KR20080034790A - 래더형 필터 - Google Patents

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KR20080034790A
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마사후미 이와끼
고 엔도
야스유끼 사이또우
히사노리 에하라
마사노리 우에다
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후지쓰 메디아 데바이스 가부시키가이샤
후지쯔 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는 직렬 공진기와 병렬 공진기와의 공진 주파수의 차를 정밀도 좋게 설정하는 것이다. 본 발명은, 압전막(14)을 사이에 두고 하부 전극(12)과 상부 전극(16)이 대향하도록 형성된 적층막(18)과, 적층막(18) 상에 접하도록 형성된 제1 막(22)을 갖는 직렬 공진기(S)와, 압전막(14)을 사이에 두고 하부 전극(12)과 상부 전극(16)이 대향하도록 형성된 적층막(18)과, 적층막(18) 상에 접하도록 형성된 제2 막(20)과, 제2 막(20) 상에 접하여 형성된 제1 막(22)을 갖는 병렬 공진기(P)를 구비하는 래더형 필터이다.
압전막, 적층막, 상부 전극, 직렬 공진기, 병렬 공진기, 하부 전극

Description

래더형 필터{LADDER TYPE FILTER}
본 발명은, 래더형 필터에 관한 것으로, 특히 압전 박막 공진기를 이용한 래더형 필터에 관한 것이다.
휴대 전화로 대표되는 무선 기기의 급속한 보급에 의해, 소형이면서 경량한 공진기 및 이를 조합하여 구성한 필터의 수요가 증대하고 있다. 지금까지는 주로 하여 유전체와 표면 탄성파(SAW) 필터가 사용되어 왔지만, 최근에는 특히 고주파에서의 특성이 양호하고, 또한 소형화와 모노리식화가 가능한 소자인 압전 박막 공진기 및 이를 이용하여 구성된 필터가 주목받고 있다.
압전 박막 공진자 중에는, FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator) 타입과 SMR(Solidly Mounted Resonator) 타입이 있다. FBAR은, 기판 상에 하부 전극, 압전막 및 상부 전극으로 이루어지는 적층막 구조를 갖고 있다. 압전막을 사이에 두고 하부 전극과 상부 전극이 대향하는 부분(공진부)의 하부 전극 아래에 공극이 형성되어 있다. 여기서, FBAR에서의 공극은, Si 기판 표면에 형성한 희생층의 웨트 에칭에 의해, 하부 전극과 기판 사이에 형성된다. 또는, 공극은 기판 이면으로부터의 웨트 또는 드라이 에칭 등에 의해 기판에 형성된다. SMR은 공극 대신에 음향 다층막을 갖고 있다. 음향 다층막은, 음향 임피던스가 높은 막과 낮은 막을 교대로 λ/4(λ : 탄성파의 파장)의 막 두께로 적층되어 있다.
여기서, 상부 전극 및 하부 전극으로서는, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 이리듐(Ir) 등을 이용할 수 있다. 압전막으로서는, 질화 알루미늄(AlN), 산화 아연(ZnO), 티탄산 지르콘산 납(PZT), 티탄산 납(PbTiO3) 등을 이용할 수 있다. 또한, 기판(10)으로서는 실리콘, 글래스 등을 이용할 수 있다.
압전 박막 공진자의 동작 원리에 대해, FBAR을 예로 설명한다. 상부 전극과 하부 전극 사이에 전기 신호인 고주파의 전압을 인가하면, 공진부의 압전막 내에 역압전 효과에 기인하는 탄성파가 여진된다. 또한, 탄성파에 의해 생기는 압전막의 왜곡은 압전 효과에 의해 상부 전극과 하부 전극 사이의 전기 신호로 변환된다. 이 탄성파는, 상부 전극과 하부 전극(상부 전극 상에 부가되는 막을 포함함)이 각각 공기와 접하는 면에서 전반사된다. 이 때문에, 압전막의 두께 방향으로 주변위를 갖는 종형 진동으로 된다. 이 종형 진동의 공진 현상을 이용함으로써, 원하는 주파수 특성을 갖는 공진자 또는 필터를 얻을 수 있다.
공진 현상은 하부 전극, 압전막 및 상부 전극(상부 전극 상에 부가되는 막을 포함함)으로 이루어지는 적층막의 총 막 두께 H가, 탄성파의 파장 λ의 1/2(1/2 파장)의 정수배(n배)로 이루어지는 주파수(즉, H=nλ/2로 이루어지는 주파수)에서 생긴다. 여기서, 압전막의 재료에 의해 결정되는 탄성파의 전반 속도를 V로 하면, 공진 주파수 F는 F=nV/(2H)로 된다. 이 점으로부터, 적층막의 총 막 두께 H에 의해 공진 주파수 F를 제어할 수 있다.
압전 박막 진공자를 이용한 필터로서는, 래더형 필터가 주로 이용된다. 래더형 필터는, 입력 단자와 출력 단자 사이에 직렬로 직렬 공진기가 접속되고, 병렬 공진기가 병렬로 접속되어, 밴드 패스 필터로서 기능한다. 도 1(a) 및 도 1(b)는, 각각 직렬 공진기 S 및 병렬 공진기 P의 등가 회로도를 도시하고 있다. 도 1(c)는 직렬 공진기 S 및 병렬 공진기 P의 통과 특성을 도시하고 있다. 직렬 공진기 S의 통과량은 공진 주파수 frs에서 최대값, 반공진 주파수 fas에서 최소값을 갖는다. 병렬 공진기 P의 통과량은 공진 주파수 frp에서 최소값, 반공진 주파수 fap에서 최대값을 갖는다. 도 2(a)는 직렬 공진기 S 및 병렬 공진기 P를 1단으로 구성한 래더형 필터의 등가 회로이다. 도 2(b)는 이 필터의 통과 특성을 도시한다. 직렬 공진기 S의 공진 주파수 frs와 병렬 공진기 P의 반공진 주파수 fap를 거의 동일한 주파수로 함으로써, 밴드 패스 필터를 구성할 수 있다. 직렬 공진기 S의 반공진 주파수 fas가 고주파 측의 감쇠극의 주파수에 대응하고, 병렬 공진기 P의 공진 주파수 frp가 저주파 측의 감쇠극의 주파수에 대응한다.
래더형 필터에서，원하는 통과 대역을 얻기 위해서는, 전술한 바와 같이 직렬 공진기 S와 병렬 공진기 P의 공진 주파수를, 상호 약간 상이한 주파수(통상은 수％)로 설계하는 것이 요구된다. 동일 기판 상에 직렬 공진기 S 및 병렬 공진기 P를 형성하는 경우, 직렬 공진기 S와 병렬 공진기 P의 공진 주파수를 서로 다르게 하기 위한 조정 공정(Δf 조정 공정)이 필요하게 된다. 또한, 통과 특성의 중심 주파수를 조정하는 경우에는, 직렬 공진기 S와 병렬 공진기 P의 양쪽의 공진 주파수를 조정하는 조정 공정(fO 조정 공정)이 필요하게 된다.
특허 문헌 1에는, 상부 전극 상에 주파수를 조정하기 위한 주파수 조정막으로서 제1 조정막과 제2 조정막을 적층하고, 직렬 공진기 S와 병렬 공진기 P에서 제1 조정막의 막 두께를 서로 다르게 하는 기술이 개시되어 있다. 이에 의해, 직렬 공진기 S와 병렬 공진기 P의 제1 조정막의 막 두께를 서로 다르게 함으로써 Δf 조정 공정을 행하고, 정렬 공진기 S와 병렬 공진기 P의 제2 조정막의 막 두께를 모두 조정함으로써 f0 조정 공정을 행할 수 있다. 따라서, Δf 조정 공정과 f0 조정 공정을 독립적으로 행할 수 있다.
특허 문헌 2에는, 상부 전극과 하부 전극이 대향한 영역의 외주로부터 내측에 압전막의 외주를 형성하는 기술이 개시되어 있다. 이에 의해, 탄성파가 공진부의 외측에 새어 가는 현상(이 현상을 탄성파의 횡방향 누설)을 억제할 수 있다. 상부 전극과 하부 전극이 대향한 영역의 내측에 압전막의 외주를 형성하기 위해, 압전막을 웨트 에칭하는 방법이 이용되고 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2005-286945호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2006-128993호 공보
특허 문헌 1에 따른 방법에서는，Δf 조정 공정을 행할 때에 직렬 공진기와 병렬 공진기의 제1 조정막의 막 두께를 서로 다르게 한다. 예를 들면, 직렬 공진 기의 제1 조정막을 에칭하여 얇게 하는 공정을 행한다. 그러나, 제1 조정막의 도중에 에칭을 멈추는 것은 제어성의 점에서 어렵다. 이와 같이, 직렬 공진기와 병렬 공진기와의 공진 주파수의 차를 정밀도 좋게 설정하는 것이 곤란하다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 직렬 공진기와 병렬 공진기와의 공진 주파수의 차를 정밀도 좋게 설정하는 것이 가능한 래더형 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 압전막을 사이에 두고 하부 전극과 상부 전극이 대향하도록 형성된 적층막과, 그 적층막 상에 접하여 형성된 제1 막을 갖는 직렬 공진기와, 상기 압전막을 사이에 두고 상기 하부 전극과 상기 상부 전극이 대향하도록 형성된 상기 적층막과, 상기 적층막 상에 접하여 형성된 제2 막과, 그 제2 막 상에 접하여 형성된 제1 막을 갖는 병렬 공진기를 구비하는 것을 특징으로 하는 래더형 필터이다. 본 발명에 따르면, 제2 막의 유무에 의해 직렬 공진기와 병렬 공진기와의 주파수의 차 Δf를 설정할 수 있으므로, Δf가 변동되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 직렬 공진기와 병렬 공진기에서, 제1 막 상에 다른 막이 형성될 때의 밀착 강도를 동일한 정도로 할 수 있다.
상기 구성에서, 제2 막은 도전체막인 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 상부 전극 외에 제2 막도 전극으로서 기능할 수 있다.
상기 구성에서, 상기 직렬 공진기 및 상기 병렬 공진기의 상기 제1 막 상에 접하여 형성된 제3 막을 구비하는 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 제3 막의 막 두께를 조정함으로써 통과 대역의 중심 주파수를 조정할 수 있다. 혹은, 제3 막을 보호막으로서 이용할 수 있다.
상기 구성에서, 상기 제3 막은 절연체막인 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 제3 막을 보호막으로서 이용할 수 있다.
상기 병렬 공진기에서, 상기 제2 막이 형성된 영역은 상기 하부 전극과 상기 상부 전극이 대향하는 영역을 포함하는 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 병렬 공진기의 특성이 변동되는 것을 억제할 수 있다.
상기 구성에서, 상기 직렬 공진기 상의 상기 제1 막과 상기 병렬 공진기 상의 상기 제1 막은 동일한 막 두께를 갖는 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 제2 막의 막 두께에 의해 직렬 공진기와 병렬 공진기와의 주파수의 차 Δf를 설정할 수 있다.
상기 구성에서，상기 상부 전극은 루테늄막, 상기 제1 막은 크롬막 및 상기 제2 막은 티탄막인 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 제2 막과 상부 전극의 에칭 선택성을 확보하여, 제1 막은 제2 막 또는 상부 전극과의 밀착을 확보할 수 있다.
상기 구성에서, 상기 하부 전극과 상기 상부 전극이 대향하는 영역은 타원형인 구성으로 할 수 있다. 또한, 상기 구성에서, 상기 하부 전극과 상기 상부 전극이 대향하는 영역은 비평행으로 이루어지는 다각형인 구성으로 할 수 있다. 이들 구성에 따르면, 평행한 변이 존재하지 않기 때문에, 압전막의 외주에서 반사된 탄성파가 공진부 내에서 횡방향의 정재파로서 존재하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 통과 대역 내에 리플이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
상기 구성에서, 상기 하부 전극과 상기 상부 전극이 대향하는 영역의 상기 하부 전극은, 기판에 형성된 공극 상 또는 기판 상에 공극을 통해 형성되어 있는 구성으로 할 수 있다.
상기 구성에서, 상기 적층막은 기판과의 사이에 돔 형상의 부풀어 오름을 갖는 공극이 형성되도록 형성되어 있는 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 생산성의 향상이 도모된다. 또한, 기판의 기계적 강도의 열화 방지도 도모할 수 있다. 또한, 집적화를 도모할 수 있다. 신뢰성 열화를 억제할 수 있다. 양호한 압전막의 배향성을 확보할 수 있다.
상기 구성에서, 상기 하부 전극과 상기 상부 전극이 대향하는 영역은 상기 공극에 포함되는 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 압전 박막 공진기의 공진 특성을 향상시켜 우수한 성능을 얻을 수 있다.
상기 구성에서, 상기 적층막은 압축 응력인 구성으로 할 수 있다. 이 구성에 따르면, 돔 형상의 부풀어 오름을 갖는 공극이 침지되는 것을 억제할 수 있다.
상기 구성에서，상기 압전막은 (002) 방향을 주축으로 하는 배향성을 나타내는 질화 알루미늄 또는 산화 아연인 구성으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 직렬 공진기와 병렬 공진기와의 공진 주파수의 차를 정밀도 좋게 설정하는 것이 가능한 래더형 필터를 제공할 수 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명에 따른 실시예에 대해 설명한다.
<실시예 1>
도 3은 실시예 1에 따른 래더형 필터의 회로도이다. 입력 단자 Tin과 출력 단자 Tout 사이에 직렬 공진기 S1, S2 및 S3이 직렬로 접속되어 있다. 직렬 공진기 S1과 S2 사이의 노드와 그라운드와의 사이에 병렬 공진기 P1이 접속되고, 직렬 공진기 S2와 S3 사이의 노드와 그라운드와의 사이에 병렬 공진기 P2가 접속되어 있다. 직렬 공진기 S와 병렬 공진기 P는 후술하는 바와 같이 구조가 상이하다.
직렬 공진기 S의 구조에 대해 설명한다. 도 4(a)는 직렬 공진기 S의 평면도, 도 4(b)은 도 4(a)의 A-A 단면도이다. 도 4(a) 및 도 4(b)를 참조로, Si 기판(10) 상에, 기판(10)과의 사이에 하부 전극(12) 측에 돔 형상의 부풀어 오름을 갖는 공극(30)이 형성되도록 하부 전극(12)이 설치되어 있다. 돔 형상의 부풀어 오름이라 함은, 예를 들면 공극(30)의 주변에서는 공극(30)의 높이가 작고, 공극(30)의 내부일수록 공극(30)의 높이가 높아지는 것과 같은 형상의 부풀어 오름이다. 하부 전극(12)은 Ru/Cr(크롬)로 구성되어 있다. 하부 전극(12) 상에, (002) 방향을 주축으로 하는 AlN으로 이루어지는 압전막(14)이 형성되어 있다. 압전막(14)을 사이에 두고 하부 전극(12)과 대향하는 부분(공진부(52))을 갖도록 압전막(14) 상에 상부 전극(16)이 설치되어 있다. 상부 전극(16)은 Ru로 구성되어 있다. 하부 전극(12), 압전막(14) 및 상부 전극(16)은 적층막(18)을 구성하고 있다. 상부 전극(16) 상에는 Cr로 이루어지는 제1 막(22)이 형성되어 있다. 제1 막(22), 기판(10) 및 압전막(14) 상에는 SiO2(이산화 실리콘)로 이루어지는 제3 막(24)이 형성되어 있다.
도 4(a)로부터 하부 전극(12)에는 B-B의 방향으로 후술하는 희생층을 에칭하기 위한 도입로(32)가 형성되어 있다. 도입로(32)의 선단 부근은 압전막(14)으로 덮여져 있지 않고, 하부 전극(12)은 도입로(32)의 선단에 구멍부(34)를 갖는다. 도 4(a) 및 도 4(b)를 참조로, 압전막(14)에는 하부 전극(12)과 전기적으로 접속하기 위한 개구부(36)가 형성되어 있다. 개구부(36)에서, 압전막(14)의 외주(42)의 적어도 일부가 상부 전극(16)과 하부 전극(12)이 대향하는 영역(50)의 외주(40)로부터 거리 d를 두고 내측에 위치하고 있다.
병렬 공진기 P의 구조에 대해 설명한다. 도 4(c)는 병렬 공진기 P의 도 4(a)의 A-A에 상당하는 단면도이다. 직렬 공진기 S와 비교하여, 상부 전극(12)과 제1 막(22) 사이에 Ti(티탄)으로 이루어지는 제2 막(20)이 형성되어 있다. 그 밖의 구성은 직렬 공진기 S의 도 4(b)와 동일하여 설명을 생략한다.
직렬 공진기 S의 공진부(52)의 공진 주파수에 기여하는 적층은, 위로부터 SiO2/Cr/Ru/AlN/Ru/Cr로 된다. 한편, 병렬 공진기 P의 공진부(52)의 적층은 위로부터 SiO2/Cr/Ti/Ru/AlN/Ru/Cr로 된다. 이와 같이, 병렬 공진기 P에는 제2 막(Ti)이 형성되어 있기 때문에, 직렬 공진기 S와 병렬 공진기 P의 공진 주파수를 서로 다르게 할 수 있다. 따라서, 도 2(b)에서 도시한 바와 같은 밴드 패스 필터의 특성을 얻을 수 있다.
다음으로, 직렬 공진기 S 및 병렬 공진기 P의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 5(a) 및 도 5(d)를 참조로, Si 기판(10) 상에, 막 두께가 약 40㎚인 MgO(산화 마그네슘)를 희생층(38)으로서 스퍼터링법을 이용하여 형성한다. 노광 기술 및 에칭 기술을 이용하여, 희생층(38)을 소정의 형상으로 한다. 도 5(b) 및 도 5(e)를 참조로, 희생층(38)을 덮도록 하부 전극(12)으로서, 막 두께가 약 100㎚인 Cr막 및 막 두께가 약 250㎚인 Ru막을 스퍼터링법을 이용하여 형성한다. 노광 기술 및 에칭 기술을 이용하여, 하부 전극(12) 소정의 형상으로 한다. 하부 전극(12) 및 기판(10) 상에, 압전막(14)으로서 막 두께가 1150㎚인 AlN을 스퍼터링법을 이용하여 형성한다. 압전막(14) 상에 막 두께가 250㎚인 Ru막을 상부 전극(16)으로서 스퍼터링법을 이용하여 형성한다.
도 5(c) 및 도 5(f)를 참조로, 상부 전극(16)을 덮도록, 막 두께가 115㎚인 Ti막을 제2 막(20)으로서 스퍼터링법을 이용하여 형성한다. 노광 기술 및 에칭 기술을 이용하여, 제2 막(20)을 병렬 공진기 P의 희생층(38) 상에 잔존하고, 직렬 공진기 S에서는 잔존하지 않도록 에칭한다. 이 때, Ti막과 Ru막에서 선택성을 갖는 에칭을 행함으로써, 상부 전극(16)의 막 두께를 얇게 하지 않고 제2 막(20)을 에칭할 수 있다. 도 7(a)는 병렬 공진기 P에서의 상부 전극(16), 제2 막(20) 및 영역(50)으로 될 영역(이하, 영역(50)이라고도 함)의 위치 관계를 도시한 도면이다. 제2 막(20)은 영역(50)을 포함하도록 형성한다. 도 5(c) 및 도 5(f)를 참조로, 또한 상부 전극(16) 상에 제2 막(20)을 덮도록 막 두께가 약 20㎚인 Cr막을 제1 막(22)으로서 스퍼터링법을 이용하여 형성한다.
도 6(a) 및 도 6(d)를 참조로, 노광 기술 및 에칭법을 이용하여, 제1 막(22)을 원하는 형상으로 한다. 도 7(b)는 병렬 공진기 P에서의 상부 전극(16), 제2 막(20), 제1 막(22) 및 영역(50)의 위치 관계를 도시한 도면이다. 제1 막(22)을 에칭할 때, 제2 막(20)도 에칭되기 때문에, 영역(50)의 우측에서는 상부 전극(16)과 제1 막(22)과 제2 막(20)의 외주는 일치하고 있다. 한편, 영역(50)의 좌측에서는 제2 막(20)은 영역(50)보다 크다. 또한, 상부 전극(16)과 제1 막(22)의 외주는 일치하고 있다.
도 6(b) 및 도 6(e)를 참조로, 노광 기술 및 에칭 기술을 이용하여, 압전막(14)을 에칭한다. 이 때, 압전막(14)은 인산을 이용하여 웨트 에칭한다. 압전막(14)을 오버 에칭함으로써, 압전막(14)의 외주를 영역(50)으로부터 내측에 형성할 수 있다. 도 7(c)은 병렬 공진기 P에서의 하부 전극(12), 상부 전극(16), 제2 막(20), 제1 막(22) 및 영역(50)의 위치 관계를 도시한 도면이다. 영역(50)의 우측에서, 압전막(14)의 외주는 영역(50)으로부터 내측에 형성된다. 이에 의해, 영역(50)의 우측에서는 공진부(52)의 외주는 영역(50)의 외주의 내측에 형성된다. 한편, 영역(50)의 좌측에서는 공진부(52)의 외주와 영역(50)의 외주는 일치하고 있다.
도 6(c) 및 도 6(f)를 참조로, 희생층(38)을 에칭하기 위한 에칭액을 구멍부(34), 도입로(32)(도 4(a) 참조)를 거쳐 도입하여 희생층(38)을 제거한다. 여기서, 하부 전극(12), 압전막(14) 및 상부 전극(16)으로 이루어지는 적층막(18)의 응력은, 스퍼터링 조건의 조정에 의해 압축 응력으로 되도록 형성되어 있다. 이 때 문에, 희생층(38)의 에칭이 완료된 시점에서 복합막은 부풀어 오르고, 하부 전극(12)과 기판(10) 사이에 적층막(18) 측에 돔 형상을 갖는 공극(30)이 형성된다. 또한, 실시예 3에서는 복합막의 압축 응력은 -150㎫로부터 -300㎫로 되도록 설정되어 있다. 이상에 의해, 직렬 공진기 S 및 병렬 공진기 P가 완성된다.
실시예 1과 비교예 1의 특성을 비교하였다. 도 8은 비교예 1에 따른 래더형 필터의 병렬 공진기의 단면도이다. 실시예 1의 도 4(c)에 대해, 제2 막(20a)이 제1 막(22)과 제3 막(24) 사이에 형성되어 있다. 비교예 1의 제조 방법은 도 5(c) 및 도 5(f)에서, 제2 막(20)과 제1 막(22)의 형성을 반대로 한 것이다. 즉, 도 6(b) 및 도 6(e)에서, 압전막(14)을 에칭할 때에는, 제2 막은 포토레지스트에 의해 보호되고 있을 뿐이다.
도 9(a) 및 도 9(b)는 비교예 1 및 실시예 1의 병렬 공진기의 S11 특성을 비교한 스미스 차트이며, 각각 웨이퍼 내의 3개의 병렬 공진기의 특성을 도시하고 있다. 또한，측정에 이용한 공진기는 영역(50)의 긴 변이 247㎛이고 짧은 변이 176㎛인 타원 형상이다. 또한, 도 4(c)에서의 d는 탄성파의 횡방향 누설이 억제되는 범위로 설정되어 있다. 실시예 1에서，S11 특성은 대부분 변동되어 있지 않다. 한편, 비교예 1에서，S11 특성은 3개의 병렬 공진기에서 상이하다.
도 10(a) 및 도 10(b)는 비교예 1 및 실시예에 따른 래더형 필터의 통과 특성을 비교한 도면이며, 각각 웨이퍼 내의 4개의 필터의 특성을 도시하고 있다. 또한, 측정에 이용한 래더형 필터의 병렬 공진기 P의 영역(50)의 대표적인 형상은 긴 변이 181㎛이고, 짧은 변이 151㎛인 타원 형상이며, 개개의 병렬 공진기 P에 의해 약간 상이한 형상을 이용하고 있다. 한편, 직렬 공진기 S의 영역(50)의 대표적인 형상은 긴 변이 233㎛이고, 짧은 변이 195㎛인 타원 형상이며, 개개의 직렬 공진기 S에 의해 약간 상이한 형상을 이용하고 있다. 또한, 도 4(c)에서의 d는 탄성파의 횡방향 누설이 억제되는 범위로 설정하고 있다. 실시예 1에서, 통과 특성은 대부분 변동되어 있지 않다. 한편, 비교예 1에서, 특성이 변동되어 있다. 또한, 비교예 1에서는, 통과 특성 내에 리플이 형성되어 있다. 한편, 실시예 1에서는 리플이 억제되어 있다. 이와 같이, 실시예 1에서는, 비교예 1에 비해 특성의 변동이 작고, 리플이 억제된 래더형 필터를 실현할 수 있다.
실시예 1에 따르면, 직렬 공진기 S에서는 적층막(18) 상에 접하도록 제1 막(22)이 형성되고, 병렬 공진기 P에서는 적층막(18) 상에 접하도록 제2 막(20)이 형성되고, 제2 막(20) 상에 접하여 제1 막(22)이 형성되어 있다. 이에 의해, 제2 막(20)의 유무에 의해 직렬 공진기 S와 병렬 공진기 P와의 공진 주파수의 차 Δf를 설정할 수 있다. 따라서, 예를 들면 특허 문헌 1에 비해 Δf의 변동을 작게 할 수 있다. 또한, 직렬 공진기 S와 병렬 공진기 P의 제1 막(22)은 동일한 재료의 막이다. 따라서, 만약 제1 막(22) 상에 다른 막을 형성한 경우에, 다른 막과의 밀착을 직렬 공진기 S와 병렬 공진기 P에서 동일한 정도로 할 수 있다.
예를 들면, 실시예 1에서는, 도 6(b) 및 도 6(e)를 참조로, 압전막(14)을 에칭할 때, 직렬 공진기 S 및 병렬 공진기 P 모두 레지스트(도시되지 않음)와 접촉하는 막은 제1 막(22)이다. 한편, 비교예 1에서는, 직렬 공진기 S의 레지스트(도시되지 않음)와 접촉하는 막은 제1 막(22)이지만, 병렬 공진기 P의 레지스트(도시되 지 않음)와 접촉하는 막은 제2 막(20)이다. 제2 막(20)인 Ti는 웨트 에칭 시 침식하기 쉽고, 또한 레지스트와의 밀착 강도도 제1 막(22)인 Cr에 비교하면 약하다. 따라서, 비교예 1에서는 압전막(14)을 에칭할 때, 제2 막(20)이 침식되게 된다. 제2 막(20)이 침식되는 양은 웨이퍼면 내에서 상이하다. 따라서, 공진 특성이 변동되고, 통과 특성도 변동되게 된다.
제2 막(20)은 상부 전극(16)과의 에칭 선택비가 큰 것이 바람직하다. 제1 막(22)은 다른 막과의 밀착 강도를 강하게 할 수 있는 재료가 바람직하다. 따라서, 실시예 1과 같이, 직렬 공진기 S에서는 적층막(18) 상에 제1 막(22)이 형성되고, 병렬 공진기 P에서는 제2 막(20)이 적층막(18)과 제1 막(22) 사이에 형성된다. 이에 의해, 제2 막(20) 형성 시의 오버 에칭에 의해 상부 전극(16)의 막 두께가 감소하여, 직렬 공진기 S와 병렬 공진기 P와의 주파수의 차 Δf가 변동되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 직렬 공진기 S와 병렬 공진기 P에서, 제1 막(22) 상에 다른 막이 형성될 때의 밀착 강도를 동일한 정도로 크게 할 수 있다.
제1 막(22)은 다른 재료와 밀착을 도모할 수 있는 재료, 제2 막(20)은 상부 전극과 에칭 선택비를 확보하기 쉬운 재료가 바람직하다. 특히, 제1 막(22) 및 제2 막(20)은 상부 전극(16)으로서 전기를 전하는 기능을 갖게 하기 위해 도전체막인 것이 바람직하다.
또한, 직렬 공진기 S 및 병렬 공진기 P의 제1 막(22) 상에 접하여 제3 막(24)이 형성되어 있다. 이에 의해, 직렬 공진기 S와 병렬 공진기 P의 제3 막(24)을 동시에 에칭함으로써, 직렬 공진기 S와 병렬 공진기 P의 공진 주파수를 동시에 조정할 수 있다. 따라서, 통과 특성의 중심 주파수 f0을 조정할 수 있다. 제3 막(24)은 f0 조정 시, 제1 막(22), 제2 막(20) 및 적층막(18)이 에칭되어 있지 않은 재료인 것이 바람직하다. 또한, 제3 막(24)은 제1 막(22), 제2 막(20) 및 적층막(18)의 보호막으로서의 기능도 갖기 위하여 금속 산화막이나 금속 질화막 등의 절연체막으로 하는 것이 바람직하다.
도 7(c)를 참조로, 병렬 공진기 P에서, 제2 막(20)이 형성된 영역은 하부 전극(12)과 상부 전극(16)이 대향하는 영역(50)을 포함하는 것이 바람직하다. 영역(50)에 제2 막(20)이 형성되어 있지 않은 영역이 있으면, 공진기의 특성이 변동되게 되기 때문이다.
또한, 직렬 공진기 S 상의 제1 막(22)과 병렬 공진기 P 상의 제1 막(22)은 동일한 막 두께를 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제2 막(20)의 막 두께에서만 Δf를 조정할 수 있다. 따라서, 특성의 변동을 억제할 수 있다.
또한, 공극(30)을 적층막(18) 측에 돔 형상으로 하고 있기 때문에, 기판(10)을 에칭할 필요는 없다. 따라서, 생산성의 향상이 도모된다. 또한, 기판(10)을 에칭하지 않기 때문에 기판(10)의 기계적 강도의 열화 방지도 도모할 수 있다. 또한, 공극(30)을 형성하는 영역은 작게 되므로 집적화를 도모할 수 있다. 공극(30)의 크기를 작게 할 수 있기 때문에, 적층막(18)의 기계 진동에 의한 신뢰성 열화를 억제할 수 있다. 또한, 공극(30)을 형성하기 위한 희생층(38)의 두께를 얇게 할 수 있으므로, 양호한 압전막(14)의 배향성을 확보할 수 있다.
또한, 하부 전극(12), 압전막(14) 및 상부 전극(16)으로 이루어지는 적층 막(18)의 응력을 압축 응력으로 함으로써, 돔 형상의 부풀어 오름을 갖는 공극(30)이 침지되는 일 없이 형성할 수 있다. 또한, 하부 전극(12)에 공극(30)에 통하는 구멍부(34)가 형성되어 있다. 이 구멍부(34)를 통해 희생층(38)을 에칭함으로써, 돔 형상의 부풀어 오름을 갖는 공극(30)을 형성할 수 있다.
또한, 하부 전극(12)과 상부 전극(16)이 대향하는 영역(50)은 공극(30)을 기판(10)에 투영한 영역에 포함한다. 이에 의해, 적층막(18)을 진동할 수 있다.
또한, 압전막(14)으로서, (002) 방향을 주축으로 하는 배향성을 나타내는 질화 알루미늄, 또는 산화 아연을 이용함으로써, 양호한 공진 특성을 갖는 압전 박막 공진기를 제공할 수 있다.
<실시예 2>
실시예 2는 기판(10)에 공극(30a)이 형성된 예이다. 도 11(a) 및 도 11(b)를 참조로, 실시예 1과 같이 기판(10) 상에 공극(30)을 통해 하부 전극(12)이 설치되어 있지 않아도, 실시예 2와 같이 상부 전극(16)과 하부 전극(12)이 대향하는 영역(50) 아래의 기판(10)에 공극(30a)이 형성되어 있어도 된다. 이 공극(30a)은 Deep-RIE(반응성 이온 에칭)를 이용함으로써 대략 수직으로 할 수 있다.
<실시예 3>
도 12는 실시예 3의 직렬 공진기 S 및 병렬 공진기 P의 평면도이다. 도 12를 참조로, 상부 전극(16)과 하부 전극(12)이 대향하는 영역(50)은 비평행으로 이루어지는 다각형으로 할 수 있다. 그 밖의 구성은 실시예 1과 동일하여 설명을 생략한다. 영역(50)을 실시예 1과 같이 타원 형상, 실시예 2와 같이 비평행으로 이 루어지는 다각형으로 할 수 있다. 이에 의해, 평행한 변이 존재하지 않기 때문에, 압전막(14)의 외주에서 반사된 탄성파가 공진부(52) 내에서 횡방향의 정재파로서 존재하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 통과 대역 내에 리플이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
실시예 1∼3은 FBAR을 이용한 래더형 필터를 예로 설명하였지만 SMR을 이용한 래더형 필터에 본 발명을 적용할 수도 있다. 또한, 기판(10)은 석영 기판, 글래스 기판, GaAs 기판 등을 이용할 수 있다. 하부 전극(12) 및 상부 전극(16)은 Ru막을 예로 설명하였지만 배경 기술에서 설명한 재료를 이용할 수 있다. 희생층(38)은 에칭액에 의해 용이하게 제거할 수 있는 재료가 바람직하고, 예를 들면 ZnO, Ge, Ti 등을 이용할 수 있다. 또한, 스퍼터링법 이외에 증착법을 이용하여 형성할 수 있다. 제1 막(22)은 Cr막, 제2 막(20)은 Ti 및 제3 막(24)은 SiO2막을 예로 설명하였지만, 본 발명의 효과를 그와 같은 범위에서 적절하게 선택할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 서명하였지만, 본 발명은 이러한 특정의 실시예에 한정되는 것이 아니라, 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에서, 여러 가지의 변형ㆍ변경이 가능하다.
도 1(a) 및 도 1(b)는 각각 직렬 공진기 및 병렬 공진기의 등가 회로도, 도 1(c)는 직렬 공진기 및 병렬 공진기의 주파수 특성도.
도 2(a)는 1단의 래더형 필터의 등가 회로도, 도 2(b)는 래더형 필터의 통과 특성도.
도 3은 실시예 1에 따른 래더형 필터의 등가 회로도.
도 4(a)는 실시예 1의 직렬 공진기의 평면도, 도 4(b)는 직렬 공진기의 A-A 단면도, 도 4(c)는 병렬 공진기의 A-A 단면도.
도 5(a) 내지 도 5(f)는 실시예 1의 직렬 공진기 및 병렬 공진기의 제조 공정을 도시하는 단면도(그 1).
도 6(a) 내지 도 6(f)는 실시예 1의 직렬 공진기 및 병렬 공진기의 제조 공정을 도시하는 단면도(그 2).
도 7(a) 내지 도 7(c)는 영역(50) 부근의 평면도.
도 8은 비교예 1의 병렬 공진기의 단면도.
도 9(a) 및 도 9(b)는 각각 비교예 1 및 실시예 1의 병렬 공진기의 특성을 도시하는 스미스 차트.
도 10(a) 및 도 10(b)는 각각 비교예 1 및 실시예 1에 따른 래더형 필터의 통과 특성을 도시하는 도면.
도 11(a)는 실시예 2의 병렬 공진기의 평면도, 도 11(b)는 도 11(a)의 A-A 단면도.
도 12는 실시예 3의 병렬 공진기의 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 기판
12 : 하부 전극
14 : 압전막
16 : 상부 전극
18 : 적층막
20 : 제2 막
22 : 제1 막
24 : 제3 막
30 : 공극
34 : 구멍부
50 : 상부 전극과 하부 전극이 대향하는 영역
52 : 공진부

Claims (14)

  1. 압전막을 사이에 두고 하부 전극과 상부 전극이 대향하도록 형성된 적층막과, 그 적층막 상에 접하여 형성된 제1 막을 갖는 직렬 공진기와,
    상기 압전막을 사이에 두고 상기 하부 전극과 상기 상부 전극이 대향하도록 형성된 상기 적층막과, 상기 적층막 상에 접하여 형성된 제2 막과, 그 제2 막 상에 접하여 형성된 제1 막을 갖는 병렬 공진기
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 래더형 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 막은 도전체막인 것을 특징으로 하는 래더형 필터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 직렬 공진기 및 상기 병렬 공진기의 상기 제1 막 상에 접하여 형성된 제3 막을 구비하는 것을 특징으로 하는 래더형 필터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제3 막은 절연체막인 것을 특징으로 하는 래더형 필터.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 병렬 공진기에서, 상기 제2 막이 형성된 영역은 상기 하부 전극과 상기 상부 전극이 대향하는 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 래더형 필터.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 직렬 공진기 상의 상기 제1 막과 상기 병렬 공진기 상의 상기 제1 막은 동일한 막 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 래더형 필터.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 상부 전극은 루테늄막이고, 상기 제1 막은 크롬막이며, 상기 제2 막은 티탄막인 것을 특징으로 하는 래더형 필터.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 하부 전극과 상기 상부 전극이 대향하는 영역은 타원형인 것을 특징으로 하는 래더형 필터.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 하부 전극과 상기 상부 전극이 대향하는 영역은 비평행으로 이루어지는 다각형인 것을 특징으로 하는 래더형 필터.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 하부 전극과 상기 상부 전극이 대향하는 영역의 상기 하부 전극은, 기판에 형성된 공극 상 또는 기판 상에 공극을 경유하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 래더형 필터.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적층막은 기판과의 사이에 돔 형상의 부풀어 오름을 갖는 공극이 형성되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 래더형 필터.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 하부 전극과 상기 상부 전극이 대향하는 영역은 상기 공극에 포함되는 것을 특징으로 하는 래더형 필터.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 적층막은 압축 응력인 것을 특징으로 하는 래더형 필터.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 압전막은, (002) 방향을 주축으로 하는 배향성을 나타내는 질화 알루미늄 또는 산화 아연인 것을 특징으로 하는 래더형 필터.
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