KR20050072576A - 박막 용적 탄성파 공진기 필터 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박막 용적 탄성파 공진기 필터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 종래 맴브레인형 박막 용적 탄성파 공진기 구조로 형성한 필터는 기판의 하부를 벌크 식각하여 형성하기 때문에 소자의 크기가 커지며 구조적으로 맴브레인 부분이 취약하여 박막용적 탄성파 공진기(TFBAR) 부분을 지지하기 위한 지지층을 반드시 형성해야 하고, 그로인해 모든 공진기 부분을 공통적으로 지지하는 상기 지지층을 통해 유기된 탄성파의 간섭으로 필터의 특성이 열화되는 문제점이 있었다. 특히 지지층에 의한 공진기들 간의 상호 간섭은 에어 갭형 TFBAR 공진기를 이용한 필터 구조에서도 발생하기 때문에 고성능 필터 및 이를 이용한 듀플렉서의 성능 및 크기가 만족스럽지 못한 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 맴브레인형 TFBAR 공진기를 이용한 필터를 구성하면서 공진을 위한 기판 캐비티를 수직 식각으로 형성하면서 맴브레인 영역을 지지하는 지지층까지 완전 혹은 부분 식각함으로써 공진기, 대역 통과 필터 및 듀플렉서의 소자 크기를 소형화 할 수 있고 공정의 안정성을 높일 수 있으며, 필터를 구성하는 공진기를 지지층 없이 하부 전극, 압전층, 상부 전극 및 공진 주파수 조정층으로 구성함으로써 지지층 및 절연층을 통한 탄성파의 손실을 제거할 수 있어 공진기 및 필터의 특성을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

박막 용적 탄성파 공진기 필터 및 그 제조방법{THIN FILM BULK ACOUSTIC RESONATOR FILTER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 박막 용적 탄성파 공진기 필터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 박막 용적 탄성파 공진기(Thin Film Bulk Aucoustic Resonator:TFBAR, 이하 TFBAR라 칭함)의 하부 기판을 수직 식각하면서 지지층을 선택적으로 식각하도록 하여 크기와 효율을 높이고 유기 탄성파를 줄여 성능을 개선한 박막 용적 탄성파 공진기 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 들어, 무선 통신 시스템에 대한 수요가 급속히 증가함에 따라 사용자의 욕구를 충족시키기 위한 경쟁도 그만큼 치열해지고 있으며 이러한 경쟁이 제품의 고성능, 저가격화 및 소형화를 더욱 가속화 시키고 있다.

특히, 무선 이동통신이나 초고주파 통신에 대한 수요가 커지고 성능이 크게 향상되면서 이동통신 단말기는 멀티미디어와의 통합, 고성능화, 소형화, 저가격화, 경량화 및 경박화를 추구하면서 하루가 다르게 변모하고 있다. 이러한 변화를 가능하게 하는 주 요인은 한정된 주파수 대역에서 효율적인 정보전달을 위하여 필요한 변조와 복조 등을 포함하는 신호처리 기술의 발전과 고주파(RF : Radio Frequency)부품 기술의 발달이라 할 수 있다.

RF 무선 이동통신 부품 중 무수히 많은 공중파 중에 이용자가 필요로 하는 신호를 선택하여 수신하거나 전송하고자 하는 신호를 걸러주는 기능을 하는 필터소자는 수동 소자의 핵심이라 할 수 있다. 현재 HBT (Heterojunction Bipolar Transistor)나 MESFET(MEtal Semiconductor Field Effect Transistor)로 구성되는 이동 통신용 능동 회로들은 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)기술로 점차 소형화되고 단일칩화되고 있으나, 칩 외부의 RF 수동 부품들인 필터, 듀플렉서, 안테나 등은 아직도 부피가 크고 구조가 복잡해 회로의 단일칩화에 큰 장애가 되고 있다.

현재 무선통신용 RF 필터로 가장 많이 사용되고 있는 필터로는 유전체 공진기(Dielectric Resonator)필터와 표면 탄성파(Surface Acoustic Wave:SAW) 필터를 들 수 있다. 유전체 공진기 필터는 유전율이 높고 삽입 손실이 낮으며, 높은 온도에서 안정하게 동작하는 장점을 가지고 있으나, 소형화 및 MMIC화에는 한계성을 지니고 있으며 동작전압에 대하여 소자 특성이 변하는 단점을 안고 있다. 반면, SAW 필터는 유전체 필터에 비해 소형이면서 신호처리가 용이하고 회로가 간단하며 반도체 공정을 이용함으로써 대량생산이 가능한 잇점을 가지고 있다. 또 유전체 필터에 비해 통과 대역 내의 사이드 리젝션(Side Rejection)이 높은 장점을 가지고 있으나, 삽입손실이 크고 단결정 압전 기판인 LiNbO₃(LN), LiTaO₃(LT)를 사용함으로써 가격이 비싸다는 단점과 IDT(Inter Digital Transducer) 선폭의 한계상 수 GHz 대역의 필터는 제작이 불가능하다는 문제점이 있다.

이러한 단점을 극복하기 위하여 표면파 속도를 높일 수 있는 새로운 압전 기판과 압전 박막을 코팅해 표면파 속도를 높이기 위한 연구가 진행되고 있는 상태이나, 반도체 기판에서 이루어지는 MMIC구조와 하나의 칩으로 구현하기는 불가능하다.

이와 달리 TFBAR 공진기를 이용하여 제작한 필터는 모든 면에서 차세대 무선이동통신 필터에 가장 적합하다고 할 수 있다. TFBAR 필터는 RF 능동소자들과의 집적이 가능하고 크기가 작고 가벼우며 반도체 공정을 이용한 대량생산으로 개별 가격이 저렴하다. 특히 안정성이 높으며 삽입손실이 작고 사이드 리젝션 특성도 다른 필터 보다 뛰어나기 때문에 우수한 무선통화 품질을 보장할 수 있다.　또한, 실리콘이나 GaAs의 반도체 기판을 사용함으로써 다른 능동 소자들과의 통합이 가능해 주파수 제어회로를 완전히 MMIC화할 수 있다. 이에 따라 RF 무선통신의 전단부(RF Front End)를 단일칩화 할 수 있는 방향으로 TFBAR 필터의 기술 발전이 전개돼 개인 단말기의 초소형화 및 저가격화를 실현할 수 있다.

도 1은 일반적인 TFBAR 박막형 공진기의 기본적인 구조를 나타낸 단면도로서, 도시한 바와 같이 실리콘(Si)이나 갈륨비소(GaAs) 기판 위에 압전 유전체 물질(2)인 ZnO, AlN, PZT 등을 스퍼터링이나, 다른 박막증착 방법으로 금속 전극 (1, 3)사이에 직접 증착해 압전 특성으로 인한 공진을 유발하는 것이다. 이는 박막(thin film)소자로 이루어 졌으므로 소자의 크기가 작고 대량 생산이 가능하며, 고품질(High Q) 및 저 삽입손실 특성으로 여러 주파수 대역(9백㎒∼10㎓)의 무선 통신기기 및 레이더 등에 응용할 수 있으며, 안정성이 높고 MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit)회로와도 집적이 가능하다.

상기 TFBAR 공진기는 하부 전극(1)과 상부 전극(3) 사이에 단일 압전층(2)을 증착해 용적파(Bulk Acoustic Wave)를 유발시켜 공진을 발생시키는 원리를 이용하며, 이를 위해 공진을 일으키는 압전물질은 뛰어난 배향성, 큰 압전결합 계수(Electromechanical Coupling Constant), 높은 비저항값, 높은 파괴강도를 가져야 하며, 박막의 재현성이 우수해야 하고 기판 내에서 박막 특성의 균일도가 높아야 하는 조건을 가진다. 지금까지 연구 결과에서는 ZnO와 AlN이 가장 유력한 압전물질로 사용되고 있는데, ZnO는 박막의 증착은 용이하나, Zn원자의 에너지 준위가 실리콘의 깊은 에너지 준위에 위치하므로 다른 실리콘 소자와의 집적이 곤란하고, AlN은 박막의 특성은 우수하나, 좋은 박막을 얻기 위해서는 고온에서 증착해야 하고 높은 stress를 유발하는 단점을 내포하고 있다. 압전층으로 단일 압전 박막층을 사용하면 stress 조절이 쉽지 않고 두께가 서로 다른 공진기를 제작하기가 쉽지 않으므로 필터를 제작하기가 어렵다.

TFBAR 소자는 압전 물질에 유기된 탄성파를 외부로 유출시키지 않기 위하여 여러 가지 방법으로 제작되고 있다.

도 2는 다양한 종류의 구조를 가진 TFBAR의 구조 예들을 보인 것이다.

먼저, 도 2a는 기판으로 인한 탄성파 손실을 줄이기 위하여 소자가 위치한 부분의 기판(10)을 이방성 습식 식각을 이용하여 제거하는 멤브레인형 구조를 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이 벌크 식각되어 경사 캐비티를 가지는 기판(10) 상에 형성된 지지층(11)으로 TFBAR 소자(12, 13, 14)를 지지하는 구조이다. 제조 과정이 간단하지만, 하부 식각면이 경사를 이루고 있으므로 소자의 크기가 커지게 되며 지지층(11)이 반드시 필요하게 된다. 또한, 소자를 절삭할 때 멤브레인으로 인한 소자 자체의 약점으로 인해 많은 불량을 야기시킨다는 점과 멤브레인으로 인한 음파(Acoustic Wave)에너지의 손실로 공진 특성을 저하시키고 기판을 식각하는 시간이 길다는 점이 단점이다.

도 2b는 희생층을 사용하여 소자를 기판에서 띄우는 에어 갭(air-gap)형 구조를 보인 것으로 기판(10) 상부에 희생층을 형성하고 지지층(11), 하부 전극(12), 압전층(13), 그리고 상부전극(14)을 차례로 형성한 후 상기 희생층을 제거하여 형성한다. 이는 종래의 멤브레인 형성을 위한 후면 벌크 식각의 긴 공정시간을 줄일 수 있고, 소자의 면적을 줄일 수 있으나 희생층 위에 소자를 제작하므로 공정이 복잡하고 공정상 제한(온도, 식각 선택도 등)을 받을 수 있다.

도 2c는 브래그 반사를 이용하는 브래그 리플렉터형 구조를 보인 것으로, 도시된 바와 같이 기판(10) 상부에 음파 임피던스(Acoustic Impedance)차가 큰 물질을 격층으로 증착(15)시켜서 브래그 반사를 유발시켜 음파에너지가 전극 층 사이에 모이도록 해 공진이 발생하도록 하는 방법이다.　이 방법은 제조시간이 절약되고 외부 충격에 강한 소자를 구현할 수 있는 장점을 가지고 있으나, 반사층을 여러 층으로 적층시켜야 하므로 막의 응력(stress)을 적절히 조절해야하므로 정확한 특성을 가진 소자를 제조하기 어렵다.

상기와 같은 방법으로 제조된 TFBAR은 사다리(Ladder)형 필터, 모노리틱 크리스털(Monolithic Crystal)형 필터, 스택트(Stacked)형 필터, 래티스(Lattice)형 필터로 단일칩(One Chip) 형태의 박막형 필터 구현이 가능하다.

도 3은 가장 널리 사용되는 사다리형 필터의 구성도를 나타낸 것으로, 인덕터 노치(inductor notch)를 이용한 것이다. 3개의 직렬 공진기(TFRs)와 4개의 병렬 연결 공진기(TFRp)로 구성되며, 3개의 직렬 공진기는 고주파 부분의 대역을 선택하는 기능을 하며, 병렬로 연결된 4개의 공진기는 저주파 부분의 대역을 선택하는 기능을 하게 되는 대역 통과 필터이다.

이를 수신용 고주파 필터와 송신용 고주파 필터로 각각 형성하여 구성하면 도 4에 도시한 듀플렉서 구조가 된다. 송신과 수신을 동시에 처리하는 안테나 듀플렉서 필터(antenna duplexer filter)는 최근 사용되는 이동통신 단말기의 필수부품이지만, 저손실, 고감쇄 성능을 만족시키기 위해 유전체 필터를 기본으로 하는 유전체 듀플렉서나 SAW 필터를 이용하여 구성하는 듀플렉서 필터를 사용하고 있다. 듀플렉서는 안테나 다음 단에 연결돼 송/수신 주파수를 분리, 필요한 신호만 통과시키고 불필요한 신호를 없애는 부품으로 CDMA(코드분할 다중접속) 방식 휴대폰의 등장으로 각광을 받기 시작했다.

최근에는 상기 듀플렉서를 앞서 설명한 TFBAR 필터를 이용하여 형성하고 있는데, 가장 널리 사용되는 구성 방식이 맴브레인형 구조이다.

도 5는 종래 맴브레인형 TFBAR을 이용하여 구현한 사다리형 필터의 평면도로서, 점선으로 나타낸 부분이 기판의 식각 상태, 즉 캐비티(cavity)(26)를 나타내고 있다.

도 6은 상기 도 5의 A-A'를 자른 단면도로서, 상기 도 5와 도 6을 참조하여 종래 구조를 설명하도록 한다.

먼저, 기판(20) 상부에는 전체적으로 맴브레인형 구조를 지지하기 위한 지지층(21)이 형성되어 있으며, 그 상부에는 차례로 하부전극(21), 압전층(23), 상부전극(24)이 형성된다. 그리고, 상기 상부 전극(24) 중 일부 영역에 공진주파수 조정층(25)을 형성한다. 그리고 필터를 구성하는 복수 개 공진기의 압전 물질에 유기된 탄성파가 기판에 의해 소실되지 않도록 공진기 소자가 위치한 부분의 기판을 이방성 습식 식각을 이용하여 제거한다.

여기서, 상기 기판을 제거하는 방법은 기판(20)의 후면에 형성된 지지층(21)을 건식 식각하고 KOH, NaOH 등의 습식 식각 용액에 의하여 식각한다. 상기 실리콘 기판(20)은 [100]면의 실리콘 기판을 사용하는데, 이를 습식 식각하면 [100]면과 [111]면의 식각율 차이로 인하여 기판의 표면에 대하여 54.74도의 각을 형성하면서 식각이 진행된다.

즉, 도시된 바와 같이 필터를 구성하는 복수개의 공진기가 기판과 접촉하지 않고 부유하도록 54.74도의 캐비티(26)를 필터의 전면에 대해 형성한다. 상기와 같은 식각의 경사에 의해 후면의 식각 면적은 넓어지게 되므로 소자의 전체적인 크기가 에어 갭형에 비해 커지게 된다. 또한, 상기 필터를 구성하는 복수 개의 공진기 소자는 지지층(21)을 통하여 연결되어 있으므로 인접 공진기로부터 유기된 탄성파가 다른 공진기에 전달됨으로써 의사 공진(spurious)이 발생하게 된다.

비록 에어 갭형을 이용하는 경우 소자의 크기는 작아질 수 있지만, 이러한 지지층에 의한 간섭 현상은 동일하게 발생하게 되어 필터의 특성을 열화시키게 된다.

상기한 바와 같이 종래 맴브레인형 박막 용적 탄성파 공진기 구조로 형성한 필터는 기판의 하부를 벌크 식각하여 형성하기 때문에 소자의 크기가 커지며 구조적으로 맴브레인 부분이 취약하여 박막용적 탄성파 공진기(TFBAR) 부분을 지지하기 위한 지지층을 반드시 형성해야 하고, 그로인해 모든 공진기 부분을 공통적으로 지지하는 상기 지지층을 통해 유기된 탄성파의 간섭으로 필터의 특성이 열화되는 문제점이 있었다. 특히 지지층에 의한 공진기들 간의 상호 간섭은 에어 갭형 TFBAR 공진기를 이용한 필터 구조에서도 발생하기 때문에 고성능 필터 및 이를 이용한 듀플렉서의 성능 및 크기가 만족스럽지 못한 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 맴브레인형 TFBAR 공진기를 이용한 필터를 구성하면서 공진을 위한 기판 캐비티를 수직 식각으로 형성하도록 하고 맴브레인 영역을 지지하는 지지층까지 완전 혹은 부분 식각하는 것으로 소자의 크기와 공진기들 간 탄성파의 간섭을 크게 줄여 효율을 높일 수 있도록 한 박막 용적 탄성파 공진기 필터 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 맴브레인형 박막 용적 탄성파 공진기를 이용한 필터에 있어서, 상기 박막 용적 탄성파 공진기가 형성된 영역에 대응하는 부분에 수직 캐비티가 형성된 기판과; 상기 기판 상부에 형성되며, 상기 기판의 수직 캐비티에 대응하는 영역이 제거된 절연층과; 상기 절연층이 형성된 기판 상에 필터 구조에 따라 형성된 다수의 박막 용적 탄성파 공진기 구조물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 기판에 형성된 수직 캐비티는 상기 필터를 구성하는 다수의 개별 박막 용적 탄성파의 수만큼 형성되어 다수의 개별 맴브레인 구조를 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 기판에 형성된 수직 캐비티는 상기 다수의 박막 용적 탄성파로 구성된 필터에 대해 단일하게 형성되어 하나의 단일 맴브레인 구조를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 절연층이 상하부에 형성된 기판 상에 차례로 하부전극, 압전층, 상부전극을 형성하여 박막 용적 탄성파 공진기 필터 구조물을 형성하는 단계와; 상기 구조물이 형성된 기판의 하부 절연층의 일부를 패터닝한 후 이를 마스크로 상기 공진기 구조물이 형성된 영역을 건식 식각하여 수직한 캐비티를 형성하는 단계와; 상기 캐비티 형성에 의해 노출되는 상부 절연층을 식각하여 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명 박막 용적 탄성파 공진기 필터 및 그 제조방법의 실시예들을 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 7은 본 발명 일 실시예의 평면도를 나타낸 것으로, 맴브레인형 TFBAR을 이용하여 사다리형 필터를 구성한 것이다.

먼저, 도시된 바와 같이 점선으로 도시된 기판 상의 캐비티(35)를 주목해야 한다. 종래와 상이하게 본 발명에서는 경사가 아닌 수직 캐비티(35)를 형성하였음을 알 수 있을 것이다. 특히, 본 실시예에서는 각각의 공진기마다 별도의 캐비티(35)를 형성하여 구성된 TFBAR이 개별적인 맴브레인 구조를 가지도록 하였다. 즉, 캐비티(35)가 형성되지 않은 영역은 기판이 그대로 유지되고 있으므로 물리적인 지지강도가 높아지게 되므로 본 발명에서는 맴브레인 구조물을 지지층으로 지지할 필요가 없다. 따라서, 도시된 평면도로는 잘 표시되지 않지만 상기 캐비티(35)가 형성된 부분에는 지지층 역할을 하던 절연층이 캐비티 형성과 함께 제거될 수 있다.

이러한 상기 본 발명 일 실시예의 구조는 상당히 많은 변화를 시사하는데, 크게 소자 크기의 축소와 성능의 향상을 이룰 수 있도록 한 구조이다. 먼저, 캐비티(36)의 수직한 구조에 따라 맴브레인 구조물의 물리적 강도가 향상되므로 소자의 크기를 줄일 수 있게 된다. 특히 절삭을 견딜 수 있도록 두는 여유 공간이 줄어들기 때문에 소자의 크기가 더욱 줄어들게 된다.

또한, 맴브레인 영역의 크기가 줄어듬에 따라 공진기 하부의 절연층을 제거하더라도 맴브레인 구조물을 안정하게 제작할 수 있으므로 상기 절연층에 의한 탄성파 손실과 인접 공진기들 사이의 유기 탄성파 간섭이 크게 줄어든다. 이는 공진기의 공진 특성을 향상시키는 역할을 한다.

도 8a 내지 도 8d는 상기 도 7에 도시한 본 발명 일 실시예의 구조물을 제조하는 과정을 A-A'절단면을 기준으로 나타낸 수순 단면도이다. 상기 도 7의 도면을 함께 참조하여 살펴본다면 본 발명을 보다 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

먼저, 도 8a에 도시한 바와 같이 실리콘 혹은 GaAs등의 기판(30) 상하부에 전기적 절연을 위한 절연층(31)을 박막 증착 방법으로 형성하고, 상기 절연층(31) 상부에 공진기의 하부전극(32)을 스퍼터링이나 기상 증착법으로 증착한 후 패터닝한다.

그 다음, 도 8b에 도시한 바와 같이 상기 구조물 상부 전면에 압전층(33)을 증착 및 패터닝한 후 그 상부에 상부 전극(34)을 스퍼터링이나 기상증착 방법으로 형성한 후 패터닝한다. 상기 압전층(33)의 두께는 압전층 물질 종류와 더불어 공진 주파수 결정에 중요한 파라미터이므로 정확한 두께로 증착되어야 한다. 그리고, 상기 상부전극(34) 및 하부 전극(32)의 종류 및 두께는 필터를 구성하기 위해 직렬 연결된 공진기의 공진 주파수를 결정한다.

그 다음, 도 8c에 도시한 바와 같이 상기 필터를 구성하기 위해 병렬 연결된 공진기의 상부 전극(34) 상에 공진 주파수 결정을 위한 공진 주파수 조정층(35)을 형성한다. 상기 공진 주파수 조정층(35)의 증착막으로는 압전층, 유전층, 금속층등 모든 막이 가능하나, 사용 박막 종류 및 두께에 따라 공진 주파수가 결정되므로 박막 종류에 따라 적절한 두께로 증착되어야 한다.

그 다음, 도 8d에 도시된 바와 같이 필터를 구성하는 복수 개 공진기의 압전 층(33)에 유기된 탄성파의 손실을 줄이기 위하여 공진기 소자가 위치한 부분의 기판(30)을 깊은 반응성 이온 식각(deep RIE)으로 제거하여 수직 캐비티(36)를 형성한다. 이를 통해 얻을 수 있는 이점은 이미 충분히 전술하였다. 그리고, 기판(30)의 식각이 완료되면 하부전극(32) 아래에 위치한 절연층(31)을 계속하여 깊은 반응성 이온 식각법으로 식각할 수 있는데, 절연층(31)의 식각에 따라 공진주파수가 높아지게 되므로 그 식각 정도를 필터 설계에 따라 조절할 수 있다.

따라서, 상기와 같은 방법으로 완성한 본 발명 일 실시예의 단면도(도8d)와 평면도(도7)를 통해 본 발명의 구조적 특징을 한눈에 확인할 수 있을 것이다.

상기 설명한 본 발명 일 실시예에 의한 수직 캐비티를 가진 필터 구조는 필터를 구성하는 공진기의 개수 만큼 캐비티가 형성된다. 그러나 본 발명은 이러한 구조에 의해 제한되는 것은 아니며 다양한 변경 역시 가능하다.

도 9는 내지 도 10은 본 발명 다른 실시예의 캐비티 구조를 보이는 평면도 및 상기 평면도의 A-A'면 단면도로서, 도시한 바와 같이 공진기 마다 캐비티를 형성하는 것이 아니라 다수의 공진기로 이루어진 필터를 하나의 맴브레인으로 구성할 수 있도록 하나의 수직 캐비티(36)만을 형성한 것이다. 이는 상기 도 7과 8에 도시한 본 발명 일 실시예의 구조를 형성하기 위한 공정에서 마스크 설계만 바꾸면 제조할 수 있다. 이와 같은 구조 역시 정확히 공진기가 형성되는 영역으로 수직한 캐비티를 한정하여 형성함으로써 기존의 벌크 식각을 통한 캐비티를 적용한 소자보다 크기를 대폭 줄일 수 있다.

비록 여기서 설명한 필터 구조물이 단순한 대역 통과 필터였지만, 이러한 대역 통과 필터들을 송수신용으로 이격시켜 하나의 기판 상에 형성하게 되면 작고 성능이 뛰어난 듀플렉서를 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명은 TFBAR 필터는 물론이고 듀플렉서와 같이 TFBAR 필터를 이용하는 소자에 모두 적용할 수 있는 기술로 그 적용 대상이 광범위하다.

상기에 기술한 바와 같이 본 발명 박막 용적 탄성파 공진기 필터 및 그 제조방법은 공진기, 대역 통과 필터 및 듀플렉서의 소자 크기를 소형화 할 수 있고 공정의 안정성을 높일 수 있으며, 필터를 구성하는 공진기를 지지층 없이 하부 전극, 압전층, 상부 전극 및 공진 주파수 조정층으로 구성함으로써 지지층 및 절연층을 통한 탄성파의 손실을 제거할 수 있어 공진기 및 필터의 특성을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 TFBAR의 기본 구조를 나타낸 단면도.

도 2는 종래 다양한 TFBAR의 구조들을 보인 단면도.

도 3은 일반적인 사다리형 노치필터의 구성도.

도 4는 일반적인 듀플렉서의 구성도.

도 5는 종래 경사 캐비티를 가지는 TFBAR 필터의 평면도.

도 6은 도 5를 굴곡 절삭한 단면도.

도 7은 본 발명 일 실시예에 따른 TFBAR 필터의 평면도.

도 8a 내지 도 8d는 도 7의 TFBAR 필터 제조 과정을 보인 수순 단면도.

도 9는 본 발명 다른 실시예에 따른 TFBAR 필터의 평면도.

도 10은 상기 도 9를 굴곡 절삭한 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

30: 기판 31: 절연층

32: 하부전극 33: 압전층

34: 상부전극 35: 공진주파수 조정층

36: 식각 캐비티

Claims (6)

1. 맴브레인형 박막 용적 탄성파 공진기를 이용한 필터에 있어서, 상기 박막 용적 탄성파 공진기가 형성된 영역에 대응하는 부분에 수직 캐비티가 형성된 기판과; 상기 기판 상부에 형성되며, 상기 기판의 수직 캐비티에 대응하는 영역이 제거된 절연층과; 상기 절연층이 형성된 기판 상에 필터 구조에 따라 형성된 다수의 박막 용적 탄성파 공진기 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 용적 탄성파 공진기 필터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 기판에 형성된 수직 캐비티는 상기 필터를 구성하는 다수의 개별 박막 용적 탄성파의 수만큼 형성되어 다수의 개별 맴브레인 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 용적 탄성파 공진기 필터.
3. 제 1항에 있어서, 상기 기판에 형성된 수직 캐비티는 상기 다수의 박막 용적 탄성파로 구성된 필터에 대해 단일하게 형성되어 하나의 단일 맴브레인 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 용적 탄성파 공진기 필터.
4. 절연층이 상하부에 형성된 기판 상에 차례로 하부전극, 압전층, 상부전극을 형성하여 박막 용적 탄성파 공진기 필터 구조물을 형성하는 단계와; 상기 구조물이 형성된 기판의 하부 절연층의 일부를 패터닝한 후 이를 마스크로 상기 공진기 구조물이 형성된 영역을 건식 식각하여 수직한 캐비티를 형성하는 단계와; 상기 캐비티 형성에 의해 노출되는 상부 절연층을 식각하여 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 용적 탄성파 공진기 필터 제조 방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 상부 절연층을 식각하는 단계는 공진 주파수에 따라 상기 절연층을 완전히 혹은 부분적으로 식각하여 잔류하는 절연층의 두께를 조절하는 것을 특징으로 하는 박막 용적 탄성파 공진기 필터 제조 방법.
6. 제 4항에 있어서, 상기 캐비티를 형성하는 단계에서 사용하는 건식 식각 방법은 깊은 반응성 이온 식각(deep RIE)법인 것을 특징으로 하는 박막 용적 탄성파 공진기 필터 제조 방법.