KR20030027430A - 박막 벌크 어쿠스틱 공진기와 이를 이용한 대역통과 필터및 그 제조방법 - Google Patents

박막 벌크 어쿠스틱 공진기와 이를 이용한 대역통과 필터및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 박막 벌크 어쿠스틱 공진기와 이를 이용한 대역통과필터 및 그 제`조방법에 관한 것으로, 지지층과, 상기 지지층 상에 순차 적층된 하부전극, 압전층, 상부전극과, 그 상부전극의 상부에 위치하는 공진주파수 조절층으로 구서되는 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 사용하여 지지층과, 상기 지지층의 상부에 위치하며 각각 하부전극, 압전층, 상부전극 적층구조를 가지는 상호 병렬연결된 복수의 박막 벌크 어쿠스틱 공진기와; 상기 지지층의 상부에 위치하며 각각 하부전극, 압전층, 상부전극 적층구조를 가지는 상호 직렬연결된 복수의 박막 벌크 어쿠스틱 공진기와; 상기 병렬연결된 박막 벌크 어쿠스틱 공진기의 상부전극 상에 위치하는 공진주파수 조절층을 제조하여, 용이하게 서로다른 공진주파수를 가지는 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 가지는 대역통과필터를 형성함과 아울러 선택적 식각공정을 사용하여 직렬 박막 벌크 어쿠스틱 공진기와 병렬 박막 벌크 어쿠스틱 공진기의 공진주파수를 독립적으로 조절함이 가능해 짐으로써, 직렬 박막 벌크 어쿠스틱 공진기의 높은 공진주파수와 병렬 박막 벌크 어쿠스틱 공진기의 낮은 공진주파수를 일치시켜 대역통과필터의 특성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

박막 벌크 어쿠스틱 공진기와 이를 이용한 대역통과 필터 및 그 제조방법{THIN FILM BULK ACOUSTIC RESONATOR AND BANDPASS FILTER USING THE THIN FILM BULK ACOUSTIC RESONATOR AND MANUFACTURING METHOD THREROF}
본 발명은 박막 벌크 어쿠스틱 공진기와 이를 이용한 대역통과 필터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 압전층 두께에 변화를 주지않고도 공진주파수와 대역통과필터의 중심주파수를 변화시킬 수 있는 박막 벌크 어쿠스틱 공진기와 이를 이용한 대역통과 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 무선이동 통신이나 초고주파 통신에 대한 수요가 커지고 성능이 크게 향상되면서 휴대전화는 고성능화, 소형화, 저가격화, 경량/경박화를 추구하면서 하루가 다르게 변모하고 있다. 그 변화를 가능하게 하는 주 요인은 한정된 주파수 대여게서 효율적인 정보전달을 위하여 필요한 변조와 복조 등을 포함하는 신호처리 기술의 발전과 고주파 부품 기술의 발달이라고 할 수 있다. 고주파 무선 이동통신 부품 중 무수히 많은 공중파중 사용자가 필요로 하는 신호를 선택하여 수신, 송신 하는 신호를 걸러주는 기능을 하는 필터는 수동소자의 핵심이라 할 수 있다.
무선 이동통신의 휴대특성을 고려하자면 단말기의 소형화, 경량/경박화 및 저전력화 추세에도 필터기술을 필수적인 요소이다. 현재 HBT(Heterojunction Bipolar Transistor)나 MESFET(MEtal Semiconductor Field Effect Transistor)로 구성되는 이동통신용 능동회로들은 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 기술로 점차 소형화되고 단일칩화되고 있으나, 칩 외부의 고주파 수동 부품들인 필터, 듀플렉서 필터, 안테나 등은 아직도 부피가 크고 구조가 복잡해 회로의 단일칩화에 큰 장애가 되고 있다.
현재 무선통신용 고주파 필터로 가장 많이 사용하고 있는 필터로는 유전체 필터와 SAW필터를 들 수 있다. 유전체 필터는 유전율이 높고 삽입손실이 낮으며, 높은 온도에서 안정하게 동작하는 장점을 가지고 있으나, 소형화 및 MMIC화에는 한계성을 지니고 있으며 동작전압에 대하여 소자 특성이 변하는 단점을 가지고 있다. 반면 SAW필터는 유전체 필터에 비하여 소형이면서 신호처리가 용이하고 회로가 간단하며 반도체 공정을 이용함으로써 대량생산이 가능한 장점을 가지고 있다. 이롸 같은 SAW필터는 유전체 필터에 비하여 통과 대역 내의 사이드 리젝션(SIDE REJECTION)이 높은 장점을 가지고 있으나, 삽입손실이 크고 단결정 압전기판인 LiNbO3(LN), LiTaO3(LT)를 사용함으로써 가격이 비싸다는 단점과 IDT(Inter Digital Transducer) 선폭의 한계상 수 GHz 대역의 필터로는 제작할 수 없는 문제점이 있었다.
이러한 단점을 극복하기 위하여 포면파 속도를 높일 수 있는 새로운 압전기판과 압전 박막을 코팅해 표면파 속도를 높이기 위한 연구가 진행되고 있으나, 반도체 기판을 이용하여 MMIC구조와 단일칩화 하기에는 불가능하다.
상기 설명한 여타의 공진기와는 다르게 박막 벌크 어쿠스틱 공진기(이하, TFBAR이라고 칭함)는 고주파 능동소자와의 집적이 가능하고, 크기가 작고 가벼우며, 반도체 공정을 이용한 대량 생산이 가능하여 단가가 저렴한 장점이 있다.
특히 안정성이 높고, 필터의 특성 중 중요한 특성인 삽입손실이 작고 사이드 리젝션 특성도 다른 필터에 비하여 우수한 특성이 나타내어 무선 통화 품질을 향상시킬 수 있다.
그리고, 기판으로 갈륨비소 기판 또는 실리콘 기판을 사용함으로써 다른 능동소자와 집적이 가능해져 주파수 제어회로를 하나의 단일칩으로 구성할 수 있다. 이에 따라 고주파 무선통신의 전단부(RF Front End)를 단일칩화할 수 있으며, 이와 같은 종래 TFBAR을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도1은 기본적인 TFBAR의 단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 실리콘 또는 갈륨비소 기판(1)의 상부에 위치하는 지지층(2)과, 그 지지층(2) 상에 순차적층된 하부전극(3), 압전층(4), 상부전극(5)으로 이루어진다.
상기 TFBAR의 원리는 상부전극(5)과 하부전극(3) 사이의 전계에 의하여 압전층(4)에서 유발되는 체적파(BULK ACOUSTIC WAVE)를 유발시켜 공진을 발생시키게 된다. 이때, 상기 압전층(4)은 우수한 배향성과 큰 압전결합계수(ELECTROMECHANICAL COUPLING CONSTANT)를 가져야 하며, 높은 비저항값, 높은 파괴강도 및 박막의 재현성이 우수해야 하며 공진 주파수는 막의 두께와 물성 및 막질에 의해 결정되는 것으로, 박막 두께 및 특성의 균일도가 매우 높아야 하는 조건을 가지고 있다.
상기 압전층(4)의 대표적인 예로는 ZnO와 AIN이 사용되고 있으며, ZnO는 박막의 증착은 용이하나, Zn원자의 에너지 준위가 실리콘의 깊은 에너지 준위에 위치하므로 다른 실리콘 소자와의 집적이 곤란하고, AIN은 박막의 특성은 우수하나, 우수한 특성의 박막을 얻기 위해서는 고온에서 증착해야 하며, 높은 스트레스를 유발하는 단점을 가지고 있다.
상기 도1에 도시한 기본적인 TFBAR은 기판(1)으로 탄성파가 손실되며, 이를방지하기 위해 다양한 구조의 TFBAR이 제안되어 있으며, 이를 좀더 상세히 설명한다.
먼저, 도2에 도시한 멤브레인 구조의 TFBAR은 상기 압전층(4)에서 발생한 탄성파가 기판(1)을 통해 유출되는 것을 방지하기 위해 그 TFBAR의 하측 기판(1), 즉 하부전극(3), 압전층(4), 상부전극(5)의 적층구조 하부측의 기판(1)을 식각하여 지지층(2)의 하부가 노출되도록 구성하는 것으로, 소자의 제작이 간단하고 탄성파의 손실을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
그러나, 기판(1) 상에 다수의 소자를 제조한 후, 사용하기 위해 절단하는 과정에서 소자 자체 구조가 약해 불량이 많이 발생하게 되며, 멤브레인에 의한 음파에너지의 손실로 공진 특성이 열화됨과 아울러 기판(1)을 식각하는데 요구되는 시간이 길어 제조에 시간이 상대적으로 오래걸려 수율이 저하되는 문제점이 있다.
이러한 문제점에도 불구하고 가장 간단한 공정을 사용하므로, 가장 많이 사용하고 있는 구조이다.
도3은 에어 갭(AIR GAP)형 TFBAR의 단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 기판(1) 상에 희생층을 두고, 그 희생층과 기판(1) 상에 지지층(2)을 형성한 후, 그 희생층에 대향하는 위치의 지지층(2) 상부에 하부전극(3), 압전층(4), 상부전극(5)을 적층한 후, 상기 희생층을 선택적으로 제거하여 형성하는 구조로서, TFBAR의 하부측 지지층은 에어 갭에 의해 기판(1)과는 이격되어 있는 구조상의 특징을 가진다.
이와 같은 에어 갭형은 마이크로머시닝 기술을 이용하는 것으로 공정시간을단축할 수 있으며, 소자의 면적을 줄일 수 있는 효과가 있으나, 희생층을 사요하기 때운에, 온도, 스트레스, 식각선택도 등의 공정에 제한이 있어 공정이 용이하지 않은 문제점을 가지고 있다.
도4는 브래그 리플렉트형 TFBAR의 단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 기판(1) 상에 지지층(2)을 어쿠스틱 임피던스(ACOUSTIC IMPEDANCE) 차가 큰 물질을 교번하여 적층하고, 브래그 반사를 유발시켜 음파에너지가 전극 층 사이에 모이도록 함으로써, 공진이 발생하도록 하는 방식을 사용한다.
이 방법은 제조시간이 절약되고 외부충격에도 강한 소자를 구현할 수 있으나, 반사층(지지층)이 다층 구조이므로, 막의 스트레스를 조절하기가 용이하지 않다.
또한, 상기 종래 TFBAR은 그 공진주파수를 변경하기 위해서는 상기 압전층(4)과 상부전극(5)이 형성된 이후에는 그 공진주파수를 변경할 방법이 없으며, 그 공정전에 상기 압전층(4)의 두께를 조절하여 제작하고자 하는 TFBAR의 공진주파수를 설정하여야 한다.
이하, 상기와 같은 TFBAR을 사용하는 종래 대역통과필터 및 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
도5는 TFBAR을 이용한 대역통과필터의 회로도로서, 이에 도시한 바와 같이 입력전압(Vin)과 출력전압(Vout) 사이에 직렬접속되며, 동일한 제1공진주파수를 가지는 제1 내지 제3TFBAR(TFR1~TFR3)와; 각각 상기 제1 내지 제3TFBAR(TFR1~TFR3)의 입력단측과 공통전압(Vcom) 사이에 접속되며, 상기 제1 내지 제3TFBAR(TFR1~TFR3)과는 그 공진주파수가 다른 제2공진주파수를 가지는 제4 내지 제6TFBAR(TFR4~TFR6)로 구성된다.
이와 같은 구조의 TFBAR을 이용한 대역통과필터를 기판 상에 제조하였을때, 그 평면도를 도6에 나타내었다.
도7a 내지 도7f는 상기 도6에 나타난 A-A'방향의 종래 TFBAR을 이용한 대역통과 필터의 제조공정 수순단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 기판(1)의 상하면에 지지층(2)을 증착하는 단계(도7a)와; 상기 지지층(2) 중 기판(1)의 상부측에 증착된 지지층(2) 상에 금속을 증착하고 패터닝하여 복수의 하부전극(3)을 형성하는 단계(도7b)와; 상기 구조의 상부전면에 압전물질을 증착하고, 그 압전물질을 패터닝하여 상기 복수의 하부전극(3) 중 일측 하부전극 상에만 위치하는 압전층(4')을 형성하는 단계(도7c)와; 상기 구조의 상부전면에 압전물질을 증착하고, 그 압전물질을 패터닝하여 상기 압전층(4')과 노출된 하부전극(3) 상에 압전층(4)을 형성하는 단계(도7d)와; 상기 구조의 상부전면에 금속을 증착하고 패터닝하여 상기 압전층(4) 상에 직/병렬 연결에 적합한 상부전극(5)을 형성하는 단계(도7e)와; 상기 기판(1)의 하부측에 형성된 지지층(2)과 기판(1)의 일부를 식각하여 상기 소자가 형성된 영역 하부측의 지지층(2) 저면을 노출시키는 단계(도7f)로 구성된다.
이하, 상기와 같이 구성된 종래 TFBAR을 이용한 대역통과필터 제조방법을 좀 더 상세히 설명한다.
먼저, 도7a에 도시한 바와 같이 실리콘 또는 갈륨비소 기판(1)의 상하면에 지지층(2)을 증착한다. 이때의 지지층(2)은 저응력 질화막(LOW STRESS SILICONNITRIDE) 또는 산화막/질화막/산화막이 적층된 ONO막을 가능한 박막 증착법을 사용하여 증착한다.
그 다음, 도7b에 도시한 바와 같이 상기 지지층(2) 중 기판(1)의 상부측에 증착된 지지층(2) 상에 금속을 스퍼터링 또는 증착법을 이용하여 형성하고 사진식각공정을 통해 패터닝하여 복수의 하부전극(3)을 형성한다.
그 다음, 도7c에 도시한 바와 같이 일측 하부전극 상에 압전층(4')을 형성한다.
이때, 상기 도6의 평면도에서 알 수 있듯이 상기 A-A'단면은 서로 다른 공진주파수를 가지는 두 TFBAR을 지나는 단면이며, 그 TFBAR의 공진 주파수 차를 구현하기 위하여 압전층의 두께를 다르게 구성해야 한다.
또한, 상기 직렬연결된 TFBAR(TFR1~TFR3)와 병렬연결된 TFBAR(TFR4~TFR6)는 서로 압전층의 두께가 다르게 형성되며, 병렬연결된 TFBAR(TFR4~TFR6)의 압전층 두께를 더 두껍게 형성한다.
그 다음, 도7d에 도시한 바와 같이 상기 구조의 상부전면에 ZnO2, AIN 등의 압전물질을 증착하고, 패터닝하여 상기 TFBAR(TFR1~TFR3)의 하부전극(3) 상에 압전층(4)을 형성함과 아울러 상기 TFBAAR(TFR4~TFR6)의 하부전극(3) 상에 상기 형성한 압전층(4')과 압전층(4)이 적층된 상대적으로 두꺼운 압전층을 형성한다.
그 다음, 도7e에 도시한 바와 같이 상기 구조의 상부전면에 금속을 증착하고 패터닝하여 상부전극(5)을 형성한다. 이때의 상부전극(5)은 병렬 또는 직렬연결에 적합한 구조로 형성하며, 병렬연결일 경우에는 압전층(4)의 상부에만 상부전극(5)을 형성하고, 직렬연결일 경우에는 압전층(4)의 상부 및 측면을 지나 이웃하는 TFBAR의 하부전극에 연결되는 상부전극(5)을 형성한다.
그 다음, 도7f에 도시한 바와 같이 상기 기판(1)의 하부측에 형성된 지지층(2)과 기판(1)의 일부를 식각하여 상기 소자가 형성된 영역 하부측의 지지층(2) 저면을 노출시켜 대역통과 필터를 제조한다.
상기의 예는 압전층의 두께를 서로 다르게 제조하여 공진주파수가 다른 두 종류의 TFBAR을 제조하는 방법에 관한 것이나, 공진주파수의 결정요인은 지지층, 하부전극, 압전층, 상부전극 각각의 두께, 물성, 막질 등에 의해 결정되는 것으로, 전극의 두께를 달리하거나, 지지층의 두께를 달리하여 공진주파수가 서로다른 두 종류의 TFBAR을 하나의 기판상에 제조할 수 있게 된다.
상기한 바와 같이 종래 TFBAR과 이를 이용한 대역통과필터 및 그 제조방법은 서로다른 공진 주파수를 가지는 두 종류의 TFBAR을 제조하기 위하여 전극, 압전층 또는 지지층의 두께를 조절해야 함으로써, 정확한 공진주파수 차를 이루는 두 종류의 TFBAR을 제조하기가 용이하지 않으며, 압전층의 두께를 달리하기 위해서는 2단계의 압전층 형성공정이 필요하나 고온공정에서 압전층을 형성하게 되어 스트레스를 유발하며 이에 따라 원하는 특성의 TFBAR 및 이를 이용한 대역통과필터의 제조가 용이하지 않은 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 동일한 공진주파수를 가지는 TFBAR을 제조한 후, 그 TFBAR의 공진 주파수를 선택적으로 변화시킬 수 있는 박막 벌크 어쿠스틱 공진기와 이를 이용한 대역통과 필터 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도1은 기본적인 박막 벌크 어쿠스틱 공진기의 단면도.
도2 내지 도4는 각각 종래 박막 벌크 어쿠스틱 공진기의 일실시예도.
도5는 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 이용한 대역통과필터의 등가회로도.
도6은 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 이용한 대역통과필터의 평면도.
도7a 내지 도7f는 종래 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 이용한 대역통과필터의 제조공정 수순단면도.
도8a 내지 도8c는 각각 본 발명 박막 벌크 어쿠스틱 공진기의 일실시예도.
도9a 내지 도9f는 본 발명 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 이용한 대역통과필터의 제조공정 수순단면도.
도10 및 도11은 본 발명의 다른 실시예를 통해 제조한 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 이용한 대역통과필터의 단면도.
도12 및 도13은 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 이용한 대역통과필터의 특성 그래프도.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
1:기판2:지지층
3:하부전극4:압전층
5:상부전극6:금속층
7:절연층8:압전층
10:공진주파수 조절층
상기와 같은 목적은 지지층과, 상기 지지층 상에 순차 적층된 하부전극, 압전층, 상부전극과, 그 상부전극의 상부에 위치하는 공진주파수 조절층으로 구서되는 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 사용하여 지지층과, 상기 지지층의 상부에 위치하며 각각 하부전극, 압전층, 상부전극 적층구조를 가지는 상호 병렬연결된 복수의 박막 벌크 어쿠스틱 공진기와; 상기 지지층의 상부에 위치하며 각각 하부전극, 압전층, 상부전극 적층구조를 가지는 상호 직렬연결된 복수의 박막 벌크 어쿠스틱 공진기와; 상기 병렬연결된 박막 벌크 어쿠스틱 공진기의 상부전극 상에 위치하는 공진주파수 조절층을 제조함으로써 달성되는 것으로, 이와 같은 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도8a 내지 도8c는 각각 본 발명 TFBAR의 일실시 단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 지지층(2)과, 지지층(2) 상에 순차 적층된 하부전극(3), 압전층(4), 상부전극(5)과, 상기 상부전극(5) 상에 위치하여 TFBAR의 공진주파수를 조절하는 공진주파수 조절막으로 구성되며, 그 공진주파수 조절막은 전극(6), 절연층(7), 압전층(8)으로 형성할 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명 TFBAR은 기본적인 TFBAR을 제작한 후, 원하는 공진주파수를 가지도록 TFBAR의 상부전극 상에 박막을 증착하여 조절할 수 있다.
이때 공진주파수가 변경되는 원리는 상기 종래 기술에서 언급한 바와 같이TFBAR을 이루는 각 박막, 즉 지지층, 압전층, 전극의 두께에 따라 공진주파수가 결정되는 것을 고려하여, 상기 상부전극(5)의 상부에 박막을 더 증착하여 공진주파수를 변경하는 것이며, 더 증착되는 박막은 전극(6), 절연층(7), 압전층(8)이 될 수 있다.
이와 같이 전극(6), 절연층(7), 압전층(8)을 상부전극(5)의 상부에다 증착하면 그 TFBAR의 공진주파수는 증가하게 되며, 그 증가량은 전극(6), 절연층(7), 압전층(8)의 두께에 따라 변화하게 된다.
상기와 같이 간단한 구조의 변경을 통해 TFBAR을 제조한 후에도 공진주파수를 변경함이 가능해진다.
도9a 내지 도9f는 본 발명 TFBAR을 이용한 대역통과필터의 제조공정 수순단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 기판(1)의 상하면에 지지층(2)을 증착하는 단계(도9a)와; 상기 지지층(2) 중 기판(1)의 상부측에 증착된 지지층(2) 상에 금속을 증착하고 패터닝하여 복수의 하부전극(3)을 형성하는 단계(도9b)와; 상기 구조의 상부전면에 압전물질을 증착하고, 그 압전물질을 패터닝하여 상기 하부전극(3) 상에 압전층(4)을 형성하는 단계(도9c)와; 상기 구조의 상부전면에 금속을 증착하고 패터닝하여 상기 압전층(4) 상에 직/병렬 연결에 적합한 상부전극(5)을 형성하는 단계(도9d)와; 상기 구조의 상부전면에 금속을 증착하고, 패터닝하여 일측 상부전극(5) 상에 위치하는 공진주파수 조절층(10)을 형성하는 단계(도9e)와; 상기 기판(1)의 하부측에 형성된 지지층(2)과 기판(1)의 일부를 식각하여 상기 소자가 형성된 영역 하부측의 지지층(2)의 저면을 노출시키는 단계(도9f)로 구성된다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명 TFBAR을 이용한 대역통과필터 제조방법 및 구조를 좀더 상세히 설명한다.
먼저, 도9a에 도시한 바와 같이 기판(1)의 상하면에 지지층(2)을 증착한다. 이때 사용하는 기판(1)은 다른 고주파 능동소자와의 집적을 위해 실리콘 또는 갈륨비소 기판을 사용하며, 상기 지지층은 저응력 질화막 또는 ONO막을 사용한다.
그 다음, 도9b에 도시한 바와 같이 상기 지지층(2) 중 기판(1)의 상부측에 증착된 지지층(2) 상에 금속을 증착하고 패터닝하여 복수의 하부전극(3)을 형성한다.
이때 보여지는 전극은 상기 도6의 평면도에서 A-A'방향의 단면도이므로 서로 다른 공진주파수를 가지는 두 TFBAR의 단면만이 표시되었다.
그 다음, 도9c에 도시한 바와 같이 상기 구조의 상부전면에 ZnO2, AIN 등의 압전물질을 증착하고, 그 압전물질을 패터닝하여 상기 하부전극(3) 상에 압전층(4)을 형성한다.
이때의 압전층(4)은 종래와는 다르게 공진주파수의 차이에도 불구하고 서로 동일한 두께로 증착한다.
그 다음, 도9d에 도시한 바와 같이 상기 구조의 상부전면에 금속을 증착하고 패터닝하여 상기 압전층(4) 상에 직/병렬 연결에 적합한 상부전극(5)을 형성한다.
즉, 직렬연결되는 TFBAR의 상부전극(5)은 이웃한 직렬연결되는 TFBAR의 하부전극(3)에 연결되는 구조를 가지도록 제조한다.
그 다음, 도9e에 도시한 바와 같이 상기 구조의 상부전면에 금속을 증착하고, 이를 패터닝하여 상기 병렬연결되는 TFBAR의 상부전극(5) 상에 공진주파수 조절층(10)을 형성한다.
이와 같이 공진주파수 조절층(10)을 형성하면, 그 공진주파수 조절층(10)이 형성된 TFBAR의 공진주파수는 지지층(2), 전극(3,5), 압전층(4)의 두께와 함께 상기 공진주파수 조절층(10)의 두께에 의해 결정된다.
이에 따라 상기 공진주파수 조절층(10)이 형성된 TFBAR의 공진주파수는 공진주파수 조절층(10)이 형성되지 않은 TFBAR의 공진주파수 보다 높게 된다.
또한, 상기 공진주파수 조절층(10)을 이루는 금속과 상부전극(5)을 이루는 금속을 각각 다른 가스에 의해 선택적으로 식각할 수 있는 금속을 사용하여, 대역통과필터를 제조한 후에도 용이하게 대역통과필터의 중심주파수를 변경하는 등의 튜닝을 실시할 수 있다.
예를 들어 상기 금속전극(5)을 염소(Cl) 가스에 의해 식각되어지는 금속인 Au, Cr, Pt를 사용하고, 상기 공진주파수 조절층(10)을 F가스에 의해 식각되어지는 Ta 또는 HBr가스에 의해 식각되어지는 ITO를 사용함으로써, 이후에 튜닝이 가능해 지도록 한다.
도12와 도13은 TFBAR을 이용한 대역통과 필터의 특성 그래프도로서, 이에 도시한 바와 같이 도12에서 보여지는 주파수와 저항의 관계 그래프에서 상기 직렬연결되는 TFBAR과 병렬연결되는 TFBAR의 공진주파수(fS T1,fP T2)는 정확하게 일치되어야만 대역통과필터의 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
종래의 방법을 사용하면 직/병렬 TFBAR의 공진주파수(fS T1,fP T2)는 동일하게 이동하며, 그 간격을 줄이는 것은 불가능하게 된다.
그러나, 본 발명에서와 같이 각 전극을 다른 식각가스에 의해 선택적으로 식각되는 서로다른 금속으로 형성함으로써, 상기 직렬 TFBAR의 공진주파수(fS T1)와 병렬 TFBAR의 공진주파수(fP T2) 각각을 조절함이 가능하게 되어 상기 공진주파수(fS T1,fP T2)가 동일하도록 조절할 수 있게 된다.
그 다음, 도9f에 도시한 바와 같이 상기 기판(1)의 하부측에 형성된 지지층(2)과 기판(1)의 일부를 식각하여 상기 소자가 형성된 영역 하부측의 지지층(2)의 저면을 노출시켜 대역통과필터를 제조하게 된다.
이와 같이 형성되는 TFBAR을 이용한 대역통과필터는 공진주파수 조절층(10)을 사용함으로써 용이하게 공진주파수를 변경할 수 있으며, 이에 따라 공정의 효율성이 증대된다.
상기의 실시예에서는 상기 공진주파수 조절층(10)을 금속을 사용하여 형성하였으나, 도10, 도11에서 보여지는 다른 실시예에서와 같이 그 공진주파수 조절층(10)을 절연층(7)을 증착하고 패터닝하여 형성하거나, 압전층(8)을 증착하고 패터닝하여 형성할 수 있으며, 그 효과는 동일하게 된다.
이때 상기 공진주파수 조절층(10)을 절연층(7) 또는 압전층(8)으로 형성하면, 상부전극(5)과의 식각선택도가 높아 용이하게 튜닝하여, 상기 설명한 직/병렬 TFBAR의 공진주파수(fS T1,fP T2)를 일치시켜 대역통과필터의 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
상기한 바와 같이 본 발명 박막 벌크 어쿠스틱 공진기와 이를 이용한 대역통과필터 및 그 제조방법은 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 제조한 후, 그 박막 벌크 어쿠스틱 공진기의 공진주파수를 변경할 수 있는 공진주파수 조절층을 더 형성함으로써, 용이하게 공진주파수의 변경이 가능하며, 이를 이용하여 대역통과필터를 형성하는 경우 직렬/병렬 박막 벌크 어쿠스틱 공진기의 구분없이 동일하게 제조한 후, 병렬 박막 벌크 어쿠스틱 공진기의 상부측에 그 공진주파수 조절층을 위치시킴으로써 용이하게 서로다른 공진주파수를 가지는 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 가지는 대역통과필터를 형성함과 아울러 선택적 식각공정을 사용하여 직렬 박막 벌크 어쿠스틱 공진기와 병렬 박막 벌크 어쿠스틱 공진기의 공진주파수를 독립적으로 조절함이 가능해 짐으로써, 직렬 박막 벌크 어쿠스틱 공진기의 높은 공진주파수와 병렬 박막 벌크 어쿠스틱 공진기의 낮은 공진주파수를 일치시켜 대역통과필터의 특성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 지지층과, 상기 지지층 상에 순차 적층된 하부전극, 압전층, 상부전극으로 구성되는 박막 벌크 어쿠스틱 공진기에 있어서, 상기 상부전극의 상부에 위치하여 박막 벌크 어쿠스틱 공진기의 공진주파수를 조절하는 공진주파수 조절층을 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 박막 벌크 어쿠스틱 공진기.
  2. 제 1항에 있어서, 공진주파수 조절층은 금속층, 절연층 또는 압전층인 것을 특징으로 하는 박막 벌크 어쿠스틱 공진기.
  3. 지지층과, 상기 지지층의 상부에 위치하며 각각 하부전극, 압전층, 상부전극 적층구조를 가지는 상호 병렬연결된 복수의 박막 벌크 어쿠스틱 공진기와; 상기 지지층의 상부에 위치하며 각각 하부전극, 압전층, 상부전극 적층구조를 가지는 상호 직렬연결된 복수의 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 포함하는 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 이용한 대역통과필터에 있어서, 상기 상호 병렬연결되는 박막 벌크 어쿠스틱 공진기의 상부전극 상에 위치하는 공진주파수 조절층을 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 이용한 대역통과필터.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 상부전극은 Au, Cr 또는 Pt 중 선택된 하나이며, 상기 공진주파수 조절층은 Ta 또는 ITO(INDIUM THIN OXIDE)인 것을 특징으로 하는 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 이용한 대역통과필터.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 공진주파수 조절층은 금속, 절연층 또는 압전층 중 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 이용한 대역통과필터.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 병렬연결되는 박막 벌크 어쿠스틱 공진기의 압전층과 직렬연결되는 박막 벌크 어쿠스틱 공진기의 압전층은 동일한 두께인 것을 특징으로 하는 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 이용한 대역통과필터.
  7. 기판의 상하면에 지지층을 증착하는 단계와; 상기 기판의 상부에 위치하는 지지층 상에 금속을 증착하고 패터닝하여 복수의 하부전극을 형성하는 단계와; 상기 구조의 상부전면에 압전물질을 증착하고, 패터닝하여 상기 하부전극의 상부에 위치하는 압전층을 형성하는 단계와; 상기 구조의 상부에 금속을 증착하고, 그 금속을 패터닝하여 병렬연결구조 및 직렬연결구조의 상부전극을 형성하여, 복수의 직렬연결된 박막 벌크 어쿠스틱 공진기와 복수의 병렬연결된 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 형성하는 단계와; 상기 구조의 상부전면에 박막을 증착하고, 패터닝하여 상기 병렬연결되는 박막 벌크 어쿠스틱 공진기의 상부전극 상에 공진주파수 조절층을 형성하는 단계와; 상기 기판의 저면에 증착된 지지층과 기판의 일부를 식각하여 상기 병렬연결된 박막 벌크 어쿠스틱 공진기 및 직렬연결된 박막 벌크 어쿠스틱 공진기의 하부에 위치하는 지지층의 저면을 노출시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 이용한 대역통과필터 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서, 공진주파수 조절층을 형성하는 단계는 금속, 절연물질, 압전물질 중 선택된 하나를 증착하는 단계와; 상기 증착된 금속, 절연물질, 압전물질 중 선택된 하나를 패터닝하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 이용한 대역통과필터 제조방법.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 상부전극은 Au, Cr 또는 Pt 중 선택된 하나를 사용하여 형성하며, 상기 공진주파수 조절층은 Ta 또는 ITO(INDIUM THIN OXIDE)를 사용하여 형성하여 서로 다른 식각가스에 의해 선택적 식각이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 이용한 대역통과필터 제조방법.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 압전물질은 ZnO2또는 AIN인 것을 특징으로 하는 박막 벌크 어쿠스틱 공진기를 이용한 대역통과필터 제조방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100698985B1 (ko) * 2004-03-31 2007-03-26 후지쓰 메디아 데바이스 가부시키가이샤 필터 및 필터의 제조 방법
KR100719123B1 (ko) * 2006-07-27 2007-05-18 삼성전자주식회사 멀피 밴드 필터모듈 및 그 제조방법
KR100841166B1 (ko) * 2005-04-28 2008-06-24 후지쓰 메디아 데바이스 가부시키가이샤 압전 박막 공진기 및 필터
US10594298B2 (en) 2017-06-19 2020-03-17 Rfhic Corporation Bulk acoustic wave filter

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100698985B1 (ko) * 2004-03-31 2007-03-26 후지쓰 메디아 데바이스 가부시키가이샤 필터 및 필터의 제조 방법
US7498717B2 (en) 2004-03-31 2009-03-03 Fujitsu Media Devices Limited Resonator, filter and fabrication of resonator
KR100841166B1 (ko) * 2005-04-28 2008-06-24 후지쓰 메디아 데바이스 가부시키가이샤 압전 박막 공진기 및 필터
KR100719123B1 (ko) * 2006-07-27 2007-05-18 삼성전자주식회사 멀피 밴드 필터모듈 및 그 제조방법
US10594298B2 (en) 2017-06-19 2020-03-17 Rfhic Corporation Bulk acoustic wave filter

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