KR20040081639A - Band pass filter using thin film bulk acoustic wave resonator and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 박막 용적 탄성파 공진기(Thin Film Bulk Acousticwave Resonator, 이하 TFBAR이라 칭함)를 이용한 대역 통과 필터 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 간섭 격리 프레임을 멤브레인층 하부에 형성하는 것으로 멤브레인층의 구조적 안전성을 높여 동일 TFBAR의 최대 실장수와 신뢰성을 높이고, 구성 공진기들 간의 간섭을 줄이는데 적당하도록 한 박막 용적 탄성파 공진기를 이용한 대역 통과 필터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a band pass filter using a thin film bulk acoustic wave resonator (TFBAR) and a method of manufacturing the same. In particular, the structural safety of the membrane layer is improved by forming an interference isolation frame under the membrane layer. The present invention relates to a band pass filter using a thin-film volume acoustic wave resonator and a method of manufacturing the same, which are suitable for increasing the maximum number of mounting and reliability of the same TFBAR and reducing interference between component resonators.
휴대 전화를 비롯한 정보통신 단말기에 사용되는 핵심 부품 중 하나인 대역통과 필터(BPF)와 듀플렉서(DPX)는 많은 공중파 중에서 사용자가 원하는 주파수를 추출해 주는 소자로서, 현재 표면 탄성파(SAW) 공진기를 비롯한 유전체 필터를 사용하고 있다. 하지만, 크기 및 고주파 대역 특성의 한계로 인해 점차 FBAR 필터를 정보통신 단말기에 적용하려는 연구가 실시되고 있다.Bandpass filters (BPFs) and duplexers (DPXs), which are one of the key components used in telecommunication terminals including mobile phones, are devices that extract frequencies desired by users from many airwaves, and are currently used in dielectrics including surface acoustic wave (SAW) resonators. I'm using a filter. However, due to limitations in size and high frequency band characteristics, studies are being conducted to apply FBAR filters to information communication terminals.
FBAR 필터는 주파수 대역이 넓고 크기가 작으며, 전력 소모 역시 대단히 작기 때문에 정보통신 부품의 소형화와 저전력화에 기여할 것이다. 이러한 FBAR 박막형 공진기는 ZnO, AlN과 같은 기전물질을 이용하는데, 상기 기전물질의 하부와 상부에 각각 전극을 연결하여 용적 탄성파(Bulk Acoustic Wave)을 유발시키는 것으로 공진을 발생시킨다.The FBAR filter has a wide frequency band, a small size, and a very small power consumption, which will contribute to miniaturization and low power of information and communication components. The FBAR thin-film resonator uses a mechanism material such as ZnO and AlN. The FBAR thin film resonator generates an acoustic wave by connecting an electrode to the lower and upper portions of the material to induce a bulk acoustic wave.
이러한 FBAR은 유전체 필터 및 집중정수(LC) 필터의 수백분의 1이하 크기로 초소형화가 가능하고, 탄성파(Surface Acoustic Wave)소자보다 삽입 손실이 대단히 작으며 사용가능 전력또한 크다. 또한, MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)에 내장될 수 있으므로 원칩 RF 필터 구현이 가능하고 고주파 특성이 좋기 때문에 차세대 정보통신 단말기에 적용되고 있다.The FBAR can be miniaturized to less than one hundredth of the size of the dielectric filter and the lumped constant (LC) filter, and the insertion loss is much smaller than the surface acoustic wave device, and the usable power is also large. In addition, since it can be embedded in a MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit), it is possible to implement a one-chip RF filter and to have high frequency characteristics, thereby being applied to a next generation information communication terminal.
도 1은 용적 미세가공(Bulk Micromachining) 기법을 이용한 용적 미세 가공 박막 용적 탄성파 공진기(Bulk-Micromachined TFBAR)의 구조를 보이는 사시도로서, 도시한 바와 같이 기판(11)의 일부를 식각하여 저응력 멤브레인층(12)이 부유하도록 한 후 그 상부에 TFBAR(13, 14, 15)을 형성한다.FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a bulk micromachined TFBAR using a bulk micromachining technique. As shown in FIG. 1, a portion of the substrate 11 is etched to form a low stress membrane layer. Allow (12) to float and form TFBARs (13, 14, 15) on top.
도시한 바와 같이 용적 미세가공기법을 이용하여 TFBAR을 제작하는 경우 기판(11)이 KOH, EDP, TMAH등의 식각 용액으로 식각되므로, 기판과 식각면이 이루는 각은 54.74도의 경사를 이루게 된다. 따라서, 이와 같은 구조의 멤브레인 상부에 동시에 제작할 수 있는 TFBAR의 수는 제한되며, 제한된 영역을 이용하여 필터를 제조하기 위해서는 6개 내지 7개 정도의 TFBAR을 동일 멤브레인 상에 조밀하게 형성한다. 사다리형 필터를 구성하는 경우 사용되는 공진기들을 모두 동일 멤브레인 상에 형성해야만 하며, 6개 내지 7개의 TFBAR을 직렬 및 병렬로 연결하면 가장 작은 크기의 대역 통과 필터를 제조할 수 있다. 멤브레인의 구조적 한계로 인해 7개 이상의 TFBAR을 동일 멤브레인 상에 형성하지 않는다.As shown in the drawing, when the TFBAR is manufactured using the volume microfabrication method, since the substrate 11 is etched with an etching solution such as KOH, EDP, or TMAH, the angle formed between the substrate and the etching surface is inclined at 54.74 degrees. Therefore, the number of TFBARs that can be produced simultaneously on the membrane of such a structure is limited, and in order to manufacture a filter using the limited area, six to seven TFBARs are densely formed on the same membrane. When constructing a ladder filter, all the resonators used must be formed on the same membrane, and the smallest size band pass filter can be manufactured by connecting 6 to 7 TFBARs in series and in parallel. Due to the structural limitations of the membrane, no more than seven TFBARs are formed on the same membrane.
도 2a는 미세 가공 박막 용적 탄성파 공진기를 이용한 4직렬 2병렬형 대역 통과 필터의 실사도이며, 도2b는 미세 가공 박막 용적 탄성파 공진기를 이용한 3직렬 4병렬형 대역 통과 필터의 실사이다. 이와 같이 제한된 동일 멤브레인 영역에 6개 내지 7개의 TFBAR을 배치하면, 직렬과 병렬 공진기들이 동일 멤브레인 상에 위치하게 되므로 필연적으로 간섭이 발생하게 된다. 특히 공진 주파수가 다른 직렬과 병렬 공진기들은 상호 간섭에 의한 효과가 크게 나타나게 되며, 이는 대역 통과 필터의 성능을 악화 시킨다.FIG. 2A is an actual view of a four-series two-parallel band pass filter using a microfabricated thin film volume acoustic wave resonator, and FIG. By placing six to seven TFBARs in the same confined membrane region, interference will inevitably occur because the series and parallel resonators are located on the same membrane. In particular, series and parallel resonators with different resonant frequencies have a large effect due to mutual interference, which degrades the performance of the band pass filter.
도 3은 도 2b에 도시한 3직렬 4병렬형 대역 통과 필터의 실제 특성을 보인 그래프도로서, 도시한 바와 같이 열화된 결과를 볼 수 있다. 즉, 저주파 노치(notch)와 고주파 노치 특성에 폴(pole)이 분리되어 나타나는 현상을 볼 수 있으며, 롤-오프(roll-off) 특성 역시 대단히 열화된 것을 알 수 있을 것이다. 또한, 대역 통과 대역에서의 삽압 손실 역시 기울기 처럼 악화된다. 이러한 문제점은 대역 통과 필터를 구성하는 공진기들이 상호 간섭(cross talk)하여 공진 주파수를 변이시키기 때문에 나타나는 현상이다. 특히, 동일 멤브레인 상에 형성된 각 공진기들의 상호 간섭에 의해 발생하는 문제점이다.FIG. 3 is a graph showing the actual characteristics of the 3 series 4 parallel band pass filter shown in FIG. 2B. As shown in FIG. In other words, it can be seen that the poles are separated from the low frequency notch and the high frequency notch characteristics, and the roll-off characteristic is also greatly deteriorated. In addition, the insertion pressure loss in the band pass band also worsens like a slope. This problem occurs because the resonators constituting the band pass filter cross talk to vary the resonant frequency. In particular, it is a problem caused by mutual interference of each resonator formed on the same membrane.
상기와 같이 3직렬 4병렬형 대역 통과 필터의 저주파 노치와 고주파 노치에서 폴이 분리되는 현상과, 상기 폴의 분리 현상으로 인한 롤-오프 특성의 열화를 도 4a 내지 도 4b를 참조하여 설명하도록 한다.As described above, a phenomenon in which the poles are separated from the low frequency and high frequency notches of the three-serial four-parallel band pass filter and the degradation of the roll-off characteristic due to the separation of the poles will be described with reference to FIGS. 4A to 4B. .
도 4a는 3직렬 4병렬형 대역 통과 필터를 구성하는 TFBAR들의 배치를 나타낸것으로, 도시한 바와 같이 직렬로 연결된 3개의 TFBAR1들과 병렬로 연결된 4개의 TFBAR2들로 이루어진 사다리형 대역 통과 필터이다.FIG. 4A shows a layout of TFBARs constituting a 3 series 4 parallel band pass filter, and is a ladder band pass filter including 4 TFBARs connected in parallel with 3 TFBARs connected in series as shown.
도 4b는 상기 도 4a에 도시된 3직렬 4병렬형 대역 통과 필터의 전송 특성을 나타내는 그래프이다. 도시된 바와 같이, TFBAR2의 직렬 공진으로 일어나는 TFBAR2의 직렬 공진주파수 fs(T2)에서 저주파 노치가 형성되며, TFBAR2의 병렬 공진 주파수 fp(T2)와 직렬로 연결된 TFBAR1의 직렬 공진 주파수 fs(T1)에 의해 대역 통과 대역에서 삽입 손실과 리플(ripple) 특성이 결정된다. 그리고, 직렬 공진기들의 병렬 공진 주파수 fp(T1)에 의해 고주파 노치 특성이 결정된다. 여기서 각 개별 공진기들의 fs(T2), fp(T2), fs(T1), fp(T1)이 각각 다르게 되면 도시된 바와 같은 매우 열화된 대역 통과 필터 특이 나타나게 된다. 이러한 각 공진기들의 공진 주파수 불일치는 물론 제조 과정상 박막 두께(하부 전극, 기전 물질, 상부 전극, 멤브레인)의 비균등성(non uniformity) 때문에 일어 날 수도 있으나, 주로 주변 공진기들의 상호 간섭(coupling)에 의해 일어난다. 이러한 상호 간섭은 용적 탄성파가 동일 멤브레인 상에 있을 때에는 잘 전달 되므로 종래의 구성과 제조 방법으로는 공진기들간의 상호 간섭을 줄이기 이려우며, 그로인한 성능 감소를 감수해야 한다.FIG. 4B is a graph showing transmission characteristics of the 3 series 4 parallel band pass filter shown in FIG. 4A. As shown, a low frequency notch is formed at the series resonant frequency fs (T2) of TFBAR2 resulting from the series resonance of TFBAR2, and at the series resonant frequency fs (T1) of TFBAR1 connected in series with the parallel resonant frequency fp (T2) of TFBAR2. The insertion loss and ripple characteristics are determined in the band pass band. In addition, the high frequency notch characteristic is determined by the parallel resonance frequency fp (T1) of the series resonators. Here, if fs (T2), fp (T2), fs (T1), and fp (T1) of the respective resonators are different from each other, a very deteriorated band pass filter singular as shown is shown. The resonant frequency mismatch of each of the resonators may be caused by the non uniformity of the thin film thickness (bottom electrode, electromechanical material, upper electrode, membrane) in the manufacturing process, but mainly due to the mutual coupling of the peripheral resonators. Happens. Since such mutual interference is well transmitted when the volume acoustic waves are on the same membrane, it is difficult to reduce the mutual interference between the resonators in the conventional configuration and manufacturing method, and thus suffer a performance reduction.
상기한 바와 같이 종래 박막 용적 탄성파 공진기를 이용한 대역 통과 필터 및 그 제조 방법은 동일 맴브레인층이 허용하는 영역 내에 제한된 수의 박막 용적 탄성파 공진기들을 실장하기 때문에 각 공진기들 간의 간섭이 심하여 성능이 열화되고, 단일 맴브레인 층에 형성할 수 있는 공진기들의 수가 제한되어 복합기능 필터를 동일 맴브레인 층에 구성할 수 없는 문제점이 있었다.As described above, a band pass filter using a thin film volume acoustic wave resonator and a method of manufacturing the same have a limited number of thin film volume acoustic wave resonators in a region allowed by the same membrane layer, so that interference between the resonators is severe and performance is degraded. Due to the limited number of resonators that can be formed in a single membrane layer, there is a problem in that a multifunctional filter cannot be configured in the same membrane layer.
상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 멤브레인 하부에 간섭 격리 프레임을 상기 멤브레인 상부에 형성될 용적 탄성파 공진기 크기에 적당하도록 격자로 형성하도록 하는 것으로 멤브레인의 구조적 취약성을 보강하여 동일 멤브레인 상에 실장되는 공진기의 수를 증가시키고 공진기들 간의 간섭을 줄일 수 있는 박막 용적 탄성파 공진기를 이용한 대역 통과 필터 및 그 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.In view of the above problems, the present invention is to form an interference isolation frame at the bottom of the membrane into a lattice to be suitable for the size of the volume acoustic wave resonator to be formed on the membrane, thereby reinforcing structural weakness of the membrane, An object of the present invention is to provide a band pass filter using a thin film volume acoustic wave resonator capable of increasing the number and reducing interference between resonators and a method of manufacturing the same.
도1은 일반적인 용적 미세 가공 박막 용적 탄성파 공진기의 일 실시예를 보인 사시도.1 is a perspective view showing one embodiment of a typical volumetric microfabricated bulk acoustic wave resonator;
도2a는 미세 가공 박막 용적 탄성파 공진기를 이용한 4직렬 2병렬형 대역 통과 필터의 실사도.FIG. 2A is a photogram of a four series two parallel band pass filter using a microfabricated thin film acoustic wave resonator; FIG.
도2b는 미세 가공 박막 용적 탄성파 공진기를 이용한 3직렬 4병렬형 대역 통과 필터의 실사도.FIG. 2B is an illustration of a three series four parallel band pass filter using a microfabricated thin film volume acoustic wave resonator; FIG.
도3은 상기 도 2b의 3직렬 4병렬형 대역 통과 필터의 실제 특성도.3 is an actual characteristic diagram of the three series four parallel band pass filter of FIG.
도4a는 3직렬 4병렬형 대역 통과 필터의 공진기 구성도.Fig. 4A is a configuration diagram of a resonator of a three series four parallel band pass filter.
도4b는 상기 도 4a의 전송 특성을 보이는 그래프도.4B is a graph showing the transmission characteristics of FIG. 4A.
도5는 본 발명 일 실시예를 적용한 3직렬 4병렬형 대역 통과 필터의 평면도.Figure 5 is a plan view of a three series four parallel band pass filter applying an embodiment of the present invention.
도6a 내지 도6d는 본 발명 일 실시예를 제조하는 과정을 보인 수순 단면도.6a to 6d is a cross-sectional view showing a process of manufacturing an embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10: 용적 미세 가공 TFBAR 11: 기판10: Volumetric microfabrication TFBAR 11: Substrate
12: 멤브레인층 13: 하부전극12: membrane layer 13: lower electrode
14: 기전물질 15: 상부전극14: mechanism material 15: upper electrode
20: 기판 21: 간섭 격리 프레임20: substrate 21: interference isolation frame
22: 멤브레인층 23: 하부전극22: membrane layer 23: lower electrode
24: 기전물질 25: 상부전극24: mechanism material 25: upper electrode
상기와 같은 목적을 달성하기위한 본 발명은, 구성될 대역 통과 필터의 회로에 따라 형성된 다수의 박막 용정 탄성파 공진기와; 상기 박막 용적 탄성파 공진기 하부에서 이들을 지지하는 멤브레인층과; 상기 멤브레인층 하부에서 상기 박막 용적 탄성파 공진기들이 위치된 영역 사이를 가로지르도록 격자 형태로 구성된 간섭 격리 프레임과; 상기 박막 용적 탄성파 공진기들이 형성된 멤브레인층 영역 및 상기 간섭 격리 프레임을 부유시키기위해 일부 영역이 제거된 지지 기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, a plurality of thin film molten acoustic wave resonator formed in accordance with the circuit of the band pass filter to be configured; A membrane layer supporting them below said thin film volume acoustic wave resonator; An interference isolation frame configured in the form of a lattice so as to traverse between regions in which the thin film volume acoustic wave resonators are located below the membrane layer; And a membrane substrate region in which the thin film volume acoustic wave resonators are formed and a support substrate from which a portion of the region is removed to float the interference isolation frame.
상기 간섭 격리 프레임은 기판의 일부를 붕소(boron) 이온을 도핑한 것으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The interference isolation frame is formed by doping boron ions in a portion of the substrate.
또한, 본 발명은 반도체 기판 상의 일부 영역을 사진 식각 방법으로 식각하여 간섭 경리 영역 프레임용 패턴을 형성하는 단계와; 상기 형성된 패턴에 이종 물질을 도핑하는 것으로 식각 정지물질로 이루어진 간섭 경리 영역 프레임을 기판 내부에 형성하는 단계와; 상기 형성된 구조물 상부 및 하부에 저응력 박막을 형성하여 멤브레인층을 형성하는 단계와; 상기 기판 상부에 형성된 멤브레인층 상에 차례로 하부 전극, 기전물질, 그리고 상부 전극을 형성하여 박막 용적 탄성파 공진기를 형성하는 단계와; 상기 기판 하부의 멤브레인층의 일부와 기판의 일부를 식각하여 박막 용적 탄성파 공진기 형성 영역의 멤브레인층과 간섭 경리 영역 프레임을 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention includes etching a portion of the region on the semiconductor substrate by a photolithography method to form a pattern for interference hard region frame; Forming an interference hardened region frame made of an etch stop material in the substrate by doping a heterogeneous material to the formed pattern; Forming a membrane layer by forming a low stress thin film on the upper and lower portions of the formed structure; Forming a thin film volume acoustic wave resonator by sequentially forming a lower electrode, a mechanism material, and an upper electrode on the membrane layer formed on the substrate; And etching a part of the membrane layer and a part of the substrate under the substrate to expose the membrane layer of the thin film volume acoustic wave resonator forming region and the interference hardening region frame.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.When described in detail with reference to the accompanying drawings an embodiment of the present invention configured as described above are as follows.
도 5는 본 발명 일 실시예의 구조를 단적으로 보여주는 평면도로서, 도시한 바와 같이 3직렬 4병렬형 대역 통과 필터를 형성하는 박막용적 탄성파 공진기들(23, 24, 25)이 단일 멤브레인(22) 상부에 형성되어 있다. 그리고, 본 발명의 특징인 간섭 격리 프레임(21)이 각 공진기들 사이의 멤브레인(22) 하부에 격자형태로 규칙적으로 형성되어 있다.FIG. 5 is a plan view showing a structure of an embodiment of the present invention, in which thin-film volume acoustic wave resonators 23, 24, and 25 forming a three-series four-parallel band pass filter are disposed on a single membrane 22. As shown in FIG. Formed. In addition, an interference isolation frame 21, which is a feature of the present invention, is regularly formed in a lattice form under the membrane 22 between the respective resonators.
상기 간섭 격리 프레임(21)은 각 공진기들이 형성된 멤브레인(22)을 균등하게 분할하고 있기 때문에 저응력 멤브레인(22)의 구조적 취약성을 보완하면서, 각 공진기들의 간섭을 효과적으로 감소시키게 된다.Since the interference isolation frame 21 evenly divides the membrane 22 in which the resonators are formed, the interference isolation frame 21 effectively reduces the interference of the resonators while compensating for the structural weakness of the low stress membrane 22.
상기 간섭 격리 프레임(21)은 상기 멤브레인(22)의 구조적 취약성을 보완하기 때문에 저응력의 특징으로 인해 동시에 실장할 수 있는 공진기 수에 대한 제약을 완화 시킨다. 즉, 7개를 초과하는 공진기들을 동일 멤브레인(22) 상부에 동시 실장할 수 있게 되므로, 송신 대역 통과 필터 및 수신 대역통과 필터를 동일한 멤브레인(22) 상에 구성할 수도 있다. 이를 통해 TFBAR 듀플렉서를 동일한 칩 상에서 구현할 수 있게 되므로 듀플렉서의 크기 및 제조 단가를 획기적으로 줄일 수 있게 된다. 즉, 본 발명의 적용으로 인해 동일 멤브레인 상에 형성할 수 있는 TFBAR의 수를 증가시킬 수 있으므로 다수의 TFBAR을 이용한 응용 회로를 실현할 수 있게 된다.Since the interference isolation frame 21 compensates for the structural weakness of the membrane 22, the interference isolation frame 21 relaxes the restriction on the number of resonators that can be simultaneously mounted due to the low stress. That is, since more than seven resonators can be simultaneously mounted on the same membrane 22, the transmission bandpass filter and the reception bandpass filter may be configured on the same membrane 22. This enables the TFBAR duplexer to be implemented on the same chip, dramatically reducing the size and manufacturing cost of the duplexer. That is, the application of the present invention can increase the number of TFBAR that can be formed on the same membrane, it is possible to realize an application circuit using a plurality of TFBAR.
또한, 각각의 공진기들 사이를 지나는 간섭 격리 프레임(21)에 의해 각 공진기들 간의 간섭이 크게 완화될 수 있으므로 대역 통과 필터의 특성을 대단히 개선할 수 있다. 이는 공진기들의 주파수가 일치하지 않는 경우에 있어 대단한 특성 개선 효과를 나타낸다.In addition, since the interference between the respective resonators can be greatly alleviated by the interference isolation frame 21 passing between the respective resonators, the characteristics of the band pass filter can be greatly improved. This shows a great characteristic improvement effect when the frequencies of the resonators do not match.
이제, 상기 간섭 격리 프레임(21)을 형성하는 방법을 본 발명 일 실시예의 제조 과정을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.Now, the method of forming the interference isolation frame 21 will be described in detail with reference to the manufacturing process of the embodiment of the present invention.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명 일 실시예의 공정 순서를 나타낸 수순단면도이다.6A to 6C are cross-sectional views showing a process sequence of an embodiment of the present invention.
먼저, 도 6a에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(20) 상부에 포토레지스트 패턴을 형성하고, 노출된 상기 실리콘 기판(20)의 일부를 식각하는 것으로 간섭 격리 프레임용 패턴을 기판 상에 형성한다. 상기 간섭 격리 프레임용 패턴은 이후 TFBAR들이 형성될 영역 사이를 지나는 격자 형태로 이루어진다. 당연하게도 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 이후 형성될 TFBAR을 포괄하는 폐곡선 형태를 이루어야 한다. 상기 기판(20) 상에 형성된 패턴이 p++이 되도록 붕소(Baron)를 도핑하여 붕소 식각 정지층을 형성한다. 상기 형성된 붕소 식각 정지층은 실리콘 기판(20)이 식각되어 제거되더라도 잔류하여 그 상부에 형성될 멤브레인층(22)을 지지하는 간섭 격리 프레임(21)이 된다.First, as shown in FIG. 6A, a photoresist pattern is formed on the silicon substrate 20, and a portion of the exposed silicon substrate 20 is etched to form an interference isolation frame pattern on the substrate. The pattern for the interference isolation frame is then in the form of a grating passing between the areas where TFBARs are to be formed. Naturally, it can be transformed into various forms, and it should form a closed curve covering the TFBAR to be formed later. The boron etch stop layer is formed by doping boron so that the pattern formed on the substrate 20 becomes p ++. The boron etch stop layer is formed as an interference isolation frame 21 supporting the membrane layer 22 to remain and be formed on the silicon substrate 20 even if the silicon substrate 20 is etched away.
그 다음, 도 6b에 도시된 바와 같이 상기 구조물 상부 및 하부에 저응력 실리콘 니트라이드 박막을 저전력 화학 기상 증착 방식으로 형성하여 멤브레인(22)을 형성한다. 상기 실리콘 니트라이드 박막을 저전력 화학 기상 증착 방식으로 형성하면 상기 기판(20)의 상부 및 하부에 동시에 실리콘 니트라이드층이 형성된다. 상기 기판 상부에 형성된 멤브레인(22) 상에 제 1도전체층을 성막 및 패턴하여 하부전극(23)을 형성한다. 상기 제 1도전체층은 Pt, Mo, Au, Al등의 단일 물질이며, 접착력을 높이기 위해 Ti, Ta, TiN등의 접착성 향상 물질을 상기 제 1도전체층 하부에 더 형성할 수 있다.Next, as shown in FIG. 6B, a low stress silicon nitride thin film is formed on the upper and lower portions of the structure by low power chemical vapor deposition to form the membrane 22. When the silicon nitride thin film is formed by a low power chemical vapor deposition method, a silicon nitride layer is simultaneously formed on the upper and lower portions of the substrate 20. The lower electrode 23 is formed by forming and patterning a first conductive layer on the membrane 22 formed on the substrate. The first conductive layer is a single material such as Pt, Mo, Au, Al, etc., and may further form an adhesion improving material such as Ti, Ta, TiN, or the like below the first conductive layer in order to increase adhesion.
그 다음, 도 6c에 도시된 바와 같이 상기 구조물 상부에 기전물질(24)을 성막한 후 패터닝하고, 그 상부에 제 2도전체층을 성막 및 패터닝하여 상부전극(25)을 형성한다. 상기 기전물질은 ZnO, ZlN, PZT등이 사용될 수 있으며, 상기 제 2도전체층은 Pt, Mo, Au, Al등이 사용될 수 있다.Next, as shown in FIG. 6C, the upper surface of the structure is formed by patterning and patterning a material material 24, and forming a top electrode 25 by forming and patterning a second conductive layer thereon. The mechanism material may be ZnO, ZlN, PZT, and the like, and the second conductive layer may be Pt, Mo, Au, Al, or the like.
그 다음, 도 6d에 도시된 바와 같이 실리콘 기판(20) 하부의 실리콘 니트라이드층(22)을 패터닝한 후, 드러난 실리콘 기판(20)을 KOH, EDP, TMAH등의 용액으로 습식 식각하여 용적 미세가공하면 상기 붕소로 도핑된 간섭 격리 프레임(21)과 멤브레인층(22)에서 식각 정지가 일어나게 되므로, 해당 부분을 남겨두고 실리콘 기판(20)의 일부가 제거된다. 상기 간섭 격리 프레임(21)은 멤브레인층(22) 하부에 부착된 상태가 되므로 멤브레인층(22)의 구조적 강도가 높아지게 되며프레임(21)의 내부 영역에 형성된 박막 용적 탕성파 공진기들 간의 간섭이 줄어들게 된다.Next, as shown in FIG. 6D, after patterning the silicon nitride layer 22 under the silicon substrate 20, the exposed silicon substrate 20 is wet-etched with a solution such as KOH, EDP, TMAH, and the like to have a volumetric fineness. When processing, the etch stop occurs in the boron-doped interference isolation frame 21 and the membrane layer 22, so that a part of the silicon substrate 20 is removed leaving the corresponding portion. Since the interference isolation frame 21 is attached to the lower portion of the membrane layer 22, the structural strength of the membrane layer 22 is increased, and the interference between the thin film volume acoustic wave resonators formed in the inner region of the frame 21 is reduced. do.
즉, 상기 간섭 격리 프레임(21)을 멤브레인(22) 하부에 형성하기 위해서 기존의 TFBAR 대역 통과 필터 제조 공정을 크게 변화시키지 않고 해당 간섭 격리 프레임(21)을 형성하는 공정만을 추가하는 것으로 본 발명의 적용이 가능해 진다.That is, in order to form the interference isolation frame 21 under the membrane 22, only the process of forming the interference isolation frame 21 is added without significantly changing the existing TFBAR bandpass filter manufacturing process. Application is possible.
상기한 바와 같이 본 발명 박막 용적 탄성파 공진기를 이용한 대역 통과 필터 및 그 제조 방법은 멤브레인 하부에 간섭 격리 프레임을 상기 멤브레인 상부에 형성될 용적 탄성파 공진기 크기에 적당하도록 격자로 형성하도록 함으로써, 간섭 격리 프레임을 형성하는 공정을 기존 공정에 간단히 추가하는 것 만으로 멤브레인의 구조적 취약성을 보강하여 동일 멤브레인 상에 실장되는 공진기의 수를 증가시키고 그로인해 동일 칩 상에 송수신 대역 통과 필터를 구성할 수 있는 것은 물론이고 구성된 공진기들 간의 간섭을 크게 줄일 수 있어 성능이 개선되는 효과가 있다.As described above, the band pass filter using the thin film acoustic wave resonator of the present invention and a method of manufacturing the same have an interference isolation frame formed by forming a lattice so that the interference isolation frame below the membrane is suitable for the size of the volume acoustic wave resonator to be formed on the membrane. By simply adding the forming process to the existing process, the structural weakness of the membrane can be reinforced to increase the number of resonators mounted on the same membrane and thereby to configure the transmit / receive bandpass filter on the same chip. Since the interference between the resonators can be greatly reduced, the performance is improved.
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