KR20040018764A - 2-포트 측정을 위한 박막형 공진기의 전극 및 그제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 2-포트 측정을 위한 FBAR(Film Bulk Acoustic wave Resonator)의 전극에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하부 전극의 식각공정 없이 상부 전극과 압전층의 식각공정 만으로 2-포트 측정이 가능한 FBAR 의 전극에 관한 것이다.
본 발명의 2-포트 측정을 위한 박막형 공진기의 전극 제조방법은 압전 박막층을 형성하는 제 1 단계; 상기 압전 박막층의 상부에 하부 전극을 증착하는 제 2 단계; 상기 하부 전극의 상부에 압전층을 증착하는 제 3 단계; 상기 압전층의 상부에 상부 전극을 증착하는 제 4 단계; 상기 상부 전극 위에 PR 패턴을 형성하는 제 5 단계; 상기 상부 전극을 식각하는 제 6 단계; 및 상기 압전층을 식각하는 제 7 단계로 이루어짐에 기술적 특징이 있다.
따라서, 본 발명의 2-포트측정을 위한 FBAR 의 전극은 하부 전극에 식각이 불필요하므로 하부 전극에 산화 저항성이 큰 귀금속(noble metal)을 사용하는 것이 가능하며 상부 전극과 압전층의 식각공정이 같은 PR 패턴에서 가능하기 때문에 공정이 단순해지고 공정시간이 단축된다는 장점을 가지고 있다.
Description
본 발명은 2-포트 측정을 위한 FBAR(Film Bulk Acoustic wave Resonator)에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 하부 전극의 식각공정 없이 상부 전극과 압전층의 식각공정만으로 2-포트 측정이 가능한 FBAR 의 전극 및 그 제조방법에 관한 것이다.
오늘날 통신기술이 급속도로 발전함에 따라, 그에 상응하는 신호처리기술과고주파(RF) 부품기술의 발전이 요구되고 있다. 특히 하드웨어적인 측면인 고주파 부품기술은 이동통신 및 라디오 등의 소형 추세에 따라 소형화가 적극적으로 요구되고 있다. 고주파 부품 중, 필터의 소형화는 반도체 웨이퍼 제조기술을 이용하는 방법인 FBAR 박막형 필터의 제조로 현실화되고 있다.
FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator) 박막형 필터는 실리콘(Si)이나 갈륨비소(GaAs) 반도체 기판 위에 압전유전체 물질을 직접 증착하여 압전 특성으로 인한 공진을 유발하는 박막 형태의 소자를 필터로 구현한 것이다.
도 1 은 기존의 2-포트 FBAR 의 전극 구조를 나타낸 것이다. 이런 구조를 만들기 위해서는 하부 전극, 압전층, 상부 전극을 각각 패터닝하고 식각하는 공정이 필요하다. 이 경우, 하부 전극에 식각이 잘 되지 않는 산화 저항성이 큰 귀금속(noble metal)을 사용할 수 없고, 각 층을 전부 따로 패터닝하고 식각해야 하므로 공정시간도 많이 걸리게 되는 등의 단점이 있다.
0.5 GHz 이하의 낮은 주파수에서는 전압과 전류를 측정할 수 있으므로 주어진 회로망의 Z, Y 및 H 파라미터 등을 직접 구할 수 있다. 그러나 FBAR와 같이 GHz 이상의 주파수 대역에서는 일정한 방향으로 진행하는 파나 또는 주파수의 전력과 위상을 측정하는 것이 더 용이하므로 전압과 전류보다는 신호의 흐름과 직접 관련이 있는 산란행렬을 사용한다. 마이크로파 소자의 특성을 다룰 때 산란행렬을 선호하는 주된 이유는 정합된 임피던스 시스템에서 이들의 측정이 가능하기 때문이다. 산란행렬을 측정하는 방법에는 1-포트 측정방법과 2-포트 측정방법이 있다. 1-포트 측정방법은 단순히 반사손실(S11)만을 알 수 있어 필터 응용시 필수적인삽입손실(S21)을 구할 수 없어 필터 응용 여부를 판단할 수 없기 때문에 공진기 특성을 분석하는데 2-포트 측정방법이 필수적이라 할 수 있다. 산란행렬은 전력의 신호 흐름여부로 판단하므로 Ground - Signal- Ground prove 를 이용하여야 한다. G-S-G prove의 선 폭이 200㎛로 규격화되어 있기 때문에 박막을 증착시킨 후, 포토 에칭(photo-etching) 작업이 필수적이다. 따라서, 식각이 어려운 금속은 사용이 불가능하다. 특히, 하부 전극에 산화아연(ZnO)이나 산지르콘산아연(PZT)과 같은 압전층을 증착시킬 경우, 하부전극이 산화되어 공진기 특성을 저하시키는 문제점이 있어 백금(Pt)이나 금(Au)과 같은 산화 저항성이 큰 귀금속(noble metal)을 사용하는 것이 바람직하다. 하지만 이러한 금속들은 식각이 힘들다는 단점을 가지고 있다.
또한, FBAR이 RF 필터나 VCO(Voltage Controlled Oscillator)에 응용되기 위해서는 공진 주파수와 삽입손실 및 반사손실을 알아야 한다. 특히 삽입손실은 필터로의 응용여부를 판가름하는 중요한 요소이다. 이러한 삽입손실은 공진기를 2-포트로 측정하여야만 구할 수 있는데 종래의 FBAR 에서 2-포트 방법으로 삽입손실을 측정하기 위해서는 상, 하부 전극과 압전층 모두를 식각하여 패턴을 형성하는 방법이 사용되어 왔다. 이런 공정은 3가지 패턴을 일치시켜야 되므로 공정이 복잡해지고 어려워진다. 또, 식각이 어려운 금속을 하부 전극에 사용할 수 없어 하부 전극의 종류가 제한을 받게 된다. 특히, 하부 전극 위에 산화 압전층을 증착시킬 경우 하부 전극이 산화되어 공진기 특성을 저하시키는 문제점이 있다. 이런 문제점을 해결하기 위해서는 백금(Pt), 금(Au)과 같은 산화 저항성이 큰 귀금속(noble metal)을 사용하는 것이 바람직하지만 이러한 금속은 식각이 힘들기 때문에 종래의 방법으로는 산화 저항성이 큰 귀금속(noble metal)을 사용하는데 어려움이 있어왔다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하부 전극의 식각이 불필요하기 때문에 하부 전극에 산화 저항성이 큰 귀금속(noble metal)을 사용하는 것이 가능하고 상부 전극과 압전층의 식각공정이 같은 PR 패턴에서 가능하기 때문에 공정의 단순화 및 공정시간이 단축되도록 2-포트 측정을 위한 FBAR 의 전극 및 그 제조방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
도 1은 기존의 2-포트 FBAR 의 전극을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 2-포트 FBAR 의 전극을 나타낸 것이다.
도 3a는 브래그 반사층 구조의 FBAR 의 단면도를 나타낸 것이고, 도 3b는 맴브레인 구조의 FBAR 의 단면을 나타낸 것이다.
도 4는 2-포트 측정을 위한 FBAR 의 전극 구조의 공정 순서이다.
본 발명의 상기 목적은 하부 전극의 식각공정 없이 상부 전극과 압전층의 식각공정만으로 2-포트 측정이 가능한 FBAR 의 전극에 의해 달성된다.
본 발명은 하부 전극의 식각공정이 필요 없기 때문에 식각이 어려운 전극 물질을 사용할 수 있고 포토 마스크(Photo Mask)를 이용하여 PR을 증착시키는 공정이 단순화되어 공정시간이 단축된다는 장점이 있다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
먼저, 도2는 본 발명에서 제안한 2-포트 FBAR 의 전극 구조를 나타낸것이다. 이 구조는 하부 전극을 식각하지 않고, 압전층과 상부 전극을 동시에 패터닝하고 식각해서 만들 수 있다. 따라서, 하부 전극에 산화 저항성이 큰 귀금속(noble metal)을 사용할 수 있고, 한번만의 패터닝과 식각공정으로 구조를 만들 수 있어 공정시간 및 비용이 크게 단축될 수 있다.
다음, 도 3a와 도 3b는 브래그 반사층 구조의 FBAR 와 맴브레인 구조의 FBAR 의 단면을 각각 나타낸 것이다. 브래그 반사층은 높은 음향 임피던스(High Acoustic impedance)와 낮은 음향 임피던스(Low Acoustic impedance)를 갖는 서로 다른 물질을 격층으로 위치시키며, 원하는 공진 주파수의 λ/4 두께를 이용하여 반사율을 높이고 기판 쪽의 임피던스를 감소시킨다. 이때 낮은 임피던스(Low impedance) 층의 두께는 4000Å 으로 하고 높은 임피던스(High impedance) 층의 두께는 6500~7000Å으로 한다.
다음 도 4는 2-포트 측정을 위한 FBAR 의 전극 구조의 공정 순서이다.
압전 박막층을 형성하는 단계; 하부 전극을 증착하는 단계; 압전층을 증착하는 단계; 상부 전극을 증착하는 단계; 상부 전극 PR 패턴을 형성하는 단계; 상부 전극을 식각하는 단계; 그리고 압전층을 식각하는 단계를 포함하는 2-포트 측정을 위한 FBAR 전극의 제조방법이 제공된다. 여기에서, 압전 박막층을 형성하는 제 1 단계의 압전 박막층은 맴브레인(Membrane)층, 브래그 반사(Brag reflector)층, 에어 캡(Air cap)층 중 어느 하나로 이루어지며, 맴브레인(Membrane)층은 실리콘 웨이퍼(Si wafer)를 백 에칭(back etching)하여 만든다. 또한, 반사층의 낮은 임피던스(Low impedance)층의 두께는 4000Å, 높은 임피던스(High impedance)층의 두께는 6500~7000Å으로 한다.
상기 상부 전극 위에 PR 패턴을 형성하는 제 5 단계는 포토 마스크(Photo Mask)를 이용하여 PR을 증착시킨다.
하부 전극은 백금(Pt), 금(Au)과 같은 산화 저항성이 큰 귀금속(noble metal)으로 구성되며, 상기 압전층은 강유전체 박막, AIN, ZnO, (PZT)(Pb(Zr, Ti)O3) 및 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O3) 중 어느 하나의 압전 물질로 구성되고, 상부 전극은 알루미늄(AL), 백금(Pt), 탄탈륨(Ta), 백금-탄탈륨(Pt-Ta), 금(Au), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W) 중 어느 하나의 금속으로 이루어진다.
상기 하부 전극, 압전층, 상부 전극은 각각 알에프 스퍼터링(RF sputtering) 법 및 화학 기상 증착 방법(CVD)을 적용하여 증착되며, 포토 리소그래피(photo-lithography) 방법이 이용된 다음 습식 식각 (wet etching) 또는 건식 식각(dry etching) 방법이 이용되게 된다. 이때, 형성된 패턴을 바탕으로 상부 전극과 압전층을 동시에 습식 식각(wet etching) 방법으로 식각한다.
따라서, 본 발명에 따르면 하부 전극의 식각공정 없이 상부 전극과 압전층의 식각공정만으로 2-포트 측정이 가능하기 때문에 하부 전극에 식각이 어려운 전극물질 즉, 산화 저항성이 큰 귀금속(noble metal)의 사용이 가능하다는 장점을 가지고 있고, 이는 반도체 공정이 어려웠던 것이 가장 큰 단점이었던 기존의 FBAR 의문제점을 해결할 수 있으며, 포토 마스크(Photo Mask)를 이용하여 PR 을 증착시키는 공정이 단순화되어 공정시간이 단축되는 효과가 있다.
Claims (19)
- 압전 박막층을 형성하는 제 1 단계;상기 압전 박막층의 상부에 하부 전극을 증착하는 제 2 단계;상기 하부 전극의 상부에 압전층을 증착하는 제 3 단계;상기 압전층의 상부에 상부 전극을 증착하는 제 4 단계;상기 상부 전극 위에 PR 패턴을 형성하는 제 5 단계;상기 상부 전극을 식각하는 제 6 단계; 및상기 압전층을 식각하는 제 7 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 2-포트 측정을 위한 박막형 공진기의 전극 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 압전 박막층을 형성하는 제 1 단계에서 압전 박막층은 맴브레인(Membrane)층, 브래그 반사(Brag reflector)층, 에어 갭(Air Gap)층 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 2-포트 측정을 위한 박막형 공진기의 전극 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 상부 전극 위에 PR 패턴을 형성하는 제 5 단계는 포토 마스크(Photo Mask)를 이용하여 PR을 증착시키는 것을 특징으로 하는 2-포트 측정을 위한 박막형 공진기의 전극 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,하부 전극은 백금(Pt), 금(Au)과 같은 산화 저항성이 큰 귀금속(noble metal)이 사용 되는 것을 특징으로 하는 2-포트 측정을 위한 박막형 공진기의 전극 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,압전층은 강유전체 박막, AIN, 산화아연(ZnO), 산지르콘산아연(PZT)(Pb(Zr, Ti)O3) 및 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O3) 중 어느 하나의 압전 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 2-포트 측정을 위한 박막형 공진기의 전극 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상부 전극은 알루미늄(Al), 백금(Pt), 탄탈륨(Ta), 백금-탄탈륨(Pt-Ta), 금(Au), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W) 중 어느 하나의 금속으로 구성되는 것을 특징으로 하는 2-포트 측정을 위한 박막형 공진기의 전극 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 상부 전극과 압전층의 식각공정이 같은 PR 패턴에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 2-포트 측정을 위한 박막형 공진기의 전극 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 상부 전극에 사용되는 물질은 수산화 칼륨(KOH)에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 2-포트 측정을 위한 박막형 공진기의 전극 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 압전층에 사용되는 물질이 산화아연(산화아연(ZnO))인 경우는 염화나트륨(NaCl), 강유전체인 경우는 BOE(buffed oxide etchant)에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 2-포트 측정을 위한 박막형 공진기의 전극 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 하부 전극, 압전층, 상부 전극은 각각 화학 기상 증착(CVD) 방법에 의해 증착되는 것을 특징으로 하는 2-포트 측정을 위한 박막형 공진기의 전극 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 하부 전극, 압전층, 상부 전극은 각각 포토 리소그래피(photo-lithography) 공정으로 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 2-포트 측정을 위한 박막형 공진기의 전극 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 하부 전극, 압전층, 상부 전극은 각각 습식 식각(wet etching) 또는 건식 식각(dry etching)방법으로 식각되는 것을 특징으로 하는 2-포트 측정을 위한 박막형 공진기의 전극 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 압전 박막층을 형성하는 제 1 단계는, 알에프 스퍼터링(RF sputtering)법으로 SiO2/W 구조를 반복적으로 증착하여 형성되는 것을 특징으로 하는 2-포트 측정을 위한 박막형 공진기의 전극 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 압전 박막층의 상부에 하부 전극을 증착하는 제 2 단계는, 알에프 스퍼터링( RF sputtering)법으로 증착되는 것을 특징으로 하는 2-포트 측정을 위한 박막형 공진기의 전극 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 하부 전극의 상부에 압전층을 증착하는 제 3 단계는, 알에프 스퍼터링(RF sputtering)법으로 증착되는 것을 특징으로 하는 2-포트 측정을 위한 박막형 공진기의 전극 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 압전층의 상부에 상부 전극을 증착하는 제 4 단계는, 알에프 스퍼터링(RF sputtering)법으로 증착되는 것을 특징으로 하는 2-포트 측정을 위한박막형 공진기의 전극 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 맴브레인 층은 실리콘 웨이퍼(Si wafer)를 백 에칭(back etching)하여 만들어지는 것을 특징으로 하는 2-포트 측정을 위한 박막형 공진기의 전극 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 반사층의 낮은 임피던스(Low impedance)층의 두께는 4000Å, 높은 임피던스(High impedance)층의 두께는 6500~7000Å임을 특징으로 하는 2-포트 측정을 위한 박막형 공진기의 전극 제조방법.
- 상기 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항의 제조방법으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 2-포트 측정을 위한 박막형 공진기의 전극..
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|---|---|---|---|---|
| KR100767284B1 (ko) * | 2006-03-27 | 2007-10-17 | 학교법인 포항공과대학교 | 산화아연계 미세 구조물 및 그 제조방법 |
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2002
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