KR20030035784A - 압전 박막 공진자, 필터, 및 압전 박막 공진자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소형화를 도모하는데 적합한 동시에 우수한 공진 특성을 갖는 압전 박막 공진자, 이것에 의해 구성되는 필터, 및 이러한 압전 박막 공진자의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명은, 압전 박막 공진자(100)에 있어서, 제 1 면(111) 및 이것과 반대의 제 2 면(112)을 갖는 기판(110)과, 제 1 면(111)에 접하는 제 1 전극막(121), 상기 제 1 전극막(121)에 중첩되는 압전막(123), 및 상기 압전막(123)에 중첩되는 제 2 전극막(122)으로 이루어진 적층 공진체(120)를 구비하고, 기판(110)에는, 적층 공진체(120)에 대응하는 위치에서, 제 1 면(111)에서 개구하는 제 1 개구부(111a) 및 제 2 면(112)에서 개구하는 제 2 개구부(112a)를 가지면서 제 1 면(111)에 대하여 대략 수직인 공극부(110a)가 설치되어 있는 것으로 했다.
Description
본 발명은 압전 박막 공진자, 이것을 이용하여 구성되는 필터, 및 압전 박막 공진자의 제조 방법에 관한 것이다.
휴대전화로 대표되는 이동 통신기기의 급속한 보급에 따라, 소형이며 경량인 밴드 패스 필터 및 이것을 구성하기 위한 공진자의 수요는 증대하고 있다. 대전력의 용도에 적합한 밴드 필터를 구성하기 위한 공진자로서는 압전 박막 공진자가 알려져 있다. 압전 박막 공진자는, 일반적으로 기판과 기판 위에 설치된 적층 공진체로 이루어진다. 적층 공진체는, 압전막과 상기 압전막을 상하로부터 사이에 끼우는 한쌍의 박막 전극으로 이루어진다. 하부 전극의 아래쪽에서 기판에는 공극부가 설치되어 있다.
압전 박막 공진자의 상하 전극에 교류 전압을 인가하면, 역압전 효과에 의해, 이들 사이에 끼워진 압전막은 그 두께 방향으로 진동하고, 전기적 공진 특성을 나타낸다. 반대로, 압전 효과에 의해, 압전막에 생기는 탄성파 내지 진동은 전기 신호로 변환될 수 있다. 이 탄성파는 압전막의 두께 방향으로 주 변위를 갖는 두께 종진동파이다. 이러한 압전 박막 공진자에서는, 적층 공진체의 두께 H가 탄성파의 1/2 파장의 정수배(n배)로 되는 주파수에서, 적층 공진체에 있어서 공진 현상이 발생한다. 재료의 종류에 따라 결정되는 탄성파의 전파 속도를 V로 하면, 공진주파수 F는, F=nV/2H로 표시된다. 이 식에 의하면, 적층 공진체의 두께 H를 조절함으로써, 상기 적층 공진체의 공진주파수가 제어 가능함을 이해할 수 있다. 공진주파수를 제어함으로써, 원하는 주파수 특성을 갖는 압전 박막 공진자를 제조할 수 있다. 그리고, 이러한 공진자를 래더형에 접속함으로써, 소정의 통과 주파수 대역을 갖는 밴드 패스 필터를 구성할 수 있다.
상술한 압전 박막 공진자에 있어서는, 하부 전극의 아래쪽에 공극부를 설치함으로써 원하는 공진 특성의 실현이 도모되고 있다. 이러한 공극부를 설치하는 기술은, 예를 들어, 논문 "ZnO/SiO2-DIAPHRAGM COMPOSITE RESONATOR ON A SILICON WAFER"(K.NAKAMURA, ELECTRONICS LETTERS 9thJuly 1981 Vol.17 No.14 p507-509), 일본국 특개소60-189307호 공보, 일본국 특개2000-69594호 공보, 미국 특허 제6,060,818호, 미국 특허 제5,587,620호 등에 개시되어 있다.
도 20은 논문 "ZnO/SiO2-DIAPHRAGM COMPOSITE RESONATOR ON A SILICON WAFER"에 기재되어 있는 압전 박막 공진자(700)의 단면도이다. 압전 박막 공진자(700)는, (100) 절단의 실리콘 기판(710)과, 하부 전극(721), 압전막(722) 및 상부 전극(723)으로 이루어진 적층 공진체(720)를 구비한다. 실리콘 기판(710)의 표면에는 열산화법에 의해 SiO2막(711)이 성막되어 있고, 적층 공진체(720)는SiO2막(711) 위에 설치되어 있다. 실리콘 기판(710)은 SiO2막(711)을 성막한 후에 형성된 공극부(710a)를 갖는다. 공극부(710a)는 실리콘 기판의 (100)면을 이용한 이방성 에칭에 의해 형성된다. 구체적으로는, 에칭액으로서 KOH 수용액 또는 EDP 수용액(에틸렌디아민+피로카테콜+물)을 사용하여, 실리콘 기판(710)의 뒷면(도면 중의 하면)으로부터 이방성 에칭을 실시함으로써, 공극부(710a)가 형성된다.
그러나, 상기 논문에 기재되어 있는 이방성 에칭은, 단결정 실리콘 기판에 있어서, (100)면의 에칭 레이트가 (111)면의 에칭 레이트보다 상당히 빠르다는 특징을 이용하고 있기 때문에, 적층 공진체(720)가 형성되는 실리콘 기판의 절단이 (100)면으로 한정되어, 적층 공진체(720)의 각 부위의 재료 및 배향성이 제한될 수 있다. 또한, 상기 논문에 기재되어 있는 이방성 에칭에 의하면, 실리콘 기판(710)의 (111)면에 상당하는 공극부(710a)의 측벽(710a')이 실리콘 기판(710)의 절단인 (100)면에 대하여 54.7°의 경사를 이룬다. 따라서, 공극부(710a)가 실리콘 기판(710)의 뒷면에서 넓게 개구하게 된다. 예를 들면, 실리콘 기판(710)의 두께가 300㎛일 경우, 공극부(710a)의 아래쪽 개구부는 위쪽 개구부보다도 420㎛ 이상 넓어지게 된다. 그 결과, 압전 박막 공진자(700)의 기계적 강도가 열화되는 동시에, 압전 박막 공진자(700)의 전체 사이즈가 적층 공진체(720)의 사이즈보다도 상당히 커지게 된다. 또한, 이러한 압전 박막 공진자(700)를 복수 조합시킴으로써 밴드 패스 필터 등의 필터를 구성할 경우, 아래쪽에 넓게 개구하는 공극부(710a)가 존재하기 때문에, 필터의 소형화를 충분히 도모하는 것이 불가능하다. 예를 들면,실리콘 기판(710)의 두께가 300㎛일 경우, 공극부(710a)의 아래쪽 개구부는 위쪽 개구부보다도 420㎛ 이상 넓어지게 되기 때문에, 인접하는 위쪽 개구부 사이의 거리는 420㎛보다도 크게 설정해야만 하는 것이다. 또한, 위쪽 개구부 사이의 거리를 길게 설정하면, 적층 공진체 사이를 접속하는 배선 길이가 길어지고, 배선 저항이 증가하게 된다. 배선 저항의 증가는, 고주파수 대역에서의 필터 특성의 향상을 저해하는 주요한 원인으로 되는 경우가 있다.
도 21은 일본국 특개소60-189307호 공보에 개시되어 있는 압전 박막 공진자(800)의 단면도를 나타낸다. 압전 박막 공진자(800)는, 기판(810)과, 하부 전극(821), 압전막(822) 및 상부 전극(823)으로 이루어진 적층 공진체(820)를 구비한다. 기판(810)과 적층 공진체(820) 사이에 공극부(830)가 설치되어 있다. 일본국 특개소60-189307호 공보에 의하면, 압전 박막 공진자(800)의 제조에 있어서는, 먼저, 기판(810) 위에 있어서 공극부(830) 형성용의 희생층이 패턴 형성된다. 이어서, 희생층의 일부를 노출시키면서 상기 희생층 위에 SiO2막(840)이 성막된다. 이어서, SiO2막(840) 위에 적층 공진체(820)가 형성된다. 이어서, 희생층을 습식 에칭에 의해 제거함으로써, 적층 공진체(820)의 아래쪽에 공극부(830)가 설치된다. 이러한 방법에 의하면, 공극부(830)는 적층 공진체(820)에 대하여 부당하게 넓게 형성되지는 않는다.
두께 종진동을 이용한 압전 박막 공진자에서는, 양호한 공진 특성을 얻기 위해서는 배향성이 높은 압전막을 필요로 하기 때문에, 일본국 특개소60-189307호 공보의 기술에 의하면, 충분히 높은 배향성을 갖는 압전막(822)을 형성하는 것은 곤란하다. 적층 공진체(820) 아래쪽의 공극부(830)에 요구되는 길이 L15는, 적층 공진체(820)의 휨 및 진동 변위를 고려하면, 적어도 수㎛ 필요하다. 그러나, 압전 박막 공진자(800)의 제조에 있어서, 길이 L15에 상당하는 두께로 성막한 희생층의 표면은 실리콘 기판(810)의 표면보다도 표면 조도(粗度)가 크다. 따라서, 표면 조도가 큰 SiO2막(840)을 통하여 희생층 위에 성장시키는 하부 전극(821) 및 압전막(822)의 배향성은 열화된다. 그 결과, 압전 박막 공진자에서 양호한 공진 특성을 얻는 것이 곤란해지는 것이다.
도 22는 일본국 특개2000-69594호 공보에 개시되어 있는 압전 박막 공진자(900)의 단면도이다. 압전 박막 공진자(900)는, 실리콘 기판(910)과, 하부 전극(921), 압전막(922) 및 상부 전극(923)으로 이루어진 적층 공진체(920)를 구비한다. 적층 공진체(920)의 아래쪽에 있어서, 기판(910)에는 공극부(910a)가 형성되어 있다. 일본국 특개2000-69594호 공보에 의하면, 압전 박막 공진자(900)의 제조에 있어서는, 먼저, 실리콘 기판(910)에 대하여 에칭에 의해 공극부(910a)로서의 오목부가 형성된다. 이어서, 상기 공극부(910a)를 포함하는 실리콘 기판(910)의 표면에 열산화법에 의해 SiO2막(930)을 형성한다. 이어서, 희생층 재료를 공극부(910a) 내에 퇴적시켜, 희생층을 형성한다. 퇴적 후, 희생층의 표면에 대하여 연마 및 클리닝을 행한다. 이어서, 희생층의 일부를 노출시키면서 상기 희생층 위에 적층 공진체(920)를 형성한다. 그리고, 희생층을 습식 에칭에 의해 제거한다.
그러나, 일본국 특개2000-69594호 공보의 방법에서는, 공극부(910a)에 희생층을 퇴적시키는 공정, 및 그 희생층을 연마하는 공정 등과 같이 공정 수가 많다. 따라서, 비용이 저렴하며 제조 수율이 양호한 압전 박막 공진자의 제조를 달성하는 것이 어렵다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 안출된 것으로서, 상술한 종래의 문제점을 해소 내지 경감하는 것을 과제로 하여, 소형화를 도모하는데 적합한 동시에 우수한 공진 특성을 갖는 압전 박막 공진자, 이것에 의해 구성되는 필터, 및 이러한 압전 박막 공진자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 압전 박막 공진자를 나타내는 도면.
도 2는 도 1의 II-II선에 따른 단면도.
도 3은 특성 평가를 위한 측정에 제공한 1포트 공진자를 나타내는 도면.
도 4는 최소 삽입 손실의 L2/L1 의존성을 나타내는 그래프.
도 5는 감쇠극 억압의 L2/L1 의존성을 나타내는 그래프.
도 6은 도 1에 나타낸 압전 박막 공진자의 제조에서의 일련의 공정 일부를 나타내는 도면.
도 7은 도 6에 연속되는 공정을 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 압전 박막 공진자의 단면도.
도 9는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 압전 박막 공진자의 단면도.
도 10은 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 압전 박막 공진자의 평면도.
도 11은 도 10의 XI-XI선에 따른 단면도.
도 12는 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 밴드 패스 필터(band-pass filter)의 평면도.
도 13은 도 12의 XIII-XIII선에 따른 단면도.
도 14는 도 12의 XIV-XIV선에 따른 단면도.
도 15는 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 밴드 패스 필터의 평면도.
도 16은 도 15의 XVI-XVI선에 따른 단면도.
도 17은 도 15의 XVII-XVII선에 따른 단면도.
도 18은 도 15의 XVIII-XVIII선에 따른 단면도.
도 19는 제 5 및 제 6 실시형태에 따른 밴드 패스 필터의 등가회로도.
도 20은 종래의 압전 박막 공진자의 단면도.
도 21은 종래의 다른 압전 박막 공진자의 단면도.
도 22는 종래의 다른 압전 박막 공진자의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100, 200, 300, 400 : 압전 박막 공진자
500, 600 : 밴드 패스 필터
110, 410 : 실리콘 기판
110a, 410a : 공극부
111, 411 : 제 1 면
111a, 411a : 제 1 개구부
112, 412 : 제 2 면
112a, 412a : 제 2 개구부
120, 420 : 적층 공진체
121, 221, 421 : 제 1 전극막
122, 222, 422 : 제 2 전극막
123, 423 : 압전막
본 발명의 제 1 측면에 의하면 압전 박막 공진자가 제공된다. 이 압전 박막 공진자는, 제 1 면 및 이것과 반대의 제 2 면을 갖는 기판과, 제 1 면에 접하는 제 1 전극막, 상기 제 1 전극막에 중첩되는 압전막, 및 상기 압전막에 중첩되는 제 2 전극막으로 이루어진 적층 공진체를 구비하고, 기판에는, 적층 공진체에 대응하는 위치에 있어서, 제 1 면에서 개구하는 제 1 개구부 및 제 2 면에서 개구하는 제 2 개구부를 가지면서 제 1 면에 대하여 대략 수직인 공극부가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, 소형화를 도모하는데 적합한 동시에 우수한 공진 특성을 갖는 압전 박막 공진자를 얻을 수 있다. 본 발명에서는, 공극부는, 기판에있어서, 적층 공진체에 대응하는 위치에서 제 1 면 및 제 2 면에서 개구하고, 제 1 면에 대하여 대략 수직으로 형성되어 있다. 기판을 수직으로 관통하는 공극부는, 기판의 절단 형태에 관계없이, 건식 에칭인 Deep-RIE(반응성 이온 에칭)에 의해 형성할 수 있다. 이와 같이, 기판을 관통하는 공극부를 적층 공진체에 대하여 과도하게 넓게는 개구하지 않고 형성함으로써, 압전 박막 공진자 자체의 소형화를 도모할 수 있다. 그 결과, 복수의 압전 박막 공진자를 이용하여, 예를 들어, 래더형 밴드 필터 등의 필터를 제조할 경우, 제 1 측면에 따른 압전 박막 공진자에 의하면, 실용에 적합한 소형의 필터를 얻는 것이 가능해진다. 또한, 기판을 관통하는 공극부를 기판의 절단 형태에 관계없이 형성할 수 있기 때문에, 기판의 절단 형태를 적절히 선택할 수 있고, 기판 위에서, 원하는 기판의 절단을 이용하여 배향성이 높은 제 1 전극막, 즉, 하부 전극을 형성할 수 있다. 따라서, 배향성이 높은 제 1 전극막 위에서 배향성이 높은 압전막을 형성할 수 있고, 그 결과, 양호한 공진 특성을 갖는 압전 박막 공진자를 얻는 것이 가능해진다.
본 발명에 있어서, 제 1 전극막 및 제 2 전극막의 형성에는, 예를 들어, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 백금(Pt) 등을 사용할 수 있다. 압전막의 형성에는 질화알루미늄(AlN) 또는 산화아연(ZnO), 티탄산지르콘산납(PZT), 티탄산납(PbTiO3) 등을 사용할 수 있다. 또한, 기판으로서는, 예를 들어, 실리콘 기판을 사용할 수 있다.
바람직하게는, 기판의 제 1 면에 접하여 형성되는 제 1 전극막은, 1축 배향구조를 갖는 단층 도전막, 또는 1축 배향 구조를 갖는 복수의 도전막이 적층되어 이루어진 적층 도전막이다. 보다 바람직하게는, 제 1 전극막에 중첩하여 형성되는 압전막도 1축 배향 구조를 갖는다. 또한, 바람직하게는, 기판은 (111) 절단의 실리콘 기판이며, 제 1 면 및 제 2 면은 (111)면으로 되어 있다. 이들의 구성은 배향성이 높은 압전막을 형성하는데 바람직하다.
본 발명의 제 2 측면에 의하면 다른 압전 박막 공진자가 제공된다. 이 압전 박막 공진자는, (111)면인 제 1 면을 갖는 (111) 절단의 실리콘 기판과, Al 또는 Cu를 포함하며 제 1 면에 접하는 제 1 전극막과, AlN 또는 ZnO를 포함하며 제 1 전극막에 중첩되는 압전막과, 압전막에 중첩되는 제 2 전극막을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, 압전막을 구성하기 위한 압전체 재료로서 AlN 또는 ZnO을 사용하는 경우에 있어서, 실리콘 기판의 (111)면을 이용하여, 배향성이 높은 제 1 전극막을 통하여 배향성이 높은 압전막을 형성할 수 있다.
본 발명의 제 1 및 제 2 측면에 있어서, 바람직하게는, 제 1 전극막은 (111)의 1축 배향 구조를 취하는 Al 또는 Cu를 포함하는 단층 도전막으로 한다. 또는, 제 1 전극막은 1축 배향 구조를 갖는 복수의 도전층이 적층되어 있고, (111)의 1축 배향 구조를 취하는 Al 또는 Cu를 포함하며 제 1 면에 접하는 제 1 도전층을 갖는 적층 도전막으로 할 수도 있다. 또는, 제 1 전극막은 (111)의 1축 배향 구조를 취하는 Al 또는 Cu를 포함하며 제 1 면에 접하는 제 1 도전층과, (110)의 1축 배향 구조를 취하는 Mo을 포함하는 제 2 도전층으로 이루어진 2층 도전막으로 할 수도있다. 이러한 구성에 의하면, (111) 절단의 실리콘 기판 위에서 배향성이 높은 제 1 전극막을 형성할 수 있다.
바람직하게는, 압전막은 (002)의 1축 배향 구조를 취하는 AlN 또는 ZnO이다. 이러한 구성에 의하면, (111) 절단의 실리콘 기판 위에 형성된 배향성이 높은 1축 배향 구조를 취하는 제 1 전극막 위에 있어서, 배향성이 높은 압전막을 형성할 수 있다.
바람직하게는, 압전 박막 공진자는 기판의 제 2 면에 접합된 커버 기판을 더 갖는다. 이러한 구성은, 압전 박막 공진자의 실장 프로세스 등에 있어서, 적층 공진체의 파손 등의 결점을 회피하는데 적합하다.
바람직하게는, 제 1 전극막의 일부 및 압전막의 일부는 모두 공극부에 노출되어 있다. 제 1 전극막 및 압전막이 여진부(勵振部) 및 그 근방에서 절연막 등을 통하지 않고 공극부에 노출됨으로써, 양호한 공진 특성을 얻는 것이 가능해진다.
본 발명의 제 3 측면에 의하면 다른 압전 박막 공진자가 제공된다. 이 압전 박막 공진자는, 제 1 면 및 이것과 반대의 제 2 면을 갖는 기판과, 제 1 면에 접하는 제 1 전극막, 상기 제 1 전극막에 중첩되는 압전막, 및 상기 압전막에 중첩되는 제 2 전극막으로 이루어진 적층 공진체를 구비하고, 기판에는, 적층 공진체에 대응하는 위치에 있어서, 제 1 면에서 개구하는 제 1 개구부를 갖는 공극부가 설치되어 있으며, 제 1 전극막의 일부 및 압전막의 일부는 공극부에 노출되어 있는 것을 특징으로 한다.
적층 공진체에서의 제 1 전극막 및 압전막의 일부가 공극부에 노출되어 있으면, 적층 공진체와 공극부 사이에 절연막이 개재되어 있는 경우와 비교하여, 적층 공진체에 있어서 양호한 공진 특성을 얻는 것이 가능해진다. 또한, 제 1 전극막과 함께 압전막이 노출될 정도까지 개구하는 공극부를 가짐으로써, 후술하는 바와 같이 최소 삽입 손실 또는 감쇠극 억압 등의 공진 특성이 양호해진다.
본 발명의 제 4 측면에 의하면 필터가 제공된다. 이 필터는, 제 1 내지 제 3 측면에 따른 상술한 것 중의 어느 하나에 기재된 압전 박막 공진자를 적어도 1개 포함한 복수의 압전 박막 공진자를 갖고, 상기 복수의 압전 박막 공진자가 일체로 되어 동작하는 것을 특징으로 한다. 이러한 구성의 필터는 양호한 필터 특성을 나타낸다.
본 발명의 제 5 측면에 의하면 다른 필터가 제공된다. 이 필터는, 제 1 면 및 이것과 반대의 제 2 면을 갖는 기판과, 제 1 면에 접하는 제 1 전극막, 상기 제 1 전극막에 중첩되는 압전막, 및 상기 압전막에 중첩되는 제 2 전극막으로 이루어진 복수의 적층 공진체와, 기판에서의 적층 공진체의 각각에 대응하는 위치에 있어서, 제 1 면에서 개구하는 제 1 개구부 및 제 2 면에서 개구하는 제 2 개구부를 가지면서 제 1 면에 대하여 대략 수직으로 설치된 공극부를 구비하여 복수의 압전 박막 공진자가 일체적으로 형성되어 있으며, 인접하는 제 1 개구부 사이의 거리는 420㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, 소형의 필터를 얻을 수 있다. 또한, 적층 공진체 사이를 접속하는 배선 길이를 짧게 할 수 있고, 그 결과, 배선 저항의 증가를 억제하는 것이 가능해진다. 배선 저항을 저감시킴으로써, 고주파수 대역에서의 필터 특성을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 레이아웃의 자유도가 높은 필터를 얻는 것도 가능하다. 종래의 압전 박막 공진자에서는, 일반적으로 300㎛ 이상의 두께를 갖는 실리콘 기판이 사용되었다. 이러한 두께의 기판을 구비하여, 적층 공진체의 아래쪽에서 상기 기판을 관통하는 공극부가 설치되어 있는 압전 박막 공진자는, 종래에서는 상술한 바와 같이, 아래쪽 개구부가 과도하게 확장되어 있다. 그 결과, 이러한 복수의 압전 박막 공진자로 이루어진 필터에 있어서는, 상술한 바와 같이, 인접하는 위쪽 개구부 사이의 거리는 420㎛보다도 크게 설정해야만 했다. 이것에 대하여, 본 발명의 제 5 측면에 의하면, 필터를 구성하는 압전 박막 공진자의 공극부를 기판에 대하여 수직으로 설치하는 동시에 위쪽 개구부 사이의 거리를 짧게 설정함으로써, 소형화에 적합한 필터를 얻을 수 있는 것이다.
본 발명의 제 4 및 제 5 측면에 있어서, 복수의 압전 박막 공진자는, 서로 직렬로 접속된 복수의 제 1 압전 박막 공진자와, 서로 병렬로 접속된 복수의 제 2 압전 박막 공진자를 포함하고, 복수의 제 1 압전 박막 공진자 및 복수의 제 2 압전 박막 공진자에 의해 래더형 필터로서 구성되어 있다.
제 5 측면에 있어서, 바람직하게는, 복수의 압전 박막 공진자 중의 적어도 1개에서는, 제 1 전극막의 일부 및 압전막의 일부는 공극부에 노출되어 있다.
본 발명의 제 6 측면에 의하면 다른 필터가 제공된다. 이 필터는, 제 1 면 및 이것과 반대의 제 2 면을 갖는 기판과, 제 1 면에 접하는 제 1 전극막, 상기 제 1 전극막에 중첩되는 압전막, 및 상기 압전막에 중첩되는 제 2 전극막으로 이루어진 복수의 적층 공진체와, 기판에서의 적층 공진체의 각각에 대응하는 위치에 있어서, 제 1 면에서 개구하는 제 1 개구부를 갖도록 설치된 공극부를 구비하여, 복수의 압전 박막 공진자가 일체적으로 형성되어 있으며, 복수의 압전 박막 공진자 중의 적어도 1개에 있어서, 제 1 전극막의 일부 및 압전막의 일부는 대응하는 공극부에 노출되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 1 및 제 3 내지 제 6 측면에 있어서, 바람직하게는, 공극부의 제 1 개구부 및 제 2 개구부의 형상은 원형 또는 타원형이다. 공극부의 개구 형상이 원형 또는 타원형일 경우에는, 직사각형인 경우와 비교하여, 건식 에칭에 의한 공극부 형성의 효율은 양호하다. 공극부의 개구부 형상이 직사각형일 경우에는, 모서리 부분의 에칭 속도는 다른 부분의 그것보다도 저하되기 때문에, 설계대로의 개구부 형상을 형성할 수 없을 경우가 있다. 특히, 단일 기판 위에 서로 다른 사이즈의 공극부를 형성할 때는, 개구부 형상이 직사각형보다도 원형이나 타원형인 것이 공극부 형성의 효율 차는 더 현저해진다.
본 발명의 제 1 및 제 3 내지 제 6 측면에 있어서, 바람직하게는, 제 1 전극막에서 공극부에 노출되는 부분 및 압전막에서 공극부에 노출되는 부분은, 불소계의 가스로 에칭되지 않는 Al 또는 Cu 등의 도전성 재료에 의해 구성되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 제 1 전극막 및 공극부의 손상을 회피 내지 억제하면서, 건식 에칭인 Deep-RIE에 의해 공극부를 형성할 수 있다.
본 발명의 제 1 내지 제 6 측면에 있어서, 바람직하게는, 적층 공진체에서의 여진부 면적에 대한 제 1 개구부의 면적 비율은 1∼2.25이다. 이러한 면적 비율에 의하면, 적층 공진체의 변형이나 파손을 회피하면서 양호한 공진 특성을 얻는 것이가능해진다. 여진부는 제 1 전극막과 제 2 전극막이 압전막을 통하여 중복되는 영역을 의미한다.
본 발명의 제 1 내지 제 6 측면에 있어서, 바람직하게는, 제 1 전극막의 여진부 형상과 제 2 전극막의 여진부 형상은 대략 일치하고 있다. 이러한 구성은 2개의 전극막 사이에서 필요 이상의 용량 발생을 방지하고, 양호한 공진 특성을 달성하는데 적합하다. 또한, 바람직하게는, 제 1 전극막의 여진부 형상 및 제 2 전극막의 여진부 형상은 원형 또는 타원형의 일부를 갖고 있다.
본 발명의 제 7 측면에 의하면 압전 박막 공진자의 제조 방법이 제공된다. 이 제조 방법은, 제 1 면 및 이것과 반대의 제 2 면을 갖는 기판에, 제 1 면에 접하는 제 1 전극막과, 상기 제 1 전극막에 중첩되는 압전막과, 상기 압전막에 중첩되는 제 2 전극막으로 이루어진 적층 공진체를 형성하는 공정과, 기판에 대하여 건식 에칭에 의해 적층 공진체에 대응하는 위치에 있어서 제 1 면 및 제 2 면에서 개구하는 공극부를 제 1 면에 대하여 대략 수직으로 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, 본 발명의 제 1 측면에 따른 압전 박막 공진자를 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제 7 측면에 의해서도, 제 1 측면에 관하여 상술한 것과 동일한 효과가 나타난다.
본 발명의 제 8 측면에 의하면 다른 압전 박막 공진자의 제조 방법이 제공된다. 이 제조 방법은, 제 1 면 및 이것과 반대의 제 2 면을 갖는 기판에, 제 1 면에 접하는 제 1 전극막과, 상기 제 1 전극막에 중첩되는 압전막과, 상기 압전막에중첩되는 제 2 전극막으로 이루어진 적층 공진체를 형성하는 공정과, 기판에 대하여 건식 에칭에 의해 적층 공진체에 대응하는 위치에 있어서 제 1 면 및 제 2 면에서 개구하는 공극부를 형성하는 공정을 포함하고, 공극부를 형성하는 공정에 있어서, 제 1 전극막의 일부 및 압전막의 일부를 공극부에 노출시키는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, 본 발명의 제 3 측면에 따른 압전 박막 공진자를 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제 8 측면에 의해서도, 제 3 측면에 관하여 상술한 것과 동일한 효과가 나타난다.
본 발명의 제 7 및 제 8 측면에 있어서, 바람직하게는, 건식 에칭은 Deep-RIE이다. 이러한 제조 방법에 있어서는, 공극부를 폐색하도록 기판의 제 2 면에 커버 기판을 접합하는 공정을 더 포함할 수도 있다. 또한, 공극부를 형성하는 공정에서는, 압전 박막 공진자 또는 이것에 의해 구성되는 필터의 윤곽을 규정하는 홈부를 에칭 형성할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 압전 박막 공진자(100)를 나타낸다. 도 2는 도 1의 II-II선에 따른 단면도이다.
압전 박막 공진자(100)는, 실리콘 기판(110)과 그 위에 형성된 적층 공진체(120)를 갖는다. 실리콘 기판(110)은 (111) 절단된 단결정 실리콘 기판이며, (111)면에 상당하는 제 1 면(111) 및 제 2 면(112)을 갖는다. 적층 공진체(120)는, 제 1 전극막(121)과, 제 2 전극막(122)과, 이들 사이에 끼워진 압전막(123)으로 이루어진다. 본 실시형태에서는, 제 1 전극막(121)은 100㎚의 두께를 갖고, (111)의 1축 배향 구조를 취하는 Al 또는 Cu에 의해 형성되어 있다. 제 2 전극막(122)은 100㎚의 두께를 갖고, Al 또는 Cu에 의해 형성되어 있다. 압전막(123)은 500㎚의 두께를 갖고, (002)의 1축 배향 구조를 취하는 AlN 또는 ZnO에 의해 형성되어 있다.
실리콘 기판(110)에는, 적층 공진체(120)의 아래쪽에 공극부(110a)가 형성되어 있다. 공극부(110a)는 제 1 면(111) 및 제 2 면(112)에 대하여 수직으로 실리콘 기판(110)을 관통하고 있으며, 제 2 면(112)에서의 공극부(110a)의 개구부(112a)는 제 1 면(111)에서의 개구부(111a)와 동일한 면적 및 형상을 갖는다. 본 실시형태에서는, 개구부(111a, 112a)는 정사각형이다. 이와 같이, 공극부(110a)의 개구부(112a)가 개구부(111a)보다도 유의적으로 확장되어 있지는 않기 때문에, 실리콘 기판(110), 더 나아가서는 압전 박막 공진자(100)를 소형으로 설계하는 것이 가능하게 되어 있다. 예를 들면, 압전 박막 공진자(100)의 공진주파수를 5㎓로 설정할 경우, 적층 공진체(120)에서의 여진부에 대해서 길이 L1은 약 50㎛이며, 공극부(110a)에 대해서 길이 L2는 약 60㎛이다. 여기서, 여진부는 제 1 전극막(121) 및 제 2 전극막(122)이 압전막(123)을 통하여 중복되는 영역을 의미한다. 본 실시형태에서는, 여진부는 한 변의 길이가 L1인 정사각형이다. 본 발명에서는, 여진부는 정사각형 대신에 직사각형일 수도 있고, 직사각형이 아닐 수도 있다. 여진부 형상에 따라 개구부(111a, 112a)의 형상을 변경할 수도 있다. 본 실시형태에서는, 제 1 전극막(121)의 일부 및 압전막(123)의 일부는 공극부(110a)에 노출되어 있다. 따라서, 양호한 공진 특성을 달성할 수 있다.
여기서, 여진부에 대한 길이 L1, 및 공극부(110a) 내지 개구부(111a)에 대한 길이 L2가 공진 특성에 주는 영향에 대해서 설명한다. 본 발명의 압전 박막 공진자(100)에 의한 1포트 공진자를 네트워크 애널라이저에 대하여 도 3에 나타낸 바와 같이 접속하고, 그 통과 특성(S21 특성)을 측정한 결과, 도 4 및 도 5에 나타낸 결과를 얻었다. 측정에 제공한 복수의 압전 박막 공진자(100)는 모두 (111) 절단된 두께 300㎛의 실리콘 기판(110) 위에 Al으로 이루어진 두께 100㎚의 제 1 전극막(121)과, ZnO으로 이루어진 두께 500㎚의 압전막(123)과, Al으로 이루어진 두께 100㎚의 제 2 전극막(122)으로 이루어진 적층 공진체(120)가 형성된 것이다. 상기 복수의 압전 박막 공진자(100)에 있어서, 정사각형 여진부의 한 변의 길이 L1, 및 공극부(110a) 내지 정사각형 개구부(111a)의 한 변의 길이 L2의 비율은 서로 다르다. 도 4의 그래프는 통과 특성에서의 최소 삽입 손실의 L2/L1 의존성을 나타낸다. 도 5의 그래프는 통과 특성에서의 감쇠극 억압의 L2/L1 의존성을 나타낸다.
도 4의 그래프에 의하면, 최소 삽입 손실은, L2/L1의 값이 1보다 작아짐에 따라 상승하게 되고, L2/L1의 값이 1 이상이면, 상대적으로 작은 값으로 대략 일정함을 할 수 있다. 또한, 도 5의 그래프에 의하면, 감쇠극 억압은, L2/L1의 값이 1보다 작아짐에 따라 저하되고, L2/L1의 값이 1 이상이면, 상대적으로 큰 값으로 대략 일정함을 알 수 있다. 이와 같이, L2/L1의 값이 1 이상이면, 최소 삽입 손실 및 감쇠극 억압으로 시사되는 공진 특성은 양호해진다. 이와 같이 공진 특성이 양호해지는 것은, L2/L1의 값이 1보다 작으면, 공극부(110a)에 노출되는 것은 제 1전극막(121)의 일부뿐인 것에 대하여, L2/L1의 값이 1보다도 크면, 제 1 전극막(121)의 일부와 함께 압전막(123)의 일부도 공극부(110a)에 노출되기 때문이다. 한편, L2/L1의 값이 1.5보다도 크면, 여진부가 휘기 쉬워져 공진 특성의 변동 요인이 증가하는 동시에 파손의 우려도 증대하여, 바람직하지 않다. 따라서, L2/L1의 값은 1 이상으로서, 또한, 제조 공정상의 정밀도 등을 고려한 상태에서 필요 최소한의 크기로 하는 것이 좋고, 바람직하게는 1∼1.5의 범위이다. 본 측정에 있어서, 여진부 및 개구부(111a)의 형상은 각각 한 변을 L1 및 L2로 하는 정사각형이기 때문에, L2/L1 값의 바람직한 범위에 의거하면, 개구부(111a)의 면적에 대한 여진부의 면적 비율은 1∼2.25의 범위가 바람직함을 이해할 수 있다. 다만, 개구부(111a) 및 여진부의 형상이 정사각형이 아닌 경우일지라도, 양자의 면적비는 1∼2.25의 범위가 바람직하다.
다음으로, 실리콘 기판의 표면 상태가 기판 위에 성막되는 제 1 전극막, 및 상기 제 1 전극막 위에 성막되는 압전막의 배향성에 대하여 주는 영향에 대해서 설명한다. 먼저, 다음과 같은 기판 A, B, C, D를 준비했다. 기판 A는 (111) 절단의 실리콘 기판이다. 기판 B는 (100) 절단의 실리콘 기판이다. 기판 C는 스퍼터링에 의해 표면에 두께 5㎛의 SiO2막을 성막한 (111) 절단의 실리콘 기판이다. 기판 D는 스퍼터링에 의해 표면에 두께 5㎛의 SiO2막을 성막한 (100) 절단의 실리콘 기판이다. 이들 기판 위에, 제 1 전극막으로서 스퍼터링에 의해 두께 100㎚의 Al막을 성막했다. 또한, 제 1 전극막 위에, 압전막으로서 스퍼터링에 의해 두께 500㎚의ZnO막을 성막했다. 이어서, 각 기판에 대해서 성막된 Al 및 ZnO의 배향성을 조사했다. 구체적으로는, 배향성에 대해서는, X선 회절 장치를 사용한 측정에 의해 얻어지는 로킹 커브의 FWHM(Full Width at Half Maximum)의 값에 의거하여 평가했다. FWHM의 값이 작을수록 배향성이 높은 것을 의미한다. 양호한 압전성을 얻기 위해서는, 압전막의 FWHM은 6°이하인 것이 바람직하다.
기판 A, B, C, D에 성막된 Al 및 ZnO에 대해서, (111) 1축 배향 Al 및 (002) 1축 배향 ZnO의 FWHM 값을 표 1에 나타낸다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 기판 A에 있어서, Al은 (111)의 양호한 1축 배향을 취하고, ZnO는 (002)의 양호한 1축 배향을 취한다. 여기서, 1축 배향은, X선 회절 장치를 사용하여 θ-2θ 측정을 행했을 때에 얻어지는 결과에 있어서, 다른 결정면으로부터의 회절 피크 강도가 원하는 결정면으로부터의 회절 피크 강도에 대하여 1/100 이하로 억제되고 있음을 의미한다. 이것에 대하여, 기판 B에서는, Al (200) 및 ZnO (103)과 같은 다른 결정면으로부터의 비교적 강한 회절 피크가 나타나고, 제 1 전극막으로서 성막된 Al 및 압전막으로서 성막된 ZnO에서 충분한 1축 배향을 취하지 않았다. 이와 같이, (111) 절단인 기판 A가 (100) 절단인 기판 B보다도 Al (111) 및 ZnO (002)의 FWHM 값이 더 작아지고 있으며, 제 1 전극막으로서 성막된 Al 및 압전막으로서 성막된 ZnO의 양쪽의 배향성이 높음을 알 수 있다. 또한, 기판 C 및 D에서는, 기판 표면에 성막된 SiO2막의 표면 조도가 큰 것에 기인하여, Al 및 ZnO은 측정 불가능할수록 배향성이 낮았다.
[표 1]
| Al | ZnO | |
| 기판 A | 0.71° | 0.86° |
| 기판 B | 13.2° | 7.4° |
| 기판 C | 측정 불가능 | 측정 불가능 |
| 기판 D | 측정 불가능 | 측정 불가능 |
기판 A 및 B에 대해서는, 제 1 전극막으로서 두께 100㎚의 Cu를 성막하고, 압전막으로서 두께 500㎚의 ZnO을 성막한 경우에 대해서도, 상술한 바와 동일한 수법에 의해 배향성을 조사했다. 그 결과, 기판 A에 있어서, Cu는 (111)의 양호한 1축 배향을 취하고, ZnO은 (002)의 양호한 1축 배향을 취하고 있음을 알 수 있었다. 특히, 압전막으로서 성막된 ZnO의 FWHM은, 기판 A에서는 1.8°이며, 기판 B에서는 9.6°이었다. 이 결과는, 기판 A의 압전막으로서 성막된 ZnO이 기판 B의 ZnO의 그것보다도 배향성이 더 높음을 나타낸다. 또한, 기판 A 및 B에 대해서는, 제 1 전극막으로서, 두께 50㎚의 Al을 성막하여 두께 100㎚의 Mo을 더 성막하고, 압전막으로서 두께 500㎚의 AlN을 성막한 경우에 대해서도, 상술한 바와 동일한 수법에 의해 배향성을 조사했다. 그 결과, 기판 A에 있어서, Al은 (111)의 양호한 1축 배향을 취하고, Mo은 (110)의 양호한 1축 배향을 취하며, AlN은 (002)의 양호한 1축 배향을 취하고 있음을 알 수 있었다. 이것에 대하여, 기판 B에서는, 제 1 전극막의 Mo층에서 Mo (211)과 같은 다른 결정면으로부터의 회절 피크가 나타나고, 충분한 1축 배향을 취하지 않았다. 특히, 압전막으로서 성막된 AlN의 FWHM은, 기판 A에서는 2.1°이며, 기판 B에서는 측정 불가능했다.
이상의 결과로부터, 기판 A 및 B, 즉, SiO2막을 성막하지 않은 실리콘 기판은, 기판 C 및 D, 즉, SiO2막을 성막한 실리콘 기판보다도 배향성을 갖는 압전막을 형성하는데 더 적합함을 이해할 수 있다. 또한, 기판 A, 즉, (111) 절단의 실리콘 기판은, 기판 B, 즉, (100) 절단의 실리콘 기판보다도 배향성이 높은 압전막을 형성하는데 더 적합함을 이해할 수 있다.
도 6은 도 1에 나타낸 압전 박막 공진자(100)의 제조에서의 일련의 공정 일부를 나타낸다. 도 7은 도 6에 연속되는 공정을 나타낸다. 도 6 및 도 7은 제조 공정에서의 도 1의 II-II선에 따른 단면 형상의 상태를 나타낸다.
압전 박막 공진자(100)의 제조에 있어서는, 먼저, 도 6a에 나타낸 바와 같이, 스퍼터링법에 의해, 실리콘 웨이퍼(10)에 대하여 제 1 전극막(121)을 100㎚의 두께로 성막한다. 실리콘 웨이퍼(10)는 (111) 절단된 것이며, (111)면에 상당하는 제 1 면(11) 및 제 2 면(12)을 갖는다. 제 1 전극막(121)은 Al 또는 Cu로 이루어진다. 다음으로, 도 6b에 나타낸 바와 같이, 소정의 레지스트 패턴을 통하여 건식 에칭 또는 습식 에칭을 실시함으로써, 제 1 전극막(121)을 패터닝한다. 건식 에칭에 있어서, 예를 들어, Al에 대해서는 BCl3및 Cl2의 혼합 가스를 사용할 수 있고, Cu에 대해서는 Ar과 Cl2의 혼합 가스를 사용할 수 있다. 또한, 습식 에칭에서의 에칭액으로서, 예를 들어, Al에 대해서는 인산, 아세트산, 질산을 함유하는 수용액을 사용할 수 있고, Cu에 대해서는 질산제이세륨암모늄 수용액을 사용할 수 있다. 전극막에 대한 이후의 에칭에 대해서도 이들을 사용할 수 있다.
다음으로, 도 6c에 나타낸 바와 같이, 스퍼터링법에 의해, 압전막(123)을500㎚의 두께로 성막하고, 이어서, 제 2 전극막(122)을 100㎚의 두께로 성막한다. 압전막(123)은 AlN 또는 ZnO으로 이루어진다. 제 2 전극막(122)은 Al 또는 Cu로 이루어진다. 다음으로, 도 6d에 나타낸 바와 같이, 소정의 레지스트 패턴을 통하여 건식 에칭 또는 습식 에칭을 실시함으로써, 제 2 전극막(122)을 패터닝한다. 다음으로, 도 6e에 나타낸 바와 같이, 소정의 마스크를 통하여 건식 에칭 또는 습식 에칭을 실시함으로써, 압전막(123)을 패터닝한다. 습식 에칭에서의 에칭액으로서, AlN에 대해서는 가열 인산을 사용할 수 있고, ZnO에 대해서는 아세트산 수용액을 사용할 수 있다. 압전막(123)이 패터닝됨으로써, 각 소자마다 적층 공진체(120)가 형성된다. 이상, 적층 공진체(120)의 형성에 대해서, 전극막 내지 압전막 위에 대한 레지스트의 성막, 상기 레지스트에 대한 노광, 및 전극막 또는 압전막의 에칭을 거치는 수법에 대해서 설명했다. 본 발명에서는, 이것 대신에, 레지스트의 성막, 상기 레지스트에 대한 노광, 전극막 또는 압전막의 성막, 및 리프트 오프를 거쳐 적층 공진체(120)를 형성하는 수법을 채용할 수도 있다.
다음으로, 도 7a에 나타낸 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(10)의 제 1 면(11) 측에 레지스트(30)를 형성한다. 레지스트(30)에 의해, 이후의 공정에서 적층 공진체(120)가 적절히 보호된다.
이어서, 도 7b에 나타낸 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(10)에 대하여 레지스트 패턴(20)을 형성한다. 구체적으로는, 실리콘 웨이퍼(10)의 제 2 면(12)에 포토레지스트를 성막하고, 상기 포토레지스트에 대하여 노광 및 현상을 실시함으로써, 레지스트 패턴(20)을 형성한다.
다음으로, 도 7c에 나타낸 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(10)에 대하여, 레지스트 패턴(20)을 통하여 건식 에칭인 Deep-RIE를 실시한다. 이것에 의해, 각 소자마다 공극부(110a)가 형성된다. 본 실시형태의 Deep-RIE에서는, 에칭과 측벽 보호막 형성을 번갈아 반복적으로 행하며, 예를 들어, SF6가스에 의한 에칭을 10초간으로 하고, C4F8가스에 의한 측벽 보호막 형성을 10초간으로 하며, 웨이퍼에 인가하는 바이어스는 20W 정도로 한다. 이것에 의해, 실리콘 웨이퍼(10)의 제 1 면(11) 및 제 2 면(12)에 대하여 수직인 공극부(110a)가 형성된다. 또한, 이 때, 이러한 불소계 가스를 사용한 건식 에칭에 의해 따라서는, Al, Cu, AlN, ZnO은 에칭되지 않기 때문에, 제 1 전극막(121) 및 압전막(122)에 손상을 주지 않고, 양호한 신뢰성으로 공극부(110a)를 형성할 수 있다. 즉, Al, Cu, AlN, ZnO은, 이 건식 에칭 시의 에칭 스톱퍼층으로서 기능하고 있게 된다. 또한, 본 발명에서는, 공극부(110a)를 형성하는 공정에서, 공극부(110a)와 함께 소자 분할용의 경계 관통 홈을 형성할 수도 있다. 이 경우에는, 소자를 분할하기 위한 후술의 다이싱 공정을 별도로 마련할 필요는 없어, 압전 박막 공진자(100)의 제조 공정의 간략화를 도모할 수 있다.
다음으로, 도 7d에 나타낸 바와 같이, 레지스트 패턴(20) 및 레지스트(30)를 박리한다. 그 후, 다이싱 공정을 거쳐 각 소자로 분할하여, 복수의 압전 박막 공진자(100)가 완성된다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 압전 박막 공진자(200)의 단면도이다. 압전 박막 공진자(200)는, 압전 박막 공진자(100)의 그것과는 상이한 제 1 전극막(221) 및 제 2 전극막(222)을 갖는다. 압전 박막 공진자(100)의 제 1 전극막(121) 및 제 2 전극막(122)은, Al 또는 Cu로 이루어진 단층 도전막이다. 이것에 대하여, 압전 박막 공진자(200)의 제 1 전극막(221)은 제 1 도전층(221a) 및 제 2 도전층(221b)으로 이루어진 2층 도전막이다. 제 1 도전층(221a)은 50㎚의 두께를 갖고, (111)의 1축 배향 구조를 취하는 Al 또는 Cu로 이루어진다. 제 2 도전층(221b)은 100㎚의 두께를 갖고, (110)의 1축 배향 구조를 취하는 Mo으로 이루어진다. 또한, 제 2 전극막(222)은 100㎚의 두께를 갖고, Mo으로 이루어진다.
압전 박막 공진자(200)의 제조에 있어서는, 압전 박막 공진자(100)에 관하여 도 6a에 나타낸 공정에서, 제 1 전극막(121) 대신에, 제 1 전극막(221)으로서 제 1 도전층(221a) 및 이것에 적층하는 제 2 도전층(221b)을 성막한다. 그리고, 도 6b에 나타낸 공정에서, 제 1 도전층(221a) 및 제 2 도전층(221b)을 함께 패터닝한다. 이 패터닝을 위한 에칭 및 제 2 전극막(222)을 패터닝하기 위한 에칭에 있어서, 습식 에칭의 에칭액으로서는, 예를 들어, 인산, 아세트산, 질산을 함유하는 수용액을 사용할 수 있다. 다른 구성 및 형성 공정에 대해서는, 압전 박막 공진자(100)와 동일하다.
압전 박막 공진자(200)와 같은 전극 구조에 있어서도, 상술한 배향성 조사에서도 나타낸 바와 같이, (111) 절단의 실리콘 기판(110) 위에, 예를 들어, AlN 또는 ZnO에 의해 배향성이 높은 압전막(123)을 형성할 수 있다. 다만, 본 발명에서는, 제 1 전극막은, 단층 도전막 및 2층 도전막 대신에, 1축 배향 구조를 갖는 복수의 도전층이 적층된 적층 도전막일 수도 있다. 이 경우, 실리콘 기판(110)에 접하는 최하층의 도전막은, (111)의 1축 배향 구조를 취하는 Al 또는 Cu에 의해 구성되는 도전막인 것이 바람직하다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 압전 박막 공진자(300)의 단면도이다. 압전 박막 공진자(300)는, 압전 박막 공진자(100)에 커버 기판(50)을 접합한 구조를 갖는다. 커버 기판(50)은 200㎛의 두께를 갖고, 압전 박막 공진자(100)에서의 실리콘 기판(110)의 제 2 면(112)에 대하여 공극부(110a)를 폐색하도록 접합되어 있다. 보다 구체적으로는, 커버 기판(50)의 한쪽 면에 접합 재료로서의 Au-Sn막(51)을 스퍼터링법에 의해 5㎛의 두께로 성막한다. 다음으로, 실리콘 기판(110)의 제 2 면(112)에 대하여, Au-Sn막(51)을 통하여 커버 기판(50)을 맞춘다. 다음으로, 약 310℃에서 30분간의 가열을 거쳐, 양 기판을 접합한다.
커버 기판(50)을 수반하는 이러한 구조에 의하면, 특히, 압전 박막 공진자의 실장 공정에 있어서, 적층 공진체(120)를 적절히 보호할 수 있다. 구체적으로는, 제 2 면(112) 측을 커버 기판(50)을 통하여 도체 페이스트 등에 의해 머더보드 등에 접합할 때, 상기 도체 페이스트가 공극부(110a)에 들어가는 것을 회피할 수 있다. 또한, 플립 칩 본딩에 있어서 제 2 면(112) 측을 흡착 코렛트에 의해 흡인 유지할 때, 흡인에 기인하는 제 1 전극막(121) 또는 압전막(123)의 파괴 등을 방지할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 접합 재료로서는, Au-Sn막(51) 대신에, 다른 금속 재료를 사용할 수도 있고, 에폭시 등의 수지 재료를 사용할 수도 있다. 또는, 접합 재료를 사용하지 않고, 직접 접합 또는 양극 접합 등의 접합 기술을 이용할 수도 있다.
도 10은 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 압전 박막 공진자(400)의 평면도이다. 도 11은 도 10의 XI-XI선에 따른 단면도이다.
압전 박막 공진자(400)는, 실리콘 기판(410)과 그 위에 형성된 적층 공진체(420)를 갖는다. 실리콘 기판(410)은 (111) 절단된 단결정 실리콘 기판이며, (111)면에 상당하는 제 1 면(411) 및 제 2 면(412)을 갖는다. 적층 공진체(420)는, 제 1 전극막(421)과, 제 2 전극막(422)과, 이들 사이에 끼워진 압전막(423)으로 이루어진다. 제 1 전극막(421) 및 제 2 전극막(422)은, 각각 대략 원형의 원형 전극부(421a) 및 원형 전극부(422a)를 갖는다. 원형 전극부(421a) 및 원형 전극부(422a)는 압전막(423)을 통하여 중복되고, 압전 박막 공진자(400)의 여진부를 이룬다. 이와 같이, 적층 공진체(420)는 원형의 여진부를 갖는다. 본 실시형태에서는, 이 여진부의 직경 L1'는 약 50㎛이다. 제 1 전극막(421), 제 2 전극막(422), 및 압전막(423)의 두께 치수 및 구성 재료는, 상술한 제 1 실시형태에 따른 압전 박막 공진자(100)와 동일하다.
실리콘 기판(410)에는, 적층 공진체(420)에서의 여진부 바로 아래에서 공극부(410a)가 형성되어 있다. 공극부(410a)는, 제 1 면(411) 및 제 2 면(412)에 대하여 수직으로 실리콘 기판(410)을 관통하고 있으며, 제 1 면(411)에서 개구하는 원형의 제 1 개구부(411a), 및 제 2 면(412)에서 개구하는 원형의 제 2 개구부(412a)를 갖는다. 본 실시형태에서는, 제 1 개구부(411a), 제 2 개구부(412a), 및 공극부(410a)의 단면 직경 L2'는 약 60㎛이다. 이와 같이, 공극부(410a)의 개구부(412a)가 개구부(411a)보다도 유의적으로 확장되어 있지는 않기 때문에, 실리콘 기판(410), 더 나아가서는 압전 박막 공진자(400)를 소형으로 설계하는 것이 가능하게 되어 있다. 도 11에 잘 도시되어 있는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 제 1 전극막(421)의 원형 전극부(421a) 및 압전막(423)은 공극부(410a)에 노출되어 있다. 따라서, 양호한 공진 특성을 달성할 수 있다. 압전 박막 공진자(400)는, 압전 박막 공진자(100)에 관하여 상술한 것과 동일한 공정을 거쳐 제조할 수 있다.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 밴드 패스 필터(500)를 나타낸다. 도 12는 밴드 패스 필터(500)의 평면도이다. 도 13은 도 12의 XIII-XIII선에 따른 단면도이다. 도 14는 도 12의 XIV-XIV선에 따른 단면도이다.
밴드 패스 필터(500)는, 실리콘 기판(110)과, 이 위에 패턴 형성된 제 1 전극막(121), 압전막(123), 및 제 2 전극막(122)을 구비한다. 제 1 전극막(121), 압전막(123), 및 제 2 전극막(122)은, 서로 직렬로 접속되어 있는 4개의 압전 박막 공진자(100A)와, 서로 병렬로 접속되어 있는 4개의 압전 박막 공진자(100B)를 구성하도록 중첩되어 있다. 각 압전 박막 공진자(100A, 100B)는, 제 1 실시형태에 따른 압전 박막 공진자(100)에 상당한다. 실리콘 기판(110) 위에서 패턴 형성되어 있는 제 1 전극막(121)은, 그 노출 단부에 있어서, 외부 단자 접속용의 단자부(60A, 60B)를 갖는다. 서로 직렬인 압전 박막 공진자(100A)와 서로 병렬인 압전 박막 공진자(100B)의 공진주파수를 유의적으로 상이하게 하기 위해서는, 병렬 공진자인 압전 박막 공진자(100B)의 제 2 전극막(122) 위에, 예를 들어, 두께 50㎚의 Al막을 더 설치하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 밴드 패스 필터(500)는, 합계 8개의 압전 박막 공진자(100A, 100B)가 단일 실리콘 기판(110)에 있어서 일체적으로 구성된 래더형 필터이다. 도 19는 이러한 밴드 패스 필터(500)의 등가회로이다.
압전 박막 공진자(100A)의 적층 공진체(120)에 있어서, 정사각형 여진부의 길이 L3은 75㎛이며, 도 13에 나타낸 바와 같이, 이것에 대응하는 공극부(110a)의 정사각형 개구(도 12에 있어서는 도시 생략)의 한 변의 길이 L5는 80㎛이다. 압전 박막 공진자(100A)의 공극부(110a) 사이의 거리 L6은 20㎛이다. 한편, 압전 박막 공진자(100B)의 적층 공진체(120)에 있어서, 정사각형 여진부의 길이 L4는 50㎛이며, 도 14에 나타낸 바와 같이, 이것에 대응하는 공극부(110a)의 정사각형 개구(도 12에 있어서는 도시 생략)의 한 변의 길이 L7은 55㎛이다. 압전 박막 공진자(100B)의 공극부(110a) 사이의 거리 L8은 45㎛이다. 이와 같이, 밴드 패스 필터(500)에 있어서는, 각 압전 박막 공진자(100A, 100B)의 공극부(110a)는, 실리콘 기판(110)에 있어서, 적층 공진체(120)의 여진부에 대응하는 위치에서 개구하고, 실리콘 기판(110)의 제 1 면(111) 내지 적층 공진체(120)에 대하여 수직으로 형성되어 있다. 따라서, 각 적층 공진체(120)를 근접 배치할 수 있고, 그 결과, 밴드 패스 필터(500)의 소형화가 도모된다. 또한, 각 적층 공진체(120)를 근접 배치함으로써, 압전 박막 공진자(100A, 100B) 사이를 전기적으로 접속하기 위한 배선 거리를 짧게 할 수 있고, 그 결과, 각 압전 박막 공진자(100A, 100B) 사이의 배선 저항을 저감시키는 것이 가능하게 되어 있다.
본 실시형태에서는, 도 13에 도시되어 있는 바와 같이, 압전 박막 공진자(100A)에서의 적층 공진체(120)를 구성하는 제 1 전극막(121)의 일부 및 압전막(123)의 일부는 공극부(110a)에 노출되어 있다. 적층 공진체(120)를 구성하는 제 1 전극막(121) 및 압전막(123)이 공극부(110a)에 노출되는 것은, 압전 박막 공진자(100B)에 대해서도 동일하다. 따라서, 각 압전 박막 공진자(100A, 100B)는 양호한 공진 특성을 나타내고, 그 결과, 밴드 패스 필터(500)는 양호한 필터 특성을 달성할 수 있다. 밴드 패스 필터(500)는, 압전 박막 공진자(100)에 관하여 상술한 것과 대략 동일한 공정을 거쳐, 복수의 압전 박막 공진자(100)를 일체적으로 형성함으로써 제조할 수 있다.
본 발명에서는, 밴드 패스 필터(500)를 구성하는 압전 박막 공진자(100A, 100B)에 있어서, 압전 박막 공진자(100)의 구성 대신에, 제 1 전극막이 Al(50㎚)과 Mo(100㎚)으로 이루어진 2층 도전막으로서 제 2 전극막이 Mo(100㎚)인 압전 박막 공진자(200), 또는 커버 기판(51)을 구비하는 압전 박막 공진자(300)의 구성을 채용할 수도 있다.
도 15 내지 도 18은 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 밴드 패스 필터(600)를 나타낸다. 도 15는 밴드 패스 필터(600)의 평면도이다. 도 16은 도 15의 XVI-XVI선에 따른 단면도이다. 도 17은 도 15의 XVII-XVII선에 따른 단면도이다. 도 18은 도 15의 XVIII-XVIII선에 따른 단면도이다.
밴드 패스 필터(600)는, 실리콘 기판(410)과, 이 위에 패턴 형성된 제 1 전극막(421), 압전막(423), 및 제 2 전극막(422)을 구비한다. 제 1 전극막(421), 압전막(423), 및 제 2 전극막(422)은, 서로 직렬로 접속되어 있는 4개의 압전 박막 공진자(400A)와, 서로 병렬로 접속되어 있는 4개의 압전 박막 공진자(400B)를 구성하도록 중첩되어 있다. 각 압전 박막 공진자(400A, 400B)는, 제 4 실시형태에 따른 압전 박막 공진자(400)에 상당한다. 실리콘 기판(410) 위에서 패턴 형성되어 있는 제 1 전극막(421)은, 그 노출 단부에 있어서, 외부 단자 접속용의 단자부(70A, 70B)를 갖는다. 서로 직렬인 압전 박막 공진자(400A)와 서로 병렬인 압전 박막 공진자(400B)의 공진주파수를 유의적으로 상이하게 하기 위해서는, 병렬 공진자인 압전 박막 공진자(400B)의 제 2 전극막(422) 위에, 예를 들어, 두께 50㎚의 Al막을 더 설치하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 밴드 패스 필터(600)는, 합계 8개의 압전 박막 공진자(400A, 400B)가 단일 실리콘 기판(410)에 있어서 일체적으로 구성된 래더형 필터이다. 밴드 패스 필터(600)도 도 19의 등가회로로 나타낼 수 있다.
압전 박막 공진자(400A)의 적층 공진체(420)에 있어서, 원형 여진부의 직경 L9는 85㎛이며, 도 16에 나타낸 바와 같이, 이것에 대응하는 공극부(410a)의 원형 개구(도 15에 있어서는 도시 생략)의 직경 L11은 90㎛이다. 압전 박막 공진자(400A)의 공극부(410a) 사이의 거리 L12는 20㎛이다. 한편, 압전 박막 공진자(400B)의 적층 공진체(420)에 있어서, 여진부의 길이 L10은 55㎛이며, 도 17 및 도 18에 나타낸 바와 같이, 이것에 대응하는 공극부(410a)의 원형 개구(도 15에 있어서는 도시 생략)의 직경 L13은 60㎛이다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 압전 박막 공진자(400B)의 공극부(410a) 사이의 거리 L14는 50㎛이다. 이와 같이, 밴드 패스필터(600)에 있어서는, 각 압전 박막 공진자(400A, 400B)의 공극부(410a)는, 실리콘 기판(410)에 있어서, 적층 공진체(420)의 여진부에 대응하는 위치에서 개구하고, 실리콘 기판(410)의 제 1 면(411) 내지 적층 공진체(420)에 대하여 수직으로 형성되어 있다. 따라서, 각 적층 공진체(420)를 근접 배치할 수 있고, 그 결과, 밴드 패스 필터(600)의 소형화가 도모된다. 또한, 각 적층 공진체(420)를 근접 배치함으로써, 압전 박막 공진자(400A, 400B) 사이를 전기적으로 접속하기 위한 배선 거리를 짧게 할 수 있고, 그 결과, 각 압전 박막 공진자(400A, 400B) 사이의 배선 저항을 저감시키는 것이 가능하게 되어 있다.
본 실시형태에서는, 도 16 및 도 17에 잘 도시되어 있는 바와 같이, 압전 박막 공진자(400A, 400B)에서의 적층 공진체(420)를 구성하는 제 1 전극막(421)의 일부 및 압전막(423)의 일부는, 공극부(410a)에 노출되어 있다. 따라서, 각 압전 박막 공진자(400A, 400B)는 양호한 공진 특성을 나타내고, 그 결과, 밴드 패스 필터(600)는 양호한 필터 특성을 달성할 수 있다. 밴드 패스 필터(600)는, 압전 박막 공진자(100)에 관하여 상술한 것과 대략 동일한 공정을 거쳐, 복수의 압전 박막 공진자(400)를 일체적으로 형성함으로써 제조할 수 있다.
본 발명에서는, 밴드 패스 필터(600)를 구성하는 압전 박막 공진자(400A, 400B)에 있어서, 압전 박막 공진자(400)의 구성 대신에, 압전 박막 공진자(200)와 같이 제 1 전극막이 Al(50㎚)과 Mo(100㎚)으로 이루어진 2층 도전막으로서 제 2 전극막이 Mo(100㎚)이며, 여진부가 원형 또는 타원형인 압전 박막 공진자, 또는 압전 박막 공진자(300)와 같이 커버 기판(51)을 구비하면서 여진부가 원형 또는 타원형인 압전 박막 공진자의 구성을 채용할 수도 있다.
상술한 제 5 및 제 6 실시형태는 밴드 패스 필터이나, 본 발명에서는, 예를 들어, 제 1 내지 제 4 실시형태에 따른 압전 박막 공진자에 의해, 하이 패스 필터 또는 로우 패스 필터를 구성할 수도 있다.
이상의 정리로서, 본 발명의 구성 및 그 변형예를 이하에 부기로서 열거한다.
(부기 1) 제 1 면 및 이것과 반대의 제 2 면을 갖는 기판과, 상기 제 1 면에 접하는 제 1 전극막, 상기 제 1 전극막에 중첩되는 압전막, 및 상기 압전막에 중첩되는 제 2 전극막으로 이루어진 적층 공진체를 구비하고, 상기 기판에는, 상기 적층 공진체에 대응하는 위치에 있어서, 상기 제 1 면에서 개구하는 제 1 개구부 및 상기 제 2 면에서 개구하는 제 2 개구부를 가지면서 상기 제 1 면에 대하여 대략 수직인 공극부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 박막 공진자.
(부기 2) 상기 제 1 전극막은, 1축 배향 구조를 갖는 단층 도전막, 또는 1축 배향 구조를 갖는 복수의 도전막이 적층되어 이루어진 적층 도전막인 부기 1에 기재된 압전 박막 공진자.
(부기 3) 상기 압전막은 1축 배향 구조를 갖는 부기 2에 기재된 압전 박막 공진자.
(부기 4) 상기 기판은 (111) 절단의 실리콘 기판이며, 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면은 (111)면인 부기 1 내지 3 중의 어느 하나에 기재된 압전 박막 공진자.
(부기 5) (111)면인 제 1 면을 갖는 (111) 절단의 실리콘 기판과, Al 또는Cu를 포함하며 상기 제 1 면에 접하는 제 1 전극막과, AlN 또는 ZnO를 포함하며 상기 제 1 전극막에 중첩되는 압전막과, 상기 압전막에 중첩되는 제 2 전극막을 구비하는 것을 특징으로 하는 압전 박막 공진자.
(부기 6) 상기 제 1 전극막은, (111)의 1축 배향 구조를 취하는 Al 또는 Cu를 포함하는 단층 도전막인 부기 4 또는 5에 기재된 압전 박막 공진자.
(부기 7) 상기 제 1 전극막은 1축 배향 구조를 갖는 복수의 도전층이 적층되어 이루어지고, (111)의 1축 배향 구조를 취하는 Al 또는 Cu를 포함하며 상기 제 1 면에 접하는 제 1 도전층을 갖는 적층 도전막인 부기 4 또는 5에 기재된 압전 박막 공진자.
(부기 8) 상기 제 1 전극막은, (111)의 1축 배향 구조를 취하는 Al 또는 Cu를 포함하며 상기 제 1 면에 접하는 제 1 도전층과, (110)의 1축 배향 구조를 취하는 Mo을 포함하는 제 2 도전층으로 이루어진 2층 도전막인 부기 4 또는 5에 기재된 압전 박막 공진자.
(부기 9) 상기 압전막은 (002)의 1축 배향 구조를 취하는 AlN 또는 ZnO인 부기 6 내지 8 중의 어느 하나에 기재된 압전 박막 공진자.
(부기 10) 상기 기판의 상기 제 2 면에 접합되어 상기 공극부를 폐색하는 커버 기판을 더 갖는 부기 1 내지 4 및 6 내지 9 중의 어느 하나에 기재된 압전 박막 공진자.
(부기 11) 상기 제 1 개구부 및 상기 제 2 개구부의 형상은, 원형 또는 타원형인 부기 1 내지 4 및 6 내지 10 중의 어느 하나에 기재된 압전 박막 공진자.
(부기 12) 상기 제 1 전극막의 일부 및 상기 압전막의 일부는, 상기 공극부에 노출되어 있는 부기 1 내지 4 및 6 내지 11 중의 어느 하나에 기재된 압전 박막 공진자.
(부기 13) 제 1 면 및 이것과 반대의 제 2 면을 갖는 기판과, 상기 제 1 면에 접하는 제 1 전극막, 상기 제 1 전극막에 중첩되는 압전막, 및 상기 압전막에 중첩되는 제 2 전극막으로 이루어진 적층 공진체를 구비하고, 상기 기판에는, 상기 적층 공진체에 대응하는 위치에 있어서, 상기 제 1 면에서 개구하는 제 1 개구부를 갖는 공극부가 설치되어 있으며, 상기 제 1 전극막의 일부 및 상기 압전막의 일부는 상기 공극부에 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 박막 공진자.
(부기 14) 상기 제 1 전극막에서 상기 공극부에 노출되는 부분, 및 상기 압전막에서 상기 공극부에 노출되는 부분은, 불소계의 가스로 에칭되지 않는 도전성 재료에 의해 구성되어 있는 부기 12 또는 13에 기재된 압전 박막 공진자.
(부기 15) 상기 적층 공진체에서의 여진부 면적에 대한 상기 제 1 개구부의 면적 비율은 1∼2.25인 부기 1 내지 4 및 6 내지 14 중의 어느 하나에 기재된 압전 박막 공진자.
(부기 16) 상기 제 1 전극막의 여진부 형상과 상기 제 2 전극막의 여진부 형상은 대략 일치하고 있는 부기 1 내지 15 중의 어느 하나에 기재된 압전 박막 공진자.
(부기 17) 상기 제 1 전극막의 여진부 형상 및 상기 제 2 전극막의 여진부 형상은 원형 또는 타원형의 일부를 갖는 부기 1 내지 16 중의 어느 하나에 기재된압전 박막 공진자.
(부기 18) 부기 1 내지 17 중의 어느 하나에 기재된 압전 박막 공진자를 적어도 1개 포함한 복수의 압전 박막 공진자를 갖고, 상기 복수의 압전 박막 공진자가 일체로 되어 동작하는 것을 특징으로 하는 필터.
(부기 19) 제 1 면 및 이것과 반대의 제 2 면을 갖는 기판과, 상기 제 1 면에 접하는 제 1 전극막, 상기 제 1 전극막에 중첩되는 압전막, 및 상기 압전막에 중첩되는 제 2 전극막으로 이루어진 복수의 적층 공진체와, 상기 기판에서의 상기 적층 공진체의 각각에 대응하는 위치에 있어서, 상기 제 1 면에서 개구하는 제 1 개구부 및 상기 제 2 면에서 개구하는 제 2 개구부를 가지면서 상기 제 1 면에 대하여 대략 수직으로 설치된 공극부를 구비하여 복수의 압전 박막 공진자가 일체적으로 형성되어 있으며, 인접하는 상기 제 1 개구부 사이의 거리는 420㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 필터.
(부기 20) 상기 복수의 압전 박막 공진자는, 서로 직렬로 접속된 복수의 제 1 압전 박막 공진자와, 서로 병렬로 접속된 복수의 제 2 압전 박막 공진자를 포함하고, 상기 복수의 제 1 압전 박막 공진자 및 상기 복수의 제 2 압전 박막 공진자에 의해 래더형 필터로서 구성되어 있는 부기 18 또는 19에 기재된 필터.
(부기 21) 상기 복수의 압전 박막 공진자 중의 적어도 1개에 있어서, 상기 제 1 전극막의 일부 및 상기 압전막의 일부는 상기 공극부에 노출되어 있는 부기 19 또는 20에 기재된 필터.
(부기 22) 제 1 면 및 이것과 반대의 제 2 면을 갖는 기판과, 상기 제 1 면에 접하는 제 1 전극막, 상기 제 1 전극막에 중첩되는 압전막, 및 상기 압전막에 중첩되는 제 2 전극막으로 이루어진 복수의 적층 공진체와, 상기 기판에서의 상기 적층 공진체의 각각에 대응하는 위치에 있어서, 상기 제 1 면에서 개구하는 제 1 개구부를 갖도록 설치된 공극부를 구비하여 복수의 압전 박막 공진자가 일체적으로 형성되어 있으며, 상기 복수의 압전 박막 공진자 중의 적어도 1개에 있어서, 상기 제 1 전극막의 일부 및 상기 압전막의 일부는 대응하는 공극부에 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 필터.
(부기 23) 상기 제 1 전극막에서 상기 공극부에 노출되는 부분, 및 상기 압전막에서 상기 공극부에 노출되는 부분은, 불소계의 가스로 에칭되지 않는 도전성 재료에 의해 구성되어 있는 부기 19 내지 22 중의 어느 하나에 기재된 필터.
(부기 24) 상기 제 1 전극막의 여진부 형상과 상기 제 2 전극막의 여진부 형상은 대략 일치하고 있는 부기 19 내지 23 중의 어느 하나에 기재된 필터.
(부기 25) 상기 적층 공진체에서의 여진부 면적에 대한 상기 제 1 개구부의 면적 비율은 1∼2.25인 부기 19 내지 24 중의 어느 하나에 기재된 필터.
(부기 26) 상기 제 1 개구부 및 상기 제 2 개구부의 형상은, 원형 또는 타원형인 부기 19 내지 25 중의 어느 하나에 기재된 필터.
(부기 27) 제 1 면 및 이것과 반대의 제 2 면을 갖는 기판에, 상기 제 1 면에 접하는 제 1 전극막과, 상기 제 1 전극막에 중첩되는 압전막과, 상기 압전막에 중첩되는 제 2 전극막으로 이루어진 적층 공진체를 형성하는 공정과, 상기 기판에 대하여 건식 에칭에 의해 상기 적층 공진체에 대응하는 위치에 있어서 상기 제 1면 및 상기 제 2 면에서 개구하는 공극부를 상기 제 1 면에 대하여 대략 수직으로 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 박막 공진자의 제조 방법.
(부기 28) 제 1 면 및 이것과 반대의 제 2 면을 갖는 기판에, 상기 제 1 면에 접하는 제 1 전극막과, 상기 제 1 전극막에 중첩되는 압전막과, 상기 압전막에 중첩되는 제 2 전극막으로 이루어진 적층 공진체를 형성하는 공정과, 상기 기판에 대하여 건식 에칭에 의해 상기 적층 공진체에 대응하는 위치에 있어서 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면에서 개구하는 공극부를 형성하는 공정을 포함하고, 상기 공극부를 형성하는 공정에 있어서, 상기 제 1 전극막의 일부 및 상기 압전막의 일부를 상기 공극부에 노출시키는 것을 특징으로 하는 압전 박막 공진자의 제조 방법.
(부기 29) 상기 건식 에칭은 Deep-RIE인 부기 27 또는 28에 기재된 압전 박막 공진자의 제조 방법.
(부기 30) 상기 공극부를 폐색하도록 상기 기판의 상기 제 2 면에 커버 기판을 접합하는 공정을 더 포함하는 부기 27 내지 29 중의 어느 하나에 기재된 압전 박막 공진자의 제조 방법.
(부기 31) 상기 공극부를 형성하는 공정에서는, 압전 박막 공진자 또는 이것에 의해 구성되는 필터의 윤곽을 규정하는 홈부도 에칭 형성되는 부기 27 내지 30 중의 어느 하나에 기재된 압전 박막 공진자의 제조 방법.
본 발명에 의하면, 소형화를 도모하는데 적합한 동시에 우수한 공진 특성을 갖는 압전 박막 공진자를 얻을 수 있다. 또한, 이러한 압전 박막 공진자에 의해소형화가 도모되면서 양호한 필터 특성을 갖는 필터를 얻을 수 있다.
Claims (20)
- 제 1 면 및 이것과 반대의 제 2 면을 갖는 기판과,상기 제 1 면에 접하는 제 1 전극막, 상기 제 1 전극막에 중첩되는 압전막, 및 상기 압전막에 중첩되는 제 2 전극막으로 이루어진 적층 공진체를 구비하고,상기 기판에는, 상기 적층 공진체에 대응하는 위치에 있어서, 상기 제 1 면에서 개구하는 제 1 개구부 및 상기 제 2 면에서 개구하는 제 2 개구부를 가지면서 상기 제 1 면에 대하여 대략 수직인 공극부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 박막 공진자.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판은 (111) 절단의 실리콘 기판이며, 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면은 (111)면인 압전 박막 공진자.
- (111)면인 제 1 면을 갖는 (111) 절단의 실리콘 기판과,Al 또는 Cu를 포함하며 상기 제 1 면에 접하는 제 1 전극막과,AlN 또는 ZnO를 포함하며 상기 제 1 전극막에 중첩되는 압전막과,상기 압전막에 중첩되는 제 2 전극막을 구비하는 것을 특징으로 하는 압전 박막 공진자.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 전극막은 (111)의 1축 배향 구조를 취하는 Al 또는 Cu를 포함하는 단층 도전막인 압전 박막 공진자.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 전극막은 1축 배향 구조를 갖는 복수의 도전층이 적층되어 이루어지고, (111)의 1축 배향 구조를 취하는 Al 또는 Cu를 포함하며 상기 제 1 면에 접하는 제 1 도전층을 갖는 적층 도전막인 압전 박막 공진자.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 전극막은, (111)의 1축 배향 구조를 취하는 Al 또는 Cu를 포함하며 상기 제 1 면에 접하는 제 1 도전층과, (110)의 1축 배향 구조를 취하는 Mo을 포함하는 제 2 도전층으로 이루어진 2층 도전막인 압전 박막 공진자.
- 제 4 항에 있어서,상기 압전막은 (002)의 1축 배향 구조를 취하는 AlN 또는 ZnO인 압전 박막 공진자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 개구부 및 상기 제 2 개구부의 형상은 원형 또는 타원형인 압전박막 공진자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 전극막의 일부 및 상기 압전막의 일부는 상기 공극부에 노출되어 있는 압전 박막 공진자.
- 제 1 면 및 이것과 반대의 제 2 면을 갖는 기판과,상기 제 1 면에 접하는 제 1 전극막, 상기 제 1 전극막에 중첩되는 압전막, 및 상기 압전막에 중첩되는 제 2 전극막으로 이루어진 적층 공진체를 구비하고,상기 기판에는, 상기 적층 공진체에 대응하는 위치에 있어서, 상기 제 1 면에서 개구하는 제 1 개구부를 갖는 공극부가 설치되어 있으며,상기 제 1 전극막의 일부 및 상기 압전막의 일부는 상기 공극부에 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 박막 공진자.
- 제 10 항에 있어서,상기 제 1 전극막에서 상기 공극부에 노출되는 부분, 및 상기 압전막에서 상기 공극부에 노출되는 부분은, 불소계의 가스로 에칭되지 않는 도전성 재료에 의해 구성되어 있는 압전 박막 공진자.
- 제 10 항에 있어서,상기 적층 공진체에서의 여진부 면적에 대한 상기 제 1 개구부의 면적 비율은 1∼2.25인 압전 박막 공진자.
- 제 10 항에 있어서,상기 제 1 전극막의 여진부 형상과 상기 제 2 전극막의 여진부 형상은 대략 일치하고 있는 압전 박막 공진자.
- 청구항 1에 기재된 압전 박막 공진자를 적어도 1개 포함한 복수의 압전 박막 공진자를 갖고, 이 복수의 압전 박막 공진자가 일체로 되어 동작하는 것을 특징으로 하는 필터.
- 제 1 면 및 이것과 반대의 제 2 면을 갖는 기판과,상기 제 1 면에 접하는 제 1 전극막, 상기 제 1 전극막에 중첩되는 압전막, 및 상기 압전막에 중첩되는 제 2 전극막으로 이루어진 복수의 적층 공진체와,상기 기판에서의 상기 적층 공진체의 각각에 대응하는 위치에 있어서, 상기 제 1 면에서 개구하는 제 1 개구부 및 상기 제 2 면에서 개구하는 제 2 개구부를 가지면서 상기 제 1 면에 대하여 대략 수직으로 설치된 공극부를 구비하여 복수의 압전 박막 공진자가 일체적으로 형성되어 있으며,인접하는 상기 제 1 개구부 사이의 거리는 420㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 필터.
- 제 15 항에 있어서,상기 복수의 압전 박막 공진자는, 서로 직렬로 접속된 복수의 제 1 압전 박막 공진자와, 서로 병렬로 접속된 복수의 제 2 압전 박막 공진자를 포함하고, 상기 복수의 제 1 압전 박막 공진자 및 상기 복수의 제 2 압전 박막 공진자에 의해 래더형 필터로서 구성되어 있는 필터.
- 제 15 항에 있어서,상기 복수의 압전 박막 공진자 중의 적어도 1개에서, 상기 제 1 전극막의 일부 및 상기 압전막의 일부는 대응하는 공극부에 노출되어 있는 필터.
- 제 1 면 및 이것과 반대의 제 2 면을 갖는 기판과,상기 제 1 면에 접하는 제 1 전극막, 상기 제 1 전극막에 중첩되는 압전막, 및 상기 압전막에 중첩되는 제 2 전극막으로 이루어진 복수의 적층 공진체와,상기 기판에서의 상기 적층 공진체의 각각에 대응하는 위치에 있어서, 상기 제 1 면에서 개구하는 제 1 개구부를 갖도록 설치된 공극부를 구비하여 복수의 압전 박막 공진자가 일체적으로 형성되어 있으며,상기 복수의 압전 박막 공진자 중의 적어도 1개에서, 상기 제 1 전극막의 일부 및 상기 압전막의 일부는 대응하는 공극부에 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 필터.
- 제 1 면 및 이것과 반대의 제 2 면을 갖는 기판에, 상기 제 1 면에 접하는 제 1 전극막과, 상기 제 1 전극막에 중첩되는 압전막과, 상기 압전막에 중첩되는 제 2 전극막으로 이루어진 적층 공진체를 형성하는 공정과,상기 기판에 대하여 건식 에칭에 의해 상기 적층 공진체에 대응하는 위치에 있어서, 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면에서 개구하는 공극부를 상기 제 1 면에 대하여 대략 수직으로 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 박막 공진자의 제조 방법.
- 제 1 면 및 이것과 반대의 제 2 면을 갖는 기판에, 상기 제 1 면에 접하는 제 1 전극막과, 상기 제 1 전극막에 중첩되는 압전막과, 상기 압전막에 중첩되는 제 2 전극막으로 이루어진 적층 공진체를 형성하는 공정과,상기 기판에 대하여 건식 에칭에 의해 상기 적층 공진체에 대응하는 위치에 있어서, 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면에서 개구하는 공극부를 형성하는 공정을 포함하고,상기 공극부를 형성하는 공정에 있어서, 상기 제 1 전극막의 일부 및 상기 압전막의 일부를 상기 공극부에 노출시키는 것을 특징으로 하는 압전 박막 공진자의 제조 방법.
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