KR20040089914A - Bulk Acoustic Wave Device and Process of The Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 체적탄성파 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표면이 매우 평활한 식각전파방지막을 형성하는 것에 의하여 CMP 공정을 생략하는 것이 가능하고 생산수율이 향상되며 압전박막의 c-축 우선배향성이 우수한 체적탄성파 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a volume acoustic wave device and a method for manufacturing the same, and more particularly, by forming an etch propagation film having a very smooth surface, it is possible to omit the CMP process, improve the production yield, and improve the c-axis of the piezoelectric thin film. Firstly, the present invention relates to a volume acoustic wave device having excellent orientation and a method of manufacturing the same.
최근 이동통신부품의 고주파수화, 고품질화, 초소형화 경향에 부합하는 차세대부품으로서 체적탄성파 소자(FBAR) 및 이를 이용한 대역통과필터, 듀플렉서 필터가 널리 연구 개발되고 있다.Recently, a bulk acoustic wave device (FBAR), a band pass filter, and a duplexer filter have been widely researched and developed as a next-generation component that meets the trend of high frequency, high quality, and miniaturization of mobile communication components.
상기한 체적탄성파 소자(FBAR;Film Bulk Acoustic Wave Device)는 압전재료의 압전/역압전 현상을 이용한 것으로 압전박막과 상하부전극의 단순한 구조로 형성되는 것이 가장 이상적인 형태(air-gap 형태)이다. 이외에도 브랙반사층을 이용한 SMR(solidly mounted resonator)구조와 낮은 음향학적 손실을 갖는 기판을 이용한 HBAR(high overtone bulk acoustic wave resonator)구조 등이 있다.The bulk bulk acoustic wave device (FBAR) uses piezoelectric / reverse piezoelectric phenomena of piezoelectric materials and is ideally formed in a simple structure of a piezoelectric thin film and an upper and lower electrodes (air-gap form). In addition, there is a solidally mounted resonator (SMR) structure using a black reflective layer and a high overtone bulk acoustic wave resonator (HBAR) structure using a substrate having low acoustic loss.
그리고 단순하면서 공진특성이 우수한 이상적인 형태(에어갭 형태)의 체적탄성파 소자를 제조하기 위한 방법이 여러가지 제안되고 있는 데, 크게 MEMS공정의 몸체미세가공공정 및 표면미세가공공정을 이용한 제조방법으로 나눌 수 있다.In addition, various methods have been proposed for manufacturing an ideal type (air gap type) bulk acoustic wave device having excellent resonance characteristics, which can be broadly classified into a manufacturing method using a body microprocessing process and a surface microprocessing process of the MEMS process. have.
초기에는 체적탄성파 소자를 제조하는 방법으로 주로 몸체미세가공단계를 이용한 제조공정이 활발하게 연구되었으나, 제조공정이 까다롭고 유해하며 양산화가 용이하지 않고 후처리공정이 어려워 현재는 거의 사용되지 않으며, 대신 최근에는 표면미세가공공정을 이용한 체적탄성파 소자의 제조방법에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.Initially, the manufacturing process using the body microprocessing step has been actively studied as a method of manufacturing volume acoustic wave devices, but at present, it is rarely used because the manufacturing process is difficult, harmful, not easy to mass-produce, and the post-treatment process is difficult. Recently, research on the method of manufacturing a volume acoustic wave device using a surface microfabrication process has been actively conducted.
상기한 표면미세가공공정을 이용한 체적탄성파 소자의 제조방법은 주로 실리콘 기판에 음향학적 반사층으로 기능하는 빈 공간을 형성하고, 그 공간 속에 SiO2(BPSG, LTO;low temperature oxide), Poli-Si, ZnO 등의 희생층을 증착한 다음, CMP(chemical mechanical polishing) 공정을 이용하여 경면 연마하고, 그 위에 전극/압전박막/전극 구조의 체적탄성파 소자의 구조(압전활성화구조 또는 공진구조)를 만든 후, 희생층을 제거하여 에어갭(음향학적 반사층으로 기능하는 빈 공간) 형태를 구현하는 방법이다.The method of manufacturing a volume acoustic wave device using the surface microfabrication process mainly forms an empty space functioning as an acoustic reflective layer on a silicon substrate, and SiO 2 (BPSG, LTO; low temperature oxide), Poli-Si, After depositing a sacrificial layer such as ZnO, mirror polishing is performed using a chemical mechanical polishing (CMP) process, and a structure (piezoelectric activation structure or resonance structure) of a volume acoustic wave device having an electrode / piezoelectric thin film / electrode structure is formed thereon. By removing the sacrificial layer, an air gap (empty space functioning as an acoustic reflective layer) is realized.
상기에서 CMP 공정을 이용하여 희생층을 경면연마하여야 하는 이유는 CMP 공정 이후에 형성되는 체적탄성파 소자의 핵심부분인 압전층의 c-축 우선배향성이 초기 기판의 평활성에 영향을 받기 때문이다. 즉 체적탄성파 소자의 핵심부분은 압전층이며, 압전층의 가장 중요한 결정학적 특성은 우수한 c-축 우선배향성이고, 압전층의 c-축 우선배향성은 압전층이 성장하는 초기 기판의 표면상태에 크게 의존하며, 초기 기판의 표면이 평활할수록 우수한 c-축 우선배향성을 가진 압전박막이 성장하게 된다. 따라서 우수한 특성을 갖는 체적탄성파 소자를 제조하기 위해서는 희생층과 지지층의 표면을 평활하게 형성하는 것이 매우 중요하다.The reason why the sacrificial layer should be mirror polished using the CMP process is that the c-axis preferential orientation of the piezoelectric layer, which is a key part of the volume acoustic wave device formed after the CMP process, is affected by the smoothness of the initial substrate. In other words, the core part of the volume acoustic wave device is the piezoelectric layer, the most important crystallographic property of the piezoelectric layer is excellent c-axis preferential orientation, and the c-axis preferential orientation of the piezoelectric layer is largely dependent on the surface state of the initial substrate on which the piezoelectric layer is grown. The smoother the surface of the initial substrate, the more the piezoelectric thin film with excellent c-axis preferential orientation grows. Therefore, it is very important to smoothly form the surface of the sacrificial layer and the support layer in order to manufacture a volume acoustic wave device having excellent characteristics.
종래 체적탄성파 소자 제조공정에서 기판에 음향학적 반사층으로 기능할 공간을 형성하고 희생층을 증착할 때에 공간이 형성된 부분과 공간이 형성되지 않은 부분 위에 희생층이 동시에 증착되므로, 두 부분 위에 증착되는 희생층 표면 사이에 커다란 단차가 존재하게 된다. 따라서 다음 공정에서 이러한 단차를 감소시키고 희생층을 평탄화하기 위하여 CMP 공정을 이용한 1차 희생층 경면연마공정을 행한다. 그리고 압전층의 우수한 c-축 우선배향성을 얻기 위하여 희생층(또는 그 위에 성장하는 지지층)의 표면을 평활하게 하기 위하여 CMP 공정을 이용한 2차 희생층 경면연마공정을 행한다.In the conventional volume acoustic wave device manufacturing process, the sacrificial layer is simultaneously deposited on the portion where the space is formed and the portion where the space is not formed at the time of forming a space to function as an acoustic reflective layer on the substrate and depositing the sacrificial layer, thus being deposited on the two portions. There will be a large step between the layer surfaces. Therefore, in the next step, a first sacrificial layer mirror polishing process using a CMP process is performed in order to reduce such a step and planarize the sacrificial layer. In order to smooth the surface of the sacrificial layer (or the support layer grown thereon) in order to obtain excellent c-axis preferential orientation of the piezoelectric layer, a second sacrificial layer mirror polishing process using a CMP process is performed.
상기와 같은 종래의 표면미세가공공정을 이용한 체적탄성파 소자 제조방법은 희생층 형성공정, 희생층 경면연마공정 등과 같은 어려운 공정을 필연적으로 포함하게 되므로, 체적탄성파 소자의 생산수율 및 품질(특성) 저하의 원인이 된다. 특히 희생층 경면연마공정은 2단계 CMP공정을 이용하는 데, 공정의 난이도가 높고 공정시간이 많이 소요되는 작업으로 체적탄성파 소자의 생산수율을 크게 저하시킨다.The conventional method for manufacturing a bulk acoustic wave device using the surface microfabrication process as described above inevitably includes difficult processes such as a sacrificial layer forming process and a sacrificial layer mirror polishing process, thereby lowering the production yield and quality (characteristic) of the volume acoustic wave device. Cause. In particular, the sacrificial layer mirror polishing process uses a two-step CMP process, which is a highly difficult and time-consuming process, and greatly reduces the yield of volumetric acoustic wave devices.
그리고 경면연마공정을 거친 다음에도 희생층 표면이 평활하지 않고 거친 상태가 되기 쉬워, 차후에 압전박막을 증착할 때에 우수한 c-축 우선배향성을 가지는압전층을 제조하기가 어려워 우수한 특성의 체적탄성파 소자를 제조하기 어렵다.After the mirror polishing process, the surface of the sacrificial layer tends to be not smooth and rough, and it is difficult to manufacture a piezoelectric layer having excellent c-axis preferential orientation when depositing a piezoelectric thin film later. Difficult to manufacture
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 희생층을 형성하기 위하여 기판에 공간을 형성하지 않고 평활한 표면을 가진 식각전파방지막을 형성하므로 희생층의 경면연마공정이 필요하지 않아 생산수율 및 생산성이 향상되고 압전박막의 c-축 우선배향성이 향상되는 체적탄성파 소자를 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to solve the above problems, to form an etch propagation prevention film having a smooth surface without forming a space in the substrate to form a sacrificial layer does not require the mirror polishing process of the sacrificial layer produced An object of the present invention is to provide a bulk acoustic wave device having improved yield and productivity and improved c-axis preferential orientation of piezoelectric thin films.
또 본 발명의 다른 목적은 CMP 공정이 필요없이 간단하고 효율적인 방법으로 표면이 평활한 식각전파방지막을 형성하므로 생산수율이 향상되고 압전박막의 c-축 우선배향성을 크게 향상시켜 우수한 특성을 지닌 체적탄성파 소자를 제조할 수 있는 체적탄성파 소자 제조방법을 제공하기 위한 것이다.In addition, another object of the present invention is to form an etch propagation film having a smooth surface in a simple and efficient manner without the need for a CMP process, thereby improving the production yield and greatly improving the c-axis preferential orientation of the piezoelectric thin film. An object of the present invention is to provide a volume acoustic wave device manufacturing method capable of manufacturing a device.
도 1은 본 발명에 따른 체적탄성파 소자의 일실시예를 나타내는 단면도.1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a volume acoustic wave device according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 체적탄성파 소자의 일실시예에 있어서 보강전극을 형성한 상태를 나타내는 단면도.2 is a cross-sectional view showing a state in which a reinforcing electrode is formed in one embodiment of the bulk acoustic wave device according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 체적탄성파 소자의 일실시예를 나타내는 평면도.3 is a plan view showing an embodiment of a volume acoustic wave device according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 체적탄성파 소자의 다른 실시예를 나타내는 단면도.4 is a cross-sectional view showing another embodiment of a volume acoustic wave device according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 체적탄성파 소자의 다른 실시예에 있어서 기판보호막과 희생층을 형성한 상태를 나타내는 단면도.5 is a cross-sectional view showing a state in which a substrate protective film and a sacrificial layer are formed in another embodiment of the bulk acoustic wave device according to the present invention;
도 6은 본 발명에 따른 체적탄성파 소자 제조방법의 일실시예를 나타내는 블럭도.Figure 6 is a block diagram showing one embodiment of a method for manufacturing a volume acoustic wave device according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 체적탄성파 소자 제조방법의 일실시예에 있어서 홈형성단계를 나타내는 블럭도.Figure 7 is a block diagram showing a groove forming step in one embodiment of a method for manufacturing a volume acoustic wave device according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 체적탄성파 소자 제조방법의 일실시예에 있어서 보강전극형성단계를 포함하는 상태를 나타내는 블럭도.8 is a block diagram showing a state including the step of forming a reinforcing electrode in one embodiment of the method for manufacturing a volume acoustic wave device according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따른 체적탄성파 소자 제조방법의 일실시예를 단면도로 나타내는 공정도.9 is a process diagram showing in one cross-sectional view an embodiment of a method for manufacturing a volume acoustic wave device according to the present invention.
도 10은 본 발명에 따른 체적탄성파 소자 제조방법의 일실시예를 평면도로 나타내는 공정도.10 is a process chart showing an embodiment of a method for manufacturing a volume acoustic wave device according to the present invention in a plan view.
도 11은 본 발명에 따른 체적탄성파 소자 제조방법의 다른 실시예를 나타내는 블럭도.11 is a block diagram showing another embodiment of a method for manufacturing a volume acoustic wave device according to the present invention.
도 12는 본 발명에 따른 체적탄성파 소자 제조방법의 다른 실시예를 단면도로 나타내는 공정도.12 is a process diagram showing another embodiment of a method for manufacturing a volume acoustic wave device according to the present invention in a cross-sectional view.
본 발명이 제안하는 체적탄성파 소자는 기판에 빈 공간으로 형성되는 음향학적 반사층의 테두리를 형성하며 기판 위에 산화물이나 질화물 등을 소정의 두께로 증착하여 형성하는 식각전파방지막과, 상기한 식각전파방지막 위에 전도성 재료를 소정의 패턴으로 증착하여 형성하는 하부전극과, 상기한 하부전극의 일부 및 상기한 식각전파방지막의 일부 위에 압전특성을 보유하는 재료를 소정의 형상과 두께로 증착하여 형성하는 압전박막과, 상기한 압전박막의 일부 및 상기한 식각전파방지막의 일부 위에 전도성 재료를 소정의 패턴으로 증착하여 형성하는 상부전극을 포함하여 이루어진다.The volume acoustic wave device proposed by the present invention forms an edge of an acoustic reflective layer formed as a void in a substrate, and is formed by depositing an oxide or nitride on a substrate to a predetermined thickness, and on the etching propagation barrier. A lower electrode formed by depositing a conductive material in a predetermined pattern, a piezoelectric thin film formed by depositing a material having piezoelectric properties on a part of the lower electrode and a part of the etch spread prevention film in a predetermined shape and thickness; And an upper electrode formed by depositing a conductive material in a predetermined pattern on a portion of the piezoelectric thin film and a portion of the etching propagation prevention film.
상기한 음향학적 반사층은 기판 위에 희생층을 형성하고 희생층 위에 상기한식각전파방지막을 형성한 다음 희생층의 일부를 제거하는 것에 의하여 형성하는 것도 가능하다.The acoustic reflective layer may be formed by forming a sacrificial layer on the substrate, forming the etch propagation layer on the sacrificial layer, and then removing a portion of the sacrificial layer.
그리고 본 발명이 제안하는 체적탄성파 소자 제조방법은 기판의 음향학적 반사층이 형성될 부분의 주위를 따라 소정의 깊이로 경계홈을 형성하는 홈형성단계와, 기판 위에 소정의 두께로 산화물이나 질화물 등으로 식각전파방지막을 형성하는 방지막형성단계와, 상기한 식각전파방지막 위에 전도성 재료를 소정의 패턴으로 증착하여 하부전극을 형성하는 하부전극형성단계와, 상기한 하부전극 및 식각전파방지막 위에 소정의 패턴으로 압전특성을 보유하는 재료를 증착하여 압전박막을 형성하는 압전박막형성단계와, 상기한 압전박막 및 식각전파방지막 위에 소정의 패턴으로 전도성 재료를 증착하여 상부전극을 형성하는 상부전극형성단계와, 상기한 식각전파방지막 하부의 경계홈 내부를 식각하여 기판에 빈 공간인 음향학적 반사층을 형성하는 음향반사층형성단계를 포함하여 이루어진다.In addition, the method for manufacturing a volume acoustic wave device proposed by the present invention includes a groove forming step of forming a boundary groove at a predetermined depth along the periphery of the portion where the acoustic reflective layer of the substrate is to be formed, and using an oxide, nitride, etc. A prevention film forming step of forming an etch spread prevention film, a lower electrode forming step of forming a lower electrode by depositing a conductive material on the etch spread prevention film in a predetermined pattern, and a predetermined pattern on the bottom electrode and the etch spread prevention film. A piezoelectric thin film forming step of forming a piezoelectric thin film by depositing a material having piezoelectric properties, an upper electrode forming step of forming an upper electrode by depositing a conductive material in a predetermined pattern on the piezoelectric thin film and the etch propagation prevention film; Etching the inside of the boundary groove under the etching prevention film to form an acoustic reflective layer that is an empty space on the substrate The reflection layer forming step comprises flavor.
상기한 방지막형성단계에서는 스퍼터링(sputtering)법, 원자층증착(atomic layer deposition)법, 화학기상증착(CVD;chemical vapor deposition)법, 열산화(thermal oxidation)법 등을 이용하여 수㎛ 이하의 두께로 실리콘 산화막(SiO2)을 형성하는 것도 가능하고, 스퍼터링법, 원자층증착법, 화학기상증착법, 열산화법 등을 이용하여 수㎛ 이하의 두께로 실리콘 질화막(Si3N4)을 형성하는 것도 가능하다.In the prevention film forming step, a thickness of several μm or less is used by sputtering, atomic layer deposition, chemical vapor deposition, thermal oxidation, or the like. It is also possible to form a silicon oxide film (SiO 2 ), and to form a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) with a thickness of several μm or less using sputtering, atomic layer deposition, chemical vapor deposition, or thermal oxidation. Do.
그리고 본 발명의 체적탄성파 소자 제조방법은 기판 위에 Si, Poly-Si,SiO2(BPSG, LTO), ZnO 등의 재료를 증착하여 희생층을 형성하는 희생층형성단계와, 상기한 희생층의 음향학적 반사층이 형성될 부분의 주위를 따라 소정의 깊이로 경계홈을 형성하는 홈형성단계와, 희생층 위에 소정의 두께로 산화물이나 질화물 등을 증착하여 식각전파방지막을 형성하는 방지막형성단계와, 상기한 식각전파방지막 위에 전도성 재료를 소정의 패턴으로 증착하여 하부전극을 형성하는 하부전극형성단계와, 상기한 하부전극 및 식각전파방지막 위에 소정의 패턴으로 압전특성을 보유하는 재료를 증착하여 압전박막을 형성하는 압전박막형성단계와, 상기한 압전박막 및 식각전파방지막 위에 소정의 패턴으로 전도성 재료를 증착하여 상부전극을 형성하는 상부전극형성단계와, 상기한 식각전파방지막 하부의 경계홈 내부에 위치하는 희생층을 제거하여 기판 위에 빈 공간인 음향학적 반사층을 형성하는 음향반사층형성단계를 포함하여 이루어지는 것도 가능하다.The volume acoustic wave device manufacturing method of the present invention is a sacrificial layer forming step of forming a sacrificial layer by depositing a material such as Si, Poly-Si, SiO 2 (BPSG, LTO), ZnO on the substrate, and the sound of the sacrificial layer A groove forming step of forming a boundary groove at a predetermined depth along the periphery of the portion where the chemical reflective layer is to be formed, and a prevention film forming step of forming an etch propagation prevention film by depositing an oxide or nitride with a predetermined thickness on the sacrificial layer; A lower electrode forming step of forming a lower electrode by depositing a conductive material in a predetermined pattern on an etch spread prevention film; depositing a material having piezoelectric properties in a predetermined pattern on the lower electrode and the etch spread prevention film; Forming a piezoelectric thin film, and forming an upper electrode by depositing a conductive material in a predetermined pattern on the piezoelectric thin film and the etch propagation prevention film. And an acoustic reflection layer forming step of removing the sacrificial layer located inside the boundary groove under the etch propagation barrier to form an acoustic reflective layer which is an empty space on the substrate.
다음으로 본 발명에 따른 체적탄성파 소자 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Next, a preferred embodiment of the bulk acoustic wave device and its manufacturing method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
먼저 본 발명에 따른 체적탄성파 소자의 일실시예는 도 1 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 기판(2)에 빈 공간으로 형성되는 음향학적 반사층(8)의 테두리를 형성하며 기판(2) 위에 소정의 두께로 산화물이나 질화물 등을 증착하여 형성하는 식각전파방지막(10)과, 상기한 식각전파방지막(10) 위에 전도성 재료를 소정의 패턴으로 증착하여 형성하는 하부전극(20)과, 상기한 하부전극(20)의 일부 및 상기한 식각전파방지막(10)의 일부 위에 압전특성을 보유하는 재료를 소정의 형상과 두께로 증착하여 형성하는 압전박막(30)과, 상기한 압전박막(30)의 일부 및 상기한 식각전파방지막(10)의 일부 위에 전도성 재료를 소정의 패턴으로 증착하여 형성하는 상부전극(40)을 포함하여 이루어진다.First, an embodiment of the volume acoustic wave device according to the present invention forms an edge of an acoustic reflective layer 8 formed in an empty space on a substrate 2, as shown in FIGS. An etch propagation prevention film 10 formed by depositing an oxide, a nitride, or the like at a thickness of the lower electrode, a lower electrode 20 formed by depositing a conductive material in a predetermined pattern on the etch propagation prevention film 10, and the lower portion The piezoelectric thin film 30 is formed by depositing a material having piezoelectric properties in a predetermined shape and thickness on a portion of the electrode 20 and a portion of the etch propagation prevention film 10, and the piezoelectric thin film 30 described above. And an upper electrode 40 formed by depositing a conductive material in a predetermined pattern on a portion and a portion of the etching propagation prevention film 10.
상기한 기판(2)으로는 Si 기판 또는 SiO2기판 등을 사용한다.As the substrate 2, a Si substrate, a SiO 2 substrate, or the like is used.
상기한 식각전파방지막(10)은 스퍼터링법, 원자층증착법, 화학기상증착(CVD)법, 열산화법 등을 이용하여 수㎛ 이하의 두께로 형성되는 실리콘 산화막(SiO2)으로 이루어지는 것도 가능하고, 상기한 식각전파방지막(10)은 스퍼터링법, 원자층증착법, 화학기상증착법, 열산화법 등을 이용하여 수㎛ 이하의 두께로 형성되는 실리콘 질화막(Si3N4)으로 이루어지는 것도 가능하다.The etching propagation prevention film 10 may be formed of a silicon oxide film (SiO 2 ) formed to a thickness of several μm or less by using a sputtering method, an atomic layer deposition method, a chemical vapor deposition (CVD) method, a thermal oxidation method, or the like. The etching propagation prevention film 10 may be formed of a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) formed to a thickness of several μm or less by using a sputtering method, an atomic layer deposition method, a chemical vapor deposition method, or a thermal oxidation method.
상기한 식각전파방지막(10)은 상기한 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막 이외에도 여러가지 산화막이나 질화막 등이 모두 사용가능하다.In addition to the silicon oxide film and silicon nitride film, the etching propagation prevention film 10 may be any of various oxide films and nitride films.
상기한 음향학적 반사층(8)은 기판(2)의 음향학적 반사층(8)을 형성하기 위한 부분 주위를 소정의 깊이로 식각하여 경계홈(4)을 형성하고, 기판(2)에 상기한 경계홈(4)을 형성한 부분보다 넓게 식각전파방지막(10)을 형성한 다음, 하부전극(20), 압전박막(30), 상부전극(40)을 형성하고 상기한 식각전파방지막(10) 하부에 위치한 기판(2)의 경계홈(4)으로 테두리가 둘러진 부분을 식각하여 제거하는 것으로 형성한다.The acoustic reflective layer 8 forms a boundary groove 4 by etching to a predetermined depth around a portion for forming the acoustic reflective layer 8 of the substrate 2 and forms the boundary on the substrate 2. After forming the etch propagation prevention film 10 wider than the portion where the grooves 4 are formed, the lower electrode 20, the piezoelectric thin film 30, and the upper electrode 40 are formed, and the lower portion of the etch propagation prevention film 10 is formed. Etching and removing the portion surrounded by the border groove 4 of the substrate 2 located in the formed.
상기에서 기판(2)에 형성하는 경계홈(4)의 폭은 수㎛ 이하로 설정하여 형성하고, 상기한 경계홈(4)의 깊이는 형성하고자 하는 음향학적 반사층(8)의 깊이에 대응하는 깊이(예를 들면 대략 수㎛ 이하)로 설정하여 형성한다.The width of the boundary grooves 4 formed in the substrate 2 is set to several μm or less, and the depth of the boundary grooves 4 corresponds to the depth of the acoustic reflective layer 8 to be formed. It is formed by setting it to depth (for example, about several micrometers or less).
상기와 같이 음향학적 반사층(8)을 형성하는 경우에 상기한 식각전파방지막(10)은 압전활성화영역(공진영역으로 하부전극/압전박막/상부전극으로 구성되는 영역)의 지지층 역할을 동시에 수행한다.In the case of forming the acoustic reflective layer 8 as described above, the anti-etch propagation film 10 simultaneously serves as a supporting layer of the piezoelectric activation region (the region composed of the lower electrode / piezoelectric thin film / upper electrode as the resonance region). .
상기한 하부전극(20) 및/또는 상부전극(40)을 형성하는 전도성 재료로는 니켈-크롬(Ni-Cr), 티타늄(Ti), 금(Au), 몰리브덴(Mo), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 텅스텐(W) 등이 사용 가능하다.Examples of the conductive material for forming the lower electrode 20 and / or the upper electrode 40 include nickel-chromium (Ni-Cr), titanium (Ti), gold (Au), molybdenum (Mo), and platinum (Pt). , Aluminum (Al), tungsten (W) and the like can be used.
상기한 하부전극(20) 및/또는 상부전극(40)은 대략 500㎚ 이하의 두께로 형성하고, 증발증착법이나 스퍼터링법 등을 이용하여 증착 형성한다.The lower electrode 20 and / or the upper electrode 40 is formed to a thickness of about 500 nm or less, and is deposited by evaporation deposition, sputtering, or the like.
상기와 같이 증착 형성되는 하부전극(20)을 소정의 패턴으로 패터닝하는 방법은 일반적으로 반도체 제조공정 등에서 많이 사용되는 사진식각(photo etching)공정을 이용하여 실시하는 것이 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.Since the method of patterning the lower electrode 20 deposited as described above in a predetermined pattern can be performed using a photo etching process which is generally used in a semiconductor manufacturing process or the like, detailed description thereof will be omitted.
상기에서 상부전극(40)의 패턴은 사진식각공정 이외에도 리프트오프법(lift-off)법이나 직접 식각방법 등도 사용하여 행하는 것이 가능하다.In addition to the photolithography process, the upper electrode 40 may be patterned using a lift-off method or a direct etching method.
상기한 하부전극(20)은 상기한 압전박막(30)에 의해 덮여지도록 압전박막(30)보다 작은 면적으로 형성한다. 그리고 상기한 상부전극(40)은 완전하게 압전박막(30)이 형성된 부분에만 형성되도록 압전박막(30)보다 작은 면적으로 형성한다.The lower electrode 20 is formed to have a smaller area than the piezoelectric thin film 30 so as to be covered by the piezoelectric thin film 30 described above. The upper electrode 40 is formed to have a smaller area than the piezoelectric thin film 30 so as to be formed only at a portion where the piezoelectric thin film 30 is completely formed.
상기에서 하부전극(20)과 상부전극(40)의 겹치는 부분은 압전박막(30)을 사이에 두고 서로 대응되는 위치에 동일한 면적으로 형성하는 것이 최적의 공진특성을 얻을 수 있으므로 바람직하다.The overlapping portions of the lower electrode 20 and the upper electrode 40 are preferably formed in the same area at positions corresponding to each other with the piezoelectric thin film 30 interposed therebetween, so that an optimum resonance characteristic can be obtained.
상기한 하부전극(20) 및 상부전극(40)의 패드부(24),(44) 위에는 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 각각 보강전극(26),(46)을 증착 형성하는 것도 가능하다.As shown in FIGS. 2 and 3, the reinforcing electrodes 26 and 46 may be deposited on the pad portions 24 and 44 of the lower electrode 20 and the upper electrode 40, respectively. Do.
상기한 보강전극(26), (46)은 전도성 손실을 줄이기 위하여 0.5∼10㎛ 정도의 두께로 증착 형성하고, 재료로는 금(Au), 몰리브덴(Mo), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 구리(Cu), 니켈-크롬(Ni-Cr) 등을 주로 사용한다.The reinforcing electrodes 26 and 46 are deposited to have a thickness of about 0.5 to 10 μm in order to reduce conductivity loss, and materials include gold (Au), molybdenum (Mo), platinum (Pt), and aluminum (Al). ), Tungsten (W), copper (Cu), nickel-chromium (Ni-Cr), etc. are mainly used.
그리고 상기한 보강전극(26), (46)은 상부전극(40)을 형성한 다음에, 하부전극(20) 및 상부전극(40)의 패드부(24), (44) 위에 전해도금증착법, 무전해도금증착법, 증발증착법, 스퍼터링법 등을 이용하여 증착 형성한다.Then, the reinforcing electrodes 26 and 46 form the upper electrode 40, and then the electroplating deposition method on the pad portions 24 and 44 of the lower electrode 20 and the upper electrode 40, It is formed by evaporation, evaporation, sputtering, or the like.
상기에서 상부전극(40)의 패드부(44) 위에 형성하는 보강전극(46)은 상부전극(40)의 전극으로서 기능하는 부분과 일정부분 겹치게 형성하는 것이 음향학적 반사층(8)을 형성하기 위하여 식각을 행한 경우에 지지층으로 기능하는 식각전파방지막(10)과 더불어 압전활성화영역(공진영역으로 하부전극/압전박막/상부전극으로 구성되는 영역)의 기계적 안정성을 향상시키는 역할을 하게 되므로 바람직하다.The reinforcing electrode 46 formed on the pad portion 44 of the upper electrode 40 is overlapped with a portion that functions as an electrode of the upper electrode 40 to form the acoustic reflective layer 8. In the case of etching, the mechanical stability of the piezoelectric activation region (the region composed of the lower electrode, the piezoelectric thin film, and the upper electrode) together with the etching propagation prevention film 10 functioning as a supporting layer is preferable.
상기한 압전박막(30)을 형성하는 압전특성을 보유하는 재료로는 산화아연(ZnO), 질화알루미늄(AlN), PZT(Lead Zirconuim Titanate) 박막 등을 사용한다.Zinc oxide (ZnO), aluminum nitride (AlN), a lead zirconuim titanium (PZT) thin film, or the like is used as a material having the piezoelectric characteristics for forming the piezoelectric thin film 30.
상기한 압전박막(30)은 고주파 마그네트론 스퍼터 증착법, dc 펄스마그네트론 스퍼터 증착법, 원자층 증착법, 솔-젤 증착법 등을 이용하여 증착 형성한다.The piezoelectric thin film 30 is deposited by using a high frequency magnetron sputter deposition method, a dc pulse magnetron sputter deposition method, an atomic layer deposition method, a sol-gel deposition method and the like.
상기한 압전박막(30)의 두께는 필요로 하는 주파수에 따라 설정하며, 그 두께는 정확하게 체적탄성파 파장의 0.5배가 되도록 설정한다.The thickness of the piezoelectric thin film 30 is set in accordance with the required frequency, and the thickness is set to be exactly 0.5 times the volumetric acoustic wave wavelength.
그리고 본 발명에 따른 체적탄성파 소자의 다른 실시예는 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기한 음향학적 반사층(8)을 기판(2) 위에 희생층(50)을 형성하고, 상기한 희생층(50) 위에 식각전파방지막(10)을 형성한 다음, 희생층(50)의 일부를 제거하는 것에 의하여 형성한다.In another embodiment of the volume acoustic wave device according to the present invention, as shown in FIG. 4, the sacrificial layer 50 is formed on the substrate 2 by the acoustic reflection layer 8 described above. The etch propagation prevention film 10 is formed thereon and then formed by removing a portion of the sacrificial layer 50.
상기한 희생층(50)의 제거는 습식식각방법으로도 가능하지만, HF 기상식각이나 XeF2기상식각 등의 건식식각방법을 이용한다.The sacrificial layer 50 may be removed by a wet etching method, but a dry etching method such as HF gas phase etching or XeF 2 gas phase etching may be used.
상기에서 희생층(50)의 일부를 제거하는 작업은 압전활성화영역(공진영역으로 하부전극/압전박막/상부전극)을 모두 형성한 다음에 행한다.The removal of part of the sacrificial layer 50 is performed after forming all of the piezoelectric activation regions (lower electrode / piezoelectric thin film / upper electrode as resonant regions).
상기한 기판(2) 위에 형성한 희생층(50)에는 상기한 일실시예에 있어서 기판(2)에 형성한 경계홈(4)과 마찬가지로, 음향학적 반사층(8)이 형성되는 부분의 테두리에 경계홈(54)을 형성한다.In the sacrificial layer 50 formed on the substrate 2, similar to the boundary groove 4 formed in the substrate 2 in the above-described embodiment, the sacrificial layer 50 is formed at the edge of the portion where the acoustic reflective layer 8 is formed. The boundary groove 54 is formed.
상기한 희생층(50)의 경계홈(54) 내부에 위치하는 부분은 후공정의 식각에 의하여 제거되어 상기한 음향학적 반사층(8)을 형성하게 된다.The portion located inside the boundary groove 54 of the sacrificial layer 50 is removed by etching in a later process to form the acoustic reflective layer 8.
상기한 희생층(50)은 Si, Poly-Si, SiO2(BPSG, LTO), ZnO 등의 재료를 이용하여 형성한다.The sacrificial layer 50 is formed using a material such as Si, Poly-Si, SiO 2 (BPSG, LTO), ZnO, or the like.
상기에서 Si 기판(2)위에 Poly-Si를 이용하여 희생층(50)을 형성하는 경우에는 도 5에 나타낸 바와 같이, 경계홈(54)을 형성하기 위하여 희생층(50)을 식각할 때에 기판(2)이 식각되거나 손상되지 않도록 희생층(50)을 형성하기 전에 기판(2) 위에 산화막이나 질화막 등의 기판보호막(56)을 수십∼수백 ㎚ 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.In the case where the sacrificial layer 50 is formed on the Si substrate 2 using Poly-Si, as shown in FIG. 5, the substrate is etched when the sacrificial layer 50 is etched to form the boundary grooves 54. Before forming the sacrificial layer 50 so that (2) is not etched or damaged, it is preferable to form a substrate protective film 56 such as an oxide film or a nitride film on the substrate 2 to a thickness of about several tens to several hundred nm.
상기한 다른 실시예에 있어서도 상기한 구성 이외에는 상기한 일실시예와 마찬가지의 구성으로 실시하는 것이 가능하므로, 상세한 설명은 생략한다.Also in the above-described other embodiments, the present invention can be implemented in the same configuration as the above-described embodiment except for the above-described configuration, and thus detailed description thereof will be omitted.
다음으로 상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 체적탄성파 소자를 제조하기 위한 체적탄성파 소자 제조방법의 일실시예를 도 6∼도 10을 참조하여 설명한다.Next, an embodiment of a volume acoustic wave device manufacturing method for manufacturing a volume acoustic wave device according to the present invention made as described above will be described with reference to FIGS. 6 to 10.
본 발명에 따른 체적탄성파 소자 제조방법의 일실시예는 도 6∼도 10에 나타낸 바와 같이, 기판(2)의 음향학적 반사층(8)이 형성될 부분의 주위를 따라 소정의 깊이로 경계홈(4)을 형성하는 홈형성단계(S10)와, 기판(2) 위에 소정의 두께로 산화물이나 질화물 등으로 식각전파방지막(10)을 형성하는 방지막형성단계(S20)와, 상기한 식각전파방지막(10) 위에 전도성 재료를 소정의 패턴으로 증착하여 하부전극(20)을 형성하는 하부전극형성단계(S30)와, 상기한 하부전극(20) 및 식각전파방지막(10) 위에 소정의 패턴으로 압전특성을 보유하는 재료를 증착하여 압전박막(30)을 형성하는 압전박막형성단계(S40)와, 상기한 압전박막(30) 및 식각전파방지막(10) 위에 소정의 패턴으로 전도성 재료를 증착하여 상부전극(40)을 형성하는 상부전극형성단계(S50)와, 상기한 식각전파방지막(10) 하부의 경계홈(4) 내부를 식각하여 기판(2)에 빈 공간인 음향학적 반사층(8)을 형성하는 음향반사층형성단계(S60)를 포함하여 이루어진다.In one embodiment of the method for manufacturing a volume acoustic wave device according to the present invention, as shown in FIGS. 4) forming the grooves forming step (S10), the prevention film forming step (S20) of forming an etch propagation prevention film 10 with an oxide, a nitride or the like on a substrate 2, and the above-mentioned etch propagation prevention film ( 10) a lower electrode forming step (S30) of forming a lower electrode 20 by depositing a conductive material in a predetermined pattern on the lower electrode 20, and the piezoelectric characteristics in a predetermined pattern on the lower electrode 20 and the etch propagation prevention film 10; The piezoelectric thin film forming step (S40) of forming a piezoelectric thin film 30 by depositing a material having an upper portion thereof, and depositing a conductive material in a predetermined pattern on the piezoelectric thin film 30 and the etch propagation prevention film 10 to form an upper electrode. An upper electrode forming step (S50) for forming a (40), and the above etch propagation It comprises a last (10) the lower boundary of the groove 4 acoustic reflective layer forming step of forming the acoustic reflective layer 8, the empty space on the substrate 2 by etching the inside (S60).
상기한 홈형성단계(S10)는 도 7 및 도 9∼도 10에 나타낸 바와 같이, 세정된 Si 또는 SiO2기판(2)에 사진식각공정으로 경계홈(4)을 형성하기 위한 패턴(음향학적 반사층(8) 또는 압전박막(30)을 형성하기 위한 패턴)으로 홈(5)이 형성되는 마스크층(6)을 형성하는 마스크형성단계(S12)와, 형성된 패턴의 홈(5)을 따라 기판(2)을 식각하여 경계홈(4)을 형성하는 홈식각단계(S14)로 이루어진다.7 and 9 to 10, the groove forming step (S10) is a pattern for forming the boundary groove (4) by the photolithography process on the cleaned Si or SiO 2 substrate (2) (acoustic A mask forming step (S12) of forming a mask layer 6 in which the grooves 5 are formed by the reflective layer 8 or a pattern for forming the piezoelectric thin film 30, and a substrate along the grooves 5 of the formed pattern. (2) is etched to form a groove etching step (S14) to form a boundary groove (4).
상기한 홈식각단계(S14)에서 기판(2)에 경계홈(4)을 형성한 다음에는 애싱(ashing)공정 등을 이용하여 상기한 마스크층(6)을 제거하면, 상기한 기판(2)에는 형성된 경계홈(4)만 남게 된다.After the boundary grooves 4 are formed in the substrate 2 in the groove etching step S14, the mask layer 6 is removed using an ashing process or the like. Only the boundary grooves 4 formed remain.
상기한 마스크층(6)은 일반적으로 반도체공정 등에서 사용하는 사진식각공정을 이용하여 형성하는 것이 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.Since the mask layer 6 can be formed using a photolithography process generally used in a semiconductor process or the like, a detailed description thereof will be omitted.
상기한 홈식각단계(S14)에 있어서 기판(2)으로 Si 기판을 사용하는 경우에는 XeF2Si 등방성 식각장치 등을 사용하고, 기판(2)으로 SiO2기판을 사용하는 경우에는 HF 가스 등을 이용한 기상식각장치 등을 사용하는 것이 유용하다.In the aforementioned groove etching step (S14), in the case of using the Si substrate as the substrate 2 , an XeF 2 Si isotropic etching apparatus is used, and in the case of using the SiO 2 substrate as the substrate 2 , HF gas or the like is used. It is useful to use a meteorological etching apparatus.
상기한 방지막형성단계(S20)에서는 스퍼터링법, 원자층증착법, 화학기상증착(CVD)법, 열산화법 등을 이용하여 수㎛ 이하의 두께로 실리콘 산화막(SiO2)을 형성하거나 실리콘 질화막(Si3N4)을 형성하는 등의 산화막이나 질화막을 형성하는 것으로 상기한 식각전파방지막(10)을 형성한다.In the film forming step (S20) wherein a sputtering, atomic layer deposition, chemical vapor deposition (CVD) method, forming a silicon oxide film (SiO 2) to the thickness of the ㎛ or less by using a thermal oxidation method, etc., or silicon nitride (Si 3 The etching propagation prevention film 10 described above is formed by forming an oxide film or a nitride film such as N 4 ).
상기에서 식각전파방지막(10)을 형성하는 경우에 증착되는 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막 등은 자연스럽게 상기한 기판(2)의 경계홈(4) 속에 먼저 채워져 증착되고, 상기한 경계홈(4)을 따라 식각전파방지막(10)의 하부에 격벽(12)이 형성된다.The silicon oxide film or silicon nitride film deposited when the etch propagation prevention film 10 is formed is naturally filled in the boundary groove 4 of the substrate 2, and deposited along the boundary groove 4. The partition 12 is formed under the etching propagation prevention film 10.
상기한 격벽(12)은 후에 음향학적 반사층(8)을 형성하기 위하여 기판(2)을 식각할 때에 경계홈(4) 바깥쪽 부분의 기판(2)이 식각되는 것을 방지하고, 설정된 구역(크기)으로 음향학적 반사층(8)이 형성되도록 경계를 이루게 된다.The barrier 12 prevents the substrate 2 in the outer portion of the boundary groove 4 from being etched when the substrate 2 is later etched to form the acoustic reflective layer 8, and the set area (size) ) To form an acoustic reflective layer 8.
상기한 경계홈(4)의 폭이 작게 형성될수록 상기한 식각전파방지막(10)을 얇게 형성하는 경우에도 상기한 경계홈(4)의 입구가 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막 등의 식각전파방지막(10)으로 용이하게 채워져 완전한 격벽(12)을 형성할 수 있다. 상기한 기판(2) 표면의 경계홈(4) 입구가 상기한 식각전파방지막(10)으로 채워지면, 상기한 경계홈(4) 내부의 상태는 고려하지 않아도 된다.As the width of the boundary grooves 4 is smaller, the inlet of the boundary grooves 4 is formed such that the inlet of the boundary grooves 4 is formed such that the silicon oxide film or the silicon nitride film is formed. It can be easily filled to form a complete partition 12. When the inlet of the boundary groove 4 on the surface of the substrate 2 is filled with the etch propagation prevention film 10, the state inside the boundary groove 4 may not be considered.
상기와 같이 형성되는 식각전파방지막(10)은 그 표면이 종래 CMP 공정을 수행한 기판의 표면보다 더 평활하기 때문에, 그 위에 형성된 얇은 하부전극(20)과 식각전파방지막(10) 위에서 압전박막(30)이 성장하여 매우 우수한 c-축 우선배향성을 갖는 압전박막(30)을 얻을 수 있다.Since the surface of the etch propagation film 10 formed as described above is smoother than the surface of the substrate on which the conventional CMP process is performed, the piezoelectric thin film 10 may be formed on the thin lower electrode 20 and the etch propagation film 10 formed thereon. 30) can be grown to obtain a piezoelectric thin film 30 having a very good c-axis preferential orientation.
상기한 하부전극형성단계(S20), 압전박막형성단계(S30), 상부전극형성단계(S40)는 각각 일반적으로 반도체 제조공정 등에서 많이 사용되는 사진식각(photo etching)공정을 이용하여 실시하는 것이 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.The lower electrode forming step (S20), the piezoelectric thin film forming step (S30), and the upper electrode forming step (S40) may be performed using a photo etching process, which is generally used in a semiconductor manufacturing process. Therefore, detailed description is omitted.
상기한 하부전극형성단계(S20)은 전도성 재료를 상기한 식각전파방지막(10) 위에 증착하여 전극막(21)을 형성하는 단계와, 상기한 전극막(21)을 사진식각공정을 이용하여 소정의 패턴으로 식각하여 하부전극(20)을 형성하는 단계로 이루어진다.The lower electrode forming step (S20) may be performed by depositing a conductive material on the etch propagation prevention film 10 to form an electrode film 21, and using the photolithography process to form the electrode film 21. Etching to form a lower electrode 20.
상기한 하부전극(20) 및/또는 상부전극(40)은 니켈-크롬(Ni-Cr), 티타늄(Ti), 금(Au), 몰리브덴(Mo), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 텅스텐(W) 등의 전도성 재료를 증발증착법이나 스퍼터링법 등을 이용하여 대략 500㎚ 이하의 두께로 증착 형성한다.The lower electrode 20 and / or the upper electrode 40 may include nickel-chromium (Ni-Cr), titanium (Ti), gold (Au), molybdenum (Mo), platinum (Pt), aluminum (Al), Conductive materials, such as tungsten (W), are vapor-deposited to a thickness of approximately 500 nm or less using evaporation deposition, sputtering, or the like.
상기에서 하부전극(20)은 대략 500㎚ 이하의 두께로 증착 형성하며 그 표면이 매우 평활한 상태로 형성되는 상기한 식각전파방지막(10) 위에 형성되므로 그 표면이 매우 평활하게 이루어진다. 따라서 하부전극(20)의 일부와 식각전파방지막(10)의 일부 위에 형성되는 압전박막(30)의 c-축 우선배향성이 매우 우수하다.In this case, the lower electrode 20 is formed on the etch propagation prevention film 10 which is formed to have a thickness of about 500 nm or less and is formed in a very smooth state, and thus the surface is very smooth. Therefore, the c-axis preferential orientation of the piezoelectric thin film 30 formed on a part of the lower electrode 20 and a part of the etch propagation prevention film 10 is excellent.
상기한 상부전극(40)의 패터닝은 사진식각공정 이외에도 리프트오프(lift-off)법이나 직접 식각방법 등을 사용하여 행하는 것도 가능하다.The patterning of the upper electrode 40 may be performed by using a lift-off method or a direct etching method in addition to the photolithography process.
상기한 하부전극(20)은 상기한 압전박막(30)에 의해 덮여지도록 압전박막(30)보다 작은 면적으로 형성한다. 그리고 상기한 상부전극(40)은 완전하게 압전박막(30)이 형성된 부분에만 형성되도록 압전박막(30)보다 작은 면적으로 형성한다.The lower electrode 20 is formed to have a smaller area than the piezoelectric thin film 30 so as to be covered by the piezoelectric thin film 30 described above. The upper electrode 40 is formed to have a smaller area than the piezoelectric thin film 30 so as to be formed only at a portion where the piezoelectric thin film 30 is completely formed.
상기에서 하부전극(20)과 상부전극(40)의 겹치는 부분은 압전박막(30)을 사이에 두고 서로 대응되는 위치에 동일한 면적으로 형성하는 것이 최적의 공진특성을 얻을 수 있으므로 바람직하다.The overlapping portions of the lower electrode 20 and the upper electrode 40 are preferably formed in the same area at positions corresponding to each other with the piezoelectric thin film 30 interposed therebetween, so that an optimum resonance characteristic can be obtained.
상기한 하부전극형성단계(S30) 및 상부전극형성단계(S50)에서는 상기한 하부전극(20) 및 상부전극(40)으로 전원을 인가하기 위하여 외부 회로와 연결하기 위한패드부(24), (44)를 상기한 하부전극(20) 및 상부전극(40)과 각각 일체로 동시에 형성한다.In the lower electrode forming step (S30) and the upper electrode forming step (S50), the pad unit 24 for connecting to an external circuit in order to apply power to the lower electrode 20 and the upper electrode 40, ( 44 are simultaneously formed integrally with the lower electrode 20 and the upper electrode 40, respectively.
상기한 압전박막(30)은 산화아연(ZnO), 질화알루미늄(AlN), PZT(Lead Zirconuim Titanate) 등의 압전특성을 보유하는 재료를 고주파 마그네트론 스퍼터 증착법, dc 펄스마그네트론 스퍼터 증착법, 원자층 증착법, 솔-젤 증착법 등을 이용하여 증착 형성한다.The piezoelectric thin film 30 may be formed of a material having piezoelectric properties, such as zinc oxide (ZnO), aluminum nitride (AlN), and lead zirconuim titanium (PZT), using high frequency magnetron sputter deposition, dc pulse magnetron sputter deposition, atomic layer deposition, It forms by vapor deposition using the sol-gel vapor deposition method.
상기에서 증착 형성되는 압전박막(30)의 두께는 필요로 하는 주파수에 따라 설정하며, 그 두께는 정확하게 체적탄성파 파장의 0.5배가 되도록 설정한다.The thickness of the piezoelectric thin film 30 formed by vapor deposition is set according to the required frequency, and the thickness is set to be exactly 0.5 times the volumetric acoustic wave wavelength.
상기한 압전박막형성단계(S40)은 압전특성을 보유하는 재료를 상기한 식각전파방지막(10) 및 하부전극(20) 위에 증착하여 압전박막을 형성하는 단계와, 형성된 압전박막을 사진식각공정 등을 이용하여 소정의 패턴으로 식각하는 단계로 이루어진다.The piezoelectric thin film forming step (S40) is a step of forming a piezoelectric thin film by depositing a material having a piezoelectric property on the etch-stopping film 10 and the lower electrode 20, the piezoelectric thin film formed by a photolithography process, etc. Etching in a predetermined pattern using a.
상기한 압전박막(30)은 필요에 따라서 압전박막(30)의 재료 또는 기타 전극의 오염 등 공정시 발생될 수 있는 문제 때문에, 상부전극(40)의 패턴을 형성한 다음에 압전박막(30)을 식각하여 소정의 패턴으로 형성하는 방법도 적용 가능하다.The piezoelectric thin film 30 may be formed during the process, such as contamination of the material of the piezoelectric thin film 30 or other electrodes, if necessary, and thus the piezoelectric thin film 30 may be formed after the pattern of the upper electrode 40 is formed. It is also applicable to the method of etching to form a predetermined pattern.
그리고 본 발명에 따른 체적탄성파 소자 제조방법의 일실시예는 도 8∼도 10에 나타낸 바와 같이, 상기한 하부전극(20) 및 상부전극(40)의 패드부(24), (44) 위에 각각 보강전극(26), (46)을 증착 형성하는 보강전극형성단계(S55)를 더 포함한다.In one embodiment of the method for manufacturing a volume acoustic wave device according to the present invention, the pad electrodes 24 and 44 of the lower electrode 20 and the upper electrode 40 are respectively shown in FIGS. 8 to 10. Further comprising a reinforcing electrode forming step (S55) of depositing and forming the reinforcing electrodes (26) and (46).
상기한 보강전극형성단계(S55)는 상기한 상부전극형성단계(S50)와 음향반사층형성단계(S60) 사이에 이루어진다.The reinforcing electrode forming step S55 is performed between the upper electrode forming step S50 and the acoustic reflection layer forming step S60.
상기한 보강전극(26), (46)은 금(Au), 몰리브덴(Mo), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 구리(Cu), 니켈-크롬(Ni-Cr) 등의 전도성 재료를 하부전극(20) 및 상부전극(40)의 패드부(24), (44) 위에 전해도금증착법, 무전해도금증착법, 증발증착법, 스퍼터링법 등을 이용하여 상기한 하부전극(20)과 상부전극(40)의 전도성 손실을 줄이기 위하여 대략 0.5∼10㎛ 정도의 두께로 증착 형성한다.The reinforcing electrodes 26 and 46 are gold (Au), molybdenum (Mo), platinum (Pt), aluminum (Al), tungsten (W), copper (Cu), and nickel-chromium (Ni-Cr). The lower electrode 20 may be formed on the pads 24 and 44 of the lower electrode 20 and the upper electrode 40 using an electrolytic plating deposition method, an electroless plating method, an evaporation deposition method, a sputtering method, or the like. 20) and to form a thickness of about 0.5 ~ 10㎛ to reduce the conductive loss of the upper electrode (40).
상기에서 상부전극(40)의 패드부(44) 위에 형성하는 보강전극(46)은 상부전극(40)의 전극으로서 기능하는 부분(상기한 압전박막(30) 위에 형성되는 부분)과 일정부분 겹치게 형성하는 것이 음향학적 반사층(8)을 형성하기 위하여 식각을 행한 경우에 지지층으로 기능하는 식각전파방지막(10)과 더불어 압전활성화영역(공진영역으로 하부전극/압전박막/상부전극으로 구성되는 영역)의 기계적 안정성을 향상시키는 역할을 하게 되므로 바람직하다.The reinforcing electrode 46 formed on the pad portion 44 of the upper electrode 40 is overlapped with a portion (part formed on the piezoelectric thin film 30 described above) which functions as an electrode of the upper electrode 40. The piezoelectric activation region (resonant region consisting of a lower electrode, a piezoelectric thin film, and an upper electrode) together with an etch propagation prevention film 10 functioning as a supporting layer when etching is performed to form the acoustic reflective layer 8. It is preferable because it serves to improve the mechanical stability of.
상기한 음향반사층형성단계(S60)는 도 10에 나타낸 바와 같이, 상기한 식각전파방지막(10)에 하부의 기판(2)을 식각하기 위한 식각창(14)을 형성하는 단계(S62)와, 상기한 식각창(14)을 통하여 건식식각공정이나 습식식각공정을 이용하여 기판(2)의 경계홈(4)에 의하여 구획된 내부 부분을 식각하여 빈 공간인 음향학적 반사층(8)을 형성하는 단계(S64)로 이루어진다.As shown in FIG. 10, the acoustic reflection layer forming step (S60) includes forming an etching window 14 for etching the lower substrate 2 on the etching propagation prevention film 10 (S62), The inner portion partitioned by the boundary groove 4 of the substrate 2 is etched by using the dry etching process or the wet etching process through the etching window 14 to form an acoustic reflective layer 8 which is an empty space. Step S64 is made.
상기한 식각창(14)을 통하여 식각하는 단계(S64)에서 상기한 기판(2)으로 Si 기판을 사용하는 경우에는 XeF2Si 등방성 식각장치 등을 사용하고, 상기한 기판(2)으로 SiO2기판을 사용하는 경우에는 HF 가스 등을 이용한 기상식각장치 등을 사용하는 것이 유용하다.In the case of using the Si substrate as the substrate 2 in the step S64 of etching through the etching window 14, an XeF 2 Si isotropic etching apparatus or the like is used, and SiO 2 is used as the substrate 2. In the case of using a substrate, it is useful to use a vapor phase etching apparatus using HF gas or the like.
상기와 같이 식각하는 과정에서 상기한 식각전파방지막(10)에 의하여 상기한 하부전극(20) 및/또는 압전박막(30)으로 식각이 진행되는 것이 방지되고, 상기한 기판(2)의 경계홈(4)에 채워져 형성되는 식각전파방지막(10)의 격벽(12)에 의하여 둘러싸여진 부분의 기판(2)만이 식각되어 설정된 영역의 음향학적 반사층(8)이 얻어진다.In the etching process as described above, the etching of the lower electrode 20 and / or the piezoelectric thin film 30 is prevented by the etching propagation prevention film 10, and the boundary groove of the substrate 2 is prevented. Only the substrate 2 in the portion surrounded by the partition wall 12 of the etch propagation prevention film 10 formed by filling in (4) is etched to obtain an acoustic reflective layer 8 in the set region.
상기한 식각창(14)은 식각하는 과정에서 압전박막(30)에 나쁜 영향을 미치지 않도록 상기한 압전박막(30)의 테두리 바깥쪽에 소정의 간격을 두고 형성하는 것이 바람직하다.The etching window 14 may be formed at a predetermined interval outside the edge of the piezoelectric thin film 30 so as not to adversely affect the piezoelectric thin film 30 during the etching process.
상기에서 식각창(14)은 사진식각공정을 이용하여 형성하는 것이 가능하므로 상세한 설명은 생략한다. 상기한 식각창(14)은 건식식각공정이나 습식식각공정을 이용하여 형성한다.Since the etching window 14 can be formed using a photolithography process, a detailed description thereof will be omitted. The etching window 14 is formed using a dry etching process or a wet etching process.
그리고 본 발명에 따른 체적탄성파 소자 제조방법의 다른 실시예는 도 11 및 도 12에 나타낸 바와 같이, Si 기판(2) 위에 Poly-Si, SiO2(BPSG, LTO), ZnO 등의 재료를 증착하여 희생층(50)을 형성하는 희생층형성단계(S100)와, 상기한 희생층(50)의 음향학적 반사층(8)이 형성될 부분의 주위를 따라 소정의 깊이로 경계홈(54)을 형성하는 홈형성단계(S10)와, 희생층(50) 위에 소정의 두께로 산화물이나 질화물 등으로 식각전파방지막(10)을 형성하는 방지막형성단계(S20)와, 상기한식각전파방지막(10) 위에 전도성 재료를 소정의 패턴으로 증착하여 하부전극(20)을 형성하는 하부전극형성단계(S30)와, 상기한 하부전극(20) 및 식각전파방지막(10) 위에 소정의 패턴으로 압전특성을 보유하는 재료를 증착하여 압전박막(30)을 형성하는 압전박막형성단계(S40)와, 상기한 압전박막(30) 및 식각전파방지막(10) 위에 소정의 패턴으로 전도성 재료를 증착하여 상부전극(40)을 형성하는 상부전극형성단계(S50)와, 상기한 식각전파방지막(10) 하부의 경계홈(54) 내부에 위치하는 희생층(50)을 제거하여 기판(2) 위에 빈 공간인 음향학적 반사층(8)을 형성하는 음향반사층형성단계(S60)를 포함하여 이루어진다.In another embodiment of the method for manufacturing a bulk acoustic wave device according to the present invention, a material such as Poly-Si, SiO 2 (BPSG, LTO), ZnO, or the like is deposited on a Si substrate 2 as shown in FIGS. 11 and 12. A boundary groove 54 is formed to a predetermined depth along the circumference of the sacrificial layer forming step S100 of forming the sacrificial layer 50 and the acoustic reflective layer 8 of the sacrificial layer 50 is to be formed. A groove forming step (S10), a prevention film forming step (S20) of forming an etch propagation prevention film 10 with an oxide, a nitride, or the like on the sacrificial layer 50, and the etching propagation prevention film 10 on the sacrificial layer 50. A lower electrode forming step (S30) of forming a lower electrode 20 by depositing a conductive material in a predetermined pattern, and retaining piezoelectric characteristics in a predetermined pattern on the lower electrode 20 and the etch propagation prevention film 10. A piezoelectric thin film forming step (S40) of depositing a material to form a piezoelectric thin film 30, the piezoelectric thin film 30 and An upper electrode forming step (S50) of forming an upper electrode 40 by depositing a conductive material in a predetermined pattern on the etch propagation prevention film 10, and in the boundary groove 54 below the etch propagation prevention film 10. The acoustic reflection layer forming step (S60) of removing the sacrificial layer 50 positioned to form an acoustic reflective layer 8 which is an empty space on the substrate 2 is performed.
상기한 희생층형성단계(S100)에서는 스퍼터링법, 화학기상증착(CVD)법, 증발(evaporator)증착법 등을 이용하여 희생층(50)을 수㎛이하의 두께로 형성한다.In the sacrificial layer forming step (S100), the sacrificial layer 50 is formed to a thickness of several μm or less by using a sputtering method, a chemical vapor deposition (CVD) method, an evaporator deposition method, or the like.
상기와 같이 형성되는 희생층(50)은 최적 증착조건에서 증착되는 경우에 그 표면이 매우 평활하다.The sacrificial layer 50 formed as described above has a very smooth surface when deposited under optimum deposition conditions.
상기에서 Si 기판(2)위에 Poly-Si를 이용하여 희생층(50)을 형성하는 경우에는 도 5에 나타낸 바와 같이, 경계홈(54)을 형성하기 위하여 희생층(50)을 식각할 때에 기판(2)이 식각되거나 손상되지 않도록 희생층(50)을 형성하기 전에 기판(2) 위에 산화막이나 질화막 등의 기판보호막(56)을 수십∼수백 ㎚ 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.In the case where the sacrificial layer 50 is formed on the Si substrate 2 using Poly-Si, as shown in FIG. 5, the substrate is etched when the sacrificial layer 50 is etched to form the boundary grooves 54. Before forming the sacrificial layer 50 so that (2) is not etched or damaged, it is preferable to form a substrate protective film 56 such as an oxide film or a nitride film on the substrate 2 to a thickness of about several tens to several hundred nm.
상기한 홈형성단계(S10)는 상기한 일실시예와 마찬가지로, 상기와 같이 형성되는 희생층(50)에 사진식각공정으로 경계홈(54)을 형성하기 위한 패턴(음향학적 반사층(8) 또는 압전박막(30)을 형성하기 위한 패턴)으로 홈이 형성되는 마스크층을 형성하는 마스크형성단계(S12)와, 형성된 패턴의 홈을 따라 희생층(50)을 식각하여 경계홈(54)을 형성하는 홈식각단계(S14)로 이루어진다.The groove forming step (S10) is a pattern for forming the boundary grooves 54 by the photolithography process in the sacrificial layer 50 formed as described above (acoustic reflective layer 8 or A mask forming step (S12) of forming a mask layer in which grooves are formed using a pattern for forming the piezoelectric thin film 30, and forming a boundary groove 54 by etching the sacrificial layer 50 along the grooves of the formed pattern. The groove etching step (S14) is made.
상기한 홈식각단계(S14)는 습식식각공정이나 건식식각공정을 이용하여 이루어진다. 또 상기한 홈식각단계(S14)는 건식식각장비나 Deep Si 식각장비 등을 이용하여 경계홈(54)의 폭을 수㎛ 이하가 되도록 형성한다.The groove etching step S14 is performed using a wet etching process or a dry etching process. In addition, the groove etching step (S14) is formed so that the width of the boundary groove 54 to several micrometers or less by using a dry etching equipment or Deep Si etching equipment.
그리고 상기한 홈식각단계(S14)에 있어서 희생층(50)을 Poly-Si로 형성한 경우에는 XeF2Si 등방성 식각장치 등을 사용하고, 희생층(50)을 SiO2로 형성한 경우에는 HF 가스 등을 이용한 기상식각장치 등을 사용하는 것이 유용하다.In the groove etching step S14, when the sacrificial layer 50 is formed of Poly-Si, an XeF 2 Si isotropic etching device is used, and when the sacrificial layer 50 is formed of SiO 2 , HF is used. It is useful to use a gas phase etching apparatus using a gas or the like.
상기한 다른 실시예에 있어서도 상기한 구성 이외에는 상기한 일실시예와 마찬가지의 과정과 조건으로 실시하는 것이 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.Also in the above-described other embodiments, since the same process and conditions as in the above-described embodiment can be performed except for the above-described configuration, detailed descriptions thereof will be omitted.
상기와 같이 이루어지는 본 발명에 있어서는 식각전파방지막(10)이 하부전극(20)/압전박막(30)/상부전극(40)으로 이루어지는 공진영역을 지지하는 지지층으로 기능하고 있지만, 저응력 박막재료를 이용하여 상기한 기판(2) 위에 지지층을 형성한 다음에 상기한 희생층(50) 또는 식각전파방지막(10)을 형성하는 것도 가능하다.In the present invention made as described above, the etch propagation prevention film 10 functions as a support layer for supporting the resonance region formed of the lower electrode 20, the piezoelectric thin film 30, and the upper electrode 40. It is also possible to form the support layer on the substrate 2 using the sacrificial layer 50 or the etch propagation prevention film 10.
상기에서는 본 발명에 따른 체적탄성파 소자 및 그 제조방법의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.In the above description of the preferred embodiment of the bulk acoustic wave device and its manufacturing method according to the present invention, the present invention is not limited to this, but the present invention is not limited to the claims and the detailed description of the invention and the various modifications are carried out within the scope of the accompanying drawings. It is possible and this also belongs to the scope of the present invention.
상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 체적탄성파 소자 및 그 제조방법에 의하면, 평활한 표면을 갖는 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막 등으로 이루어지는 식각전파방지막 위에 얇은 하부전극을 형성하고 압전박막을 형성하므로, 압전박막의 c-축 배향성이 향상되고 공진특성이 향상된다.According to the volume acoustic wave device and the method of manufacturing the same according to the present invention, a thin lower electrode is formed and an piezoelectric thin film is formed on an etching propagation prevention film made of a silicon oxide film or a silicon nitride film having a smooth surface. The c-axis orientation is improved and the resonance characteristic is improved.
따라서 종래 다른 표면미세가공에서 필요로 하던 CMP(chemical mechanical polishing) 공정이 필요하지 않으므로 제조공정이 매우 간단하며, 생산수율도 향상된다.Therefore, the CMP (chemical mechanical polishing) process, which is conventionally required for other surface microfabrication processes, is not required, so the manufacturing process is very simple and the production yield is improved.
그리고 종래 CMP 공정으로 경면연마된 표면보다 본 발명에 따른 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막 등으로 이루어지는 식각전파방지막의 표면이 보다 평활하므로 그 위에서 성장한 압전박막의 품질 또한 향상되고, 공진특성도 우수하다.In addition, since the surface of the etch propagation prevention film made of the silicon oxide film, the silicon nitride film and the like according to the present invention is smoother than the surface polished by the conventional CMP process, the quality of the piezoelectric thin film grown thereon is also improved and the resonance characteristics are excellent.
또 평면으로 형성되는 식각전파방지막에 하부전극을 형성하므로, 하부전극을 형성할 때에 패드부를 단일공정으로 연결하여 일체로 형성하는 것이 가능하다. 따라서 종래 하부전극과 패드부를 별도로 형성하고 이를 연결하기 위하여 수행하던 연결공정이 생략되므로, 제조공정이 간단하며 생산성이 향상되고 하부전극이 중간에서 단락되는 불량이 감소한다.In addition, since the lower electrode is formed on the etch propagation prevention film formed in a plane, it is possible to form a single body by connecting the pad unit in a single process when forming the lower electrode. Therefore, since the connection process, which is conventionally performed to separately form the lower electrode and the pad unit and is connected thereto, is omitted, the manufacturing process is simple, productivity is improved, and defects in which the lower electrode is shorted in the middle are reduced.
그리고 본 발명에서 이용되는 제조공정이나 재료들은 일반적인 반도체 제조공정에서 주로 사용하는 기본공정과 재료를 사용하므로, 차후 생산 및 사용이 크게 증대될 것으로 기대되는 일체형 마이크로파 집적회로(MMIC)화에 용이하게 활용하는 것이 가능하다.In addition, since the manufacturing process or materials used in the present invention use the basic processes and materials mainly used in general semiconductor manufacturing processes, they are easily utilized for the integrated microwave integrated circuit (MMIC), which is expected to be greatly increased in the future. It is possible to do
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