KR20000028192A - 모노리딕 집적 회로 위에 박막 또는 후막 단결정 압전 소자를집적한 단일 칩 라디오 구조 및 그 제조 방법 - Google Patents

모노리딕 집적 회로 위에 박막 또는 후막 단결정 압전 소자를집적한 단일 칩 라디오 구조 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20000028192A
KR20000028192A KR1019980046333A KR19980046333A KR20000028192A KR 20000028192 A KR20000028192 A KR 20000028192A KR 1019980046333 A KR1019980046333 A KR 1019980046333A KR 19980046333 A KR19980046333 A KR 19980046333A KR 20000028192 A KR20000028192 A KR 20000028192A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
piezoelectric
single crystal
acoustic wave
integrated circuit
crystal
Prior art date
Application number
KR1019980046333A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100316383B1 (ko
Inventor
이귀로
어윤성
현석봉
Original Assignee
윤덕용
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 윤덕용, 한국과학기술원 filed Critical 윤덕용
Priority to KR1019980046333A priority Critical patent/KR100316383B1/ko
Priority to US09/336,297 priority patent/US6285866B1/en
Priority to JP25077299A priority patent/JP3197882B2/ja
Publication of KR20000028192A publication Critical patent/KR20000028192A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100316383B1 publication Critical patent/KR100316383B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/06—Receivers
    • H04B1/16—Circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/0003—Software-defined radio [SDR] systems, i.e. systems wherein components typically implemented in hardware, e.g. filters or modulators/demodulators, are implented using software, e.g. by involving an AD or DA conversion stage such that at least part of the signal processing is performed in the digital domain
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/30—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator
    • H03B5/32—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator
    • H03B5/326—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator the resonator being an acoustic wave device, e.g. SAW or BAW device
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/06—Receivers
    • H04B1/16—Circuits
    • H04B1/26—Circuits for superheterodyne receivers
    • H04B1/28—Circuits for superheterodyne receivers the receiver comprising at least one semiconductor device having three or more electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/42—Piezoelectric device making

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
  • Superheterodyne Receivers (AREA)

Abstract

본 발명은 기존의 모노리딕 집적 회로 공정이 끝난 실리콘 기판 위에 단결정 압전 물질을 접합시킨 후, 화학 기계적 연마를 거쳐 압전 결정의 두께를 조절한 후, 이 위에 표준적인 리소그라피 공정으로 탄성파 공진기, 필터 또는 인덕터등의 수동 회로 요소를 구성함으로써, 실리콘 기판 상의 집적 회로와 압전 결정 소자간의 연결을 용이하게 하고, 기존의 반도체 공정을 그대로 이용하여 기존의 집적 회로와 고성능 수동회로 소자를 집적시킬 수 있도록 한 모노리딕 집적 회로 위에 박막 또는 후막 단결정 압전 소자를 집적한 단일 칩 라디오 구조 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 지금까지 외부 소자로 사용되던 공진기 및 필터와 인덕터 등의 수동 회로 요소를 단일한 실리콘 기판 위에 구성함으로써, 각종 무선 단말기에서 이들이 점유하는 부피를 줄이고, 향후 단일 칩 라디오를 구현하는데 필요한 기본 구조를 제공한다.

Description

모노리딕 집적 회로 위에 박막 또는 후막 단결정 압전 소자를 집적한 단일 칩 라디오 구조 및 그 제조 방법(Structure and Fabrication of Single-chip Radio Integrating Thin or Thick Film Piezoelectric Crystal Devices on Monolithic Integrated Circuits)
본 발명은 모노리딕 집적 회로 위에 박막 또는 후막 단결정 압전 소자를 집적한 단일 칩에 관한 것으로서, 특히 실리콘 기판과 후막 또는 박막화된 압전 단결정(TPCS : Thin Piezoelectric Crystal on Silicon), 그리고 금속 층으로 구성된 공진기 구조 및 제작 공정, 그리고 이러한 공진기를 이용하여 단일 칩으로 집적화된 휴대 단말기의 송수신기와 여기서 요구되는 정밀한 기준 주파수 발생용 발진기등의 모노리딕 집적 회로 위에 박막 또는 후막 단결정 압전 소자를 집적한 단일 칩 라디오 구조 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근에 연구되는 휴대 통신 시스템에서는 수신 감도와 채널 선택성 등에 대한 규격을 모두 만족시키면서 저전력 소모, 소형, 저가화를 이루는 기술이 중요해지고 있다. 미세 공정 기술의 발달로 소자의 크기가 작아지면서 트랜지스터로 구성된 회로에 대해서는 위의 목표들이 어느 정도 달성되고 있으나 수정 진동자, 필터, 인덕터 등의 수동 소자는 아직도 부피가 큰 개별 부품으로써, 전체 송수신기 소형화에 주요 장애 요소가 되고 있다.
일반적으로, 통신 기기의 클럭 발생기(Clock Generator) 또는 기준 주파수 발생기(Reference Frequency Generator)는 수정 진동자와 발진 회로, 제어 회로로 구성된 혼성(Hybrid) 회로로서 콜피츠(Colpitts), 하틀리(Hartley), 클랩(Clapp) 등 여러 구조로 구현될 수 있는데, 이중 널리 쓰이는 전형적인 콜피츠 구조의 발진기(Oscillator)는 첨부한 도 1에 도시되어 있는 바와 같다.
도 1에 도시되어 있는 종래의 발진기에서 수정 공진기(X10)의 동작은, 압전 물질인 단결정 수정의 기계적 진동 주파수가 매우 안정적인 특성을 이용한 것인데, 이 진동 주파수는 얇은 판 형태를 갖는 수정의 두께에 반비례하는 값으로 결정되며 공진 주파수 100 MHz에 해당하는 두께는 약 수십 ㎛ 수준으로 매우 얇기 때문에 이 이상의 공진 주파수는 얻을 수 없다.
따라서 도 1의 인덕터(L19), 저항(R20), 커패시터(C21)로 구성된 체배기를 이용하여 수정의 낮은 공진 주파수를 높이거나, 소위 PLL(phase-locked loop)을 이용하거나, 또는 도 2 에 도시되어 있는 바와 같은 표면 탄성파 공진기로 종래의 수정을 대체하여 기본 모드 공진 주파수를 높이는 방법이 있으나, 이러한 소자들은 실리콘 집적 회로에서 구현하기 어렵기 때문에 외부 소자로서 사용되어 왔다. 여기서 특히 공진기는 집적이 어려우며, 최근에는 수정의 고조파 공진 모드와 체배기를 이용하는 종래의 방식 대신, 높은 주파수가 가능하고 대량 생산의 잇점이 있는 표면 탄성파 공진기를 UHF 대역의 기준 신호 발생용으로 이용하는 연구가 1970년대 이래 많이 이루어져 왔다(참고문헌 : Acoustic Surface Wave Resonator Devices, US3886504, 1974,5,20).
도 2와 도 3에 예시되어 있는 바와 같은 표면 탄성파 공진기는 압전체(51)에서 형성되는 탄성파 또는 음파가 탄성파 반사기(56,67) 내에서 차폐되어 공진을 일으키는 현상을 이용하므로 그 기본 원리에 있어서는 일반적으로 많이 쓰이는 수정 진동자와 동일하다.
그러나, 수정 진동자가 얇은 수정이 두께 방향으로의 기계적 진동인 체적 탄성파의 공진 모드를 이용하는데 반하여, 표면 탄성파 공진기는 각종 전극들(52∼57)이 놓여 있는 결정의 표면 근처에서만 진행하는 기계적 진동인 표면 탄성파 성분을 이용한다.
도 2와 도 3에 도시되어 있는 2 단자 표면 탄성파 공진기에서 탄성파는, 도 2의 리드선(62,64) 양단에 걸리는 전압 신호의 변동이 결정의 표면에 형성되어 있는 변환자 전극(52,54)에 인가될 때 압전 물질의 특성에 의해 결정 표면에 형성되는 미세한 기계적 변위 또는 진동이 전파되어 나감으로써 생성되며, 탄성파의 검출은 전극 53과 55로 구성된 변환자에서 생성과 역과정으로 기계적 진동이 전기적 신호로 변환됨으로써 이루어진다.
이러한 표면 탄성파 소자에서는 결정의 내부로 진행하여 금속판(60)과 접한 결정의 후면에서 반사한 후 다시 결정 전면의 변환자 전극(53,55)으로 돌아오는 체적 탄성파 성분이 소장의 특성을 열화시키는 요인이 되므로, 결정의 후면에 에폭시와 같은 음향 흡수 물질을 두어 여기에 도달하는 파동 성분을 일부는 흡수하고 나머지는 난반사시킴으로서 체적파가 소자의 특성에 미치는 영향을 억제한다.
표면 탄성파 공진기의 공진 주파수는 반사기 56과 57에서 바로 인접한 두 전극간의 거리에 의해 주로 결정되는데, 이 거리의 두 배가 공진 모드의 파장이 된다.
따라서, 표면 탄성파 공진기 구조로 얻을 수 있는 최대 공진 주파수는 반도체 공정의 선폭에 의해 결정되며, 보통 1㎛ 이하의 리소그라피 공정을 이용하면 1 GHz 이상의 기본 모드 공진 주파수를 얻을 수 있다.
그런데, 상기한 바와 같은 표면 탄성파 공진기나 종래의 수정 진동자는 공히 한 종류의 압전 단결정(51)만을 기판으로 하여 구성되었으므로, 실리콘 등을 기판으로 하는 다른 집적 회로들과의 연결은 인쇄 회로 기판(PCB) 상에서 혼성 회로를 구성함으로써 이루어지는데, 이 경우 칩 회로와 신호를 연결시키기 위해 본딩 와이어(bonding wire, 61)와 리드선(62, 63, 64, 65)을 거쳐야 하므로, 단일 칩 집적 회로로 구성되는 경우에 비해 면적을 더 소모하고 인쇄 회로 기판의 제작 비용이 추가되는 단점이 있다.
따라서, 표면 탄성파 소자를 실리콘이나 갈륨 비소 회로들과 단일 칩으로 집적화시키려는 연구가 이루어져 왔고, 크게는 ZnO나 AlN 등과 같은 압전 물질을 실리콘 기판에 증착시켜 탄성파 소자를 구성하는 방법(참고문헌 : ZnO Films on {110}-Cut 〈100〉-Propagating GaAs Substrates for Surface Acoustic Wave Device Applications, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelec. Freq. Cont., vol. 42. pp. 351-361, 1995)과, 두꺼운 수정이나 LiNbO3단결정을 실리콘 상에 붙여서 탄성파 소자를 집적 회로 내에 포함시키는 방법(참고문헌 : Integrated Circuit including a Surface Acoustic Wave Transformer and a Balanced Mixer, US5265267, 1993)으로 나누어 볼 수 있다.
그런데, 박막을 증착시키는 방법의 경우 증착된 ZnO나 AlN 박막의 온도 및 시간 변화에 대한 주파수 안정성이 수정 결정에 비해 떨어지기 때문에 규격이 엄격한 통신 시스템의 기준 주파수 발생기용으로는 부적합하다는 단점이 있다.
일반적으로 단결정 수정에서는 표면 탄성파의 속도가 0도에서 50도에 이르는 온도 변화에 대해 20∼30 ppm 정도 변하고, 장기간 안정성은 1년 동안 공진 주파수가 1 ppm 정도 변하는 수준이고 계속 개선되는 추세이어서, 표면 탄성파 공진기도 단결정 수정을 기판으로 사용하는 경우 충분한 수준의 주파수 안정성과 정밀성을 제공하는 것으로 알려져 있다.
따라서, 통신 시스템 규격을 만족시키는 수준의 주파수 안정성을 유지하면서 송수신 회로의 집적도를 높이고 불요한 고조파를 발생시키는 체배기에 의존하지 않으려면, 단결정 수정과 실리콘을 접합시켜 압전 결정/실리콘 구조를 만들고 여기에 표면 탄성파 소자와 여러 수동 소자를 형성시키는 방법이 적합하다.
또한, 종래의 압전 결정을 실리콘 집적 회로 위에 올려 놓는 구조는 그 제조 방법이 명시되지 않았으며, 또한 압전 결정의 두께를 조절하지 않아서 전체 소자의 두께가 클 뿐만 아니라, 표면 탄성파 소자가 압전 결정의 위에 형성되는 경우 탄성파 소자와 집적 회로 간의 연결이 어렵다는 문제가 있고, 인덕터와 전송 선로와 같은 수동 소자까지 집적한 단일 칩의 송수신기 또는 라디오를 구성하기는 어렵다는 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 정밀한 주파수 제어용의 박막 또는 후막 단결정 압전 공진기와 각종 수동 소자를 집적 회로내에 포함시켜 궁극적으로는 단일 칩의 송수신 시스템을 구현할 수 있도록, 기계적 연마와 폴리싱 공정으로 두께가 조절된 압전 결정과 실리콘 기판이 접합된 다층 구조의 표면 탄성파 소자 등의 모노리딕 집적 회로 위에 박막 또는 후막 단결정 압전 소자를 집적한 단일 칩 라디오 구조 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 수정 공진기를 이용한 고정 주파수 발진기 구조도
도 2는 종래의 압전 단결정 상에 구성된 표면 탄성파(SAW) 공진기
도 3은 종래의 2 단자 표면 탄성파 공진기의 평면도
도 4는 본 발명에 따른 실리콘 기판상에 형성된 표면 탄성파 공진기 단면도
도 5는 본 발명에 따른 체적 탄성파 공진기의 단면도
도 6은 도 4 구조에 대한 평면도와, 탄성파 공진기와 연결되는 송수신 회로를 도시한 블록도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
101 : 실리콘 기판 102 : 금속 층
103 : 접착 물질 층(Bonding Layer)
104 : 박막화 단결정 층 106 : 공진기 신호 공급선
201, 202 : 격자 반사기(Reflection Grating)
203 : 탄성파 변환자 205 : 발진기
207 : 주파수 합성기
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 안정된 기준 주파수의 발생에 필요한 압전 결정 공진기와 인덕터 등의 수동 소자를 실리콘 집적 회로에 포함시켜 단일 칩 송수신기를 구성하는데 있어서, 압전성을 띠는 단결정 웨이퍼(51)가 실리콘 기판(101)에 접합되어 있고, 이 압전 결정의 전면에 기계적 연마와 폴리싱 공정을 가하여 두께가 조절된 압전 결정의 표면에 표면 탄성파 소자의 변환자 전극과 음파 반사기 전극, 그리고 인덕터 등의 수동 소자를 구성하는 금속 층을 형성하여, 통신 기기에 요구되는 주파수 안정성에 대한 규격을 만족시키면서, 기존의 반도체 공정을 그대로 이용하여 수정으로 대표되는 압전 물질을 이용한 소자와 인덕터 등의 수동 소자를 집적 회로 내에 포함시키며, 압전 소자로는 특히 표면 탄성파 공진기를 이용하는 구조에 중점을 두고 있다.
본 발명에 따른 모노리딕 집적 회로 위에 박막 또는 후막 단결정 압전 소자를 집적한 단일 칩 라디오 구조는, 단일한 실리콘 기판(101)위에 단결정 압전 유전체(104)가 접합된 압전/실리콘 구조의 집적 회로로서, 기계적 연마에 의해 두께가 조절된 압전 유전체(104)를 이용한 정밀한 공진기, 또는 특정 주파수를 선택하는 작용을 하는 하나 이상의 표면 탄성파 필터 소자와, 선택적으로 상기 압전 유전체(104) 막 상에 추가되는, 집적화된 인덕터, 콘덴서, 저항 등과 같은 수동 회로 요소와, 실리콘 기판(101) 상에 형성되어 있는 발진기(205) 및 하향 변환기(212), 복조기(213) 등과 같은 회로의 일부 또는 전부를 포함하는 집적 회로와, 상기 압전 유전체(104) 막위에 형성된 소자와 상기 실리콘 기판(101) 상에 형성된 집적 회로간을 직접 연결하는 금속 선(106) 또는 본딩 와이어를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 모노리딕 집적 회로 위에 박막 또는 후막 단결정 압전 소자를 집적한 단일 칩 라디오 구조를 제조하는 방법은 실리콘 기판(101)과 압전 단결정(104)을 접합하는 단계와, 화학 기계적 연마 및 폴리싱 공정으로 접합된 상기 압전 단결정(104)의 두께를 조절하는 단계와, 상기 압전 단결정(104) 위에 적절한 모양의 금속 층을 형성하여 표면 탄성파 공진기와 필터, 인덕터 등의 수동 회로 요소를 접속하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 의한 박막 또는 후막 수정/실리콘 구조의 표면 탄성파 공진기의 단면도로서, 대략적으로는 실리콘 기판(101)과 박막화된 단결정 수정(104), 그리고 에폭시 접합층(103)으로 구성된다.
여기서 기계적 연마와 폴리싱 공정으로 박막화된 수정(104) 층의 두께는 50 ㎛ 이내이고 에폭시 접합층(103)의 두께도 3㎛ 이내이므로, 실리콘 기판(101)의 표면으로부터 압전층의 상면까지의 두께가 최대 55㎛ 수준이 되어, 압전층에 형성된 표면 탄성파 소자를 실리콘 기판(101) 상의 회로들(107)과 금속 배선층(106)을 통하여 직접 연결시킬 수 있게 된다.
표면 탄성파 공진기의 금속 패턴(105)을 위에서 본 모습은 도 6에서 변환자 전극(203)과 격자 반사기(201, 202)로 이루어진 구조와 같다.
표면 탄성파 공진기의 반사 격자(201, 204)와 변환자 전극(203)에서 인접한 두 금속선간의 거리는, 도 3의 반사격자(57)에 표시된 바와 같이 공진을 일으키는 탄성파의 파장의 1/2과 같아야 하며, 전극의 폭은 탄성파의 회절에 의한 특성 저하가 일어나지 않도록 충분히 넓어야 한다.
표면 탄성파 공진기의 설계, 즉 금속 전극 201, 203, 204의 모양을 정의할 때 주요한 고려 사항으로는 입력 단자(106, 202)에서 공진기를 볼 때의 입력 임피던스와 공진 주파수, 공진 Q 값 등이다. 또한 공진기를 도 6에 도시되어 있는 바와 같은 1 단자 구조로 만들 것인지, 도 3과 같은 2 단자 구조로 구성할지를 결정하고, 임피던스 정합 회로의 사용 여부를 결정해야 한다.
도 4와 도 6의 수정층(104) 위에는 탄성파 공진기 뿐 아니라 높은 Q의 인덕터, 전자 지연선, 필터등과 같은 잘 알려진 다른 수동 회로 요소들도 형성시킬 수 있다. 또한 실리콘(101)과 수정(104) 사이의 에폭시 층(103)과 금속 층(102)은 기판과 압전층을 접합시키는 역할 외에도, 표면 탄성파 소자의 동작시 발생하는 불요한 체적 탄성파를 흡수하여 제거하고 소자의 각 전극들이 정전기적 또는 전자기적으로 상호 작용하는 현상을 막는 역할을 한다.
도 4에 도시된 구조를 구현하기 위해 본 발명에서 제시되는 공정은 다음과 같다.
먼저, 기판(101)에 알루미늄이나 금 등의 금속 층(102)을 수정 웨이퍼(104)가 놓이는 영역에 증착한 후, 접착용의 에폭시 수지(103)를 스핀 코팅법을 이용하여 1∼3㎛의 두께로 바른다. 여기에 수정 웨이퍼를 접착시키고 기계적 연마 공정을 적용하여, 가공 전의 수정 웨이퍼의 두께인 600㎛를 100㎛ 수준까지 깎아낸다.
이 연마 과정에서는 보통 SiC 페이퍼(paper)가 쓰인다. 압전 소자들은 표면이 충분히 평평해야 하므로 두께 100㎛를 50㎛ 이내로 낮출 때에는 폴리싱 용의 다이아몬드 페이스트(diamond paste)를 사용한다. 표면 탄성파 소자의 경우 압전층의 두께가 탄성파의 파장보다 크면 탄성파의 속도가 압전층 두께에 거의 무관하게 일정해지므로, 체적 탄성파를 이용하는 수정 진동자와 달리, 압전층의 두께를 극도로 정밀하게 제어해야 할 필요는 없다. 마지막으로, 압전층 위에 광 리소그라피와 식각 공정으로 표면 탄성파 공진기의 금속 층(105)을 형성시키고, 금속 선(106)으로 이 결정 공진기를 실리콘 기판(101) 상의 발진기 회로(205)와 연결시키면 공정이 완료된다.
제안된 방식이 체적 탄성파 공진기 구조로도 이용될 수 있음을 예시하고 있는 도 5에서는 전극(123, 125) 사이에 폴리싱 공정으로 두께가 조절된 단결정 수정(124)이 놓여 있고 실리콘 기판 사이에 에폭시 층(122)이 있어서 수정과 실리콘 기판을 접합시키면서 기판 쪽으로 진행하려는 탄성파를 흡수하는 역할을 한다. 각 층의 두께와 제작 공정은 도 4의 표면 탄성파 공진기의 경우와 동일하다.
도 6은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 단일 칩 라디오의 개략도와, 도 4에 도시된 표면 탄성파 공진기(104)에 대한 평면도를 동시에 나타낸 것이다. 본 발명에 의하면 무선 수신기를 구성하는 발진기(205), 주파수 합성 회로(207), 저잡음 증폭기 또는 전단 증폭기(211), 하향 변환기(212), 복조기와 기타 디지털 신호 처리 회로(213), 음성 증폭기(214) 등은 이들 중 일부 또는 전부가 하나의 실리콘 기판상에 상보형 모오스(CMOS), 바이폴라(Bipolar) 등의 잘 알려진 집적 회로 공정 기술을 이용해서 구성되며 금속 배선(106, 202)을 통해 압전층(104) 위의 표면 탄성파 공진기와 연결된다.
여기서 발진기(209)는 단결정을 이용하는 일반적인 발진 회로로써 다양한 방법으로 구현될 수 있는데 그 중 한 예가 도 1과 같은 콜피츠 발진 회로이다.
도 1의 회로도에서 결정 공진기(X10)는 도 4의 표면 탄성파 공진기(104, 105)로 대체되고, 가변 커패시터(C11)는 버랙터(varactor) 다이오드나 디지털 제어 커패시터 뱅크로 구현되어 주파수 트리밍(trimming) 또는 튜닝(tuning) 기능을 수행하며 커패시터(C14, C15), 인덕터(L16) 등도 발진 조건을 만족시키는 값들로 적절히 선택되어야 한다.
발진기의 출력 신호(206)는 주파수 합성기(207)에 기준 주파수 신호로서 공급되며 주파수 합성기의 출력 신호(208)는 다시 하향 변환기(212)에 국부 발진 신호로써 공급된다.
종래의 발진기에서 결정 공진기와 회로를 연결하는 신호선(27,28)은 실리콘 상의 금속 배선(106, 202)으로 대체되는데 이것은 일반적인 광 리소그라피 공정이나 와이어 본딩으로 형성시킬 수 있으므로 면적이나 대량 생산면에서 유리하다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 웨이퍼 접합과 연마 공정으로 두께가 조절된 박막 또는 후막의 수정/실리콘 구종 탄성파 소자와 각종 수동 소자들을 집적 함으로써, 단일 칩 라디오를 구현하는데 있어서 주요한 장애 요인이었던 고정밀도의 발진기와 각종 수동 소자들을 집적 회로 내에 포함시키는 문제를 해결하고, 수정을 기판으로 하는 수동 소자들이 제공하는 주파수 안정성과 선형성, 저 전력 소모 등의 우수한 성능을 그대로 유지하면서 전체 수신기의 부피와 무게를 축소시키는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 단일한 실리콘 기판(101)위에 단결정 압전 유전체(104)가 접합된 압전/실리콘 구조의 집적 회로로서,
    기계적 연마에 의해 두께가 조절된 압전 유전체(104)를 이용한 정밀한 공진기, 또는 특정 주파수를 선택하는 작용을 하는 하나 이상의 표면 탄성파 필터 소자와;
    선택적으로 상기 압전 유전체(104) 막 상에 추가되는, 집적화된 인덕터, 콘덴서, 저항 등과 같은 수동 회로 요소와;
    실리콘 기판(101) 상에 형성되어 있는 발진기(205) 및 하향 변환기(212), 복조기(213) 등과 같은 회로의 일부 또는 전부를 포함하는 집적 회로와;
    상기 압전 유전체(104) 막위에 형성된 소자와 상기 실리콘 기판(101) 상에 형성된 집적 회로간을 직접 연결하는 금속 선(106) 또는 본딩 와이어를 포함하여 이루어지는 모노리딕 집적 회로 위에 박막 또는 후막 단결정 압전 소자를 집적한 단일 칩 라디오 구조.
  2. 모노리딕 집적 회로 위에 박막 또는 후막 단결정 압전 소자를 집적한 단일 칩 라디오 구조를 제조하는 방법으로서,
    실리콘 기판(101)과 압전 단결정(104)을 접합하는 단계와;
    화학 기계적 연마 및 폴리싱 공정으로 접합된 상기 압전 단결정(104)의 두께를 조절하는 단계와;
    상기 압전 단결정(104) 위에 적절한 모양의 금속 층을 형성하여 표면 탄성파 공진기와 필터, 인덕터 등의 수동 회로 요소를 접속하는 단계를 포함하는 모노리딕 집적 회로 위에 박막 또는 후막 단결정 압전 소자를 집적한 단일 칩 라디오 구조의 제조 방법.
KR1019980046333A 1998-10-30 1998-10-30 모노리딕직접회로위에박막또는후막단결정압전소자를집적한단일칩라디오구조및그제조방법 KR100316383B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019980046333A KR100316383B1 (ko) 1998-10-30 1998-10-30 모노리딕직접회로위에박막또는후막단결정압전소자를집적한단일칩라디오구조및그제조방법
US09/336,297 US6285866B1 (en) 1998-10-30 1999-06-21 Single-chip radio structure with piezoelectric crystal device integrated on monolithic integrated circuit and method of fabricating the same
JP25077299A JP3197882B2 (ja) 1998-10-30 1999-09-03 単一チップラジオ構造及びその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019980046333A KR100316383B1 (ko) 1998-10-30 1998-10-30 모노리딕직접회로위에박막또는후막단결정압전소자를집적한단일칩라디오구조및그제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20000028192A true KR20000028192A (ko) 2000-05-25
KR100316383B1 KR100316383B1 (ko) 2002-02-19

Family

ID=19556548

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019980046333A KR100316383B1 (ko) 1998-10-30 1998-10-30 모노리딕직접회로위에박막또는후막단결정압전소자를집적한단일칩라디오구조및그제조방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6285866B1 (ko)
JP (1) JP3197882B2 (ko)
KR (1) KR100316383B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111384923A (zh) * 2020-04-09 2020-07-07 中国电子科技集团公司第二十六研究所 一种小型化格型晶体滤波器

Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE519915C2 (sv) * 1999-09-08 2003-04-22 Ericsson Telefon Ab L M Anordning och metod vid spänningskontrollerad oscillator
US7130579B1 (en) * 1999-10-21 2006-10-31 Broadcom Corporation Adaptive radio transceiver with a wide tuning range VCO
US6754471B1 (en) * 1999-12-06 2004-06-22 Skyworks Solutions, Inc. Surface acoustic wave filter packaging
KR100791657B1 (ko) * 2000-02-22 2008-01-03 엔엑스피 비 브이 하이브리드 집적 회로 제조 방법
EP1182778A1 (en) * 2000-07-21 2002-02-27 Semiconductor Ideas to The Market (ItoM) BV Receiver comprising a digitally controlled capacitor bank
US20030060185A1 (en) * 2001-09-14 2003-03-27 Fisher Richard J. Wireless control and/or data acquisition system in an integrated circuit package
US6944432B2 (en) * 2002-11-12 2005-09-13 Nokia Corporation Crystal-less oscillator transceiver
US7112860B2 (en) * 2003-03-03 2006-09-26 Cree, Inc. Integrated nitride-based acoustic wave devices and methods of fabricating integrated nitride-based acoustic wave devices
US7898047B2 (en) * 2003-03-03 2011-03-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Integrated nitride and silicon carbide-based devices and methods of fabricating integrated nitride-based devices
US7215214B1 (en) 2003-09-26 2007-05-08 Cypress Semiconductor Corp. Resonator and amplifying oscillator circuit having a high resolution skew-compensated frequency synthesizer integrated on a single substrate
JP4548088B2 (ja) * 2004-10-20 2010-09-22 セイコーエプソン株式会社 弾性表面波装置
TWI245407B (en) * 2004-11-12 2005-12-11 Richwave Technology Corp Device and method for integrating SAW filter and transceiver
JP4424288B2 (ja) * 2004-12-20 2010-03-03 セイコーエプソン株式会社 弾性表面波装置の製造方法および弾性表面波装置
CN100505532C (zh) * 2004-12-20 2009-06-24 精工爱普生株式会社 表面声波装置的制造方法及表面声波装置
CN100474769C (zh) * 2004-12-21 2009-04-01 精工爱普生株式会社 表面声波器件和表面声波器件的制造方法
JP4033205B2 (ja) * 2004-12-21 2008-01-16 セイコーエプソン株式会社 弾性表面波装置及び弾性表面波装置の製造方法
US7769355B2 (en) * 2005-01-19 2010-08-03 Micro Mobio Corporation System-in-package wireless communication device comprising prepackaged power amplifier
US7248131B2 (en) * 2005-03-14 2007-07-24 Avago Technologies Wireless Ip (Singapore) Pte. Ltd. Monolithic vertical integration of an acoustic resonator and electronic circuitry
US7214564B2 (en) * 2005-03-17 2007-05-08 Chung Shan Institute Of Science And Technology Method of forming film bulk acoustic wave filter assembly
JP4904737B2 (ja) * 2005-07-27 2012-03-28 セイコーエプソン株式会社 Ｉｃ一体型薄膜振動片の製造方法。
JP2007228328A (ja) * 2006-02-24 2007-09-06 Seiko Epson Corp 弾性表面波デバイス
JP2007228329A (ja) * 2006-02-24 2007-09-06 Seiko Epson Corp 弾性表面波デバイス
US20100007444A1 (en) * 2006-04-20 2010-01-14 Anis Nurashikin Nordin GHz Surface Acoustic Resonators in RF-CMOS
US8143681B2 (en) * 2006-04-20 2012-03-27 The George Washington University Saw devices, processes for making them, and methods of use
US9202184B2 (en) 2006-09-07 2015-12-01 International Business Machines Corporation Optimizing the selection, verification, and deployment of expert resources in a time of chaos
US20090287503A1 (en) * 2008-05-16 2009-11-19 International Business Machines Corporation Analysis of individual and group healthcare data in order to provide real time healthcare recommendations
US8823057B2 (en) 2006-11-06 2014-09-02 Cree, Inc. Semiconductor devices including implanted regions for providing low-resistance contact to buried layers and related devices
US7970759B2 (en) 2007-02-26 2011-06-28 International Business Machines Corporation System and method for deriving a hierarchical event based database optimized for pharmaceutical analysis
US7853611B2 (en) 2007-02-26 2010-12-14 International Business Machines Corporation System and method for deriving a hierarchical event based database having action triggers based on inferred probabilities
US20090124513A1 (en) * 2007-04-20 2009-05-14 Patricia Berg Multiplex Biosensor
JP5157641B2 (ja) * 2008-01-28 2013-03-06 セイコーエプソン株式会社 圧電発振器及び送信機
ES2387106T3 (es) * 2007-08-06 2012-09-13 Ste S.A.S. Di G. Moiraghi & C. Un circuito de excitación de ondas acústicas superficiales y oscilador para el mismo
US8536665B2 (en) * 2007-08-22 2013-09-17 The Hong Kong Polytechnic University Fabrication of piezoelectric single crystalline thin layer on silicon wafer
CN101382522B (zh) * 2008-08-26 2011-01-26 北京中科飞鸿科技有限公司 用于气体检测的声表面波传感器芯片的制备方法
JP5384313B2 (ja) * 2008-12-24 2014-01-08 日本碍子株式会社 複合基板の製造方法及び複合基板
US8960004B2 (en) 2010-09-29 2015-02-24 The George Washington University Synchronous one-pole surface acoustic wave resonator
US8816567B2 (en) 2011-07-19 2014-08-26 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Piezoelectric laterally vibrating resonator structure geometries for spurious frequency suppression
EP3254610B1 (en) * 2016-06-09 2019-08-14 Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG Guidewire system and method for manufacturing a guidewire system
JP2018088675A (ja) * 2016-11-08 2018-06-07 スカイワークス ソリューションズ, インコーポレイテッドSkyworks Solutions, Inc. 誘導性インピーダンスを有するフィルタモジュールとフィルタアレイ
JP2019062350A (ja) 2017-09-26 2019-04-18 株式会社村田製作所 複合素子
EP3722762B1 (en) * 2019-04-12 2021-11-03 General Electric Technology GmbH Sensor device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3886504A (en) * 1974-05-20 1975-05-27 Texas Instruments Inc Acoustic surface wave resonator devices
JP2546331B2 (ja) * 1988-04-26 1996-10-23 ソニー株式会社 Ｆｍ・ａｍ受信機
US5265267A (en) 1991-08-29 1993-11-23 Motorola, Inc. Integrated circuit including a surface acoustic wave transformer and a balanced mixer
JPH08265205A (ja) * 1995-03-27 1996-10-11 Toshiba Corp ダブルスーパーチューナ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111384923A (zh) * 2020-04-09 2020-07-07 中国电子科技集团公司第二十六研究所 一种小型化格型晶体滤波器

Also Published As

Publication number Publication date
JP3197882B2 (ja) 2001-08-13
KR100316383B1 (ko) 2002-02-19
JP2000151451A (ja) 2000-05-30
US6285866B1 (en) 2001-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100316383B1 (ko) 모노리딕직접회로위에박막또는후막단결정압전소자를집적한단일칩라디오구조및그제조방법
Lakin Thin film resonators and filters
US7233218B2 (en) Air-gap type FBAR, and duplexer using the FBAR
US6870430B2 (en) PLL-controlled oscillator
US11190164B2 (en) Using acoustic reflector to reduce spurious modes
US10931284B2 (en) Resonators and devices with pixel based electrodes operating across a gap
US4760352A (en) Coupled resonator phase shift oscillator
US11005446B2 (en) Resonators and devices with a pixel electrode operating across a gap
CN112702038A (zh) 可调谐的固贴式体声波谐振器
US5329256A (en) Tunable oscillator having a non-reflective saw resonator
JP3068140B2 (ja) 圧電薄膜共振子
JPH0832402A (ja) 弾性表面波装置、移動無線機用分波器および移動無線装置
JP4196641B2 (ja) 超薄板圧電デバイスとその製造方法
US7345554B2 (en) Integrable phase-locked loop including an acoustic resonator
KR100322478B1 (ko) 저온소성 세라믹 기판을 이용한 표면 탄성파 발진기 모듈
JPH03178206A (ja) モノリシック集積回路化発振器
US5585770A (en) Three terminal surface acoustic wave (SAW) device
KR100389106B1 (ko) 발진기
JP2001257560A (ja) 超薄板圧電振動素子の電極構造
JP2007317997A (ja) 高周波フロントエンドモジュール及びその製造方法
Eo et al. Reference SAW oscillator on quartz-on-silicon (QoS) wafer for polylithic integration of true single chip radio
CN114826192B (zh) 三维集成的mems振荡器
US20240356521A1 (en) Acoustic wave device and method for producing same
CN118473351A (zh) 滤波器裸芯片、滤波器、射频电路板组件及电子设备
US20200357849A1 (en) Monolithic composite resonator devices with intrinsic mode control

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20071031

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee