KR20040078421A - 벌크 마이크로머시닝 ｆｂａｒ 필터 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 웨이퍼 상부를 식각하고, 상기 상부가 식각된 웨이퍼의 상부와 하부 각각에 지지층을 증착한 후, 상기 지지층이 증착된 상부 웨이퍼에 각 소자를 증착하고, 상기 소자가 증착된 웨이퍼에서 후면 식각을 수행하는 것으로서, 실리콘 웨이퍼를 먼저 식각한 후 소자를 제작하여 후면 식각 면적을 감소시킬수 있으므로 칩 크기를 줄일 수 있다.
Description
본 발명은 실리콘 웨이퍼를 먼저 식각한 후 소자를 제작하여 후면 식각 면적을 감소시켜 칩 크기를 줄일 수 있는 벌크 마이크로머시닝(Bulk Micromachining) FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator) 필터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근에는 반도체 웨이퍼 그대로 제조에서부터 시험까지 일관해 처리를 할 수 있는 패키지 구조로서 웨이퍼 레벨 패키지가 주목되고 있다.
웨이퍼 레벨 패키지 (Wafer Level Package)는 웨이퍼 상태에서 패키징 공정을 우선적으로 실시하고, 그런 다음, 웨이퍼의 스크라이브 라인을 따라 절단하여 개개의 패키지를 제조하는 방법을 말한다. 상기와 같은 웨이퍼 레벨 패키지는, 개략적으로 반도체 웨이퍼 상에 칩 단자가 형성되는 복수의 반도체 칩 회로, 외부 접속되는 외부 접속 단자, 이 외부 접속 단자와 칩 단자를 접속하는 재배선, 및 반도체 칩 회로 및 재배선을 보호하기 위해서 형성된 봉지 수지 등의 절연재를 갖는 구성으로 되어 있다(또한 절연재를 배설하지 않은 구성의 것도 있음).
이 웨이퍼 레벨 패키지는, 웨이퍼 상태 그대로(즉 절단을 행하지 않은 상태) 반도체 장치로서 기능시키는 구성으로 하여도 좋고, 또 각 반도체 칩 회로 단위로 절단하여 개체화함으로써 반도체 장치로서 사용하는 구성으로 하여도 좋다.
FBAR 박막형 필터는 반도체 기판에 ZnO나 AIN과 같은 압전 유전체 물질을 RF 스퍼터링으로 증착해 압전 특성으로 인한 공진을 유발하는 박막 형태의 소자를 필터로 구현한 것이다. 따라서, 기존의 유전체 필터에서 구현하기 어려운 소형화 및 MMIC화를 이룰 수 있는 장점을 가지고 있고, SAW 필터에서 불가능하게 여겨지는 초고주파 영역에서의 구동이 가능하다. 또한, 이들 이상의 우수한 필터 특성을 나타낼 수 있으므로 무선 통신 분야에서 요구되는 차세대 필터 기술이다.
현재까지 FBAR의 구조는 멤브레인 구조, SMR 구조, 에어 갭(air gap) 구조 등이 있다. 멤브레인은 공정 과정이 복잡하다는 점과 지지층의 식각으로 인해 기계적인 안정이 떨어진다는 단점을 지니고 있으며 또한 기존에 알려진 KOH를 이용한 습식 식각 방식으로 실제 원하는 면적을 식각하기 위해서는 보다 넓은 면적을 식각해야 하므로 전체 크기가 증가할 수 밖에 없다. 이를 보완하기 위한 SMR 타입과 에어 갭 타입이 제안되었다.
SMR 타입은 기판위에 에쿠스틱 임피던스 차이가 큰 물질을 격층으로 쌓아 브래그 반사를 일으켜 음파의 손실을 최소로 하게 되는데 이는 구조적으로 안정하고 공정 방법도 간단한 장점을 갖지만 멤브레인 타입에 비해 기계적 진동이 약해지므로 효율이 감소하는 단점도 있다.
에어갭 타입의 경우 맴브레인 타입에서 요구되는 후면 식각(backside etching) 대신 희생층을 이용한 표면 마이크로머시닝(micromaching)을 이용하므로 공정 과정을 간단하게 할 수 있다. 이같은 방법으로 제조된 FBAR 공진기는 래더형 필터, 모노리틱 크리스털형 필터, 스택트형 필터, 래티스형 필터로 단일칩 형태의 박막형 필터 구현이 가능하다.
이하 도면을 참조하여 종래의 멤브레인 타입의 FBAR 필터 제조 방법에 대하여 살펴보기로 한다.
도 1a 내지 도 1f는 종래의 FBAR 필터의 제조 방법 나타낸 도면이다.
FBAR 필터를 제조하기 위해서는 먼저 도 1a와 같이 실리콘등의 기판(100)의 상하면 각각에 지지층(110, 115)을 증착한다.
그런다음 도 1b와 같이 기판의 상하면 각각에 지지층(110, 115)이 형성된 상태에서 상부 지지층(110) 상부에 하부 전극(120)을 증착한다.
도 1b와 같이 상부 지지층(110) 상부에 하부 전극(120)이 증착되면, 도 1c와 같이 하부 전극상(120)에 압전층(130)을 증착한다. 여기서, 상기 압전층(130)은 하부 전극(120) 각각에 증착되는 것으로서, 사다리형 모양일 수 있다.
도 1c와 같이 하부 전극상(120)에 압전층(130a, 130b, 130c)이 증착되면, 도 1d와 같이 압전층 상부(130a, 130b, 130c) 각각에 상부 전극(140a, 140b, 140c)을 증착한다.
도 1d와 같이 압전층(130a, 130b, 130c) 상부 각각에 상부 전극(140a, 140b, 140c)이 증착되면, 도 1e와 같이 상부 전극이 형성된 층상구조에서 양 외측의 상부 전극상(140a, 140c)에 주파수 조절층(150a, 150c)을 증착한다.
여기서, 상기 주파수 조절층(150a, 150c)이 형성된 양 외측의 사다리형 받침대 층상 구조는 통상 대역을 나타내고, 가운데의 공진 주파수 조정층이 형성되지 않은 사다리형 받침대 층상 구조는 저지 대역을 나타낸다.
도 1e와 같이 주파수 조절층(150a, 150c)이 증착되면, 도 1f와 같이 벌크 실리콘을 KOH를 이용한 습식 식각(wet etching)방식으로 제거하여 하부 지지층(115)을 식각한다.
여기서, KOH를 이용한 습식 식각의 경우 실리콘 기판에 대한 비등방성 식각선택성에 의한 수직 식각이 아닌 경사면 식각이 일어난다.
전술한 바와 같이 벌크 마이크로머시닝을 이용한 멤브레인 타입의 공진기는 지지층의 윗면에 소자를 제작한 후 벌크 실리콘을 수산화칼륨을 이용한 습식 식각 방식으로 제거하여 공진 특성을 개선시킨다.
이와 같이 수산화칼륨을 이용한 습식식각의 경우 실리콘 기판에 대한 비등방성 식각 선택성에 의해 수직 식각이 아닌 경사면 식각이 일어난다.
그러나 상기와 같은 종래에는 경사면 식각에 의해 실리콘 기판은 수평면에 대한 54.74도의 경사를 이루므로 식각 오픈되는 면의 면적은 실제 유효한 면적인 식각 바닥(bottom)보다 필요이상으로 커지게 되는문제점이 있다.
또한, 멤브레인 타입의 공진기는 식각 오픈되는 면적에 의해 크기가 결정될 수 밖에 없으므로 기존의 벌크 마이크로머시닝 기술과 패키징 기술 적용 시 칩 전체 크기가 커지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 벌크 마이크로머시닝을 이용한 FBAR 공진기 및 필터 제작시 지지층의 후면 식각 면적이 실제 소자가 공진하는 부분인 유효 면적 이상으로 커지게 하여 패키지 크기를 최소화함으로써 칩 전체 크기가 증가하는 문제점을 개선하는 벌크 마이크로머시닝 FBAR 필터 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 웨이퍼 레벨 페키지를 이용하여 반도체 공정을 하므로 일괄 처리가 가능해져서 공정에 드는 비용과 시간을 보다 절감하는 벌크 마이크로머시닝 FBAR 필터 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
도 1a 내지 도 1f는 종래의 FBAR 필터의 제조 방법 나타낸 도면
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 벌크 마이크로머시닝 FBAR 필터의 제조 방법을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 벌크 마이크로머시닝 FBAR 필터를 제작하는 방법을 나타낸 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 200 : 기판 110, 210 : 상부 지지층
115, 215 : 하부 지지층 120, 220 : 하부 전극
130, 230 : 압전층 140, 240 : 상부 전극
150, 250 : 주파수 조절층
상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따르면, 웨이퍼 상부를 식각하고, 상기 상부가 식각된 웨이퍼의 상부와 하부 각각에 지지층을 증착한 후, 상기 지지층이 증착된 상부 웨이퍼에 각 소자를 증착하고, 상기 소자가 증착된 웨이퍼에서 후면 식각을 수행하는 것을 특징으로 하는 벌크 마이크로머시닝 FBAR 필터 제조 방법이 제공된다.
상기 각 소자는 하부 전극, 압전층, 상부 전극, 주파수 조절층 순으로 증착되고, 상기 식각은 습식식각이다.
상기 후면 식각은 상부 식각으로 두께가 얇아진 웨이퍼를 식각하므로 식각 면적이 줄어든다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상부가 미리 식각된 웨이퍼의 상부 식각 영역에는 지지층과 소자가 증착되고, 웨이퍼의 하부는 상기 상부 식각 영역에 상응한 크기로 식각되어 칩의 크기가 작게 되는 것을 특징으로 하는 벌크 마이크로머시닝 FBAR 필터가 제공된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 벌크 마이크로머시닝 FBAR 필터의 제조 방법을 나타낸 도면이다.
FBAR 필터를 제조하기 위해서는 먼저 도 2a와 같은 실리콘 등의 기판(200)에 도 2b와 같이 기판의 상부를 습식 식각을 이용하여 식각한다.
이때, 실리콘 웨이퍼를 포토 공정을 이용해 패터닝하여 KOH용액으로 습식 식각을 실시한다. 이것은 시간에 의한 식각 두께 조절이 가능하므로 원하는 두께에서 식각을 멈춘다.
도 2b와 같이 습식 식각에 의해 기판(200)의 상부가 식각되면, 도 2c와 같이 기판(200)의 상부와 하부 각각에 지지층으로 쓰일 절연막(210, 215)을 증착한다. 여기서, 상기 절연막은 예를 들어 SiNx나등의 물질이다.
그런다음 도 2d와 같이 기판(200)의 상하면 각각에 지지층(210, 215)이 형성된 상태에서 상부 지지층 상부(210)에 하부 전극(220)을 증착한다.
도 2d와 같이 상부 지지층 상부(210)에 하부 전극(220)이 증착되면, 도 2e와 같이 하부 전극상(220)에 압전층(230)을 증착한다. 여기서, 상기 압전층(230)은 AIN 등일 수 있다.
도 2e와 같이 하부 전극상(220)에 압전층(230)이 증착되면, 도 2f와 같이 압전층 상부(230)에 상부 전극(240)을 증착한다.
도 2f와 같이 압전층 상부(230)에 상부 전극(240)이 증착되면, 도 2g와 같이 상부 전극 상부(240)에 주파수 조절층(250)을 증착한다.
도 2g와 같이 주파수 조절층(250)이 증착되면, 도 2h와 같이 벌크 실리콘을KOH를 이용한 습식 식각 방식으로 제거하여 하부 지지층(215)을 식각한다.
하부 지지층(215)을 식각할 때 얇아진 두께를 식각하면, 식각 각도는 일정 각도로 항상 같기 때문에 습각 면적이 줄어들어 칩 사이즈가 줄어든다.
이렇게 제작한 칩을 패키징할때 웨이퍼 레벨 패키지를 이용하면 웨이퍼 상태의 칩과 패키지로 사용할 웨이퍼를 붙여 한번에 다이싱을 할 수 있게 되므로 일괄 처리가 가능하다. 또한, 칩 크기의 패키징이 가능해지므로 패키지 사이즈를 감소시킬 수 있어서 부품의 소형화가 가능하다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 벌크 마이크로머시닝 FBAR 필터를 제작하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, FBAR 필터를 제조하기 위해서 먼저 실리콘 웨이퍼 상부를 식각한다(S300). 이때, 포토 공정을 이용해 패터닝하여 KOH 용액으로 습식 식각을 실시한다. 습식 식각은 시간에 의한 식각 두께 조절이 가능하므로 원하는 두께에서 식각을 중지한다.
단계 300의 수행 후, 실리콘 웨이퍼의 상부와 하부에 각각 지지층을 증착한다(S302).
단계 302의 수행 후, 상부 지지층에 하부 전극, 압전층, 상부 전극, 주파수 조절층을 순차적으로 증착한다(S304).
단계 304의 수행 후, 후면 식각을 수행한다(S306). 후면 식각을 수행하면, 상부 식각을 수행한 후, 후면 식각을 수행하기 때문에 얇아진 두께를 식각하여 식각 면적이 줄어든다. 따라서 칩 사이즈가 줄어든다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 실리콘 웨이퍼를 먼저 식각한 후 소자를 제작하여 후면 식각 면적을 감소시킬 수 있으므로 칩 크기를 줄일 수 있는 벌크 마이크로머시닝 FBAR 필터 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 칩을 패키징할때 웨이퍼 레벨 패키지를 이용하면 웨이퍼 상태의 칩과 패키지로 사용할 웨이퍼를 붙여 한번에 다이싱을 할 수 있게 되므로 일괄 처리가 가능한 벌크 마이크로머시닝 FBAR 필터 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 칩 크기의 패키징이 가능해지므로 패키지 사이즈를 감소시킬 수 있어서 부품의 소형화가 가능한 벌크 마이크로머시닝 FBAR 필터 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 벌크 마이크로머시닝을 이용한 FBAR 공진기 및 필터 제작시 지지층의 후면 식각 면적이 실제 소자가 공진하는 부분인 유효 면적 이상으로 커지므로 후면 식각 면적을 줄이고, 패키지 크기를 최소화함으로써 칩 전체 크기가 증가하는 문제점을 개선할 수 있는 벌크 마이크로머시닝 FBAR 필터 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 웨이퍼 레벨 패키지를 하게 되면 일괄 처리가 가능하고, 칩 크기만한 패키지가 가능하므로 크기도 줄이고 공정에 드는 비용과 시간을 보다 절감할 수 있는 벌크 마이크로머시닝 FBAR 필터 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
Claims (5)
- 웨이퍼 상부를 식각하는 단계;상기 상부가 식각된 웨이퍼의 상부와 하부 각각에 지지층을 증착하는 단계;상기 지지층이 증착된 상부 웨이퍼에 각 소자를 증착하는 단계;및상기 소자가 증착된 웨이퍼에서 후면 식각을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 벌크 마이크로머시닝 FBAR 필터 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 각 소자는 하부 전극, 압전층, 상부 전극, 주파수 조절층 순으로 증착되는 것을 특징으로 하는 벌크 마이크로머시닝 FBAR 필터 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 식각은 습식식각인 것을 특징으로 하는 벌크 마이크로머시닝 FBAR 필터 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 후면 식각은 상부 식각으로 두께가 얇아진 웨이퍼를 식각하므로 식각 면적이 줄어드는 것을 특징으로 하는 벌크 마이크로머시닝 FBAR 필터 제조 방법.
- 상부가 미리 식각된 웨이퍼의 상부 식각 영역에는 지지층과 소자가 증착되고, 웨이퍼의 하부는 상기 상부 식각 영역에 상응한 크기로 식각되어 칩의 크기가 작게 되는 것을 특징으로 하는 벌크 마이크로머시닝 FBAR 필터.
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| KR100609508B1 (ko) * | 2004-12-24 | 2006-08-08 | 학교법인 성균관대학 | 에어갭 타입 에프비에이알장치 및 그 제조방법 |
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2003
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| KR100609508B1 (ko) * | 2004-12-24 | 2006-08-08 | 학교법인 성균관대학 | 에어갭 타입 에프비에이알장치 및 그 제조방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |