ) = Leakage current density (㎂/cm 2 ) × Scandium (Sc) content (wt%)
Here, the leakage current density is measured by applying an electric field of 0.1 V/nm to the piezoelectric layer.
 제1항에 있어서, 상기 압전층은,
10wt% ~ 40wt%의 스칸듐(Sc)을 함유하는 체적 음향 공진기.
The method of claim 1, wherein the piezoelectric layer,
A volumetric acoustic resonator containing 10wt% to 40wt% of scandium (Sc).
 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 압전층의 파괴 전압(breakdown voltage)과 상기 압전층 두께의 비(V/Å)는 0.025 이상인 체적 음향 공진기.
According to claim 1,
The volume acoustic resonator of claim 1 , wherein a ratio (V/Å) of a breakdown voltage of the piezoelectric layer to a thickness of the piezoelectric layer is 0.025 or more.
 제1항에 있어서,
상기 공진부 내에 부분적으로 배치되고 상기 압전층의 하부에 배치되는 삽입층을 더 포함하며,
상기 압전층과 상기 제2 전극은 상기 삽입층에 의해 적어도 일부가 융기되는 체적 음향 공진기.
According to claim 1,
Further comprising an insertion layer partially disposed within the resonator and disposed below the piezoelectric layer;
The volume acoustic resonator of claim 1 , wherein the piezoelectric layer and the second electrode are at least partially raised by the insertion layer.
 제5항에 있어서,
상기 공진부는 중심 영역에 배치되는 중앙부와, 상기 중앙부의 둘레를 따라 배치되는 확장부를 포함하고,
상기 삽입층은 상기 공진부 중 상기 확장부에만 배치되며,
상기 삽입층은 상기 중앙부에서 멀어질수록 두께가 두꺼워지는 경사면을 구비하고,
상기 압전층은 상기 경사면 상에 배치되는 경사부를 포함하는 체적 음향 공진기.
According to claim 5,
The resonance unit includes a central portion disposed in a central region and an expansion portion disposed along a circumference of the central portion,
The insertion layer is disposed only in the expansion part among the resonance parts,
The insertion layer has an inclined surface that becomes thicker as it moves away from the central portion,
The volume acoustic resonator of claim 1 , wherein the piezoelectric layer includes an inclined portion disposed on the inclined surface.
 제6항에 있어서,
상기 공진부를 가로지르도록 절단한 단면에서, 상기 제2 전극의 끝단은 상기 중앙부와 상기 확장부의 경계에 배치되거나, 상기 경사부 상에 배치되는 체적 음향 공진기.
According to claim 6,
In a cross-section taken across the resonator, an end of the second electrode is disposed at a boundary between the central portion and the expansion portion or disposed on the inclined portion.
 제6항에 있어서,
상기 압전층은, 상기 중앙부 내에 배치되는 압전부와 상기 경사부의 외측으로 연장되는 연장부를 포함하고,
상기 제2 전극은, 적어도 일부가 상기 압전층의 상기 연장부 상에 배치되는 체적 음향 공진기.
According to claim 6,
The piezoelectric layer includes a piezoelectric portion disposed in the central portion and an extension portion extending outwardly of the inclined portion,
The volume acoustic resonator of claim 1 , wherein at least a portion of the second electrode is disposed on the extension of the piezoelectric layer.
 기판 상에 제1 전극, 압전층, 제2 전극을 순차적으로 적층하여 공진부를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 압전층을 형성하는 단계는,
5000Å 이하의 두께로 AlScN 박막을 형성한 후, 상기 AlScN 박막에 RTA(Rapid Thermal Annealing) 공정을 수행하는 단계를 포함하며,
상기 압전층의 누설 전류 밀도는 1㎂/cm2 이하이고,
상기 압전층의 누설 전류와 관련하여 다음의 식1, 식2를 만족하는 체적 음향 공진기 제조 방법.
(식1) 누설 전류 특성(㎂·wt%/cm2) < 20㎂·wt%/cm2
(식2) 누설 전류 특성(㎂·wt%/cm2) = 누설 전류 밀도(㎂/cm2) × 스칸듐(Sc) 함량(wt%)
여기서, 누설 전류 밀도는 상기 압전층에 0.1V/nm의 전기장을 인가하여 측정됨
Forming a resonator by sequentially stacking a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode on a substrate;
Forming the piezoelectric layer,
After forming an AlScN thin film to a thickness of 5000 Å or less, performing a RTA (Rapid Thermal Annealing) process on the AlScN thin film,
The leakage current density of the piezoelectric layer is 1 ㎂ / cm 2 or less,
A method for manufacturing a volumetric acoustic resonator that satisfies the following Equations 1 and 2 in relation to the leakage current of the piezoelectric layer.
(Equation 1) Leakage current characteristics (㎂ wt%/cm 2 ) < 20㎂ wt%/cm 2
(Equation 2) Leakage current characteristics (㎂ wt%/cm 2 ) = Leakage current density (㎂/cm 2 ) × Scandium (Sc) content (wt%)
Here, the leakage current density is measured by applying an electric field of 0.1 V/nm to the piezoelectric layer.
 제9항에 있어서, 상기 압전층은,
10wt% ~ 40wt%의 스칸듐(Sc)을 함유하는 체적 음향 공진기 제조 방법.
The method of claim 9, wherein the piezoelectric layer,
Method for manufacturing a volumetric acoustic resonator containing 10wt% to 40wt% of scandium (Sc).
 제9항에 있어서, 상기 AlScN 박막을 형성하는 단계는,
알루미늄-스칸듐(AlSc) 타겟으로 하는 스퍼터링(Sputtering) 공정을 통해서 수행되는 체적 음향 공진기 제조 방법.
The method of claim 9, wherein forming the AlScN thin film comprises:
A method for manufacturing a volumetric acoustic resonator performed through a sputtering process using an aluminum-scandium (AlSc) target.
 삭제delete 제9항에 있어서,
상기 압전층의 파괴 전압(breakdown voltage)과 상기 압전층 두께의 비(V/Å)는 0.025 이상인 체적 음향 공진기 제조 방법.
According to claim 9,
The method of manufacturing a volumetric acoustic resonator, wherein the ratio (V/Å) of the breakdown voltage of the piezoelectric layer to the thickness of the piezoelectric layer is 0.025 or more.
 제9항에 있어서,
상기 압전층의 하부에 배치되는 삽입층을 형성하는 단계를 더 포함하며,
상기 압전층과 상기 제2 전극은 상기 삽입층에 의해 적어도 일부가 융기되는 체적 음향 공진기 제조 방법.
According to claim 9,
Further comprising forming an insertion layer disposed under the piezoelectric layer,
The volumetric acoustic resonator manufacturing method of claim 1 , wherein at least a portion of the piezoelectric layer and the second electrode are raised by the insertion layer.
 제14항에 있어서,
상기 삽입층은 경사면을 구비하고,
상기 공진부를 가로지르도록 절단한 단면에서, 상기 제2 전극의 끝단은 적어도 일부가 상기 삽입층과 치도록 배치되는 체적 음향 공진기 제조 방법.
According to claim 14,
The insertion layer has an inclined surface,
In a cross section cut across the resonator, at least a portion of an end of the second electrode is disposed to strike the insertion layer.
 제15항에 있어서,
상기 공진부는 중심 영역에 배치되는 중앙부와, 상기 중앙부의 둘레를 따라 배치되는 확장부를 포함하고,
상기 제2 전극의 끝단은 상기 확장부 내에서 배치되는 체적 음향 공진기 제조 방법.According to claim 15,
The resonance unit includes a central portion disposed in a central region and an expansion portion disposed along a circumference of the central portion,
The volumetric acoustic resonator manufacturing method of claim 1 , wherein an end of the second electrode is disposed within the expansion part.
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