KR20130018399A - 압전 층 내에 형성된 브리지를 포함하는 벌크 음향파 공진기 - Google Patents

압전 층 내에 형성된 브리지를 포함하는 벌크 음향파 공진기 Download PDF

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다리우즈 버락
필 닉켈
지르키 카이틸라
존 디 3세 라슨
알렉산드레 시라카와
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아바고 테크놀로지스 와이어리스 아이피 (싱가포르) 피티이 리미티드
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Abstract

벌크 음향파(BAW) 구조물은 기판 위에 배치된 제 1 전극, 제 1 전극 위에 배치된 압전 층, 및 제 1 압전 층 위에 배치된 제 2 전극을 포함한다. 브리지는 압전 층 내에 형성되며, 브리지는 압전 층의 압전 물질로 둘러싸인다.

Description

압전 층 내에 형성된 브리지를 포함하는 벌크 음향파 공진기{BULK ACOUSTIC WAVE RESONATOR COMPRISING BRIDGE FORMED WITHIN PIEZOELECTRIC LAYER}
관련 출원들의 교차 참조
본 출원은, "Coupled Resonator Filter Comprising Bridge"라는 발명의 명칭으로 2011년 2월 28일에 출원되었으며 Dariusz Burak 등이 공통으로 소유한 미국 특허 출원 제13/036,489호의 일부 계속 출원으로서 "Stacked Acoustic Resonator Comprising a Bridge"라는 발명의 명칭으로 2011년 3월 29일에 출원되었으며 Dariusz Burak 등이 공통으로 소유한 미국 특허 출원 제13/074,262호의 일부 계속 출원인 "Film Bulk Acoustic Resonator Comprising a Bridge"라는 발명의 명칭으로 2011년 6월 2일에 출원되었으며 Dariusz Burak 등이 공통으로 소유한 미국 특허 출원 제13/151,631호의 일부 계속 출원이다. 본 출원은 35 U.S.C. §120 하에서 미국 특허 출원 제13/151,631호, 제13/074,262호 및 제13/036,489호에 대한 우선권을 주장하며, 이들의 개시 내용은 그 전체가 참조로서 본원에 포함된다.
배경
트랜스듀서들은 일반적으로 전기적 신호들을 기계적 신호들 또는 진동들로 및/또는 기계적 신호들 또는 진동들을 전기적 신호들로 변환한다. 음향 트랜스듀서들은, 반전 및 직접적 압전 효과들을 이용하여, 특히 전기적 신호들을 음향파들로 및 음향파들을 전기적 신호로 변환한다. 음향 트랜스듀서들은 일반적으로 박막 벌크 음향 공진기(film bulk acoustic resonator: FBAR)들 또는 표면 음향파(surface acoustic wave: SAW) 공진기들 또는 벌크 음향파(bulk acoustic wave: BAW) 공진기들과 같은 음향 공진기들을 포함하며, 셀룰러 전화들, 개인 휴대 정보 단말기들(PDAs), 전자 게이밍 디바이스들, 랩톱 컴퓨터들 및 그 밖의 휴대용 통신 디바이스들과 같은 매우 다양한 전자 애플리케이션들에서 사용될 수도 있다. 예를 들어, FBAR들은 전기적 필터들 및 전압 트랜스포머들에 사용될 수도 있다. 일반적으로, 음향 공진기는, 얇은 멤브레인 상에 형성될 수도 있는, 2개의 전도성 플레이트들(전극들) 사이의 압전 물질 층을 갖는다. 구체적으로, FBAR 디바이스들은, 인가된 시변 전기장에 의해 시뮬레이트될 때 모든 가능한 횡방향들로 전달될 수 있는 음향파들 및 상위차 고조파 혼합 산물들을 생성한다. 횡방향 전달 모드들 및 상위차 고조파 혼합 산물들은 기능성에 해로운 영향을 끼칠 수도 있다.
FBAR 기술에 기초한 필터들은 FBAR 디바이스들의 비교적 높은 품질 팩터(Q-팩터)로 인해 비교적 낮은 대역 내 삽입손을 제공한다. FBAR 기반 필터들은 종종 다중 주파수 대역들에서 동작할 수 있는 셀룰러 또는 모바일 전화들에 채용된다. 이러한 디바이스들에서, 하나의 특정 주파수 대역("통과 대역")을 통과시키도록 의도된 필터는 반사되어야 하는 신호들을 포함하는 다른 인근 주파수 대역들에서 높은 감쇠 레벨을 가져야 한다는 것이 중요하다. 구체적으로, 필터에 의해 반사되어야 하는 상대적으로 높은 진폭들의 신호들을 포함하는 통과 대역 근처에는 하나 이상의 주파수들 또는 주파수 대역들이 존재할 수도 있다. 이러한 경우들에 있어서는, 다른 주파수들 또는 주파수 대역들에서의 반사가 동일한 레벨의 반사를 수용하지 않는다 하더라도, 그들 특정 주파수들 또는 주파수 대역들에서 필터의 반사 특성들을 증가시킬 수 있는 것이 이로울 것이다.
이중 벌크 음향 공진기(double bulk acoustic resonator: DBAR)라고도 지칭되는 적층형 벌크 음향 공진기(stacked bulk acoustic resonator: SBAR), 및 커플링된 공진기 필터(coupled resonator filter: CRF)를 포함하는, 다른 타입의 필터들이 FBAR 기술에 기초한다. DBAR은 싱글 공진 공동을 형성하는, 싱글 적층부에서 3개의 전극들 사이에 2개의 압전 물질 층들을 포함한다. 즉, 제 1 압전 물질 층은 제 1 (저부) 전극과 제 2 (중간부) 전극 사이에 형성되고, 제 2 압전 물질 층은 제 2 (중간부) 전극과 제 3 (상부) 전극 사이에 형성된다. 일반적으로, DBAR 디바이스는 싱글 벌크 음향 공진기 디바이스의 면적을 대략 절반 정도 감소시킨다.
CRF는 2개의 수직방향으로 적층된 FBAR들 사이에 배치된 커플링 구조물을 포함한다. CRF는 2개의 FBAR들의 음향 작용을 결합시키고, 대역통과 필터 전달 함수를 제공한다. 소정 음향 적층부의 경우, CRF는 상이한 주파수들의 2개의 기본 공진 모드들, 즉 대칭 모드 및 반대칭(anti-symmetric) 모드를 갖는다. 그 모드들의 주파수들에서의 차이 정도는, 특히 CRF의 2개의 FBAR들 사이의 커플링의 정도 또는 세기에 의존한다. 2개의 FBAR들 사이의 커플링 정도가 너무 클 때(오버커플링될 때), 통과 대역은 허용 불가능하게 넓으며, 통과 대역의 중심에서의 수반되는 허용 불가능하게 높은 삽입손과 같은, 통과 대역의 중심에서의 허용 불가능한 "스웨그(swag)" 또는 "딥(dip)"이 초래된다. FBAR들 사이의 커플링 정도가 너무 낮을 때(언더커플링될 때), CRF의 통과 대역은 너무 좁다.
모든 FBAR들 및 FBAR들에 기초한 필터들은 활성 영역을 갖는다. CRF의 활성 영역은, 예를 들어 상부 BAR의 중첩 영역, 커플링 구조물, 및 저부 FBAR을 포함한다. 일반적으로는, 활성 영역 내에서 특정의 바람직한 음향 모드들의 음향 에너지를 한정하는 것이 바람직하다. 당업자에 의해 인지되는 바와 같이, 활성 영역의 경계들에서, 바람직한 모드들의 반사는 위조/바람직하지 않은 모드들로의 모드 변환, 및 바람직한 주파수 범위(예컨대, CRF의 통과 대역) 전반에 걸친 음향 에너지의 손실을 초래할 수 있다.
FBAR 디바이스들에서, FBAR의 경계들에서의 음향 손실 완화 및 활성 영역(상부 전극, 압전 층, 및 저부 전극의 중첩 영역)에서의 결과적인 모드 한정은 다양한 방법들을 통해 효과를 발휘해 왔다. 특히, 프레임들은 FBAR들의 하나 이상의 측면들을 따라서 제공된다. 그 프레임들은 바람직한 모드들을 공진기의 활성 영역으로 다시 반사시킴으로써 손실들을 감소시키는 음향 임피던스 불일치를 생성하여, FBAR의 활성 영역 내에서 바람직한 모드들의 한정을 개선한다.
프레임들의 포함이 FBAR의 개선된 모드 한정 및 Q-팩터의 수반되는 개선을 초래하지만, 공지된 프레임 엘리먼트들의 직접적인 적용은 통상의 DBAR들 및 CRF들의 모드 한정 및 Q-팩터에 상당한 개선을 가져오지는 않았다. 더 우수한 음향 에너지 한정뿐 아니라 더 우수한 음향 에너지 한정으로 인한 FBAR Q-팩터에서의 개선들은 FBAR들, DBAR들 및 CRF들의 효율성 증가에 필요하다.
대표적인 실시형태에 따르면, 벌크 음향파(BAW) 공진기 구조물은, 기판 위에 배치된 제 1 전극; 제 1 전극 위에 배치된 압전 층; 및 제 1 압전 층 위에 배치된 제 2 전극을 포함한다. 브리지는 압전 층 내에 형성되며, 브리지는 압전 층의 압전 물질로 둘러싸인다.
다른 대표적인 실시형태에 따르면, BAW 공진기 구조물은, 기판 위에 배치된 제 1 전극; 제 1 전극 위에 배치된 제 1 압전 층; 제 1 압전 층 위에 배치된 제 2 전극; 제 2 전극 위에 배치된 제 2 압전 층; 제 2 압전 층 위에 배치된 제 3 전극; 및 제 1 압전 층 및 제 2 압전 층 중 하나의 층 내에 매립된 제 1 브리지를 포함한다.
또 다른 대표적인 실시형태에 따르면, BAW 공진기 구조물은, 제 1 BAW 공진기, 음향 커플링 층, 및 제 2 BAW 공진기를 포함한다. 제 1 BAW 공진기는 제 1 전극, 제 1 전극 위에 배치된 제 1 압전 층, 및 제 1 압전 층 위에 배치된 제 2 전극을 포함한다. 음향 커플링 층은 BAW 공진기의 제 2 전극 위에 배치되고, BAW 공진기 구조물의 통과 대역 특성들을 결정하도록 구성된다. 제 2 BAW 공진기는 기 음향 커플링 층 위에 배치된 제 3 전극, 제 3 전극 위에 배치된 제 2 압전 층, 및 제 2 압전 층 위에 배치된 제 4 전극을 포함한다. 제 1 브리지는 제 1 BAW 공진기의 제 1 압전 층 및 제 2 BAW 공진기의 제 2 압전 층 중 하나의 층 내에 매립된다.
예시적인 실시형태들은 첨부한 도면과 함께 판독할 때 하기의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 다양한 피처들이 반드시 실제 축척대로 도시되어 있는 것은 아니라는 것이 강조된다. 사실상, 치수들은 설명의 명료성을 위해 임의대로 증가되거나 감소될 수도 있다. 적용가능하고 실질적인 경우, 동일한 참조부호들은 동일한 엘리먼트들을 나타낸다.
도 1a는 대표적인 실시형태에 따른 FBAR의 상면도를 도시한다.
도 1b는 대표적인 실시형태에 따른, 압전 층 내에 배치되는 브리지를 갖는 도 1a의 FBAR의 단면도로서, 라인 1B-1B를 따라 절취한 단면도이다.
도 1c는 다른 대표적인 실시형태에 따른, 압전 층 내에 배치되는 브리지를 갖는, FBAR의 단면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 대표적인 실시형태에 따른, DBAR의 2개의 압전 층들 내에 배치되는 브리지들을 각각 갖는 DBAR들의 단면도들이다.
도 3a 및 도 3b는 대표적인 실시형태에 따른, DBAR의 압전 층 내에 배치되는 브리지들을 각각 갖는 DBAR들의 단면도들이다.
도 4a 및 도 4b는 다른 대표적인 실시형태에 따른, DBAR의 압전 층 내에 배치되는 브리지들을 각각 갖는 DBAR들의 단면도들이다.
도 5a 내지 도 5d는 대표적인 실시형태에 따른, CRF의 2개의 압전 층들 내에 배치되는 브리지들을 각각 갖는 CRF들의 단면도들이다.
도 6a 및 도 5b는 대표적인 실시형태에 따른, CRF의 압전 층들 내에 배치되는 브리지들을 각각 갖는 CRF들의 단면도들이다.
도 7a 및 도 7b는 대표적인 실시형태에 따른, CRF의 다른 압전 층들 내에 배치되는 브리지들을 각각 갖는 CRF들의 단면도들이다.
용어 정의
여기에서 사용되는 용어는 특정 실시형태들만을 설명하기 위한 것이며, 제한하고자 하는 것이 아니라는 것이 이해되어야 할 것이다. 정의된 용어들은 본 교시사항들의 기술적 분야에서 공통적으로 이해되고 허용되는 바와 같이, 정의된 용어들의 기술적 및 과학적 의미들 이외의 것이다.
명세서 및 첨부한 청구범위에서 사용되는 바와 같이, 단수로 표현된 용어는, 문맥에서 별도로 명백히 지적되지 않는다면, 하나의 지시대상 및 복수의 지시대상들 양측 모두를 포함한다. 따라서, 예를 들어, "디바이스"는 하나의 디바이스 및 복수의 디바이스들을 포함한다.
명세서 및 첨부한 청구범위에서 사용되는 바와 같이, 또한 그들의 일상적인 의미 외에도, "실질적인" 또는 "실질적으로"라는 용어들은 허용 가능한 한도들 또는 정도 내에 있는 것을 의미한다. 예를 들어, "실질적으로 제거된"은 당업자가 그 제거를 허용할 수 있는 것으로 간주할 것이라는 것을 의미한다.
명세서 및 첨부한 청구범위에서 사용되는 바와 같이, 또한 그들의 일상적인 의미 외에도, "거의"라는 용어는 당업자에게 허용 가능한 한도 또는 양 내에 있는 것으로 의미한다. 예를 들어, "거의 동일한"은 당업자가 비교되는 아이템들을 동일한 것으로 간주할 것이라는 것을 의미한다.
하기의 상세한 설명에서는, 제한이 아닌 설명의 목적으로, 본 교시사항들에 따른 예시적 실시형태들의 철저한 이해를 제공하기 위해 특정 세부사항들이 설명된다. 그러나, 본 개시물의 이득을 갖게 되는 당업자에게는, 여기에서 개시되는 특정 세부사항들로부터 벗어나는 본 교시사항들에 따른 다른 실시형태들이 첨부한 청구범위의 범주 내에 있다는 것이 명백할 것이다. 또한, 주지된 장치들 및 방법들에 대한 설명들은 예시적 실시형태들의 설명을 불명료하지 않게 하기 위해 생략될 수도 있다. 이러한 방법들 및 장치들은 명백히 본 교시사항들의 범주 내에 있다.
일반적으로, 여기에 설명된 도면 및 다양한 엘리먼트들은 실제 축척대로 도시되어 있지 않다는 것이 이해된다. 또한, "위", "아래", "상부", "저부", "상위", 및 "하위"와 같은 상대적인 용어들은, 첨부한 도면에 예시된 바와 같이, 서로에 대해 다양한 엘리먼트들의 관계를 설명하는 데 사용된다. 이들 상대적 용어들은 도면에 도시된 배향 외에도 디바이스 및/또는 엘리먼트들의 상이한 배향들을 포괄하는 것으로 의도된다. 예를 들어, 디바이스가 도면에서의 뷰에 대해 반전되었으면, 예를 들어, 다른 엘리먼트 "위"로 설명된 엘리먼트는 현재 그 엘리먼트 아래에 있게 될 것이다.
본 교시사항들은 전반적으로 FBAR들을 포함하는 BAW 공진기 구조물들에 관한 것이다. 특정 애플리케이션들에서, BAW 공진기 구조물들은 FBAR 기반 필터들(예컨대, 래더(ladder) 필터들)을 제공한다. FBAR들 및/또는 BAW 공진기들과 공진기 필터들의 특정 세부사항들, 이들의 재료들과 그 제조 방법들은 공동 소유자의 하기의 미국 특허들 및 미국 특허출원들: Lakin의 미국 특허 제6,107,721호; Ruby 등의 미국 특허들 제5,587,620호, 제5,873,153호, 제6,507,983호, 제6,384,697호, 제7,275,292호 및 제7,629,865호; Feng 등의 미국 특허 제7,280,007호; Jamneala 등의 미국 특허 출원 공개 제2007/0205850호; Ruby 등의 미국 특허 제7,388,454호; Choy 등의 미국 특허 출원 공개 제2010/0327497호; 및 Choy 등의 미국 특허 출원 공개 제2010/0327994호 중 하나 이상에서 찾을 수도 있다. 이들 특허들 및 특허 출원들의 개시물들은 여기에 참조로서 인용된다. 이들 특허들 및 특허 출원들에서 설명된 콤포넌트들, 물질들 및 제조 방법은 대표적인 것이며, 당업자의 관점에서 다른 제조 방법들 및 물질들이 고려된다는 것이 강조된다.
FBAR 들을 포함하는 실시형태들
도 1a는 대표적인 실시형태들에 따른 FBAR(100)의 상면도를 도시하고 있다. FBAR(100)은 5개의 면(side)들을 갖는 상부 전극(101)(이하, 제 2 전극(101)이라고 지칭됨)을 포함하며, 접속면(102)은 상호접속부(103)와의 전기 접속을 제공하도록 구성된다. 상호접속부(103)는 제 2 전극(101)에 전기적 신호들을 제공하여, FBAR(100)의 압전 층(도 1a에는 미도시)에서 바람직한 음향파들을 여기시킨다.
도 1b는 대표적인 실시형태에 따른, 라인 1B-1B를 따라 절취된, FBAR(100)의 단면도를 도시하고 있다. FBAR(100)은 공동(106)을 갖는 기판(105) 위에 적층되는 다수의 층들을 포함한다. FBAR(100)에서 음향파들의 반사를 위한 공동(106)의 포함은 단지 예시적인 것에 불과하다. 다양한 대안의 구성들에서는, 높은 음향 임피던스와 낮은 음향 임피던스의 교번 층들을 포함하는 공지된 음향 반사기(예컨대, 브래그(Bragg) 미러(미도시))가, 본 교시사항들의 범주로부터 벗어나는 일 없이, 공동(106)을 대신하여 기판(105)에 제공되어, 음향 분리를 제공하도록 할 수도 있다.
제 1 (저부) 전극(107)은 기판(105) 위 및 부분적으로 공동(106)(또는 브래그 미러) 위에 배치된다. 도시된 바와 같이, 평탄화 층(107')도 기판 위에 제공된다. 대표적인 실시형태에서, 평탄화 층(7')은, 예를 들어 에칭불능 붕규산 유리(non-etchable borosilicate glass: NEBSG)를 포함한다. 일반적으로, 평탄화 층(7')은 (그것이 전체적인 프로세싱 비용을 증가시키기 때문에) 구조물에 존재할 필요가 없지만, 존재 시에는, 후속 층들의 성장 품질을 개선하고 그들의 프로세싱을 단순화시킬 수도 있다. 압전 층(108)이 제 1 전극(107) 위에 배치되며, 제 2 (상부) 전극(101) 이 압전 층(108) 위에 배치된다. 당업자가 인지해야 하는 바와 같이, 제 1 전극(107), 압전 층(108) 및 제 2 전극(101)에 의해 제공되는 구조물은 벌크 음향파(BAW) 공진기이다. BAW 공진기는, 그 BAW 공진기가 공동 위에 배치되는 경우, 소위 FBAR(예컨대, FBAR(100)이 되고; 그 BAW 공진기가 음향 반사기(예컨대, 브래그 미러) 위에 배치되는 경우, 소위 SMR(solidly mounted resonator)이 된다. 본 교시사항들은, 필터들(예컨대, 복수의 BAW 공진기들을 포함하는 래더 필터들)을 포함한 다양한 애플리케이션들에서 FBAR들 또는 SMR들 중 어느 한 종류의 사용을 고려한다.
도시된 실시형태에서, 브리지(104)는 압전 층(108) 내에 매립되며, 이는 브리지(104)가 압전 층(108)의 압전 물질로 둘러싸인다는 것을 의미한다. 브리지(104)는 FBAR(100)의 모든 면들을 따라서 (즉, FBAR(100)의 주변부를 따라서) 배치된다. 예를 들어, 대표적인 실시형태들에서, 브리지(104)(그리고 하기에서 대표적인 실시형태들과 관련하여 설명되는 다른 브리지들)는 사다리꼴 단면 형상을 갖는다. 대표적인 실시형태들의 브리지의 사다리꼴 단면 형상은 단지 예시에 불과하며, 브리지들은 사다리꼴 단면 형상으로 국한되지 않는다는 것이 강조된다. 예를 들어, 대표적인 실시형태들의 브리지들의 단면 형상은, 정사각형 또는 직사각형일 수 있으며, 또는 불규칙한 형상의 것일 수 있다. 브리지(104)(그리고 하기에서 대표적인 실시형태들과 관련하여 설명되는 다른 브리지들)의 "비스듬한(slanting)" 벽들은 브리지(104) 위에서 성장된 층들의 품질(예컨대, 크리스털 압전 층(들)의 품질)에 이롭다. 브리지(104)(그리고 하기에서 대표적인 실시형태들과 관련하여 설명되는 다른 브리지들)의 일반적인 치수들은 폭(도 1b에 도시된 좌표계에서 x-치수)이 대략 2.0 ㎛ 내지 대략 10.0 ㎛이고, 높이(도 1b에 도시된 좌표계에서 y-치수)가 대략 150 Å 내지 대략 3000 Å이다.
특정 실시형태들에서, 브리지(104)(그리고 하기에서 대표적인 실시형태들과 관련하여 설명되는 다른 브리지들)는 공동(106)(도 1b에서 중첩부(113)로서 도시됨) 위로 연장된다. 중첩부(113)(또한, 디커플링 영역이라고도 지칭됨)는 대략 0.0 ㎛(즉, 공동(106)과 중첩되지 않음) 내지 대략 10.0 ㎛의 폭을 갖는다. 일반적으로, 브리지(104)(그리고 하기에서 대표적인 실시형태들과 관련하여 설명되는 다른 브리지들)의 최적의 폭은 활성 영역(114)(또한 여기에서는 FBAR 영역이라고도 지칭됨)과 디커플링 영역(즉, 중첩부(113))의 경계에서의 고유 모드들의 반사에 의존한다. 디커플링 영역(113)에서의 층들의 더 작은 두께로 인해, 두께-신장 모션을 위한 복잡한 이버너센트 모드(evanescent mode)들만이 FBAR(100)의 동작 주파수에서 존재할 수 있다. 이들 복잡한 이버너센트 모드들은 특성 감쇠 길이 및 특정 전달 상수를 특징으로 한다. 브리지(104)는 FBAR 영역(114)과 디커플링 영역(113)의 경계에서 여기되는 복잡한 이버너센트 파들의 적절한 감쇠를 보장할 정도로 충분히 넓을 필요가 있다. 넓은 브리지들은 동작 주파수에서 전달 모드들이 존재하는 필드 영역(115)으로의 터널링 에너지를 최소화한다. 한편, 브리지(104)가 너무 넓으면, 신뢰성 문제가 발생할 수 있으며, 또한 유사한 FBAR들(미도시)이 근접하게 위치하는 것(그에 따라 칩의 총 면적을 불필요하게 증가시키는 것)을 제한할 수 있다. 실제 상황들에 있어서, 복잡한 이버너센트 파의 전달 콤포넌트는 브리지(104)의 최적의 폭을 발견하는 데 이용될 수 있다. 일반적으로, 브리지(104)의 폭이 복잡한 이버너센트 파의 1/4 파장의 홀수 배와 동일할 때, 고유 모드들의 반사성은 더 증가할 수 있으며, 이는 최대 값들을 획득하는 병렬 저항 Rp 및 Q-팩터에 의해 나타날 수 있다. 일반적으로, 여기 메커니즘의 세부사항들에 따라서, 디커플링 영역(113)의 다른 전달 모드들, 예컨대 전단 모드(shear mode)들 및 굴곡 모드(flexural mode)들은 Rp 및 Q-팩터에 영향을 미칠 수 있다. 브리지(104)의 폭은 이들 다른 전달 모드들의 관점에서 수정될 수 있다. 브리지(104)의 이러한 최적의 폭은 경험적으로 결정될 수도 있다.
또한, 브리지(104)(그리고 하기에서 대표적인 실시형태들과 관련하여 설명되는 다른 브리지들)의 폭 및 위치, 그리고 공동(106)과의 중첩부(113)의 양은 공진 피스톤 모드의 Q-팩터 증가를 개선하도록 선택된다. 일반적으로, FBAR(100)의 공동(106)과 브리지(104)의 중첩부(113)가 클수록, Q-팩터에서의 개선이 크며, 실현되는 개선은 초기 증가 이후에는 매우 작다. Q-팩터에서의 개선은, 공동(106)과 브리지(104)의 중첩부(113)의 증가에 따라 감소하는 전기기계 효과적 커플링 계수 kt2에서의 감소에 대해 가중되어야 한다. 커플링 계수 kt2의 열화는 FBAR들을 포함하는 필터의 삽입손(S21)의 열화를 가져온다. 이와 같이, 공동(106)과 브리지(104)의 중첩부(113)는 경험적으로 최적화될 수도 있다.
브리지(104)(그리고 하기에서 대표적인 실시형태들과 관련하여 설명되는 다른 브리지들)는 대략 150 Å 내지 대략 3000 Å의 높이(도 1b의 좌표계에서 y-치수)를 갖는다. 특히, 그 높이의 하한은 브리지(104)(그리고 하기에서 대표적인 실시형태들과 관련하여 설명되는 다른 브리지들)의 형성 시에 희생 물질을 방출하는 프로세스의 한도들에 의해 결정되며, 높이의 상한은 브리지(104)(그리고 하기에서 대표적인 실시형태들과 관련하여 설명되는 다른 브리지들) 위에 성장된 층들의 품질 및 가능하게는 비평면형 구조물들의 후속 프로세싱의 품질에 의해 결정된다.
예시적으로, 제 1 전극(107) 및 제 2 전극(101)은 대략 1000 Å 내지 대략 20000 Å의 두께를 갖는 텅스텐(W)으로 형성된다. 다른 물질들이 제 1 전극(107) 및 제 2 전극(101)에 이용될 수도 있으며, 이러한 물질들은 몰리브덴(Mo), 이리듐(Ir), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 또는 바이메탈 물질을 포함하지만, 이들로 국한되지 않는다. 예시적으로, 압전 층(108)은 대략 1000 Å 내지 대략 25000 Å의 두께를 갖는 알루미늄 질화물(AlN)로 구성된다. 다른 물질들이 압전 층(108)에 이용될 수도 있으며, 그러한 물질들은 아연 산화물(ZnO)을 포함하지만 이것으로 국한되지 않는다.
브리지(104)를 형성하기 위해, 제 1 전극(107) 상에서 압전 층(108)의 성장이 인터럽트된다. 도시된 실시형태에서, 압전 층(108)의 성장은 예상 두께를 통틀어 거의 절반 정도에서 인터럽트되어, 완성된 압전 층(108)의 대략 중간부에 브리지(104)를 형성하게 되었다. 이 위치는 브리지(104)를 압전 층(108)의 최대 응력 지점 주위에 위치시켜, 브리지(104)의 에너지 디커플링 효과를 최대화시킨다. 그러나, 브리지(104)는, 본 교시사항들의 범주로부터 벗어나는 일 없이, 압전 층(108) 내의 상이한 상대적 위치들에 형성될 수도 있다. 일단 압전 층(108)의 성장이 인터럽트되면, 브리지(104)는 압전 층(108)의 성장된 부분 위에 희생 물질을 패터닝하고 그 위에 압전 층(108)의 나머지 부분을 계속해서 성장시킴으로써 형성될 수도 있다. FBAR(100)의 다른 층(예컨대, 제 2 전극(101))들이 희망에 따라 형성된 후, 희생 물질은 방출되어 브리지(104)를 "비충진(unfilled)"된 (즉, 공기를 포함하거나 공기로 충진된) 상태로 남겨둔다. 대표적인 실시형태에서, 브리지(104)를 형성하는 데 이용된 희생 물질은, 예를 들어 포스포실리케이트 유리(phosphosilicate glass)와 같이, 공동(106)을 형성하는 데 이용된 희생 물질과 동일하다.
대표적인 실시형태에서, 브리지(104)는 FBAR(100)의 활성 영역(114)을 따라서 주변부를 규정한다. 따라서, 활성 영역(114)은, 공동(106) 위에 배치되며 브리지(104)에 의해 제공된 주변부에 의해 경계지어진 음향 공진기의 부분들을 포함한다. 당업자가 인지해야 하는 바와 같이, FBAR(100)의 활성 영역은, 적어도 부분적으로 브리지(104)에 의해 생성된 음향 임피던스 불연속성에 의해 그의 주변부 주위에서, 그리고 공기의 존재로 인한 음향 임피던스 불연속성에 의해 (공동(106)의) 위 및 아래에서 경계지어진다. 따라서, 공진 공동이 유리하게도 FBAR(100)의 활성 영역에 제공된다. 도시된 실시형태에서, 브리지(104)는 공동(106)처럼 비충진된다(즉, 공기를 포함한다). 다른 실시형태들에서, 브리지(104)는 "충진"되어(즉, 바람직한 음향 임피던스 불연속성을 제공하도록 음향 임피던스를 갖는 유전체 또는 금속 물질을 포함하여), 하기에서 도 1c를 참조하여 더 충분히 설명되는 브리지(104')를 제공한다. 브리지(104)는 반드시 FBAR(100)의 모든 에지들을 따라서 연장되어야 하는 것은 아니며, 그에 따라 반드시 FBAR(100)의 주변부를 따라서 연장되어야 하는 것은 아니라는 것에 주목한다. 예를 들어, 브리지(104)는 도 1a에 도시된 5-면 FBAR(100)의 4개의 "면"들 상에 제공될 수도 있다.
브리지(104)에 의해 제공된 음향 임피던스 미스매칭은, 그와 달리 활성 영역으로부터 전달되거나 손실될 수도 있는 경계에서의 음향파들의 반사를 야기하여, 에너지 손실을 초래한다. 브리지(104)는 FBAR(100)의 활성 영역 내에서 관심 모드들을 한정하고 FBAR(100)에서의 에너지 손실들을 감소시키도록 기능한다. 이러한 손실들을 감소시키는 것은, FBAR(100)의 Q-팩터를 증가시키도록 기능한다. FBAR(100)의 필터 애플리케이션들에서, 감소된 에너지 손실의 결과로서, 삽입손(S21)이 이롭게 개선된다.
예시적인 구성에서, 설명을 위해, 브리지(104)는 대략 5.0 ㎛의 폭(x-치수), 대략 1500 Å의 높이(y-치수), 및 대략 2.0 ㎛의 중첩부(113)를 가지며, 압전 층(108)은 대략 10000 Å의 두께(y-치수)를 가지며, 브리지(104)의 저부는 압전 층(108)의 저부 위로 대략 5000 Å이 되어, 브리지(104)가 압전 층(108)의 거의 중간부에 있도록 하는 것이 상정될 수도 있다. 압전 층(108)의 거의 중간부에 브리지(104)를 배치하는 것은 FBAR(100)의 병렬 저항 Rp를 대략 1.1 ㏀으로부터 대략 3.5 ㏀으로 증가시키는데, 이는 예컨대 대략 1.88 GHz의 동작 주파수에서, 300 퍼센트 이상이 증가한 것이다. 브리지(104)가 일반적으로 최대 응력의 영역에 배치되므로, 2개의 경쟁적 현상들, 즉 브리지(104)의 리딩(leading) 에지에서의 스캐터링(일반적으로, Q-팩터의 감소를 가져옴)과, 브리지(104)의 상위 및 하위 경계부들에서의 정상 응력의 제로잉(zeroing)으로 인한 필드 영역 모드들로부터 FBAR 모드들의 디커플링(일반적으로, Q-팩터의 감소를 가져옴)의 충격이 최대화된다. 제 3 효과(일반적으로, 역시 Q-팩터의 감소를 가져옴)는 성장 정지 평면 바로 위에서 성장된 영역에서의 압전 물질의 더 불량한 품질과 관련된다. 이들 3개의 팩터들은 압전 층(108) 내에서 브리지(104)의 배치를 결정할 때 적절하게 가중되며, 이러한 최적화는, 예를 들어 경험적으로 이루어질 수도 있다.
전술된 바와 같이, 도 1a 및 도 1b와 관련하여 도시되고 설명된 대표적인 실시형태에서, 브리지(104)는 비충진된다(즉, 음향 매질로서 공기를 포함한다). 도 1c는 FBAR 영역(114)과 디커플링 영역(113) 사이의 경계에 상당히 큰 횡방향 음향 임피던스 불연속성을 제공하기 위해 브리지가 음향 임피던스를 갖는 물질로 "충진"된 FBAR(100)의 단면도를 도시하고 있다. 충진된 브리지(104')에서의 손실들을 감소시키는 메커니즘은 피스톤 모드 여기의 일부분으로서 FBAR 영역(114)에서 전기적으로 여기된 전달 고유 모드들의 억압 및 한정에 의존한다. 충진된 브리지(104')의 양쪽 단부들은 반사 모드의 페이즈를 제어하고 주 FBAR 영역(114)에서의 전달 고유 모드들의 전반적인 이로운 억압을 제공하도록 하기 위해 기계적 불연속성들을 제공한다. 또한, 디커플링 영역(113)에서, 피스톤 모드의 주요 부분은 이버너센트가 되는데, 다시 말해 그의 진폭은 그것이 필드 영역(115)을 향해 전달됨에 따라 지수적으로 감소한다. 이 감쇠는 공동(106)의 에지들 및 기판(105)에 의해 생성된 임피던스 불연속성 영역들에서 피스톤 모드의 원치 않는 전달 모드들로의 전환을 최소화하여, Q-팩터의 더 이로운 증가를 가져온다.
특정 실시형태들에서, 브리지(104')는 NEBSG, 탄소 도핑 산화물(CDO), 실리콘 탄화물(SiC), 또는 공동(106)에 배치된 희생 물질이 방출될 때 방출되지 않을 다른 적합한 유전체 물질로 충진된다. 다른 실시형태들에서, 브리지(104')는 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 이리듐(Ir), 또는 공동(106)에 배치된 희생 물질이 방출될 때 방출되지 않을 다른 적합한 금속 물질들 중 하나로 충진된다. 브리지(104')는, 예를 들어 압전 층(108)이 그의 바람직한 두께의 대략 절반이 될 때, 제 1 전극(107) 상에서의 압전 층(108)의 성장을 인터럽트시킴으로써 브리지(104')를 완성된 압전 층(108)의 대략 중간부에 형성하게 되도록 제조된다. 일단 압전 층(108)의 성장이 인터럽트되면, NEBSG 또는 다른 충진 물질이 공지된 방법으로 형성된다. FBAR(100)은, 압전 층(108)의 나머지 부분을 계속해서 성장하게 하고 그 위에 FBAR(100)의 제 2 전극(101)을 형성함으로써 완성된다. 공동(106)이 희생 물질의 방출을 통해 형성될 때, 브리지(104')는 선택된 에칭불능 물질로 충진된 상태를 유지한다.
압전 층(들) 내에 브리지들을 형성하는 것은, DBAR들 및 CRF들을 포함한 다른 타입들의 음향 공진기들에서 구현되어, 병렬 저항 Rp, Q-팩터들에서 유사한 개선을 초래할 수도 있다. 예를 들어, 대표적인 실시형태들로서, 도 2a 내지 도 4b는 DBAR들(200-400)의 단면도를 각각 도시하고, 도 5a 내지 도 7b는 CRF들(500-700)의 단면도들을 각각 도시하고 있다.
DBAR 들을 포함하는 실시형태들
도 2a 내지 도 2d는 대표적인 실시형태들에 따른 DBAR(200)의 단면도들을 도시하고 있다. 설명을 위해, DBAR(200)의 상면도는 도 1a를 참조하여 전술된 FBAR(100)의 상면도와 실질적으로 동일하다는 것이 상정될 수도 있다. 즉, DBAR(200)은 5개의 면들을 포함하는 상부 전극(101)(이하, 제 3 전극(101)이라고 지칭됨)을 포함하며, 접속면(102)은 상호접속부(103)와의 전기적 접속을 제공하도록 구성된다.
도 2a를 참조하면, DBAR(200)은 공동(106)을 갖는 기판(105) 위에 배치되는 복수의 층들을 포함한다. DBAR(200)에서 음향파들의 반사를 위한 공동(106)의 포함은 예시적인 것에 불과하다. 공동(106)이 아니라, 높은 음향 임피던스와 낮은 음향 임피던스의 교번 층들을 포함하는 공지된 음향 반사기(예컨대, 브래그 미러(미도시))가 기판(105)에 제공되어 음향 분리를 제공하도록 할 수도 있다. 복수의 층들은 제 1 (저부) 전극(107), 제 1 압전 층(108), 제 2 (중간부) 전극(111), 제 2 압전 층(112) 및 제 3 (상부) 전극(101)을 포함하며, 하기에서 설명된다.
제 1 전극(107)은 기판(105) 위 및 부분적으로 공동(106)(또는 브래그 미러) 위에 배치된다. 도시된 바와 같이, 평탄화 층(107')이 기판 위에 제공된다. 대표적인 실시형태에서, 평탄화 층(107')은 NEBSG를 포함한다. 제 1 압전 층(108)이 제 1 전극(107) 위에 배치되고, 제 1 브리지(201)는 제 1 압전 층(108) 내에 포함되는데, 이는, 브리지(104)를 참조하여 전술된 바와 같이, 제 1 브리지(201)가 제 1 압전 층(108)의 압전 물질로 둘러싸인다는 것을 의미한다. 제 1 브리지(201)는 DBAR(200)의 모든 면들을 따라서 (즉, 주변부를 따라서) 배치된다. 제 2 전극(111) 및 평탄화 층(109)은 제 1 압전 층(108) 위에 배치되며, 이 경우 평탄화 층(109)은 일반적으로 공동(106)과 중첩하지 않는다. 대표적인 실시형태에서, 평탄화 층(109)은 NEBSG를 포함한다. 당업자가 인지해야 하는 바와 같이, 제 1 전극(107), 제 1 압전 층(108) 및 제 2 전극(111)에 의해 제공되는 구조물은 BAW 공진기이며, 이 예시적인 실시형태에서는 DBAR(200)의 제 1 BAW 공진기를 포함한다. BAW 공진기는, 그 BAW 공진기가 공동 위에 배치되는 경우, 소위 FBAR이 되고; 음향 반사기(예컨대, 브래그 미러) 위에 배치되는 경우, 소위 SMR이 된다.
제 2 압전 층(112)은 제 1 전극(111) 및 평탄화 층(109) 위에 제공되며, 제 2 브리지(202)는 제 2 압전 층(112) 내에 포함되는데, 이는, 브리지(104)를 참조하여 전술된 바와 같이, 제 2 브리지(202)가 제 2 압전 층(112)의 압전 물질로 둘러싸인다는 것을 의미한다. 제 3 전극(101)은 제 2 압전 층(112) 위에 제공된다. 제 2 브리지(202)는 DBAR(200)의 모든 면들을 따라서 (즉, 주변부를 따라서) 배치된다. 당업자가 인지해야 하는 바와 같이, 제 2 전극(111), 제 2 압전 층(112) 및 제 3 전극(101)에 의해 제공되는 구조물은 BAW 공진기이며, 이 예시적인 실시형태에서는, DBAR(200)의 제 2 BAW 공진기를 포함한다. 전술된 바와 같이, BAW 공진기는, 그 BAW 공진기가 공동 위에 배치되는 경우, 소위 FBAR이 되고; 그 BAW 공진기가 음향 반사기(예컨대, 브래그 미러) 위에 배치되는 경우, 소위 SMR이 된다. 본 교시사항들은 DBAR들을 형성하는 데 FBAR들 또는 SMR 중 어느 하나의 사용을 고려한다. 필터들(예컨대, 복수의 BAW 공진기들을 포함하는 래더 필터들)을 포함하는 DBAR들이 다양한 사용에 고려된다.
예시적으로, 제 1 전극(107), 제 2 전극(111) 및 제 3 전극(101)은 대략 1000 Å 내지 대략 20000 Å의 두께를 갖는 W로 형성된다. 다른 물질들이 제 1 전극(107), 제 2 전극(111) 및 제 3 전극(101)에 사용될 수도 있으며, 그러한 물질들은 Mo 또는 바이메탈 물질을 포함하지만 이들로 국한되지 않는다. 예시적으로, 제 1 압전 층(108) 및 제 2 압전 층(112)은 대략 5000 Å 내지 대략 15000 Å의 두께를 갖는 AlN이다. 다른 물질들이 제 1 압전 층(108) 및 제 2 압전 층(112)에 사용될 수도 있으며, 그러한 물질들은 ZnO를 포함하지만 이것으로 국한되지 않는다.
대표적인 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 브리지들(201, 202)의 구성은 도 1b를 참조하여 전술된 브리지(104)와 실질적으로 동일할 수도 있다. 특히, 제 1 브리지(201)와 제 2 브리지(202)가 반드시 동일한 형상일 필요는 없다(예컨대, 하나는 사다리꼴의 단면 형상을 가질 수 있고, 다른 하나는 직사각형의 단면 형상을 가질 수 있다). 예를 들어, 제 1 및 제 2 브리지들(201, 202)의 치수들은 폭(도 2a에 도시된 좌표계에서 x-치수)이 대략 2.0 ㎛ 내지 대략 10.0 ㎛이고, 높이(도 2a에 도시된 좌표계에서 y-치수)가 대략 150 Å 내지 대략 3000 Å일 수도 있다.
또한, 특정 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 브리지들(201, 202)은 중첩부(113)만큼 공동(106) 위로 연장된다. 중첩부(113)(디커플링 영역이라고도 지칭됨)는 대략 0.0 ㎛(즉, 공동(106)과 중첩하지 않음) 내지 대략 10.0 ㎛의 폭(x-치수)을 갖는다. 특히, 제 1 브리지(201) 및 제 2 브리지(202)는 동일한 치수들이거나 동일한 상대적 위치에 위치할 필요가 없다. 예를 들어, 공동(106)과 제 1 및 제 2 브리지들(201, 202)의 중첩부(113)는 도 2a에서 동일하게 도시되어 있지만, 이것은 상이한 제 1 및 제 2 브리지들(201, 202)이 다른 브리지들(201, 202)에 비해 더 크거나 더 적은 범위로 공동(106)과 중첩할 수도 있기 때문에 본질적인 것은 아니다.
일반적으로, 도 1b 및 도 1c와 관련하여 FBAR(100)의 브리지(104)에 대해 설명된 바와 같이, DBAR(200)의 브리지들(201, 202)을 설계할 때에 동일한 고려사항들이 적용된다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 브리지들(201, 202)은, 전달 모드들이 동작 주파수에서 존재하는 필드 영역(115)으로의 모드들의 터널링을 최소화하기 위해 활성 영역(114)(여기서는 DBAR 영역이라고도 지칭됨)과 디커플링 영역(즉, 중첩부(113))의 경계에서 이버너센트 파들의 적절한 감쇠를 보장할 정도로 충분히 넓을 필요가 있다. 한편, 제 1 및 제 2 브리지들(201, 202)이 너무 넓으면, 신뢰성 문제가 발생할 수 있으며, 또한 유사한 DBAR들(미도시)이 근접한 곳에 위치하는 것(그에 따라 칩의 총 면적을 불필요하게 증가시키는 것)을 제한할 수 있다. 이와 같이, 제 1 및 제 2 브리지들(201, 202)의 최적의 폭은 경험적으로 결정될 수도 있다.
또한, 제 1 및 제 2 브리지들(201, 202)의 폭 및 위치, 그리고 공동(106)과의 중첩부(113)는 홀수 공진 모드의 Q-증가를 개선하도록 선택된다. 일반적으로, DBAR(200)의 공동(106)과 각각의 제 1 및 제 2 브리지들(201, 202)의 중첩부(114)가 클수록, Q-팩터의 개선이 크고, 실현되는 개선은 초기 증가 이후에는 매우 작다. Q-팩터에서의 개선은 공동(106)과 제 1 및 제 2 브리지들(201, 202)의 중첩부(113)의 증가에 따라 감소하는 전기기계 효과적 커플링 계수 kt2에서의 감소에 대해 가중되어야 한다. 커플링 계수 kt2의 열화는 FBAR들을 포함하는 필터의 삽입손(S21)의 열화를 가져온다. 이와 같이, 공동(106)과 브리지들(201, 202)의 중첩부(113)는 경험적으로 최적화될 수도 있다.
제 1 브리지(201)를 형성하기 위해, 제 1 전극(107) 상에서의 제 1 압전 층(108)의 성장이 인터럽트된다. 마찬가지로, 제 2 브리지(202)를 형성하기 위해, 제 2 전극(111) 상에서의 제 2 압전 층(112)의 성장이 인터럽트된다. 도시된 실시형태에서, 전술된 바와 같이, 제 1 및 제 2 압전 층들(108, 112)의 성장은 예상 두께를 통틀어 거의 절반 정도에서 인터럽트되어, 완성된 제 1 및 제 2 압전 층들(108, 112)의 대략 중간부에 각각 제 1 및 제 2 브리지들(201, 202)을 형성시켰다. 그러나, 제 1 및 제 2 브리지들(201, 202)은, 본 교시사항들의 범주로부터 벗어나는 일 없이, 제 1 및 제 2 압전 층들(108, 112) 내의 상이한 상대적 위치들에 형성될 수도 있다. 일단 제 1 압전 층(108)의 성장이 인터럽트되면, 제 1 브리지(201)는 제 1 압전 층(108)의 성장된 부분 위에 희생 물질을 패터닝하고 그 위에 제 1 압전 층(108)의 나머지 부분을 계속해서 성장시킴으로써 형성될 수도 있다. 마찬가지로, 제 2 전극(111)의 형성 후, 제 2 압전 층(112)의 성장이 인터럽트되고, 제 2 브리지(202)가 제 2 압전 층(112)의 성장된 부분 위에 희생 물질을 패터닝함으로써 형성될 수도 있다. 그 후, 제 2 압전 층(112)의 나머지 부분의 성장이 그 위에서 계속된다. DBAR(200)의 다른 층(예컨대, 제 3 전극(101))들이 희망에 따라 형성된 후, 희생 물질이 방출되어, 제 1 및 제 2 브리지들(201, 202)을 "비충진"된 상태로 남겨 둔다. 대표적인 실시형태에서, 제 1 및 제 2 브리지들(201, 202)을 형성하는 데 이용된 희생 물질은, 예를 들어 PSG와 같이, 공동(106)을 형성하는 데 이용된 희생 물질과 동일하다.
대표적인 실시형태에서, 제 1 브리지(201) 및 제 2 브리지(202)는 DBAR(200)의 활성 영역(114)을 따라서 주변부를 규정한다. 따라서, 활성 영역(114)은, 공동(106) 위에 배치되고 제 1 브리지(201) 및 제 2 브리지(202)에 의해 제공된 주변부로 경계지어지는 제 1 BAW 공진기 및 제 2 BAW 공진기의 부분들을 포함한다. 당업자가 인지해야 하는 바와 같이, DBAR(200)의 활성 영역은, 적어도 부분적으로 제 1 및 제 2 브리지들(201, 202)에 의해 생성된 음향 임피던스 불연속성에 의해 그의 주변부 주위에서, 그리고 공기의 존재로 인한 음향 임피던스 불연속성에 의해 (공동(106))의 위 및 아래에 경계지어진다. 따라서, 공진 공동이 이롭게도 DBAR(200)의 활성 영역에 제공된다. 특정 실시형태들에서, 제 1 브리지(201) 및 제 2 브리지(202)는, 공동(106)처럼, 비충진된다(즉, 공기를 포함한다). 하기에서 더 충분히 설명되는 다른 실시형태들에서, 제 1 브리지(201) 또는 제 2 브리지(202) 또는 양측 모두는 바람직한 음향 임피던스 불연속성을 제공하도록 하는 물질로 충진된다.
제 1 브리지(201) 또는 제 2 브리지(202) 또는 양측 모두는 반드시 DBAR(200)의 모든 에지들을 따라서 연장되어야 하는 것은 아니며, 그에 따라 반드시 DBAR(200)의 주변부를 따라서 연장되어야 하는 것은 아니라는 것에 주목한다. 예를 들어, 제 1 브리지(201) 또는 제 2 브릿지(202) 또는 양측 모두는 (도 1a에 도시된 5면 FBAR(100)과 유사한) 5면 DBAR(200)의 4개의 "면"들 상에 제공될 수 있다. 특정 실시형태들에서, 제 1 브리지(201)는 제 2 브리지(202)와 DBAR(200)의 동일한 4개의 "면"들 상에 제공될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 제 1 브리지(201)는 DBAR(200)의 4개의 면들(예컨대, 접속면(102)을 제외한 모든 면들)을 따라서 배치되지만, 제 2 브리지(202)는 제 1 브리지(201)와 동일한 4개의 면들을 따라서 배치되지는 않는다(예컨대, 제 2 브리지(202)는 접속면(102)을 따라서 배치된다).
제 1 브리지(201) 및 제 2 브리지(202)에 의해 제공된 음향 임피던스 미스매칭은, 그와 달리 활성 영역으로부터 전달되거나 손실될 수도 있는 경계에서의 음향파들의 반사를 야기하여, 에너지 손실을 초래한다. 제 1 브리지(201) 및 제 2 브리지(202)는, DBAR(200)의 활성 영역(114) 내에서 관심 모드들을 한정하고 DBAR(200)에서의 에너지 손실들을 감소시키도록 기능한다. 이러한 손실들을 감소시키는 것은, DBAR(200)에서 관심 모드들의 Q-팩터를 증가시키는 기능을 한다. DBAR(200)의 필터 애플리케이션들에서, 감소시킨 에너지 손실의 결과로서, 이롭게도, 삽입손(S21)이 개선된다.
도 2a와 관련하여 도시되고 설명된 대표적인 실시형태에서, 제 1 및 제 2 브리지들(201, 202)이 비충진된다(즉, 음향 매질로서 공기를 포함한다). 도 2b는, 제 1 브리지(201') 및 제 2 브리지(202')로서 표시된 양측 브리지들이, 음향 임피던스 불연속성을 제공하도록 하는 물질로 충진되어 손실들을 감소시키는 DBAR(200)의 단면도를 도시하고 있다. 특정 실시형태들에서, 제 1 브리지(201') 및 제 2 브리지(202')는 NEBSG, CDO, SiC, 또는 공동(106)에 배치된 희생 물질이 방출될 때 방출되지 않을 다른 적합한 유전체 물질로 충진된다. 다른 실시형태들에서, 제 1 브리지(201') 및 제 2 브리지(202')는 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 이리듐(Ir), 또는 공동(106)에 배치된 희생 물질이 방출될 때 방출되지 않을 다른 적합한 금속 물질들로 충진된다. 제 1 및 제 2 브리지들(201', 202')은, 전술된 바와 같이, 제 1 및 제 2 압전 층들(108, 112)의 성장을 인터럽트시키고 그 위에 DBAR(200)의 각각의 층들을 형성하여 제 1 압전 층(108) 및 제 2 압전 층(112) 내에 NEBSG 또는 다른 충진 물질을 형성함으로써 각각 제조된다. 공동(106)이 희생 물질의 방출을 통해 형성될 때, 제 1 브리지(201') 및 제 2 브리지(202')는 선택된 에칭불능 물질로 "충진"된 상태를 유지한다.
도 2c는, 제 2 브리지(202')가 음향 임피던스 불연속성을 제공하도록 하는 물질로 충진되어 손실들을 감소시키고 제 1 브리지(201)가 공기로 충진된 DBAR(200)의 단면도를 도시하고 있다. DBAR(200)의 이 변형예는 제 3 전극(101)을 형성하기 전에 방출되지 않을 제 2 압전 층(112) 내의 물질(예컨대, NEBSG)을 패터닝함으로써 제조된다. 제 1 브리지(201)는, 전술된 바와 같이, 제 1 압전 층(108) 내의 희생 물질을 패터닝하고 그 희생 물질을 방출함으로써 형성된다.
도 2d는, 제 2 브리지(202)가 공기로 충진되고 제 1 브리지(201')가 음향 임피던스 불연속성을 제공하도록 하는 물질로 충진되어 손실들을 감소시키는 DBAR(200)의 단면도를 도시하고 있다. DBAR(200)의 이 변형예는 제 2 전극(111)을 형성하기 전에 방출되지 않을 제 1 압전 층(108) 내의 물질(예컨대, NEBSG)을 패터닝함으로써 제조된다. 제 2 브리지(202)는, 전술된 바와 같이, 제 2 압전 층(112) 내의 희생 물질을 패터닝하고 그 희생 물질을 방출함으로써 형성된다.
현재 설명되는 실시형태들에서, 싱글 브리지가 예시적인 DBAR에 제공된다. 싱글 브리지는 각각의 실시형태에서 싱글 압전 층 내에 제공되며, DBAR의 활성 영역을 둘러싸는 주변부를 형성한다. 그 브리지를 상이한 압전 층들 내에 배치함으로써, 활성 영역(DBAR 영역)에서의 모드들과 필드 영역에서의 모드들의 커플링 정도를 테스트하기 위해 다양한 실시형태들이 연구될 수 있다. 일반적으로, 브리지는 비교적 큰 전달 상수(Kr)를 갖는 모드들을 필드 영역에서의 모드들로부터 디커플링한다. 하기에서 설명되는 바와 같이, 특정 실시형태들은 "비충진"된 브리지를 포함하며, 특정 실시형태들은 "충진"된 브리지를 포함한다. 본 실시형태들의 많은 세부사항들은 도 1a 내지 도 1c 및 도 2a 내지 도 2d의 대표적인 실시형태들과 관련하여 전술된 것들과 공통적이다. 일반적으로, 공통적인 세부사항들은 싱글 브리지를 포함하는 실시형태들의 설명에서 반복되지 않는다.
도 3a 및 도 3b는 대표적인 실시형태들에 따른 DBAR(300)의 단면도들을 도시하고 있다. DBAR(300)은 공동(106)을 갖는 기판(105) 위에 배치된 복수의 층들을 포함한다. DBAR(300)의 많은 양태들은 전술된 DBAR(200)의 것들과 공통적이며, 현재 설명되는 대표적인 실시형태들의 설명을 불명료하게 하지 않도록 하기 위해 반복되지 않는다.
도 3a는 제 1 압전 층(108) 내에 제공된 브리지(301)를 도시하고 있다. 브리지(301)는 비충진된다(즉, 공기를 포함한다). 브리지(301)는 DBAR(300)의 활성 영역(114)의 주변부 주위에 배치되며, DBAR(300)의 활성 영역(114)에서 모드들의 한정을 조성한다. DBAR(300)의 활성 영역(114)에서 모드 한정의 개선을 예시하기 위해, 대략 5.0 ㎛의 폭(x-치수), 대략 500 Å의 높이, 및 대략 2.0 ㎛만큼의 중첩부(113)를 갖는 브리지(301)가 제공되었다. 브리지를 포함하지 않는 공지된 DBAR에 비해, (동작 주파수에 따라서, 예컨대 병렬 공진 주파수에서) 대략 100%의 Q-팩터 증가가 예상될 수도 있다.
도 3b는 DBAR(300)의 제 1 압전 층(108) 내에 제공된 브리지(301')를 도시하고 있다. 브리지(301')는 음향 임피던스 불연속성을 제공하도록 하는 물질(예컨대, NEBSG 또는 전술된 다른 물질)로 "충진"된다. 브리지(301')는 DBAR(300)의 활성 영역(114)의 주변부 주위에 배치되며, DBAR(300)의 활성 영역(114)에서 모드들의 한정을 조성한다. 브리지(301')의 사용으로, 브리지(301)의 경우에 예상되는 Q-팩터에서의 유사한 증가가 예상된다. 유리하게도, 충진된 브리지의 사용은 더 많이 러그(rug)된 구조물을 제공한다.
도 4a 및 도 4b는 대표적인 실시형태들에 따른 DBAR(400)의 단면도들을 도시하고 있다. DBAR(400)은 공동(106)을 갖는 기판(105) 위에 배치된 복수의 층들을 포함한다. DBAR(400)의 많은 양태들은 전술된 DBAR(200)의 것들과 공통적이며, 현재 설명되는 대표적인 실시형태들의 설명을 불명료하게 하지 않도록 하기 위해 반복되지 않는다.
도 4a는 제 2 압전 층(112) 내에 제공된 브리지(402)를 도시하고 있다. 브리지(402)는 비충진된다(즉, 공기를 포함한다). 브리지(402)는 DBAR(400)의 활성 영역(114)의 주변부 주위에 배치되며, DBAR(400)의 활성 영역(114)에서 모드들의 한정을 조성한다. DBAR(400)의 활성 영역(114)에서 모드 한정의 개선을 예시하기 위해, 대략 5.0 ㎛의 폭(x-치수), 대략 500 Å의 높이, 및 대략 2.0 ㎛만큼의 공동(106)과의 중첩부(113)를 갖는 브리지(402)가 제공되었다. 브리지를 포함하지 않는 공지된 DBAR에 비해, (동작 주파수에 따라서, 예컨대 병렬 공진 주파수에서) 대략 100%의 Q-팩터 증가가 예상될 수도 있다.
도 4b는 제 2 압전 층(112) 내에 제공된 브리지(402')를 도시하고 있다. 브리지(402')는 음향 임피던스 불연속성을 제공하도록 하는 물질(예컨대, NEBSG 또는 전술된 다른 물질)로 "충진"된다. 브리지(402')는 DBAR(400)의 활성 영역(114)의 주변부를 따라서 배치되며, DBAR(400)의 활성 영역(114)에서 모드들의 한정을 조성한다. 브리지(402)와 동일한 폭, 높이 및 공동(106)과의 중첩부(113)를 갖는 브리지(402')에 대해, 브리지(402')의 사용으로, 브리지(402)의 경우에 예상되는 Q-팩터에서의 유사한 증가가 예상된다. 유리하게도, 충진된 브리지의 사용은 더 많이 러그된 구조물을 제공한다.
CRF 들을 포함하는 실시형태들
도 5a 내지 도 5d는 대표적인 실시형태들에 따른 CRF(500)의 단면도들을 도시하고 있다. 설명을 위해, CRF(500)의 상면도는 도 1a를 참조하여 전술된 FBAR(100)의 상면도와 실질적으로 동일한 것으로 상정될 수도 있다. 즉, CRF(500)는 5개의 면들을 포함하는 상부 전극(101)(이하, 제 4 전극(101)이라고 지칭됨)을 포함할 수도 있으며, 접속면(102)은 상호접속부(103)와의 전기적 접속을 제공하도록 구성된다.
도 5a를 참조하면, CRF(500)는 공동(106)을 갖는 기판(105) 위에 배치된 복수의 층들을 포함한다. CRF(500)에 음향파들의 반사를 위한 공동(106)의 포함은 단지 예시적인 것에 불과하다. 공동(106)이 아니라, 높은 음향 임피던스와 낮은 음향 임피던스의 교번 층들을 포함하는 공지된 음향 반사기(예컨대, 브래그 미러(미도시))가 음향 분리를 제공하도록 기판(105)에 제공될 수도 있다는 것이 강조된다. 복수의 층들은, 하기에서 설명되는, 제 1 (제 1 저부) 전극(107), 제 1 압전 층(108), 제 2 (제 1 상부) 전극(111), 커플링 층(116), 제 3 (제 2 저부) 전극(117), 제 2 압전 층(112), 및 제 4 (제 2 상부) 전극(101)을 포함한다.
제 1 전극(107)은 기판(105) 위 및 부분적으로 공동(106)(또는 브래그 미러) 위에 배치된다. 도시된 바와 같이, 기판 위에 평탄화 층(107')이 제공된다. 대표적인 실시형태에서, 평탄화 층(107')은 NEBSG를 포함한다. 제 1 압전 층(108)은 제 1 전극(107) 위에 배치되며, 제 1 브리지(501)는 제 1 압전 층(108) 내에 포함되는데, 이는, 브리지(104)를 참조하여 전술된 바와 같이, 제 1 브리지(501)가 제 1 압전 층(108)의 압전 물질로 둘러싸인다는 것을 의미한다. 제 1 브리지(501)는 CRF(500)의 모든 면들을 따라서 (즉, 주변부를 따라서) 배치된다. 제 2 전극(111) 및 평탄화 층(109)이 제 1 압전 층(108) 위에 배치되며, 이 경우, 평탄화 층(109)은 일반적으로 공동(106)과 중첩하지 않는다. 대표적인 실시형태에서, 평탄화 층(109)은 NEBSG를 포함한다. 당업자가 인지해야 하는 바와 같이, 제 1 전극(107), 제 1 압전 층(108), 및 제 2 전극(111)에 의해 제공되는 구조물은 BAW 공진기이며, 이 예시적인 실시형태에서는, CRF(500)의 제 1 BAW 공진기를 포함한다. BAW 공진기는, 그 BAW 공진기가 공동 위에 배치되는 경우, 소위 FBAR이 되고; 그 BAW 공진기가 음향 반사기(예컨대, 브래그 미러) 위에 배치되는 경우, 소위 SMR이 된다.
음향 커플링 층(116)("커플링 층(116)")은 제 2 전극(111) 위에 제공된다. 대표적인 실시형태에서, 커플링 층(116)은, "Bulk Acoustic Resonator Structures Comprising a Single Material Acoustic Coupling Layer Comprising Inhomogeneous Acoustic Property"라는 발명의 명칭으로 2010년 2월 23일에 출원되었으며 Elbrecht 등이 공통으로 소유한 미국 특허 출원 제12/710,640호에 설명되어 있는 바와 같이, 탄소 도핑된 산화물(CDO) 또는 NEBSG를 포함할 수도 있다. 이 특허 출원의 개시물은 여기에 참조로서 인용된다. 특히, CDO는, 예를 들어 커플링 층(116)이 형성될 수도 있는 탄소 도핑된 실리콘 산화물(SiOCH) 필름들을 포함하는 일반적인 클래스의 비교적 낮은 유전체 상수(로우 k) 유전체 물질들이다. 대안으로, 커플링 층(116)은 적합한 음향 임피던스 및 음향 감쇠를 갖는 다른 유전체 물질들을 포함할 수도 있으며, 그러한 물질들은 다공성 실리콘 산화질화물(SiON), 다공성 붕소 도핑된 실리케이트 유리(BSG), 또는 다공성 포스포실리케이트 유리(PSG)를 포함하지만 이들로 국한되지 않는다. 일반적으로, 커플링 층(116)에 사용되는 물질은 바람직한 통과 대역 특성들을 제공하기 위해 비교적 낮은 음향 임피던스 및 손실을 제공하도록 선택된다.
제 3 전극(117)은 커플링 층(116) 위에 제공되고, 제 2 압전 층(112)은 제 3 전극(117) 및 평탄화 층(109) 위에 제공된다. 제 2 브리지(502)는 제 2 압전 층(112) 내에 포함되는데, 이는, 브리지(104)를 참조하여 전술된 바와 같이, 제 2 브리지(502)가 제 2 압전 층(112)의 압전 물질로 둘러싸인다는 것을 의미한다. 제 4 전극(101)은 제 2 압전 층(112) 위에 제공된다. 제 2 브리지(502)는 CRF(500)의 모든 면들을 따라서 (즉, 주변부를 따라서) 배치된다. 당업자가 이해해야 하는 바와 같이, 제 3 전극(117), 제 2 압전 층(112) 및 제 4 전극(101)에 의해 제공되는 구조물은 BAW 공진기이며, 이 예시적인 실시형태에서는 CRF(500)의 제 2 BAW 공진기를 포함한다. 전술된 바와 같이, BAW 공진기는, 그 BAW 공진기가 공동 위에 배치되는 경우, 소위 FBAR이 되고; 그 BAW 공진기가 음향 반사기(예컨대, 브래그 미러) 위에 배치되는 경우, 소위 SMR이 된다. 본 교시사항들은 CRF들을 형성하도록 하는 데 FBAR들 또는 SMR들 중 어느 한 종류의 사용을 고려한다. CRF들은 필터들을 포함한 다양한 사용에 고려된다.
예시적으로, 제 1 전극(107) 및 제 4 전극(101)은 대략 1000 Å 내지 대략 20000 Å의 두께를 갖는 Mo로 형성되고, 제 2 전극(111) 및 제 3 전극(117)은 대략 1000 Å 내지 대략 20000 Å의 두께를 갖는 W로 형성된다. 다른 물질들이 제 1 전극(107), 제 2 전극(111), 제 3 전극(117) 및 제 4 전극(101)에 사용될 수도 있다. 예시적으로, 제 1 압전 층(108) 및 제 2 압전 층(112)은 대략 5000 Å 내지 대략 15000 Å의 두께를 갖는 AlN으로 형성된다. 다른 물질들이 제 1 압전 층(108) 및 제 2 압전 층(112)에 사용될 수도 있으며, 이들은 ZnO를 포함하지만 이것으로 국한되지는 않는다.
대표적인 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 브리지들(501, 502)은 도 1b를 참조하여 전술된 브리지(104)와 실질적으로 동일할 수도 있다. 특히, 제 1 브리지(501)와 제 2 브리지(502)는 반드시 동일한 형상인 것은 아니다(예컨대, 하나는 사다리꼴 단면 형상을 가질 수 있고, 다른 하나는 직사각형 단면 형상을 가질 수 있다). 예를 들어, 제 1 및 제 2 브리지들(501, 502)의 치수들은 폭(도 5a에 도시된 좌표계에서 x-치수)이 대략 2.0 ㎛ 내지 대략 10.0 ㎛이고, 높이(도 2a에 도시된 좌표계에서 y-치수)가 대략 150 Å 내지 대략 3000 Å일 수도 있다.
또한, 특정 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 브리지들(501, 502)은 공동(106) 위로 중첩부(113)만큼 연장된다. 중첩부(113)(디커플링 영역이라고도 지칭됨)는 대략 0.0 ㎛(즉, 공동(106)과의 중첩부가 없음) 내지 대략 10.0 ㎛의 폭(x-치수)을 갖는다. 특히, 제 1 브리지(501)와 제 2 브리지(502)는 동일한 치수이거나 동일한 상대적 위치에 배치될 필요가 없다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 브리지들(501, 502)과 공동(106)과의 중첩부(113)는 도 5a에서 동일하도록 도시되어 있지만, 이것은 상이한 제 1 및 제 2 브리지들(501, 502)이 다른 브리지들(501, 502)보다 더 크거나 더 적은 범위로 공동(106)과 중첩할 수도 있기 때문에 본질적인 것은 아니다.
일반적으로, 도 1b 및 도 1c와 관련하여 FBAR(100)에 대한 브리지(104)에 대해 설명된 바와 동일한 고려사항들이 CRF(500)에 대한 브리지들(501, 502)을 설계할 때 적용된다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 브리지들(501, 502)은, 전달 모드들이 동작 주파수에 존재하는 필드 영역으로의 모드들의 터널링을 최소화하기 위해서 CRF 영역과 디커플링 영역의 경계에서 이버너센트 파들의 적절한 감쇠를 보장할 정도로 충분히 넓을 필요가 있다. 한편, 제 1 및 제 2 브리지들(501, 502)이 너무 넓으면, 신뢰성 문제들이 발생할 수 있으며, 또한 유사한 CRF들(미도시)이 근접한 곳에 위치하는 것(따라서, 칩의 총 면적을 불필요하게 증가시키는 것)을 제한할 수 있다. 이와 같이, 제 1 및 제 2 브리지들(501, 502)의 최적의 폭은 경험적으로 판정될 수도 있다.
또한, 제 1 및 제 2 브리지들(501, 502)과 공동(106)과의 중첩부(113)의 폭 및 위치는 공진 모드의 Q-증가를 개선하도록 선택된다. 일반적으로, CRF(500)의 공동(106)과 각각의 제 1 및 제 2 브리지들(501, 502)의 중첩부(113)가 클수록, 홀수 모드 Q-팩터(Qo) 및 짝수 모드 Q-팩터(Qe)의 개선이 크고, 개선은 초기 증가 후에 매우 작다. Qo 및 Qe의 개선은, 공동(106)과의 제 1 및 제 2 브리지들(501, 502)의 중첩부(113)를 증가시킴에 따라 감소하는 전기기계 효과적 커플링 계수 kt2에서의 감소에 대해 가중되어야 한다. 커플링 계수 kt2의 열화는 삽입손(S21)의 열화를 초래한다. 이와 같이, 공동(106)과의 제 1 및 제 2 브리지들(501, 502)의 중첩부(113)는 경험적으로 최적화될 수도 있다.
제 1 브리지(501)를 형성하기 위해, 제 1 전극(107) 상에서의 제 1 압전 층(108)의 성장이 인터럽트된다. 마찬가지로, 제 2 브리지(502)를 형성하기 위해, 제 3 전극(117) 상에서의 제 2 압전 층(112)의 성장이 인터럽트된다. 도시된 실시형태에서, 제 1 및 제 2 압전 층들(108, 112)의 성장은, 전술된 바와 같이, 예상 두께 전체의 대략 절반으로 인터럽트되어, 완성된 제 1 및 제 2 압전 층들(108, 112)의 대략 중간부에 제 1 및 제 2 브리지들(501, 502)을 각각 형성시켰다. 그러나, 제 1 및 제 2 브리지들(501, 502)은, 본 교시사항들의 범주로부터 벗어나는 일 없이, 제 1 및 제 2 압전 층들(108, 112) 내의 상이한 상대적 위치들에 형성될 수도 있다. 일단 제 1 압전 층(108)의 성장이 인터럽트되면, 제 1 브리지(501)는, 제 1 압전 층(108)의 성장된 부분 위에 희생 물질을 패터닝하고 그 위에 제 1 압전 층(108)의 나머지 부분을 계속해서 성장시킴으로써 형성될 수도 있다. 마찬가지로, (커플링 층(116) 상에서의) 제 3 전극(117)의 형성 후, 제 2 압전 층(112)의 성장이 인터럽트되고, 제 2 브리지(502)는 제 2 압전 층(112)의 성장된 부분 위에 희생 물질을 패터닝함으로써 형성될 수도 있다. 그 후, 제 2 압전 층(112)의 나머지 부분의 성장이 그 위에서 계속된다. CRF(500)의 다른 층(예컨대, 제 4 전극(101))들이 희망에 따라 형성된 후, 희생 물질이 방출되어, 제 1 및 제 2 브리지들(501, 502)을 "비충진"된 상태로 남겨 둔다. 대표적인 실시형태에서, 제 1 및 제 2 브리지들(501, 502)을 형성하는 데 이용된 희생 물질은, 예를 들어 PSG와 같이, 공동(106)을 형성하는 데 이용된 희생 물질과 동일하다.
대표적인 실시형태에서, 제 1 브리지(501) 및 제 2 브리지(502)는 CRF(500)의 활성 영역(114)을 따라서 주변부를 정의한다. 따라서, 활성 영역(114)은, 공동(106) 위에 배치되고 제 1 브리지(501) 및 제 2 브리지(502)에 의해 제공된 주변부로 경계지어진 제 1 BAW 공진기 및 제 2 BAW 공진기의 일부분들을 포함한다. 당업자가 이해해야 하는 바와 같이, CRF(500)의 활성 영역은, 적어도 부분적으로 제 1 및 제 2 브리지들(501, 502)에 의해 생성된 음향 임피던스 불연속성에 의해 그의 주변부 주위에서, 그리고 공기의 존재로 인한 음향 임피던스 불연속에 의해 (공동(106)의) 위 및 아래에 경계지어진다. 따라서, 이롭게도 공진 공동이 CRF(500)의 활성 영역에 제공된다. 특정 실시형태들에서, 제 1 브리지(501) 및 제 2 브리지(502)는, 공동(106)처럼, 비충진된다(즉, 공기를 포함한다). 하기에서 더 충분히 설명되는 다른 실시형태들에서, 제 1 브리지(501) 또는 제 2 브리지(502) 또는 양측 모두는 바람직한 음향 임피던스 불연속성을 제공하도록 하는 물질로 충진된다.
제 1 브리지(501) 또는 제 2 브리지(502) 또는 양측 모두는 반드시 CRF(500)의 모든 면들을 따라서 연장되어야 하는 것은 아니며, 그에 따라 반드시 CRF(500)의 주변부를 따라서 연장되어야 하는 것은 아니라는 것에 주의한다. 예를 들어, 제 1 브리지(501) 또는 제 2 브리지(502) 또는 양측 모두는 (도 1a에 도시된 5면 FBAR(100)과 유사한) 5면 CRF(500)의 4개의 "면"들에 제공될 수도 있다. 특정 실시형태들에서, 제 1 브리지(501)는 제 2 브리지(502)와 동일한 CRF(500)의 4개의 면들을 따라서 배치된다. 다른 실시형태들에서, 제 1 브리지(501)는 CRF(500)의 4개의 면들을 따라서 (예컨대, 접속면(102)을 제외한 모든 면들을 따라서) 배치되며, 제 2 브리지(502)는 CRF(500)의 4개의 면들을 따라서 배치되지만, 제 1 브리지(501)와 동일한 4개의 면들을 따라서 배치되지는 않는다(예컨대, 제 2 브리지(502)는 접속면(102)을 따라서 배치된다).
제 1 브리지(501) 및 제 2 브리지(502)에 의해 제공된 음향 임피던스 미스매칭은, 그와 달리 활성 영역으로부터 전달되거나 손실될 수도 있는 경계에서의 음향파들의 반사를 야기하여, 에너지 손실을 초래한다. 제 1 브리지(501) 및 제 2 브리지(502)는, CRF(500)의 활성 영역 내에서 관심 모드들을 한정하고 CRF(500)에서의 에너지 손실들을 감소시키도록 기능한다. 이러한 손실들을 감소시키는 것은, CRF(500)의 관심 모드들의 Q-팩터(Qo, Qe)를 증가시키고 CRF(500)의 통과 대역을 통해 삽입손(S21)을 개선하도록 기능한다.
도 5a와 관련하여 도시되고 설명된 대표적인 실시형태에서, 제 1 및 제 2 브리지들(501, 502)은 비충진된다(즉, 음향 매질과 같은 공기를 포함한다). 도 5b는, 제 1 브리지(501') 및 제 2 브리지(502')로서 표시된 양측 브리지들이 음향 임피던스 불연속성을 제공하도록 하는 물질로 충진되어 손실들을 감소시키는 CRF(500)의 단면도를 도시하고 있다. 특정 실시형태들에서, 제 1 브리지(501') 및 제 2 브리지(502')는 NEBSG, CDO, SiC, 또는 공동(106)에 배치된 희생 물질이 방출될 때 방출되지 않을 다른 적합한 유전체 물질로 충진된다. 다른 실시형태들에서, 제 1 브리지(501') 및 제 2 브리지(502')는 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 이리듐(Ir), 또는 공동(106)에 배치된 희생 물질이 방출될 때 방출되지 않을 다른 적합한 금속 물질들로 충진된다. 제 1 및 제 2 브리지들(501', 502')은, 전술된 바와 같이, 제 1 및 제 2 압전 층들(108, 112)의 성장을 인터럽트시키고 그 위에 CRF(500)의 각각의 층들을 형성하여 제 1 압전 층(108) 및 제 2 압전 층(112) 내에 NEBSG 또는 다른 충진 물질을 형성함으로써 각각 제조된다. 공동(106)이 희생 물질의 방출을 통해 형성될 때, 제 1 브리지(501') 및 제 2 브리지(502')는 선택된 충진불능 물질로 "충진"된 상태를 유지한다.
도 5c는 제 1 브리지(502')가 음향 임피던스 불연속성을 제공하도록 하는 물질로 충진되어 손실들을 감소시키고 제 1 브리지(501)가 공기로 충진된 CRF(500)의 단면도를 도시하고 있다. CRF(500)의 이 변형예는 제 4 전극(101)을 형성하기 전에는 방출되지 않을 제 2 압전 층(112) 내의 물질(예컨대, NEBSG)을 패터닝함으로써 제조된다. 제 1 브리지(501)는, 전술된 바와 같이, 제 1 압전 층(108) 내의 희생 물질을 패터닝하고 그 희생 물질을 방출함으로써 형성된다.
도 5d는 제 2 브리지(502)가 공기로 충진되고 제 1 브리지(501')가 음향 임피던스 불연속성을 제공하도록 하는 물질로 충진되어 손실들을 감소시키는 CRF(500)의 단면도를 도시하고 있다. CRF(500)의 이 변형예는 제 2 전극(111)을 형성하기 전에는 방출되지 않을 제 1 압전 층(108) 내의 물질(예컨대, NEBSG)을 패터닝함으로써 제조된다. 제 2 브리지(502)는 제 2 압전 층(112) 내의 희생 물질을 패터닝하고 그 희생 물질을 방출함으로써 형성된다.
현재 설명되는 실시형태들에서, 싱글 브리지가 예시적인 CRF에 제공된다. 싱글 브리지는 각각의 실시형태에서 싱글 압전 층 내에 제공되며, CRF의 활성 영역을 둘러싼 주변부 주위에 배치된다. 그 브리지를 상이한 압전 층들 내에 배치함으로써, 활성(CRF) 영역에서의 모드들과 필드 플레이트 영역에서의 모드들의 커플링 정도를 테스트하기 위해 다양한 실시형태들이 연구될 수 있다. 일반적으로, 브리지는 비교적 큰 전달 상수(Kr)를 갖는 모드들을 필드 플레이트 영역에서의 모드들로부터 디커플링한다. 하기에서 설명되는 바와 같이, 특정 실시형태들은 "비충진"된 브리지를 포함하며, 특정 실시형태들은 "충진"된 브리지를 포함한다. 본 실시형태들의 많은 세부사항들은 도 1a 내지 도 1c 및 도 5a 내지 도 5d의 대표적인 실시형태들과 관련하여 전술된 것들과 공통적이다.
도 6a 및 도 6b는 대표적인 실시형태들에 따른 CRF(600)의 단면도들을 도시하고 있다. CRF(600)는 공동(106)을 갖는 기판(105) 위에 배치된 복수의 층들을 포함한다. CRF(600)의 많은 양태들은 전술된 CRF(500)의 것들과 공통적이며, 현재 설명되는 대표적인 실시형태들의 설명을 불명료하게 하는 것을 피하기 위해 반복되지 않는다.
도 6a는 제 1 압전 층(108) 내에 제공된 브리지(601)를 도시하고 있다. 브리지(601)는 비충진된다(즉, 공기를 포함한다). 브리지(601)는 CRF(600)의 활성 영역(114)의 주변부 주위에 배치되며, CRF(600)의 활성 영역(114)에서 모드들의 한정을 조성한다. 전술된 FBAR(100)과 유사하게, CRF(600)에서의 이러한 증가된 모드 한정은, 공지된 CRF(브리지를 갖지 않음)에 비해, 삽입손과 짝수 및 홀수 모드 품질 팩터를 개선할 것으로 예상된다.
도 6b는 CRF(600)의 제 1 압전 층(108) 내에 제공된 브리지(601')를 도시하고 있다. 브리지(601')는 음향 임피던스 불연속성을 제공하도록 하는 물질(예컨대, NEBSG 또는 전술된 다른 물질)로 "충진"된다. 브리지(601')는 CRF(600)의 활성 영역(114)의 주변부 주위에 배치된다. 이롭게도, 충진된 브리지의 사용은 더 많이 러그된 구조를 제공한다.
도 7a 및 도 7b는 대표적인 실시형태들에 따른 CRF(700)의 단면도들을 도시하고 있다. CRF(700)는 공동(106)을 갖는 기판(105) 위에 배치된 복수의 층들을 포함한다. CRF(700)의 많은 양태들은 전술된 CRF(500)의 것들과 공통적이며, 현재 설명되는 대표적인 실시형태들의 설명을 불명료하게 하는 것을 피하기 위해 반복되지 않는다.
도 7a는 제 2 압전 층(112) 내에 제공된 브리지(702)를 도시하고 있다. 브리지(702)는 비충진된다(즉, 공기를 포함한다). 브리지(702)는 CFR(700)의 활성 영역(114)의 주변부를 따라서 배치되며, CRF(700)의 활성 영역(114)에서 모드들의 한정을 조성한다. 전술된 FBAR(100)과 유사하게, CRF(700)에서의 이러한 모드 한정은 공지된 CRF(브리지를 갖지 않음)에 비해 삽입손과 짝수 및 홀수 모드 품질 팩터들을 개선할 것으로 예상된다.
도 7b는 제 2 압전 층(112) 내에 제공된 브리지(702')를 도시하고 있다. 브리지(702')는 음향 임피던스 불연속성을 제공하도록 하는 물질(예컨대, NEBSG 또는 전술된 다른 물질)로 "충진"된다. 브리지(702')는 CRF(700)의 활성 영역(114)의 주변부를 따라서 배치되며, CRF(700)의 활성 영역(114)에서 모드들의 한정을 조성한다. 이롭게도, 충진된 브리지의 사용은 더 많이 러그된 구조를 제공한다.
특히, FBAR들(100), DBAR들(200-400), 및 CRF들(500-700) 각각은 본 교시사항들의 범주로부터 벗어나는 일 없이 다양한 추가 특징들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 내부 융기 영역 및/또는 외부 융기 영역은 활성 영역(114)에서의 상부 전극(예컨대, 도 1a 내지 도 1c에서의 제 2 전극(101); 도 2a 내지 도 4b에서의 제 3 전극(101); 도 5a 내지 도 7b에서의 제 4 전극(101))의 상부 표면에 포함될 수도 있다. 내부 융기 영역은 활성 영역의 에지들로부터 또는 외부 융기 영역의 내부 에지로부터 갭만큼 분리될 수도 있다. 내부 및 외부 융기 영역들의 예시적인 두께 및 폭의 치수들뿐 아니라 대응하는 갭들의 폭들을 포함한, 이러한 내부 및 외부 영역들의 세부사항들은, 개시 내용이 참조로서 본원에 포함되는, "Stacked Bulk Acoustic Resonator and Method of Fabricating Same"이라는 발명의 명칭으로 2011년 3월 29일에 출원되었으며 Shirakawa 등이 공통으로 소유한 미국 특허 출원 제13/074,094호에서 설명되어 있다. 브리지들, 내부 융기 영역 및/또는 외부 융기 영역들의 조합은 대표적인 FBAR들(100), DBAR들(200-400) 및 CRF들(500-700)의 활성 영역(예컨대, 활성 영역(114))에서 모드 한정을 더욱 개선한다.
예시적인 실시형태들에 따르면, 브리지들을 포함하는 BAW 공진기 구조물들과 그들의 제조 방법들이 설명된다. 당업자는, 본 교시사항들에 따른 많은 변형들이 가능하고 첨부된 청구범위의 범주 내에 있다는 것을 인지할 것이다. 이들 변형 및 다른 변형들은 본원의 명세서, 도면 및 청구범위의 조사 후에 당업자에게 명백해질 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부한 청구범위의 사상 및 범주 내에서를 제외하면 제한되지 않을 것이다.

Claims (20)

  1. 벌크 음향파(bulk acoustic wave: BAW) 공진기 구조물에 있어서,
    기판 위에 배치된 제 1 전극과,
    상기 제 1 전극 위에 배치된 압전 층과,
    상기 압전 층 위에 배치된 제 2 전극과,
    상기 압전 층 내에 형성되고 상기 압전 층의 압전 물질로 둘러싸이는 브리지를 포함하는
    BAW 공진기 구조물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 브리지는, 공기를 포함하는 비충진된 브리지를 포함하는
    BAW 공진기 구조물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 브리지는, 유전체 물질을 포함하는 충진된 브리지를 포함하는
    BAW 공진기 구조물.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 유전체 물질은 에칭불능 붕규산 유리(non-etchable borosilicate glass: NEBSG), 탄소 도핑된 실리콘 이산화물(carbon doped silicon dioxide: CDO) 또는 실리콘 탄화물(silicon carbide: SiC) 중 하나를 포함하는
    BAW 공진기 구조물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 브리지는 금속을 포함하는 충진된 브리지를 포함하는
    BAW 공진기 구조물.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 금속은 텅스텐(tungsten: W), 몰리브덴(molybdenum: Mo), 구리(copper: Cu) 또는 이리듐(iridium: Ir) 중 하나를 포함하는
    BAW 공진기 구조물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 브리지는 사다리꼴 단면 형상을 갖는
    BAW 공진기 구조물.
  8. 벌크 음향파(BAW) 공진기 구조물에 있어서,
    기판 위에 배치된 제 1 전극과,
    상기 제 1 전극 위에 배치된 제 1 압전 층과,
    상기 제 1 압전 층 위에 배치된 제 2 전극과,
    상기 제 2 전극 위에 배치된 제 2 압전 층과,
    상기 제 2 압전 층 위에 배치된 제 3 전극과,
    상기 제 1 압전 층 및 상기 제 2 압전 층 중 하나의 층 내에 매립된 제 1 브리지를 포함하는
    BAW 공진기 구조물.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 브리지는 공기를 포함하는 비충진된 브리지를 포함하는
    BAW 공진기 구조물.

  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 압전 층 및 상기 제 2 압전 층 중 다른 하나의 층 내에 매립된 제 2 브리지를 포함하는
    BAW 공진기 구조물.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 브리지 및 상기 제 2 브리지 중 적어도 하나의 브리지는 공기를 포함하는 비충진된 브리지를 포함하는
    BAW 공진기 구조물.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 브리지 및 상기 제 2 브리지 중 적어도 하나의 브리지는 음향 임피던스를 갖는 충진 물질을 포함하는 충진된 브리지를 포함하는
    BAW 공진기 구조물.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 충진 물질은 유전체 물질 또는 금속 중 하나를 포함하는
    BAW 공진기 구조물.
  14. 벌크 음향파(BAW) 공진기 구조물에 있어서,
    제 1 전극, 상기 제 1 전극 위에 배치된 제 1 압전 층, 및 상기 제 1 압전 층 위에 배치된 제 2 전극을 포함하는 제 1 BAW 공진기와,
    상기 제 1 BAW 공진기의 상기 제 2 전극 위에 배치되고, 상기 BAW 공진기 구조물의 통과 대역 특성들을 결정하도록 구성된 음향 커플링 층과,
    상기 음향 커플링 층 위에 배치된 제 3 전극, 상기 제 3 전극 위에 배치된 제 2 압전 층, 및 상기 제 2 압전 층 위에 배치된 제 4 전극을 포함하는 제 2 BAW 공진기와,
    상기 제 1 BAW 공진기의 상기 제 1 압전 층 및 상기 제 2 BAW 공진기의 상기 제 2 압전 층 중 하나의 층 내에 매립된 제 1 브리지를 포함하는
    BAW 공진기 구조물.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 브리지는 공기를 포함하는 비충진된 브리지를 포함하는
    BAW 공진기 구조물.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 BAW 공진기의 상기 제 1 압전 층 및 상기 제 2 BAW 공진기의 상기 제 2 압전 층 중 다른 하나의 층 내에 매립된 제 2 브리지를 포함하는
    BAW 공진기 구조물.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 브리지 및 상기 제 2 브리지 중 적어도 하나의 브리지는 공기를 포함하는 비충진된 브리지를 포함하는
    BAW 공진기 구조물.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 브리지 및 상기 제 2 브리지 중 적어도 하나의 브리지는 음향 임피던스를 갖는 충진 물질을 포함하는 충진된 브리지를 포함하는
    BAW 공진기 구조물.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 충진 물질은 유전체 물질 또는 금속 중 하나를 포함하는
    BAW 공진기 구조물.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 음향 커플링 층은 탄소 도핑된 산화물(carbon doped oxide: CDO) 및 NEBSG 중 적어도 하나를 포함하는
    BAW 공진기 구조물.
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