KR102609139B1 - 체적 음향 공진기 - Google Patents

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Abstract

기판과, 상기 기판과의 사이에 캐비티가 배치되는 제1 전극과, 상기 제1 전극의 상부에 배치되며 상기 제1 전극의 적어도 일부와 중첩되는 압전층과, 상기 압전층의 상부에 배치되며 상기 압전층의 적어도 일부와 중첩되는 제2 전극과, 적어도 일부분이 상기 제2 전극의 상부에 배치되며 상기 제2 전극의 적어도 일부와 중첩되는 페시베이션층 및 상기 기판으로부터 이격 배치되며 하부에 상기 캐비티 중 일부가 배치되는 하부 프레임을 포함하며, 상기 제2 전극과 상기 페시베이션층 중 어느 하나는 제1 두께를 가지는 돌출부와 상기 돌출부의 두께보다 두께가 얇은 연장부를 구비하며, 상기 하부 프레임의 내측 끝단과 상기 돌출부의 끝단은 수평 방향으로 이격 배치되는 체적 음향 공진기가 개시된다.

Description

체적 음향 공진기{Bulk-acoustic wave resonator}
본 발명은 체적 음향 공진기에 관한 것이다.
BAW (Bulk Acoustic Wave) 필터는 스마트폰 및 테블릿(Tablet) 등의 프런트 앤드 모듈(Front End Module)에서 RF 신호 중 원하는 주파수 대역은 통과시키고, 원치 않는 주파수 대역은 차단하는 핵심 소자이며, 모바일 및 기지국 통신 시장이 커지며 그 수요가 증가하고 있는 상황이다.
한편, BAW (Bulk Acoustic Wave) 필터는 복수개의 BAW 공진기들로 구성되며, BAW 공진기의 Q 성능이 좋으면, BAW 필터에서 원하는 대역(Band)만 선택할 수 있는 특성(Skirt 특성)이 좋아진다. 그리고, BAW 필터에서 삽입 손실(Insertion Loss) 및 감쇄(Attenuation) 성능이 개선된다.
이를 위해, 공진기 둘레에 프레임을 형성하고, 프레임의 폭과 두께 등을 조절하여 공진기에서 발생하는 공진 파형을 피스톤 모드(Piston Mode)로 구동하도록 하는 것이 필요하다.
스퓨리어스 노이즈(Spurious Noise)와 노치 발생을 저감시킬 수 있는 체적 음향 공진기가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기는 기판과, 상기 기판과의 사이에 캐비티가 배치되는 제1 전극과, 상기 제1 전극의 상부에 배치되며 상기 제1 전극의 적어도 일부와 중첩되는 압전층과, 상기 압전층의 상부에 배치되며 상기 압전층의 적어도 일부와 중첩되는 제2 전극과, 적어도 일부분이 상기 제2 전극의 상부에 배치되며 상기 제2 전극의 적어도 일부와 중첩되는 페시베이션층 및 상기 기판으로부터 이격 배치되며 하부에 상기 캐비티 중 일부가 배치되는 하부 프레임을 포함하며, 상기 제2 전극과 상기 페시베이션층 중 어느 하나는 제1 두께를 가지는 돌출부와 상기 돌출부의 두께보다 두께가 얇은 연장부를 구비하며, 상기 하부 프레임의 내측 끝단과 상기 돌출부의 끝단은 수평 방향으로 이격 배치될 수 있다.
스퓨리어스 노이즈(Spurious Noise)와 노치 발생을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 주요 구성만을 도시한 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 체적 음향 공진기와 종래기술에 따른 공진기의 S11 값을 나타내는 그래프이다.
도 3은 제2 전극의 돌출부와 연장부의 두께 차이와, 제1 영역의 폭을 설명하기 위한 설명도이다.
도 4는 제2 전극의 돌출부와 연장부의 두께 차이가 120 Å인 경우 제1 영역(R)의 폭에 따른 S11 값을 나타내는 그래프이다.
도 5는 제2 전극의 돌출부와 연장부의 두께 차이가 100 Å인 경우 제1 영역(R)의 폭에 따른 S11 값을 나타내는 그래프이다.
도 6은 제2 전극의 돌출부와 연장부의 두께 차이가 80 Å인 경우 제1 영역의 폭에 따른 S11 값을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 주요 구성만을 도시한 개략 구성도이다.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 주요 구성만을 도시한 개략 구성도이다.
도 9는 페시베이션층의 돌출부와 연장부의 두께 차이와, 제1 영역의 폭을 설명하기 위한 설명도이다.
도 10은 페시베이션층의 돌출부와 연장부의 두께 차이가 120 Å인 경우 제1 영역(R)의 폭에 따른 S11 값을 나타내는 그래프이다.
도 11은 페시베이션층의 돌출부와 연장부의 두께 차이가 100 Å인 경우 제1 영역(R)의 폭에 따른 S11 값을 나타내는 그래프이다.
도 12는 페시베이션층의 돌출부와 연장부의 두께 차이가 80 Å인 경우 제1 영역의 폭에 따른 S11 값을 나타내는 그래프이다.
도 13 내지 도 17은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 주요 구성만을 도시한 개략 구성도이다.
도 18은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 19는 도 18의 A부를 나타내는 확대도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 일부 구성만을 도시한 개략 구성도이다.
도 1을 참조하면, 체적 음향 공진기(100)는 일예로서, 기판(110), 제1 전극(120), 압전층(130) 및 제2 전극(140)을 포함하여 구성될 수 있다.
기판(110)은 실리콘 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(110)으로는 실리콘 웨이퍼가 이용되거나, SOI(Silicon On Insulator) 타입의 기판이 이용될 수 있다.
기판(110)의 상면에는 절연층(112)이 형성될 수 있으며, 상부에 배치되는 구성과 기판(110)을 전기적으로 격리시킬 수 있다. 또한, 절연층(112)은 제조과정에서 캐비티(C)를 형성하는 경우 에칭가스에 의해 기판(110)이 식각되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
이 경우, 절연층(112)은 산화 실리콘(SiO2), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 산화 알루미늄(Al2O2), 및 질화 알루미늄(AlN) 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition), RF 마그네트론 스퍼터링(RF Magnetron Sputtering), 및 에바포레이션(Evaporation) 중 어느 하나의 공정을 통해 형성될 수 있다.
제1 전극(120)과 기판(110)과의 사이에는 캐비티(C)가 배치된다. 일예로서, 제1 전극(120)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다.
한편, 제1 전극(120)은 일예로서, 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제1 전극(120)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
그리고, 제1 전극(120)의 가장자리에는 하부 프레임(150)이 구비될 수 있다. 하부 프레임(150)은 캐비티(C) 내에 배치되며 제1 전극(120)과 일체로 형성되거나 제1 전극(120)과 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
압전층(130)은 제1 전극(120)의 적어도 일부와 중첩된다. 한편, 압전층(130)은 전기적 에너지를 탄성파 형태의 기계적 에너지로 변환하는 압전 효과를 일으키는 부분으로, 질화 알루미늄(AlN), 산화아연(ZnO), 납 지르코늄 티타늄 산화물(PZT; PbZrTiO) 중 하나로 형성될 수 있다. 특히, 압전층(130)이 질화 알루미늄(AlN)로 구성되는 경우 압전층(130)은 희토류 금속(Rare earth metal)을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 희토류 금속은 스칸듐(Sc), 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 일 예로, 전이 금속은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈륨 (Ta), 니오비윰 (Nb) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 압전층(130)에는 2가 금속인 마그네슘(Mg)도 포함될 수 있다.
제2 전극(140)은 압전층(130)의 적어도 일부와 중첩된다. 한편, 제2 전극(140)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 제1 전극(120)이 입력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(140)은 출력 전극으로 이용되며, 제1 전극(120)이 출력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(140)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
제2 전극(140)은 일예로서, 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제1 전극(140)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
한편, 제2 전극(140)은 제1 두께(t1)를 가지는 돌출부(142)와, 돌출부(142)의 두께보다 두께가 얇은 연장부(144)를 구비할 수 있다. 연장부(144)의 두께는 제2 두께(t2)라 정의한다.
그리고, 돌출부(142), 압전층(130) 및 제1 전극(120)이 모두 겹쳐지게 배치되는 영역을 활성 영역(S)이라 정의하며, 돌출부(142)의 끝단과 하부 프레임(150)의 내측 끝단 사이에 배치되는 영역을 제1 영역(R)이라 정의하고, 연장부(144) 및 하부 프레임(150)이 겹쳐지게 배치되는 영역을 제2 영역(U)이라 정의한다.
한편, 활성 영역(S)의 외측에 제1 영역(R)이 배치되며, 제1 영역(R)의 외측에 제2 영역(U)이 배치된다. 그리고, 활성 영역(S), 제1 영역(R), 제2 영역(U)은 연속적으로 배치된다.
그리고, 활성 영역(S), 제1 영역(R), 제2 영역(U)에서의 주파수를 f0, f1, f2라 하고, 활성 영역(S), 제1 영역(R), 제2 영역(U)에서의 파수(Lateral Wave Number)를 β0, β1, β2 라 하며, 활성 영역(S), 제1 영역(R), 제2 영역(U)에서의 음향 임피던스(Acoustic Impedance)를 z0, z1, z2 라 한다.
또한, 활성 영역(S), 제1 영역(R), 제2 영역(U)에서의 주파수인 f0, f1, f2 는 f2 < f0 < f1 인 관계를 가진다.
그리고, 공진주파수에서 β0는 0, β1는 실수 값, β2는 허수 값을 갖을 수 있다.
한편, 도면에는 제2 전극(140)의 적어도 일부와 중첩되는 페시베이션층이 도시되지 않았으나, 제2 전극(140)의 상부에는 페시베이션층이 배치될 수 있다.
상기한 바와 같이, 제2 전극(140)에 돌출부(142)와 연장부(144)가 구비되며 캐비티(C) 내에 배치되는 하부 프레임(150)이 구비되므로 스퓨리어스 노이즈(Spurious Noise) 및 노치(Notch)의 발생을 저감시킬 수 있다.
이에 따라, 체적 음향 공진기(100)의 성능을 향상시킬 수 있는 것이다.
이에 대하여 보다 자세하게 살펴보면, 도 2에 도시된 바와 같이 제2 전극에 프레임과 트렌치가 구비되는 종래기술과 비교하여 상기한 실시예에 따른 체적 음향 공진기(100)는 스퓨리어스 노이즈(Spurious Noise) 및 노치(Notch)의 발생을 저감시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
이는 제2 전극에 프레임과 트렌치가 구비되는 종래기술에 따른 공진기는 제조 시 제2 전극 위에 미세한 식각 및 증착 공정을 통해 제2 전극에 프레임과 트렌치를 형성한다. 하지만, 식각 및 증착 공정 시 마스킹 레이어(Masking layer) 형성한 후 이를 제거하는 화학 공정에 의한 영향 및 플라즈마 에칭 공정 시 쉐도잉(Shadowing)에 의한 식각(Etch) 불균일 효과 등이 생기게 된다. 이에 따라 상호 공정 간의 공정 오차가 추가되어 이상적인 구조 형상을 구현하지 못하게 되고, 트렌치 주변에 미세한 단차 및/또는 구배가 추가되어 이로 인해 스퓨리어스 노이즈(Spurious Noise)나 노치(Notch)가 유발되는 것이다.
하지만, 본 발명에 따른 체적 음향 공진기(100)는 제2 전극(140)에 돌출부(142)와 연장부(144)가 구비되며 캐비티(C) 내에 배치되는 하부 프레임(150)이 구비되므로 종래기술과 같은 공정을 수행하지 않으므로 스퓨리어스 노이즈(Spurious Noise)나 노치(Notch)가 유발되는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는 제2 전극의 돌출부와 연장부의 두께 차이와 제1 영역(R)의 폭에 따른 성능 변화를 설명하기로 한다.
도 3은 제2 전극의 돌출부와 연장부의 두께 차이와, 제1 영역의 폭을 설명하기 위한 설명도이고, 도 4는 제2 전극의 돌출부와 연장부의 두께 차이가 120 Å인 경우 제1 영역(R)의 폭에 따른 S11 값을 나타내는 그래프이고, 도 5는 제2 전극의 돌출부와 연장부의 두께 차이가 100 Å인 경우 제1 영역(R)의 폭에 따른 S11 값을 나타내는 그래프이고, 도 6은 제2 전극의 돌출부와 연장부의 두께 차이가 80 Å인 경우 제1 영역의 폭에 따른 S11 값을 나타내는 그래프이다.
한편, 도 4는 제2 전극(144)의 돌출부(142)와 연장부(144)의 두께 차이(△t)가 120 Å으로 고정한 상태에서 제1 영역(R)의 폭(W1)을 1.2 ㎛, 1.6 ㎛, 2.0 ㎛, 2.4 ㎛, 2.8 ㎛로 변경시킬 때 S11 값을 나타내는 그래프이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 영역(R)의 폭(W1)이 2.0 ㎛ 이상인 경우 노치가 발생됨을 알 수 있다. 여기서, 제2 전극(144)의 돌출부(142)와 연장부(144)의 두께 차이(△t)는 돌출부(142)의 두께인 제1 두께(t1)에서 연장부(144)의 두께인 제2 두께(t2)를 뺀 값을 의미한다. 나아가, 제1 영역(R)의 폭(W1)은 돌출부(142)의 끝단과 하부 프레임(150)의 내측 끝단 사이의 수평방향으로의 이격 거리를 의미한다.
그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 전극(144)의 돌출부(142)와 연장부(144)의 두께 차이(△t)가 100 Å인 경우 제1 영역(R)의 폭(W1)이 2.4㎛ 이상인 경우 노치가 발생됨을 알 수 있다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 전극(144)의 돌출부(142)와 연장부(144)의 두께 차이(△t)가 80 Å인 경우 제1 영역(R)의 폭(W1)이 2.8㎛ 이상인 경우 노치가 발생됨을 알 수 있다.
한편, 제2 전극(144)의 돌출부(142)와 연장부(144)의 두께 차이(△t)는 120 Å인 경우 최소 스퓨리어스 노이즈(Spurious Noise) 발생을 위해서는 제1 영역(R)의 폭(W1)이 1.6㎛ 이상이어야 한다. 그리고, 제2 전극(144)의 돌출부(142)와 연장부(144)의 두께 차이(△t)가 100 Å인 경우 최소 스퓨리어스 노이즈(Spurious Noise) 발생을 위해서는 제1 영역(R)의 폭(W1)이 1.6㎛ 이상이어야 한다. 또한, 제2 전극(144)의 돌출부(142)와 연장부(144)의 두께 차이(△t)가 80 Å인 경우 최소 스퓨리어스 노이즈(Spurious Noise) 발생을 위해서는 제1 영역(R)의 폭(W1)이 2.0㎛ 이상이어야 한다.
한편, 최소 스퓨리어스 노이즈(Spurious Noise) 발생을 위한 제1 영역(R)의 폭(W1)과 노치(Notch)가 발생되는 제1 영역(R)의 폭(W1)의 차이값이 클수록 공정 오차에 의한 성능 변화를 저감시킬 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(144)의 돌출부(142)와 연장부(144)의 두께 차이(△t)가 120 Å인 경우 최소 스퓨리어스 노이즈(Spurious Noise) 발생을 위한 제1 영역(R)의 폭(W1)과 노치(Notch)가 발생되는 제1 영역(R)의 폭(W1)의 차이값은 0.4㎛이며, 제2 전극(144)의 돌출부(142)와 연장부(144)의 두께 차이(△t)가 100 Å인 경우 최소 스퓨리어스 노이즈(Spurious Noise) 발생을 위한 제1 영역(R)의 폭(W1)과 노치(Notch)가 발생되는 제1 영역(R)의 폭(W1)의 차이값은 0.8㎛이다. 그리고, 제2 전극(144)의 돌출부(142)와 연장부(144)의 두께 차이(△t)가 80 Å인 경우 최소 스퓨리어스 노이즈(Spurious Noise) 발생을 위한 제1 영역(R)의 폭(W1)과 노치(Notch)가 발생되는 제1 영역(R)의 폭(W1)의 차이값은 0.8㎛이다. 따라서, 제2 전극(144)의 돌출부(142)와 연장부(144)의 두께 차이(△t)가 100 Å, 80 Å인 경우가 제2 전극(144)의 돌출부(142)와 연장부(144)의 두께 차이(△t)가 120 Å인 경우보다 공정 오차에 의한 성능 변화를 저감시킬 수 있는 것이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 일부 구성만을 도시한 개략 구성도이다.
도 7을 참조하면, 체적 음향 공진기(200)는 일예로서, 기판(110), 제1 전극(220), 압전층(130), 제2 전극(140) 및 하부 프레임(250)을 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 기판(110), 압전층(130) 및 제2 전극(140)은 상기에서 설명한 구성요소와 동일한 구성요소로서 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
제1 전극(220)과 기판(110)과의 사이에는 캐비티(C)가 배치된다. 일예로서, 제1 전극(220)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다.
한편, 제1 전극(220)은 일예로서, 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제1 전극(220)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
하부 프레임(250)은 기판(110)으로부터 이격 배치되며 하부에 캐비티(C) 중 일부가 배치된다. 일예로서, 하부 프레임(250)은 제1 전극(220)의 저면에 고리 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 그리고, 하부 프레임(250)은 제1 전극(220)의 밀도보다 낮은 밀도를 가지는 절연체 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 하부 프레임(250)은 산화 실리콘(SiO2), 질화 실리콘(SiN), 산화 알루미늄(Al2O3) 등의 절연체 재질로 이루어질 수 있다. 한편, 하부 프레임(250)의 내측 끝단과 돌출부(142)의 끝단은 수평 방향으로 이격 배치된다.
그리고, 본 실시예에서도 활성 영역(S), 제1 영역(R), 제2 영역(U)은 연속적으로 배치된다.
이와 같이, 하부 프레임(250)이 제1 전극(220)의 밀도보다 낮은 밀도를 가지는 절연체 재질로 이루어진다. 이에 따라, 반공진 주파수에서 발생하는 수평파(Lateral Wave)에 대한 음향 임피던스(Acoustic IMpedance)값이 매우 커지게 되어 z2와 z0의 차이를 크게 할 수 있다. 따라서, 체적 음향 공진기(200)는 더 큰 Q 성능을 얻을 수 있다. 아울러, 활성영역(S)에서의 z0 대비, 제2 영역(U)에서의 z2의 값을 크게 하면 전기-기계 결합 계수에 해당하는 kt2 성능도 높일 수 있다.
즉, 하기의 표 1에서 나타난 바와 같이, 하부 프레임(250)이 몰리브덴(Mo)와 산화 실리콘(SiO2)인 경우 체적 음향 공진기(200)의 성능이 차이가 나는 것을 알 수 있다. 보다 자세하게 설명하면, 하부 프레임(250) 재질이 제1 전극(220)의 재질과 같은 몰리브덴(Mo)인 경우와 비교하여 하부 프레임(250)의 재질로서 절연체인 산화 실리콘(SiO2)을 사용한 경우가 kt2가 0.1% 더 크며, Q 성능이 660 정도 더 큰 것을 알 수 있다.
이것은 하부 프레임(250)의 재질로서 절연체인 산화 실리콘(SiO2)을 사용한 경우 반공진 주파수에서 발생하는 수평파(Lateral Wave)에 대한 음향 임피던스(Acoustic Impedance) 값이 더 커지게 되기 때문에 발현되는 것이다.
하부 프레임 재질 kt2[%] Qs Qp
몰리브덴(Mo) 7.9 1190 2390
산화 실리콘(SiO2) 8.0 1280 3050
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 일부 구성만을 도시한 개략 구성도이다.
도 8을 참조하면, 체적 음향 공진기(300)는 일예로서, 기판(110), 제1 전극(120), 압전층(130), 제2 전극(340) 및 페시베이션층(360)을 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 제1 전극(120), 압전층(130) 및 하부 프레임(150)은 상기한 체적 음향 공진기(100)에서 설명한 구성요소와 동일하므로 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
제2 전극(340)은 압전층(130)의 적어도 일부와 중첩된다. 한편, 제2 전극(340)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 제1 전극(120)이 입력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(340)은 출력 전극으로 이용되며, 제1 전극(120)이 출력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(340)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
제2 전극(340)은 일예로서, 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제1 전극(340)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
페시베이션층(360)은 제2 전극(240)의 적어도 일부와 중첩된다. 한편, 페시베이션층(360)은 공정 중 제1 전극(120)과 제2 전극(340)이 손상되는 것을 방지하는 역할을 수행한다. 일예로서, 페시베이션층(360)은 절연체 재질로 이루어질 수 있다. 다시 말해, 페시베이션층(360)은 제1 전극(120)의 밀도보다 낮은 밀도를 가지는 산화 실리콘(SiO2), 질화 실리콘(SiN), 산화 알루미늄(Al2O3) 등의 절연체 재질로 이루어질 수 있다. 그리고, 페시베이션층(360)은 제1 두께(t1)를 가지는 돌출부(362)와, 돌출부(362)의 두께보다 두께가 얇은 연장부(364)를 구비할 수 있다. 연장부(364)의 두께는 제2 두께(t2)라 정의한다.
한편, 본 실시예에서도 활성 영역(S), 제1 영역(R), 제2 영역(U)은 연속적으로 배치된다.
상기한 바와 같이, 페시베이션층(360)에 돌출부(362)와 연장부(364)가 구비되므로, 상기에서 설명한 체적 음향 공진기(100)의 제2 전극(140)에 돌출부(142)와 연장부(144)가 구비되는 경우와 비교하여 제1 영역(R)에서의 파수(Lateral Wave Number) β1의 값을 더 작게 할 수 있다. 이로 인해 제1 영역(R)의 폭(W1)의 값은 증가시킬 수 있으므로, 공정 오차가 유발되어 생길 수 있는 노치(Notch) 등의 영향을 저감시킬 수 있다.
이하에서는 페시베이션층의 돌출부와 베이스의 두께 차이와 제1 영역(R)의 폭에 따른 성능 변화를 설명하기로 한다.
도 9는 페시베이션층의 돌출부와 연장부의 두께 차이와, 제1 영역의 폭을 설명하기 위한 설명도이고, 도 10은 페시베이션층의 돌출부와 연장부의 두께 차이가 120 Å인 경우 제1 영역(R)의 폭에 따른 S11 값을 나타내는 그래프이고, 도 11은 페시베이션층의 돌출부와 연장부의 두께 차이가 100 Å인 경우 제1 영역(R)의 폭에 따른 S11 값을 나타내는 그래프이고, 도 12는 제2 전극의 돌출부와 연장부의 두께 차이가 80 Å인 경우 제1 영역의 폭에 따른 S11 값을 나타내는 그래프이다.
페시베이션층(360)의 돌출부(362)와 연장부(364)의 두께 차이(△t)가 120 Å인 경우 최소 스퓨리어스 노이즈(Spurious Noise) 발생을 위해서는 제1 영역(R)의 폭(W1)이 2.8㎛ 이상이어야 한다. 그리고, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 영역(R)의 폭(W1)이 4.0㎛ 이상인 경우 노치가 발생되는 것을 알 수 있다.
한편, 페시베이션층(360)의 돌출부(362)와 연장부(364)의 두께 차이(△t)가 100 Å인 경우에는 최소 스퓨리어스 노이즈(Spurious Noise) 발생을 위해서는 제1 영역(R)의 폭(W1)이 2.8㎛ 이상이어야 한다. 그리고, 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 영역(R)의 폭(W1)이 4.4㎛ 이상인 경우 노치가 발생되는 것을 알 수 있다.
또한, 페시베이션층(360)의 돌출부(362)와 연장부(364)의 두께 차이(△t)가 100 Å인 경우에는 최소 스퓨리어스 노이즈(Spurious Noise) 발생을 위해서는 제1 영역(R)의 폭(W1)이 3.2㎛ 이상이어야 한다. 그리고, 도 12에 도시된 바와 같이, 제1 영역(R)의 폭(W1)이 4.8㎛ 이상인 경우 노치가 발생되는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 페시베이션층(360)에 돌출부(362)와 연장부(364)가 구비되는 경우 상기에서 설명한 체적 음향 공진기(100)의 제1 전극(140)에 돌출부(142)와 연장부(144)가 구비되는 경우와 비교하여 최소 스퓨리어스 노이즈(Spurious Noise) 발생을 위한 제1 영역(R)의 폭(W1)과 노치(Notch)가 발생되는 제1 영역(R)의 폭(W1)의 차이값을 상대적으로 크게 할 수 있다.
도 13은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 일부 구성만을 도시한 개략 구성도이다.
도 13을 참조하면, 체적 음향 공진기(400)는 기판(110), 제1 전극(420), 압전층(130), 제2 전극(440), 하부 프레임(450) 및 페시베이션층(460)을 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 기판(110)과 압전층(130)은 상기에서 설명한 구성요소와 동일한 구성요소로서 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
제1 전극(420)과 기판(110)과의 사이에는 캐비티(C)가 배치된다. 일예로서, 제1 전극(420)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다.
한편, 제1 전극(420)은 일예로서, 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제1 전극(420)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
제2 전극(440)은 압전층(130)의 적어도 일부와 중첩된다. 한편, 제2 전극(440)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 제1 전극(420)이 입력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(440)은 출력 전극으로 이용되며, 제1 전극(420)이 출력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(440)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
제2 전극(440)은 일예로서, 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제1 전극(440)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
하부 프레임(450)은 기판(110)으로부터 이격 배치되며 하부에 캐비티(C) 중 일부가 배치된다. 그리고, 하부 프레임(450)은 부가층(420)의 저면에 형성되고 고리 형상을 가질 수 있다. 그리고, 하부 프레임(450)은 제1 전극(420)의 밀도보다 낮은 밀도를 가지는 절연체 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 하부 프레임(450)은 산화 실리콘(SiO2), 질화 실리콘(SiN), 산화 알루미늄(Al2O3) 등의 절연체 재질로 이루어질 수 있다. 한편, 하부 프레임(450)의 내측 끝단과 후술할 돌출부(462)의 끝단은 수평 방향으로 이격 배치된다.
페시베이션층(460)은 제2 전극(440)의 적어도 일부와 중첩된다. 한편, 페시베이션층(460)은 공정 중 제1 전극(420)과 제2 전극(440)이 손상되는 것을 방지하는 역할을 수행한다. 일예로서, 페시베이션층(460)은 절연체 재질로 이루어질 수 있다. 다시 말해, 페시베이션층(460)은 제1 전극(420)의 밀도보다 낮은 밀도를 가지는 산화 실리콘(SiO2), 질화 실리콘(SiN), 산화 알루미늄(Al2O3) 등의 절연체 재질로 이루어질 수 있다. 그리고, 페시베이션층(460)은 제1 두께(t1)를 가지는 돌출부(462)와, 돌출부(462)의 두께보다 두께가 얇은 연장부(464)를 구비할 수 있다. 연장부(464)의 두께는 제2 두께(t2)라 정의한다.
한편, 본 실시예에서도 활성 영역(S), 제1 영역(R), 제2 영역(U)은 연속적으로 배치된다.
상기한 바와 같이, 하부 프레임(450)이 제1 전극(420)의 밀도보다 낮은 밀도를 가지는 절연체 재질로 이루어진다. 이에 따라, 반공진 주파수에서 발생하는 수평파(Lateral Wave)에 대한 음향 임피던스(Acoustic IMpedance)값이 매우 커지게 되어 z2와 z0의 차이를 크게 할 수 있다. 따라서, 체적 음향 공진기(400)는 더 큰 Q 성능을 얻을 수 있다. 아울러, 활성영역(S)에서의 z0 대비, 제2 영역(U)에서의 z2의 값을 크게 하면 전기-기계 결합 계수에 해당하는 kt2 성능도 높일 수 있다.
나아가, 페시베이션층(460)에 돌출부(462)와 연장부(464)가 구비되므로, 상기에서 설명한 체적 음향 공진기(100)의 제2 전극(140)에 돌출부(142)와 연장부(144)가 구비되는 경우와 비교하여 제1 영역(R)에서의 파수(Lateral Wave Number) β1의 값을 더 작게 할 수 있다. 이로 인해 제1 영역(R)의 폭(W1)의 값은 증가시킬 수 있으므로, 공정 오차가 유발되어 생길 수 있는 노치(Notch) 등의 영향을 저감시킬 수 있다.
도 14는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 일부 구성만을 도시한 개략 구성도이다.
도 14를 참조하면, 체적 음향 공진기(500)는 기판(110), 부가층(520), 제1 전극(530), 압전층(130), 제2 전극(540), 하부 프레임(550) 및 페시베이션층(560)을 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 기판(110)과 압전층(130)은 상기한 체적 음향 공진기(100)에서 설명한 구성요소와 동일하므로 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
부가층(520)은 기판(110)과 함께 캐비티(C)를 형성한다. 한편, 부가층(520)은 제1 전극(530)과 압전층(130)의 결정성을 향상시키는 역할을 수행한다. 또한, 부가층(530)은 기계적인 지지층으로서의 역할을 수행하여 스트레스(stress)를 완화해 주며, 제조 공정 상 캐비티(C)의 형성 시 제거되는 희생층(미도시)의 제거 시 제1 전극(530)이 손상되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
한편, 부가층(520)은 절연체 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 질화 알루미늄(AlN), 산화 실리콘(SiO2), 질화 실리콘(SiN), 산화 알루미늄(Al2O3) 등의 재질로 이루어질 수 있다.
제1 전극(530)은 부가층(520)과 적어도 일부가 중첩된다. 제1 전극(530)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다.
한편, 제1 전극(530)은 일예로서, 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제1 전극(530)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
제2 전극(540)은 압전층(130)의 적어도 일부와 중첩된다. 한편, 제2 전극(540)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 제1 전극(530)이 입력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(540)은 출력 전극으로 이용되며, 제1 전극(530)이 출력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(540)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
제2 전극(540)은 일예로서, 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제1 전극(540)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
한편, 제2 전극(540)은 제1 두께(t1)를 가지는 돌출부(542)와, 돌출부(542)의 두께보다 두께가 얇은 연장부(544)를 구비할 수 있다. 연장부(544)의 두께는 제2 두께(t2)라 정의한다.
그리고, 돌출부(542), 압전층(130) 및 제1 전극(530)이 모두 겹쳐지게 배치되는 영역을 활성 영역(S)이라 정의하며, 돌출부(542)의 끝단과 하부 프레임(550)의 내측 끝단 사이에 배치되는 영역을 제1 영역(R)이라 정의하고, 연장부(544) 및 하부 프레임(550)이 겹쳐지게 배치되는 영역을 제2 영역(U)이라 정의한다.
한편, 활성 영역(S)의 외측에 제1 영역(R)이 배치되며, 제1 영역(R)의 외측에 제2 영역(U)이 배치된다. 그리고, 활성 영역(S), 제1 영역(R), 제2 영역(U)은 연속적으로 배치된다.
그리고, 활성 영역(S), 제1 영역(R), 제2 영역(U)에서의 주파수를 f0, f1, f2라 하고, 활성 영역(S), 제1 영역(R), 제2 영역(U)에서의 파수(Lateral Wave Number)를 β0, β1, β2 라 하며, 활성 영역(S), 제1 영역(R), 제2 영역(U)에서의 음향 임피던스(Acoustic Impedance)를 z0, z1, z2 라 한다.
또한, 활성 영역(S), 제1 영역(R), 제2 영역(U)에서의 주파수인 f0, f1, f2 는 f2 < f0 < f1 인 관계를 가진다.
그리고, 공진주파수에서 β0는 0, β1는 실수 값, β2는 허수 값을 갖을 수 있다.
하부 프레임(550)은 기판(110)으로부터 이격 배치되며 하부에 캐비티(C) 중 일부가 배치된다. 그리고, 하부 프레임(550)은 부가층(520)의 저면에 형성되고 고리 형상을 가질 수 있다. 그리고, 하부 프레임(550)은 제1 전극(530)의 밀도보다 낮은 밀도를 가지는 절연체 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 하부 프레임(530)은 산화 실리콘(SiO2), 질화 실리콘(SiN), 산화 알루미늄(Al2O3) 등의 절연체 재질로 이루어질 수 있다. 한편, 하부 프레임(530)의 내측 끝단과 후술할 돌출부(542)의 끝단은 수평 방향으로 이격 배치된다.
페시베이션층(560)은 제2 전극(540)의 적어도 일부와 중첩된다. 한편, 페시베이션층(560)은 공정 중 제1 전극(530)과 제2 전극(540)이 손상되는 것을 방지하는 역할을 수행한다. 일예로서, 페시베이션층(560)은 절연체 재질로 이루어질 수 있다. 다시 말해, 페시베이션층(560)은 산화 실리콘(SiO2), 질화 실리콘(SiN), 산화 알루미늄(Al2O3) 등의 절연체 재질로 이루어질 수 있다.
도 15는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 일부 구성만을 도시한 개략 구성도이다.
도 15를 참조하면, 체적 음향 공진기(600)는 기판(110), 부가층(520), 제1 전극(530), 압전층(130), 제2 전극(640), 하부 프레임(550) 및 페시베이션층(660)을 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 기판(110) 및 압전층(130)은 상기에서 설명한 체적 음향 공진기(100)에서 설명한 구성요소와 동일한 구성요소이며, 부가층(520), 제1 전극(530) 및 하부 프레임(550)은 상기에서 설명한 체적 음향 공진기(500)에서 설명한 구성요소와 동일한 구성요소이므로 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
제2 전극(640)은 압전층(130)의 적어도 일부와 중첩된다. 한편, 제2 전극(640)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 제1 전극(530)이 입력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(640)은 출력 전극으로 이용되며, 제1 전극(530)이 출력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(640)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
제2 전극(640)은 일예로서, 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제1 전극(640)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
페시베이션층(660)은 제2 전극(640)의 적어도 일부와 중첩된다. 한편, 페시베이션층(660)은 공정 중 제1 전극(620)과 제2 전극(530)이 손상되는 것을 방지하는 역할을 수행한다. 일예로서, 페시베이션층(660)은 절연체 재질로 이루어질 수 있다. 다시 말해, 페시베이션층(660)은 제1 전극(530)의 밀도보다 낮은 밀도를 가지는 산화 실리콘(SiO2), 질화 실리콘(SiN), 산화 알루미늄(Al2O3) 등의 절연체 재질로 이루어질 수 있다. 그리고, 페시베이션층(660)은 제1 두께(t1)를 가지는 돌출부(662)와, 돌출부(662)의 두께보다 두께가 얇은 연장부(664)를 구비할 수 있다. 연장부(664)의 두께는 제2 두께(t2)라 정의한다.
한편, 본 실시예에서도 활성 영역(S), 제1 영역(R), 제2 영역(U)은 연속적으로 배치된다.
도 16은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 일부 구성만을 도시한 개략 구성도이다.
도 16을 참조하면, 체적 음향 공진기(700)는 기판(110), 부가층(520), 제1 전극(530), 압전층(130), 제2 전극(740), 하부 프레임(550) 및 페시베이션층(560)을 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 기판(110) 및 압전층(130)은 상기에서 설명한 체적 음향 공진기(100)에서 설명한 구성요소와 동일한 구성요소이며, 부가층(520), 제1 전극(530), 하부 프레임(550) 및 페시베이션층(560)은 상기에서 설명한 체적 음향 공진기(500)에서 설명한 구성요소와 동일한 구성요소이므로 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
제2 전극(740)은 압전층(130)의 적어도 일부와 중첩된다. 한편, 제2 전극(740)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 제1 전극(530)이 입력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(740)은 출력 전극으로 이용되며, 제1 전극(530)이 출력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(740)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
제2 전극(740)은 일예로서, 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제1 전극(540)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
한편, 제2 전극(740)은 제1 두께(t1)를 가지는 돌출부(742)와, 돌출부(742)의 두께보다 두께가 얇은 연장부(744) 및 연장부(744)의 외측에 배치되는 프레임부(746)를 구비할 수 있다. 연장부(544)의 두께는 제2 두께(t2)라 정의하며, 프레임부(746)의 두께는 제3 두께(t3)라 정의한다. 한편, 제1,2,3 두께(t1, t2, t3)는 t3 > t1 > t2의 관계를 가진다.
그리고, 돌출부(742), 압전층(130) 및 제1 전극(530)이 모두 겹쳐지게 배치되는 영역을 활성 영역(S)이라 정의하며, 돌출부(742)의 끝단과 하부 프레임(550)의 내측 끝단 사이에 배치되는 영역을 제1 영역(R)이라 정의하고, 하부 프레임(550)의 내측 끝단과 프레임부(746)의 내측 끝단 사이에 배치되는 영역을 제2 영역(U)이라 정의하며, 하부 프레임(550) 및 프레임부(740)이 겹쳐지게 배치되는 영역을 제3 영역(P)이라 정의한다.
한편, 활성 영역(S)의 외측에 제1 영역(R)이 배치되며, 제1 영역(R)의 외측에 제2 영역(U)이 배치되며, 제2 영역(U)의 외측에 제3 영역(P)가 배치된다. 그리고, 활성 영역(S), 제1 영역(R), 제2 영역(U), 제3 영역(P)은 연속적으로 배치된다.
그리고, 활성 영역(S), 제1 영역(R), 제2 영역(U), 제3 영역(P)에서의 주파수를 f0, f1, f2, f3 이라 하고, 활성 영역(S), 제1 영역(R), 제2 영역(U), 제3 영역(P)에서의 파수(Lateral Wave Number)를 β0, β1, β2, β3라 하며, 활성 영역(S), 제1 영역(R), 제2 영역(U), 제3 영역(P)에서의 음향 임피던스(Acoustic Impedance)를 z0, z1, z2, z3 라 한다.
상기한 바와 같이, 제2 전극(740)이 프레임부(746)를 구비하므로 하부 프레임(550)과 프레임부(746)가 이중 반사 경계 구조의 기능을 수행할 수 있다. 이에 따라, 반공진주파수 근처에서 존재하는 복수개의 수평파(Lateral Wave)에 대한 반사효율을 높일 수 있다. 결국, 체적 음향 공진기(700)의 Q 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 음향 임피던스의 값인 z2와 z3 를 z0 와 비교하여 큰 값을 가지도록 할 수 있다. 이에 따라, 체적 음향 공진기(700)의 Q 성능을 보다 더 향상시킬 수 있다.
도 17은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 일부 구성만을 도시한 개략 구성도이다.
도 17을 참조하면, 체적 음향 공진기(800)는 기판(110), 부가층(520), 제1 전극(530), 압전층(130), 제2 전극(840), 하부 프레임(550) 및 페시베이션층(860)을 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 기판(110) 및 압전층(130)은 상기에서 설명한 체적 음향 공진기(100)에서 설명한 구성요소와 동일한 구성요소이며, 부가층(520), 제1 전극(530) 및 하부 프레임(550)은 상기에서 설명한 체적 음향 공진기(500)에서 설명한 구성요소와 동일한 구성요소이므로 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
제2 전극(840)은 압전층(130)의 적어도 일부와 중첩된다. 한편, 제2 전극(840)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 제1 전극(530)이 입력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(840)은 출력 전극으로 이용되며, 제1 전극(530)이 출력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(840)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
제2 전극(840)은 일예로서, 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제1 전극(840)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
한편, 제2 전극(840)에는 다른 부분의 두께보다 두께가 두꺼운 프레임부(842)를 구비할 수 있다.
페시베이션층(860)은 제2 전극(840)의 적어도 일부와 중첩된다. 한편, 페시베이션층(860)은 공정 중 제1 전극(530)과 제2 전극(840)이 손상되는 것을 방지하는 역할을 수행한다. 일예로서, 페시베이션층(860)은 절연체 재질로 이루어질 수 있다. 다시 말해, 페시베이션층(860)은 제1 전극(530)의 밀도보다 낮은 밀도를 가지는 산화 실리콘(SiO2), 질화 실리콘(SiN), 산화 알루미늄(Al2O3) 등의 절연체 재질로 이루어질 수 있다. 그리고, 페시베이션층(860)은 제1 두께(t1)를 가지는 돌출부(862)와, 돌출부(862)의 두께보다 두께가 얇은 연장부(864) 및 제2 전극(840)의 프레임부(842)를 덮도록 배치되는 가장자리부(866)를 구비할 수 있다. 연장부(664)의 두께는 제2 두께(t2)라 정의하고 가장자리부(886)의 두께는 제3 두께(t3)라 정의한다. 한편, 제1 두께(t1)는 제2 두께(t2)보다 큰 값을 가질 수 있다.
그리고, 돌출부(862), 압전층(130) 및 제1 전극(530)이 모두 겹쳐지게 배치되는 영역을 활성 영역(S)이라 정의하며, 돌출부(862)의 끝단과 하부 프레임(550)의 내측 끝단 사이에 배치되는 영역을 제1 영역(R)이라 정의하고, 하부 프레임(550)의 내측 끝단과 프레임부(842)의 내측 끝단 사이에 배치되는 영역을 제2 영역(U)이라 정의하며, 하부 프레임(550) 및 프레임부(842)가 겹쳐지게 배치되는 영역을 제3 영역(P)이라 정의한다.
한편, 활성 영역(S)의 외측에 제1 영역(R)이 배치되며, 제1 영역(R)의 외측에 제2 영역(U)이 배치되며, 제2 영역(U)의 외측에 제3 영역(P)가 배치된다. 그리고, 활성 영역(S), 제1 영역(R), 제2 영역(U), 제3 영역(P)은 연속적으로 배치된다.
그리고, 활성 영역(S), 제1 영역(R), 제2 영역(U), 제3 영역(P)에서의 주파수를 f0, f1, f2, f3 이라 하고, 활성 영역(S), 제1 영역(R), 제2 영역(U), 제3 영역(P)에서의 파수(Lateral Wave Number)를 β0, β1, β2, β3라 하며, 활성 영역(S), 제1 영역(R), 제2 영역(U), 제3 영역(P)에서의 음향 임피던스(Acoustic Impedance)를 z0, z1, z2, z3 라 한다.
상기한 바와 같이, 제2 전극(840)이 프레임부(842)를 구비하므로 하부 프레임(550)과 프레임부(842)가 이중 반사 경계 구조의 기능을 수행할 수 있다. 이에 따라, 반공진주파수 근처에서 존재하는 복수개의 수평파(Lateral Wave)에 대한 반사효율을 높일 수 있다. 결국, 체적 음향 공진기(800)의 Q 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 음향 임피던스의 값인 z2와 z3 를 z0 와 비교하여 큰 값을 가지도록 할 수 있다. 이에 따라, 체적 음향 공진기(800)의 Q 성능을 보다 더 향상시킬 수 있다.
도 18은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이고, 도 19는 도 18의 A부를 나타내는 확대도이다.
도 18 및 도 19를 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 체적 음향 공진기(1000)는 기판(1010), 희생층(1020), 식각방지부(1030), 멤브레인층(1040), 제1 전극(1050), 압전층(1060), 제2 전극(1070), 삽입층(1080), 페시베이션층(1090), 금속패드(1100) 및 하부 프레임(1110)을 포함하여 구성될 수 있다.
기판(1010)은 실리콘 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(1010)으로는 실리콘 웨이퍼가 이용되거나, SOI(Silicon On Insulator) 타입의 기판이 이용될 수 있다.
기판(1010)의 상면에는 절연층(1012)이 형성될 수 있으며, 상부에 배치되는 구성과 기판(1010)을 전기적으로 격리시킬 수 있다. 또한, 절연층(1012)은 제조과정에서 캐비티(C)를 형성하는 경우 에칭가스에 의해 기판(1010)이 식각되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
이 경우, 절연층(1012)은 이산화규소(SiO2), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 산화 알루미늄(Al2O2), 및 질화 알루미늄(AlN) 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition), RF 마그네트론 스퍼터링(RF Magnetron Sputtering), 및 에바포레이션(Evaporation) 중 어느 하나의 공정을 통해 형성될 수 있다.
희생층(1020)은 절연층(1012) 상에 형성되며, 희생층(1020)의 내측에는 캐비티(C)와 식각 방지부(1030)가 배치될 수 있다. 캐비티(C)는 제조 시 희생층(1020)의 일부분을 제거함으로써 형성된다. 이와 같이, 캐비티(C)가 희생층(1020)의 내측에 형성됨에 따라, 희생층(1020)의 상부에 배치되는 제1 전극(1050) 등은 편평하게 형성될 수 있다.
식각방지부(1030)는 캐비티(C)의 경계를 따라 배치된다. 식각방지부(1030)는 캐비티(C) 형성 과정에서 캐비티 영역 이상으로 식각이 진행되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
멤브레인층(1040)은 기판(1010)과 함께 캐비티(C)를 형성한다. 또한, 멤브레인층(1040)은 희생층(1020)의 제거 시 에칭가스와 반응성이 낮은 재질로 이루어질 수 있다. 한편, 멤브레인층(1040)은 질화실리콘(Si3N4), 산화실리콘(SiO2), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 리르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 중 어느 하나의 재질을 함유하는 유전체층(Dielectric layer)이 사용될 수 있다.
한편, 멤브레인층(1040) 상에는 질화 알루미늄(AlN)으로 이루어지는 시드층(미도시)이 형성될 수 있다. 즉, 시드층은 멤브레인층(1040)과 제1 전극(1050) 사이에 배치될 수 있다. 시드층은 질화 알루미늄(AlN) 이외에도 HCP 결정 구조를 가지는 유전체 또는 금속을 이용하여 형성될 수 있다. 일예로서, 시드층이 금속일 경우 시드층은 티타늄(Ti)으로 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 멤브레인층(1040)을 대신하여 시드층이 형성될 수도 있다.
제1 전극(1050)은 멤브레인층(1040) 상에 형성되며, 일부분이 캐비티(C)의 상부에 배치된다. 또한, 제1 전극(1050)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다.
제1 전극(1050)은 일예로서, 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제1 전극(1050)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
압전층(1060)은 적어도 캐비티(C)의 상부에 배치되는 제1 전극(1050)을 덮도록 형성된다. 한편, 압전층(1060)은 전기적 에너지를 탄성파 형태의 기계적 에너지로 변환하는 압전 효과를 일으키는 부분으로, 질화 알루미늄(AlN), 산화아연(ZnO), 납 지르코늄 티타늄 산화물(PZT; PbZrTiO) 중 하나로 형성될 수 있다. 특히, 압전층(1060)이 질화 알루미늄(AlN)로 구성되는 경우 압전층(1060)은 희토류 금속(Rare earth metal)을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 희토류 금속은 스칸듐(Sc), 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 일 예로, 전이 금속은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈륨 (Ta), 니오비윰 (Nb) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 2가 금속인 마그네슘(Mg)도 포함될 수 있다.
한편, 압전층(1060)은 평탄하게 형성되는 압전부(1062), 압전부(1062)로부터 연장 형성되는 굴곡부(1064)를 포함한다.
압전부(1062)는 제1 전극(1050)의 상부면에 직접 적층되는 부분이다. 따라서 압전부(1062)는 제1 전극(1050)과 제2 전극(1070) 사이에 개재되어 제1 전극(1050), 제2 전극(1070)과 함께 편평한 형태로 형성된다.
굴곡부(1064)는 후술되는 삽입층(1080) 상에 배치되며, 삽입층(1080)의 형상을 따라 융기되는 형태로 형성된다. 이에 압전층(1060)은 압전부(1062)와 굴곡부(1064)의 경계에서 굴곡되며, 굴곡부(1064)는 삽입층(1080)의 두께와 형상에 대응하여 융기된다.
굴곡부(1064)는 경사부(1064a)와 테두리부(1064b)로 구분될 수 있다.
경사부(1064a)는 후술되는 삽입층(1080)의 경사면(L)을 따라 경사지게 형성되는 부분을 의미한다. 그리고 테두리부(1064b)는 경사부(1064a)에서 외측으로 연장되는 부분을 의미한다.
경사부(1064a)는 삽입층(1080) 경사면(L)과 평행하게 형성되며, 경사부(1064a)의 경사각은 삽입층(1080) 경사면(L)의 경사각(θ)과 동일하게 형성될 수 있다.
제2 전극(1070)은 적어도 캐비티(C)의 상부에 배치되는 압전층(1060)을 덮도록 형성된다. 제2 전극(1070)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 제1 전극(1050)이 입력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(1070)은 출력 전극으로 이용되며, 제1 전극(1050)이 출력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(1070)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
제2 전극(1070)은 일예로서, 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제1 전극(1050)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
삽입층(1080)은 제1 전극(1050)과 압전층(1060) 사이에 배치된다. 삽입층(1080)은 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO)등의 유전체로 형성될 수 있으나, 압전층(1060)과는 다른 재질로 형성된다.
또한, 삽입층(1080)은 적어도 일부가 압전층(1060)과 제1 전극(1050) 사이에 배치된다. 일예로서, 삽입층(1080)은 고리 형상을 가질 수 있다.
페시베이션층(1090)은 제1 전극(1050)과 제2 전극(1070)의 일부분을 제외한 영역에 형성된다. 한편, 페시베이션층(1090)은 공정 중 제2 전극(1070) 및 제1 전극(1050)이 손상되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
한편, 페시베이션층(1090)은 일예로서, 질화실리콘(Si3N4), 산화실리콘(SiO2), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 리르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 중 어느 하나의 재질을 함유하는 유전체층(Dielectric layer)이 사용될 수 있다.
한편, 도 19에 보다 자세하게 도시된 바와 같이, 페시베이션층(1090)은 제1 두께(t1)를 가지는 돌출부(1092)와, 돌출부(1092)의 두께보다 두께가 얇은 연장부(1094)를 구비할 수 있다. 연장부(1094)의 두께는 제2 두께(t2)라 정의한다.
그리고, 돌출부(1092), 압전층(1060) 및 제1 전극(1050)이 모두 겹쳐지게 배치되는 영역을 활성 영역(S)이라 정의하며, 돌출부(1092)의 끝단과 하부 프레임(1110)의 내측 끝단 사이에 배치되는 영역을 제1 영역(R)이라 정의하고, 연장부(1094) 및 하부 프레임(1110)이 겹쳐지게 배치되는 영역을 제2 영역(U)이라 정의한다.
한편, 활성 영역(S)의 외측에 제1 영역(R)이 배치되며, 제1 영역(R)의 외측에 제2 영역(U)이 배치된다. 그리고, 활성 영역(S), 제1 영역(R), 제2 영역(U)은 연속적으로 배치된다.
금속패드(1100)는 제1 전극(1050)과 제2 전극(1070)의 상기한 페시베이션층(1090)이 형성되지 않은 일부분에 형성된다. 일예로서, 금속패드(1100)는 금(Au), 금-주석(Au-Sn) 합금, 구리(Cu), 구리-주석(Cu-Sn) 합금 및 알루미늄(Al), 알루미늄 합금 등의 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금은 알루미늄-게르마늄(Al-Ge) 합금일 수 있다.
하부 프레임(1110)은 기판(1010)으로부터 이격 배치되며, 하부에 캐비티(C) 중 일부가 배치된다. 일예로서, 하부 프레임(1110)은 제1 전극(1050)의 저면에 고리 형상을 가지도록 형성된다. 그리고, 하부 프레임(1010)의 내측 끝단과 상기한 돌출부(1092)의 끝단은 수평 방향으로 이격 배치되며, 하부 프레임(1110)은 페시베이션층(1090)의 연장부(1094)와 적어도 일부분이 중첩된다. 한편, 하부 프레임(1110)은 제1 전극(1070)의 밀도보다 낮은 밀도를 가지는 절연체 재질로 이루어질 수 있다. 일예로서, 하부 프레임(1110)은 산화 실리콘(SiO2), 질화 실리콘(SiN), 산화 알루미늄(Al2O3) 등의 절연체 재질로 이루어질 수 있다.
상기한 바와 같이, 페비세이션층(1090)에 돌출부(1092)와 연장부(1094)가 구비되며 캐비티(C) 내에 배치되는 하부 프레임(1110)이 구비되므로 스퓨리어스 노이즈(Spurious Noise) 및 노치(Notch)의 발생을 저감시킬 수 있다.
이에 따라, 체적 음향 공진기(1000)의 성능을 향상시킬 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100 : 체적 음향 공진기
110 : 기판
120 : 제1 전극
130 : 압전층
140 : 제2 전극
150 : 하부 프레임

Claims (20)

  1. 기판;
    상기 기판과의 사이에 캐비티가 형성되는 제1 전극;
    상기 제1 전극의 상부에 배치되며 상기 제1 전극의 적어도 일부와 중첩되는 압전층;
    상기 압전층의 상부에 배치되며 상기 압전층의 적어도 일부와 중첩되는 제2 전극;
    적어도 일부분이 상기 제2 전극의 상부에 배치되며 상기 제2 전극의 적어도 일부와 중첩되는 페시베이션층; 및
    상기 캐비티 중 일부의 두께가 다른 일부의 두께보다 얇도록, 상기 캐비티 중 일부의 상부에 배치되고, 상기 캐비티 중 일부와 다른 일부 사이의 경계를 제공하도록 내측 끝단을 가지고, 제2 영역에 속하는 하부 프레임;
    을 포함하며,
    상기 제2 전극과 상기 페시베이션층 중 어느 하나는 제1 두께를 가져서 활성 영역에 속하는 돌출부와 상기 돌출부의 두께보다 두께가 얇은 연장부를 구비하며,
    상기 하부 프레임의 내측 끝단과, 상기 돌출부와 상기 연장부 사이 경계의 사이는, 상기 제2 영역과 상기 활성 영역 사이의 제1 영역의 폭을 형성하는 체적 음향 공진기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연장부는 상기 하부 프레임과 적어도 일부가 중첩되는 체적 음향 공진기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하부 프레임은 상기 제1 전극과 동일한 재질로 이루어지는 체적 음향 공진기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하부 프레임은 상기 제1 전극의 하부에 배치되며 상기 제1 전극과 다른 재질로 이루어지는 체적 음향 공진기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하부 프레임은 상기 제1 전극의 밀도보다 낮은 밀도를 가지는 절연체 재질로 이루어지는 체적 음향 공진기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부와 상기 연장부가 상기 페시베이션층에 구비되는 경우 상기 페시베이션층은 상기 제1 전극의 밀도보다 낮은 밀도를 가지는 절연체 재질로 이루어지는 체적 음향 공진기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하부 프레임과 상기 제1 전극 사이에 배치되는 부가층을 더 포함하는 체적 음향 공진기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 하부 프레임과 적어도 일부가 중첩되며 제1 두께보다 두꺼운 두께를 가지는 프레임부를 구비하는 체적 음향 공진기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 프레임부의 내측 끝단과 상기 하부 프레임의 내측 끝단은 수평 방향으로 이격 배치되는 체적 음향 공진기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 하부 프레임과 상기 제1 전극 사이에 배치되는 부가층을 더 포함하는 체적 음향 공진기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 하부 프레임은 상기 제1 전극의 하부에 배치되며 상기 제1 전극과 다른 재질로 이루어지는 체적 음향 공진기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 하부 프레임은 상기 제1 전극의 밀도보다 낮은 밀도를 가지는 절연체 재질로 이루어지는 체적 음향 공진기.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 돌출부와 상기 연장부가 상기 페시베이션층에 구비되는 경우 상기 페시베이션층은 상기 제1 전극의 밀도보다 낮은 밀도를 가지는 절연체 재질로 이루어지는 체적 음향 공진기.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 캐비티를 감싸도록 배치되는 식각 방지층을 더 포함하는 체적 음향 공진기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 식각 방지층의 외측에 배치되는 희생층을 더 포함하는 체적 음향 공진기.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 압전층 사이에 배치되는 삽입층을 더 포함하는 체적 음향 공진기.
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