KR20130044905A - 박막 벌크 음향 공진기 및 박막 벌크 음향 공진기의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
박막 벌크 음향 공진기에 관한 것으로서, 박막 벌크 음향 공진기는 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하여, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 인가되는 신호에 따라 음향파(acoustic wave)를 생성하는 압전층을 포함하는 음향 공진부, 상기 음향 공진부의 하부에 위치하고, 기판의 상부에 위치하여, 상기 음향파를 반사시키는 에어 갭(Air Gap) 및 상기 에어 갭의 양면에 위치하며, 상기 에어 갭과 동일한 갭을 가지고, 상기 에어 갭의 생성에 사용되는 희생층과 동일한 공정에서 형성되는 앵커(Anchor)를 포함한다.
Description
기술분야는 박막 벌크 음향 공진기에 관한 것이다.
통신기술이 급속도로 발전함에 따라, 통신기술에 대응하는 고주파 부품기술의 발전 또한 요구되고 있다. 특히, 하드웨어적인 관점에서 무선 통신 기기의 소형화 추세에 따라 고주파 부품기술도 소형화될 필요가 있다.
고주파 부품 중, 필터의 소형화는 반도체 박막 웨이퍼 제조기술을 이용하여 구현되고 있다. 박막 벌크 음향 공진기(Film Bulk Acoustic Resonator, FBAR)는 압전층의 상하에 위치한 전극을 통해 동작한다. 박막 벌크 음향 공진기는 상하 전극에 고주파 전위가 인가되면 압전층이 진동하면서 필터로서 동작한다.
박막 벌크 음향 공진기는 무선을 이용한 신호전달 시스템에 이용될 수 있다. 예를 들면, 무선 통신 기기, 무선 전력 전송, 무선 센서의 필터, 송신기, 수신기 또는 듀플렉서의 일 구성으로 사용될 수 있다. 또한, 박막 벌크 음향 공진기는 화학 및 바이오 기기의 소형 경량 필터, 오실레이터, 공진 소자(Resonant element), 음향공진 질량 센서(Acoustic Resonant Mass Sensor)등에 사용될 수 있다.
일 측면에 있어서, 박막 벌크 음향 공진기는 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하여, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 인가되는 신호에 따라 음향파(acoustic wave)를 생성하는 압전층을 포함하는 음향 공진부, 상기 음향 공진부의 하부에 위치하고, 기판의 상부에 위치하여, 상기 음향파를 반사시키는 에어 갭(Air Gap) 및 상기 에어 갭의 양면에 위치하며, 상기 에어 갭과 동일한 갭을 가지고, 상기 에어 갭이 생성되는 공정과 동일한 공정에서 형성되는 앵커(Anchor)를 포함한다.
다른 일 측면에 있어서, 박막 벌크 음향 공진기는 상기 에어 갭과 상기 앵커의 경계 면에서 상기 에어 갭보다 작은 갭을 가지는 골을 더 포함할 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 박막 벌크 음향 공진기는 상기 기판의 상부에 위치하여 상기 에어 갭의 생성시 상기 기판의 식각을 저지하는 식각 저지층 및 상기 에어 갭, 상기 앵커 및 상기 골의 상부에 위치한 멤브레인을 더 포함할 수 있다.
상기 에어 갭의 상부에 위치한 멤브레인과 상기 앵커의 상부에 위치한 멤브레인은 상기 기판으로부터 동일한 높이로 형성될 수 있다.
상기 앵커는 비저항이 10킬로 옴 센티미터(kΩcm) 이상인 물질로 형성될 수 있다.
상기 앵커 및 상기 에어 갭은 상기 기판의 상부에 적층된 희생층에서 상기 골을 기준으로 상기 에어 갭에 해당하는 희생층의 부분만 식각됨으로써 형성될 수 있다.
상기 희생층은 폴리실리콘을 구성 물질로 하여 상기 기판의 상부에 적층될 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 박막 벌크 음향 공진기는 상기 에어 갭을 형성하기 위해 상기 식각 저지층 상부에 증착된 희생층을 식각하는 가스의 입력 통로가 되는 입력 릴리스 홀 및 상기 가스의 출력 통로가 되는 출력 릴리스 홀을 더 포함할 수 있다.
일 측면에 있어서, 박막 벌크 음향 공진기는 기판, 상기 기판의 상부에 위치한 식각 저지층, 상기 식각 저지층 상부에 위치하여 음향파를 반사시키는 에어 갭(Air Gap), 상기 식각 저지층의 상부 중, 상기 에어 갭의 양면에 위치하며, 상기 에어 갭과 동일한 갭을 가지고, 상기 에어 갭과 동일한 공정에서 형성되는 앵커(Anchor), 상기 에어 갭과 상기 앵커의 경계 면에서 상기 에어 갭보다 작은 갭을 가지는 골, 상기 에어 갭, 상기 앵커 및 상기 골의 상부에 위치한 멤브레인, 상기 멤브레인의 상부에 위치한 제1 전극, 상기 제1전극의 상부에 위치한 압전층 및 상기 압전층의 상부에 위치한 제2 전극을 포함한다.
다른 일 측면에 있어서, 박막 벌크 음향 공진기는 상기 에어 갭을 형성하기 위해, 상기 식각 저지층 상부에 증착된 희생층을 식각하는 물질의 입출력 통로가 되는 릴리스 홀을 더 포함할 수 있다.
상기 릴리스 홀은 상기 멤브레인, 상기 제1 전극 및 상기 압전층의 소정 영역이 상기 압전층에서 상기 멤브레인의 방향으로 식각되어 형성될 수 있다.
상기 릴리스 홀은 상기 멤브레인, 상기 압전층 및 상기 제2 전극의 소정 영역이 상기 제2 전극에서 상기 멤브레인의 방향으로 식각되어 형성될 수 있다.
상기 릴리스 홀은 상기 멤브레인, 상기 제1 전극, 상기 압전층 및 상기 제2 전극의 소정 영역이 상기 제2 전극에서 상기 멤브레인의 방향으로 식각되어 형성될 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 박막 벌크 음향 공진기는 상기 에어 갭을 형성하기 위해 상기 식각 저지층 상부에 증착된 희생층을 식각하는 가스의 입력 통로가 되는 입력 릴리스 홀 및 상기 가스의 출력 통로가 되는 출력 릴리스 홀을 더 포함할 수 있다.
상기 앵커는 상기 기판의 비저항(resistivity)이 소정의 값보다 작은 경우, 상기 소정의 값 이상의 비저항을 가지는 물질로 형성될 수 있다.
상기 기판은 비저항이 10킬로 옴 센티미터(kΩcm) 이하인 물질로 형성될 수 있다.
일 측면에 있어서, 박막 벌크 음향 공진기 제조방법은 기판의 상부에 식각 저지층, 희생층을 순서대로 증착하는 단계, 에어 갭과 앵커의 경계가 되는 골의 형상에 맞게 상기 희생층을 패터닝하는 단계, 상기 패터닝 된 희생층 상부에 멤브레인, 제1 도전층을 순서대로 증착하는 단계, 상기 제1 도전층에 제1 전극을 패터닝하는 단계, 상기 제1 전극의 상부에 압전층 및 제2 도전층을 순서대로 증착하는 단계, 상기 제2 도전층에 제2 전극을 패터닝하는 단계, 상기 에어 갭에 해당하는 희생층의 상부를 식각하여, 상기 희생층을 제거하는 가스가 들어오는 입력 릴리스 홀과, 상기 가스가 나가는 출력 릴리스홀을 생성하는 단계 및 상기 가스를 통해 상기 골을 경계로 하여 상기 에어 갭에 해당하는 희생층을 제거하여 상기 에어 갭 및 상기 앵커를 생성하는 단계를 포함한다.
상기 희생층을 패터닝하는 단계는 상기 골과 상기 식각 저지층의 간격이 상기 희생층의 두께보다 작아지도록 상기 희생층을 패터닝할 수 있다.
상기 에어 갭 및 상기 앵커를 생성하는 단계는 상기 입력 릴리스 홀을 통해 입력된 XeF2 가스를 통하여, 상기 골을 경계로 상기 에어 갭에 해당하는 희생층은 제거하고, 상기 앵커에 해당하는 희생층은 제거하지 않을 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 박막 벌크 음향 공진기는 희생층에 패터닝 된 골에 기초하여 형성된 동일한 높이의 에어 갭과 앵커를 이용함으로써, 기존의 경사구조로 인한 압전층의 결정 특성 저하 문제를 개선할 수 있다.
또한, 높은 비저항을 가지는 폴리실리콘을 이용하여 형성된 앵커를 이용함으로써, 상대적으로 낮은 비저항의 기판을 이용하는 경우에도 음향파의 손실이 감소할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 박막 벌크 음향 공진기는 희생층에 패터닝 된 골에 기초하여 동일한 공정에서 형성된 에어 갭과 앵커를 이용함으로써, 공정 프로세스를 단순화하고 비용을 절감시킬 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 박막 벌크 음향 공진기의 단면도이다.
도 2는 일실시예에 따른 박막 벌크 음향 공진기의 평면도(Top view)이다.
도 3은 다른 일실시예에 따른 박막 벌크 음향 공진기의 단면도이다.
도 4는 다른 일실시예에 따른 박막 벌크 음향 공진기의 단면도이다.
도 5는 일실시예에 따른 박막 벌크 음향 공진기의 제조 과정을 나타내는 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 박막 벌크 음향 공진기의 평면도(Top view)이다.
도 3은 다른 일실시예에 따른 박막 벌크 음향 공진기의 단면도이다.
도 4는 다른 일실시예에 따른 박막 벌크 음향 공진기의 단면도이다.
도 5는 일실시예에 따른 박막 벌크 음향 공진기의 제조 과정을 나타내는 도면이다.
이하, 일측에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
일실시예에 따른 박막 벌크 음향 공진기(Film Bulk Acoustic Resonator, FBAR)는 무선통신기기에 사용되는 필터, 송신기, 수신기 또는 듀플렉서로써 무선데이터의 입출력에 이용될 수 있다. 무선 통신기기의 종류와 용도가 다양해지고 있으며, 유선기기의 무선화도 빠른 속도로 진행되고 있으므로 일실시예에 따른 박막 벌크 음향 공진기의 이용분야가 확대되고 있다.
박막 벌크 음향 공진기는 공진 현상을 이용하여 특정 주파수의 파(Wave) 또는 진동을 끌어내기 위한 장치로써, 필터 및 발진기(Oscillator)와 같은 RF 장치의 부품으로 이용된다.
박막 벌크 음향 공진기의 단면은 제1 전극, 압전층, 제2 전극으로 구성되고, 평면은 비정형 타원형이다.
일실시예에 따른 박막 벌크 음향 공진기는 음향파(Acoustic Wave) 반사 특성을 향상시키기 위해 에어 갭(Air Gap)을 통해 기판으로부터 공중 부양된다. 주파수 대역 통과 특성을 가지는 박막 벌크 음향 공진기는 주파수 대역 범위에서 반사특성 또는 전송특성을 향상시키기 위해 다수의 공진기가 평면상에 배열되고 공통의 전극으로 공진기가 연결된다.
박막 벌크 음향 공진기를 구성하는 압전층과 전극의 두께에 의해 공진 주파수와 반공진 주파수가 결정된다. 따라서, 압전층과 전극의 두께가 고정되면 공진 주파수와 반공진 주파수도 고정된다.
박막 벌크 음향 공진기는 고품질 계수(high Quality factor)를 유지하기 위해 제1 전극 및 제2 전극을 통해 전계가 인가될 때, 압전층에 발생하는 음향파가 기판의 영향을 받지 않도록 기판과 제1 전극, 압전층 및 제2 전극과 격리되는 구조가 필요하다.
기판에서 제1 전극, 압전층 및 제2 전극을 포함한 공진영역을 격리시키는 격리구조는 FBAR 소자의 성능과 그 제조의 실용화를 좌우하는 중요한 과제가 된다.
에어 갭(Air Gap)을 형성하기 위한 방법 중 하나로, 기판 상부에 포토 레지스트 막을 증착하고, 패터닝에 따라 포토 레지스트 막을 식각하여, 공동부를 형성하고 상기 공동부에 희생층을 증착하고, 상기 희생층 및 기판상에 멤브레인층, 제1 전극, 압전층 및 제2 전극을 차례로 적층한 후 상기 희생층을 식각함으로써 에어갭이 형성될 수 있다.
또 다른 방법으로는 기판 상부에 희생층을 증착하고 패터닝한후 상기 희생층 및 기판상에 절연막을 증착하고, 제1 전극, 압전층 및 제2 전극을 차례로 적층한 후, 최종적으로 희생층을 제거함으로써 에어갭을 형성하는 방식이 있다.
소자 외부에서 소자 내부에 있는 희생층까지 연결되는 비아홀을 형성하고, 상기 비아홀을 통해 에칭액을 투여함으로써 희생층을 제거하면, 상기 희생층이 있던 위치에 에어갭이 형성될 수 있다.
일반적으로 멤브레인 형성 시 희생층의 구조를 경사지게 만들었는데, 이 경우 멤브레인 층의 큰 잔류 응력 때문에 구조가 불안정해질 수 있다. 또한, 제1 전극과 제2 전극은 얇은 절연층을 사이에 두고 기판이 지지하는 형태를 취하고 있다. 이런 구조에서는 얇은 절연층을 통과하여 전극으로부터 기판으로 음향파의 손실이 발생할 수 있기 때문에, 고저항 기판과 같은 고가의 기판을 사용해야 하는 제약이 있다.
일실시예에 따른 박막 벌크 음향 공진기는 경사진 구조를 최소화하여, 안정적인 구조적 형상을 가지면서 기판과는 RF적으로 절연될 수 있도록 하는 구조 형상을 가질 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 박막 벌크 음향 공진기의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 일실시예에 따른 박막 벌크 음향 공진기는 음향 공진부(110), 골(141), 골(143), 에어 갭(120), 앵커(131) 및 앵커(133)를 포함한다.
음향 공진부(110)는 제1 전극(111), 압전층(113) 및 제2 전극(115)을 포함한다. 압전층(113)은 제1 전극(111)과 제2 전극(115) 사이에 위치할 수 있다. 음향 공진부(110)는 제1 전극(111)과 제2 전극(115)에 인가되는 신호에 따라 압전층(113)을 공진시켜 공진 주파수 및 반공진 주파수를 발생시킬 수 있다.
제1 전극(111) 및 제2 전극(115)은 금, 몰리브데늄, 루테늄, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 크롬, 니켈 등과 같은 금속으로 형성될 수 있다.
음향 공진부(110)는 압전 물질의 음향파를 이용한다. 압전 물질에 RF 신호가 인가되면, 기계적 진동이 압전막 두께 방향으로 일어나 음향파가 생성된다. 예를 들면, 압전 물질에는 산화 아연(ZnO), 질화 알루미늄(AlN) 및 쿼츠(Quartz) 등이 포함될 수 있다.
공진 현상은 인가된 RF 신호 파장의 1/2이 압전막 두께와 일치할 때 발생한다. 공진 현상이 발생할 때, 전기적 임피던스가 급격(sharp)하게 변하므로 박막 벌크 음향 공진기는 주파수를 선택할 수 있는 필터로 사용될 수 있다. 공진 주파수는 압전막의 두께, 압전막을 감싸고 있는 전극 및 압전막의 고유 탄성파 속도 등에 의해 결정된다. 일 예로 압전막의 두께가 얇으면 얇을수록 공진 주파수는 커진다.
제1 전극(111)은 멤브레인(membrane)(170)의 상부에 위치할 수 있다. 멤브레인(170)은 에어 갭(120)의 상부에 위치하여, 에어 갭(120)의 형상을 유지시키고, 음향 공진부(110)의 구조를 지지할 수 있다.
에어 갭(120)을 통하여 음향 공진부(110)에서 발생하는 음향파의 반사특성은 향상될 수 있다. 에어 갭(120)은 빈 공간으로 임피던스가 무한대에 가까워, 음향파는 에어 갭(120)으로 손실되지 않고, 음향 공진부(110) 내에 잔존할 수 있다.
에어 갭(120)은 기판(150)의 상부에 에어 갭(120)의 형상에 맞게 패터닝 된 희생층을 이용하여 생성될 수 있다. 이때, 앵커(131) 및 앵커(133)도 함께 생성된다. 앵커(131), 앵커(133) 및 에어 갭(120)은 동일한 희생층을 이용하여 생성될 수 있다. 식각 저지층(160) 상에 증착된 희생층 중, 에어 갭(120)에 해당하는 부분만 패터닝을 통해 제거 될 수 있고, 남아 있는 희생층은 앵커(131), 앵커(133)가 될 수 있다. 희생층으로는 폴리 실리콘(poly Si)이 사용될 수 있다. 폴리 실리콘은 높은 비저항의 특성을 가진다. 대략적으로 폴리 실리콘을 수만 킬로 옴 센티미터(kΩcm)의 비저항을 가질 수 있다.
이때, 에어 갭(120)과 앵커(131)의 경계는 골(141)이 되고, 에어 갭(120)과 앵커(133)의 경계는 골(143)이 된다. 골(141)과 골(143)은 희생층의 증착 후, 희생층 상부에 포토레지스트(photoresist)를 증착하고 골(141) 및 골(143)에 대응하는 부분의 포토레지스트를 제거하고, 골(141) 및 골(143)의 모양으로 희생층을 식각함으로써, 생성될 수 있다.
골(141) 및 골(143)이 생성된 후, 희생층 상부의 포토레지스트를 제거하고, 멤브레인(170), 제1 전극(111), 압전층(113) 및 제2 전극(115)이 증착될 수 있다. 이때, 골(141) 및 골(143) 부분을 제외하고는 에어 갭(120), 앵커(131) 및 앵커(133)의 상부에 동일한 높이로 막들이 증착된다. 따라서, 박막 벌크 음향 공진기에서 경사진 구조가 최소화될 수 있다.
골(141) 및 골(143)은 에어 갭(120) 보다 작은 갭을 가지도록 생성될 수 있다. 골(141) 및 골(143)은 희생층의 두께의 범위에서 식각 정도의 조절을 통해 생성될 수 있다.
에어 갭(120)은 릴리즈 홀(release hole)(도시되지 않음)을 통해 주입된 가스를 통하여 희생층이 제거됨으로써 생성될 수 있다. 이때, 골(141) 및 골(143)은 주입된 가스가 앵커(131) 및 앵커(133)의 영역으로 진행하지 않도록 막는 역할을 할 수 있다. 따라서, 에어 갭(120)에 해당하는 부분만 주입된 가스를 통해 희생층이 제거됨으로써, 에어 갭(120)이 생성될 수 있다. 또한, 희생층 중, 식각되지 않은 영역인 앵커(131) 및 앵커(133)는 멤브레인(170)을 지지할 수 있다. 따라서, 하나의 희생층으로부터 에어 갭(120), 앵커(131) 및 앵커(133)가 생성될 수 있다.
식각 저지층(160)은 에어 갭(120)을 형성하는 과정에서 기판(150)이 손상되는 것을 방지하기 위해 사용된다. 이때, 식각 저지층(160)은 릴리즈 홀(release hole)(도시되지 않음)을 통해 주입된 가스를 통해 기판(150)이 손상되지 않도록 한다. 식각 저지층(160)은 절연 물질로 형성될 수 있다. 절연 물질에는 실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열의 물질이 포함될 수 있다.
음향 공진부(110)는 보호층(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다. 보호층은 제2 전극(115)의 상부에 위치하여, 제2 전극(115)이 외부 환경에 노출되는 것을 보호한다. 외부 환경에 노출 된다는 것은 공기 중의 습기, 온도, 기타 대기 성분에 노출됨을 의미할 수 있다. 보호층은 절연 물질로 형성될 수 있다. 보호층은 공진 주파수의 조절에도 이용될 수 있다.
기판(150)은 실리콘 또는 폴리 실리콘을 구성물질로 하여 형성될 수 있다. 앵커(131)의 상부에는 멤브레인(170), 제1 전극(111)이 위치하는데, 앵커(131)는 높은 비저항을 가지는 폴리 실리콘으로 구성되므로, 제1 전극(111)에서 흐르는 음향파가 기판(150)으로 손실될 확률이 줄어든다. 이 경우에는 기판(150)이 앵커(131)의 폴리 실리콘보다 낮은 비저항을 가지는 물질로 형성될 수도 있다. 앵커(133)의 상부에는 멤브레인(170), 압전층(113) 및 제2 전극(115)이 위치한다. 앵커(133)도 앵커(131)와 동일한 희생층을 통해 생성되므로, 제2 전극(115)에 흐르는 음향파가 기판(150)으로 손실될 확률이 감소할 수 있다.
도 2는 일실시예에 따른 박막 벌크 음향 공진기의 평면도(Top view)이다.
도 2는 도 1의 박막 벌크 음향 공진기를 위에서 바라본 도면이다. 도 1은 박막 벌크 음향 공진기의 단면(201)에서 바라본 단면도이다. 도 2를 참조하면, 박막 벌크 음향 공진기는 제1 전극(210)과 제2 전극(230)에 RF(Radio Frequency) 신호가 인가되면, 압전층(220)에서 발생하는 음향파가 제1 전극(210) 또는 제2 전극(230)을 통하여 외부 소자로 전달될 수 있다.
제1 전극(210)은 멤브레인(240)의 상부에 위치하는데, 멤브레인(240)은 앵커, 에어 갭 및 골의 상부에 위치할 수 있다. 멤브레인(240)은 골에서만 경사지게 증착되고, 앵커 및 에어 갭에서는 수평적으로 증착될 수 있다. 경사진 구조가 최소화됨으로써, 박막 벌크 음향 공진기는 구조적으로 안정해질 수 있다.
에어 갭은 릴리즈 홀(251, 253, 255)을 통하여 주입된 물질을 통하여 희생층이 제거됨으로써 생성될 수 있다. 이때, 주입되는 물질의 예에는 제논 가스(XeF2)가 포함될 수 있다. 릴리즈 홀(251, 253, 255)을 통하여 주입된 물질은 골을 경계로 하여, 희생층 중에서 에어 갭에 대응하는 부분만을 식각할 수 있다. 이때, 희생층에서 식각되지 않은 부분이 앵커가 될 수 있다.
도 3은 다른 일실시예에 따른 박막 벌크 음향 공진기의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 박막 벌크 음향 공진기는 릴리즈 홀(301)을 포함한다. 박막 벌크 음향 공진기는 기판(310), 식각 저지층(320), 에어 갭(330), 앵커(341), 앵커(343), 골(351), 골(353), 멤브레인(360), 제1 전극(370), 압전층(380), 제2 전극(390)을 포함할 수 있다.
기판(310)의 상부에는 식각 저지층(320)이 위치할 수 있다. 식각 저지층(320)은 에어 갭(330)을 생성하는 과정에서 기판(310)이 손상되는 것을 방지하기 위해 사용된다. 식각 저지층(320)은 절연 물질로 형성될 수 있으면, 절연 물질에는 실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열의 물질 중 하나가 포함될 수 있다.
식각 저지층(320) 상부에는 에어 갭(330), 앵커(341) 및 앵커(343)이 위치할 수 있다. 에어 갭(330), 앵커(341) 및 앵커(343)는 동일한 희생층에서 생성될 수 있다. 동일한 희생층에서 골(351)을 경계로 앵커(341)와 에어 갭(330)이 형성될 수 있고, 골(353)을 경계로 앵커(343)와 에어 갭(330)이 형성될 수 있다.
골(351) 및 골(353)은 희생층의 패터닝을 통해 부분 식각됨으로써, 형성될 수 있다.
앵커(341) 및 앵커(343)는 비저항이 10킬로 옴 센티미터(10kΩcm) 이상인 물질로 형성될 수 있다. 이때, 기판은 비저항이 10킬로 옴 센티미터 이하인 물질로 형성될 수 있다.
에어 갭(330)은 식각 저지층(320)의 상부에 증착된 희생층에서 에어 갭(330)에 대응하는 부분만 식각됨으로써 형성될 수 있다. 이때, 릴리스 홀(301)을 통해 희생층을 제거하는 물질이 주입될 수 있다. 주입된 물질은 골(351) 및 골(353)을 경계로 하여 희생층을 제거할 수 있다. 골(351)과 골(353) 사이의 공간이 에어 갭(330)이 될 수 있다.
릴리스 홀(301)은 멤브레인(360), 제1 전극(370) 및 압전층(380)의 소정 영역이 압전층(380)에서 멤브레인(360)의 방향으로 식각되어 형성될 수 있다.
멤브레인(360)은 에어 갭(330), 앵커(341), 앵커(343), 골(351) 및 골(353)의 상부에 위치할 수 있다. 즉, 멤브레인(360)은 골(351) 및 골(353)에서만 기울기를 가지는 경사면으로 증착되고, 나머지 구간에서는 평평(flat)하게 증착될 수 있다. 에어 갭(330)의 상부에 위치한 멤브레인(360)과 앵커(341)의 상부에 위치한 멤브레인(360), 앵커(343)의 상부에 위치한 멤브레인(360)은 식각 저지층(320)으로부터 동일한 높이를 가질 수 있다. 식각 저지층(320)은 에어 갭(330)의 형상을 유지하기 위해 사용될 수 있다.
제1 전극(370)에 RF 신호가 입력되고, 제2 전극(390)에서 RF 신호가 출력될 수 있다. 또는 반대로 제2 전극(390)에 RF 신호가 입력되고, 제1 전극(370)에서 RF 신호가 출력될 수도 있다.
제1 전극(370), 압전층(380) 및 제2 전극(390)에서 발생하는 수직 방향의 음향파는 에어 갭(330)을 반사면으로 하여 반사될 수 있다.
희생층은 높은 비저항을 가지는 폴리 실리콘으로 형성될 수 있다. 따라서, 앵커(341) 및 앵커(343)도 폴리 실리콘으로 형성되므로, 기판(310)으로 손실되는 음향파 및 전력이 감소할 수 있다. 이때, 기판(310)은 희생층보다 낮은 비저항을 가지는 물질로 형성될 수 있다. 또는, 기판의 비저항(resistivity)이 소정의 값보다 작은 경우, 희생층은 상기 소정의 값 이상의 비저항을 가지는 물질로 형성될 수 있다.
도 4는 다른 일실시예에 따른 박막 벌크 음향 공진기의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 박막 벌크 음향 공진기는 릴리즈 홀(401) 및 릴리즈 홀(403)을 포함한다. 박막 벌크 음향 공진기는 기판(410), 식각 저지층(420), 에어 갭(430), 앵커(441), 앵커(443), 골(451), 골(453), 멤브레인(460), 제1 전극(470), 압전층(480), 제2 전극(490)을 포함할 수 있다.
기판(410)의 상부에는 식각 저지층(320)이 위치할 수 있다. 식각 저지층(420)은 에어 갭(430)을 생성하는 과정에서 기판(410)이 손상되는 것을 방지하기 위해 사용된다.
식각 저지층(420) 상부에는 에어 갭(430), 앵커(441) 및 앵커(443)이 위치할 수 있다. 앵커(441) 및 앵커(443)는 에어 갭(430)의 양면에 위치하며, 에어 갭(430)과 동일한 갭을 가질 수 있다.
에어 갭(430), 앵커(441) 및 앵커(443)는 동일한 희생층에서 생성될 수 있다. 동일한 희생층에서 골(451)을 경계로 앵커(441)와 에어 갭(430)이 형성될 수 있고, 골(453)을 경계로 앵커(443)와 에어 갭(430)이 형성될 수 있다.
골(451) 및 골(453)은 희생층의 패터닝을 통해 부분 식각됨으로써, 형성될 수 있다. 희생층 상부에 포토레지스트를 증착하고, 포토 리소그래피 공정을 통해 포토레지스트에 패터닝 한후, 노출을 통해 패터닝 된 부분만 식각될 수 있다. 이때, 골(451) 및 골(453)에 대응하는 부분만 식각될 수 있다.
앵커(441) 및 앵커(443)는 비저항이 10킬로 옴 센티미터(10kΩcm) 이상인 물질로 형성될 수 있다. 이때, 기판은 비저항이 10킬로 옴 센티미터 이하인 물질로 형성될 수 있다.
에어 갭(430)은 식각 저지층(420)의 상부에 증착된 희생층에서 에어 갭(430)에 대응하는 부분만 식각됨으로써 형성될 수 있다. 이때, 릴리스 홀(401)을 통해 희생층을 제거하는 물질이 들어오고, 릴리스 홀(403)을 통해 물질이 나갈 수 있다. 또는 그 반대로 릴리스 홀(403)을 통해 희생층을 제거하는 물질이 주입되고, 릴리스 홀(401)을 통해 주입된 물질이 나갈 수 있다. 주입되는 물질로는 주로 제논 가스(XeF2)가 사용될 수 있다.
In/out의 흐름을 통해 희생층의 제거 방향이 결정될 수 있다. 또한, 주입된 물질은 골(451) 및 골(453)을 경계로 하여 희생층을 제거할 수 있다. 따라서, 골(451)과 골(453) 사이의 공간이 에어 갭(430)이 될 수 있다.
릴리스 홀(401)은 멤브레인(460), 제1 전극(470) 및 압전층(480)의 소정 영역이 압전층(480)에서 멤브레인(460)의 방향으로 식각되어 형성될 수 있다.
릴리스 홀(403)은 멤브레인(460), 압전층(480) 및 제2 전극(490)의 소정 영역이 제2 전극(490)에서 멤브레인(460)의 방향으로 식각되어 형성될 수 있다. 도 4에는 도시되지 않았지만, 또 다른 릴리스 홀은 멤브레인(460), 제1 전극(470), 압전층(480) 및 제2 전극(490)의 소정 영역이 제2 전극(490)에서 멤브레인(460)의 방향으로 식각되어 형성될 수 있다.
멤브레인(460)은 에어 갭(430), 앵커(441), 앵커(443), 골(451) 및 골(453)의 상부에 위치할 수 있다. 즉, 멤브레인(460)은 골(451) 및 골(453)에서만 기울기를 가지는 경사면으로 증착되고, 나머지 구간에서는 평평(flat)하게 증착될 수 있다.
제1 전극(470)에 RF 신호가 입력되고, 제2 전극(490)에서 RF 신호가 출력될 수 있다. 또는 반대로 제2 전극(490)에 RF 신호가 입력되고, 제1 전극(470)에서 RF 신호가 출력될 수도 있다. 입력되는 RF 신호에 따라 압전층(480)에서 음향파가 발생할 수 있다.
제1 전극(470), 압전층(480) 및 제2 전극(490)에서 발생하는 수직 방향의 음향파는 에어 갭(430)을 반사면으로 하여 반사될 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 박막 벌크 음향 공진기의 제조 과정을 나타내는 도면이다.
박막 벌크 음향 공진기 제조방법은 기판(501)의 상부에 식각 저지층(503), 희생층(505)을 순서대로 적층한다. 희생층(505)에 사용되는 물질은 폴리실리콘 및 폴리머를 포함할 수 있다. 식각 저지층(503)에 사용되는 물질에는 실리콘산화막 및 실리콘질화막 등이 포함될 수 있다. 식각 저지층(503)은 최종 공정 단계에서 에어 갭(525)에 해당하는 희생층(505)의 제거 시, 기판(501)에 손상을 주지 않기 위해 사용된다.
박막 벌크 음향 공진기 제조방법은 희생층(505)의 상부에 포토레지스트(photoresist)를 증착하고, 포토리소그래피(photolithography) 공정을 통해 포토레지스트를 패터닝하여 골(511)에 대응하는 부분(509)을 제거할 수 있다. 이는 다르게 표현하면, 희생층(505)이 골(511)의 형상에 맞게 패터닝 되었음을 의미한다.
박막 벌크 음향 공진기 제조방법은 패터닝 된 포토레지스트 부분에서 식각을 통해 골(511)을 생성할 수 있다. 이때, 골(511)과 식각 저지층(503) 간의 간격은 희생층(505)의 두께보다 작다.
박막 벌크 음향 공진기 제조방법은 골(511)의 생성 후, 희생층의 상부에 위치한 포토레지스트를 제거한다.
박막 벌크 음향 공진기 제조방법은 패터닝 된 희생층 상부에 멤브레인(513), 제1 도전층(515)을 순서대로 적층한다. 여기서, 멤브레인(513)에 사용되는 물질에는 실리콘산화막 및 실리콘질화막 등이 포함될 수 있다. 이때, 제1 도전층에는 금, 몰리데늄, 루테늄, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 크롬, 니켈 등과 같은 금속이 사용될 수 있다.
박막 벌크 음향 공진기 제조방법은 제1 도전층(515)에 제1 전극을 패터닝할 수 있다. 제1 도전층(515)의 상부에 포토레지스트를 증착하고, 포토리소그래피 공정을 통해 패터닝을 수행한 후, 패터닝 된 포토레지스트를 마스크로 하여, 원하는 형태의 제1 전극이 형성될 수 있다.
박막 벌크 음향 공진기 제조방법은 제1 전극의 상부에 압전층(517) 및 제2 도전층(519)을 순서대로 적층한다. 박막 벌크 음향 공진기 제조방법은 제2 도전층(519)에 제2 전극을 패터닝할 수 있다. 제2 도전층(519)의 상부에 포토레지스트를 증착하고, 포토리소그래피 공정을 통해 패터닝을 수행한 후, 패터닝 된 포토레지스트를 마스크로 하여, 원하는 형태의 제2 전극이 형성될 수 있다.
박막 벌크 음향 공진기 제조방법은 입력 릴리스 홀(521)과 출력 릴리스 홀(523)을 생성할 수 있다. 입력 릴리스 홀(521)은 골(520)의 안쪽, 음향파가 발생하는 음향 공진부 쪽에 생성될 수 있다. 입력 릴리스 홀(521)을 통해 희생층(505)을 제거하는 가스가 들어올 수 있다. 희생층(505)을 제거한 가스는 출력 릴리스 홀(523)을 통해 빠져 나갈 수 있다.
입력 릴리스 홀(521)을 통해 주입된 가스는 골(520)을 경계로 출력 릴리스 홀(523)의 방향으로 희생층(505)을 제거한다. 이때, 가스로는 제논(XeF2) 가스가 사용될 수 있다. 주입된 가스는 희생층(505)을 제거하여 에어 갭(525)을 형성하고, 제거되지 않은 희생층(505) 부분은 앵커(527)가 된다.
박막 벌크 음향 공진기 제조방법은 전체적으로 구조물의 형상을 큰 굴곡이 없이 생성함으로써, 경사구간에서의 압전층(517)의 결정 특성 저하 문제를 피할 수 있다. 또한, 경사구간을 구현할 필요가 없으므로, 공정자체의 구현성도 우수해진다.
또한, 앵커(527)와 에어 갭(525)을 동시에 구현함으로써 공정 프로세스가 간단해지고, 비용측면에서도 경쟁력을 가지게 된다. 또한, 높은 비저항을 가지는 폴리실리콘을 앵커의 구성물질로 사용함으로써, 박막 벌크 음향 공진기의 특성을 향상시킬 수 있다.
높은 비저항을 가지는 앵커를 이용함으로써, RF 특성 중 소자의 기판 Loss를 줄일 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
Claims (19)
- 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하여, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 인가되는 신호에 따라 음향파(acoustic wave)를 생성하는 압전층을 포함하는 음향 공진부;
상기 음향 공진부의 하부에 위치하고, 기판의 상부에 위치하여, 상기 음향파를 반사시키는 에어 갭(Air Gap); 및
상기 에어 갭의 양면에 위치하며, 상기 에어 갭과 동일한 갭을 가지고, 상기 에어 갭이 생성되는 공정과 동일한 공정에서 형성되는 앵커(Anchor)
를 포함하는 박막 벌크 음향 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 에어 갭과 상기 앵커의 경계 면에서 상기 에어 갭보다 작은 갭을 가지는 골
을 더 포함하는 박막 벌크 음향 공진기. - 제2항에 있어서,
상기 기판의 상부에 위치하여 상기 에어 갭의 생성시 상기 기판의 식각을 저지하는 식각 저지층; 및
상기 에어 갭, 상기 앵커 및 상기 골의 상부에 위치한 멤브레인
을 더 포함하는 박막 벌크 음향 공진기. - 제3항에 있어서,
상기 에어 갭의 상부에 위치한 멤브레인과 상기 앵커의 상부에 위치한 멤브레인은 상기 기판으로부터 동일한 높이로 형성된
박막 벌크 음향 공진기. - 제1항에 있어서,
상기 앵커는
비저항이 10킬로 옴 센티미터(kΩcm) 이상인 물질로 형성된
박막 벌크 음향 공진기. - 제2항에 있어서,
상기 앵커 및 상기 에어 갭은
상기 기판의 상부에 적층된 희생층에서 상기 골을 기준으로 상기 에어 갭에 해당하는 희생층의 부분만 식각됨으로써 형성되는
박막 벌크 음향 공진기. - 제6항에 있어서,
상기 희생층은
폴리실리콘을 구성 물질로 하여 상기 기판의 상부에 적층되는
박막 벌크 음향 공진기. - 제3항에 있어서,
상기 에어 갭을 형성하기 위해 상기 식각 저지층 상부에 증착된 희생층을 식각하는 가스의 입력 통로가 되는 입력 릴리스 홀; 및
상기 가스의 출력 통로가 되는 출력 릴리스 홀
을 더 포함하는 박막 벌크 음향 공진기. - 기판;
상기 기판의 상부에 위치한 식각 저지층;
상기 식각 저지층 상부에 위치하여 음향파를 반사시키는 에어 갭(Air Gap);
상기 식각 저지층의 상부 중, 상기 에어 갭의 양면에 위치하며, 상기 에어 갭과 동일한 갭을 가지고, 상기 에어 갭과 동일한 공정에서 형성되는 앵커(Anchor);
상기 에어 갭과 상기 앵커의 경계 면에서 상기 에어 갭보다 작은 갭을 가지는 골;
상기 에어 갭, 상기 앵커 및 상기 골의 상부에 위치한 멤브레인;
상기 멤브레인의 상부에 위치한 제1 전극;
상기 제1전극의 상부에 위치한 압전층; 및
상기 압전층의 상부에 위치한 제2 전극
을 포함하는 박막 벌크 음향 공진기. - 제9항에 있어서,
상기 에어 갭을 형성하기 위해, 상기 식각 저지층 상부에 증착된 희생층을 식각하는 물질의 입출력 통로가 되는 릴리스 홀
을 더 포함하는 박막 벌크 음향 공진기. - 제10항에 있어서,
상기 릴리스 홀은
상기 멤브레인, 상기 제1 전극 및 상기 압전층의 소정 영역이 상기 압전층에서 상기 멤브레인의 방향으로 식각되어 형성된
박막 벌크 음향 공진기. - 제10항에 있어서,
상기 릴리스 홀은
상기 멤브레인, 상기 압전층 및 상기 제2 전극의 소정 영역이 상기 제2 전극에서 상기 멤브레인의 방향으로 식각되어 형성된
박막 벌크 음향 공진기. - 제10항에 있어서,
상기 릴리스 홀은
상기 멤브레인, 상기 제1 전극, 상기 압전층 및 상기 제2 전극의 소정 영역이 상기 제2 전극에서 상기 멤브레인의 방향으로 식각되어 형성된
박막 벌크 음향 공진기. - 제9항에 있어서,
상기 에어 갭을 형성하기 위해 상기 식각 저지층 상부에 증착된 희생층을 식각하는 가스의 입력 통로가 되는 입력 릴리스 홀; 및
상기 가스의 출력 통로가 되는 출력 릴리스 홀
을 더 포함하는 박막 벌크 음향 공진기. - 제9항에 있어서,
상기 앵커는
상기 기판의 비저항(resistivity)이 소정의 값보다 작은 경우, 상기 소정의 값 이상의 비저항을 가지는 물질로 형성된
박막 벌크 음향 공진기. - 제9항에 있어서,
상기 기판은
비저항이 10킬로 옴 센티미터(kΩcm) 이하인 물질로 형성된
박막 벌크 음향 공진기. - 기판의 상부에 식각 저지층, 희생층을 순서대로 증착하는 단계;
에어 갭과 앵커의 경계가 되는 골의 형상에 맞게 상기 희생층을 패터닝하는 단계;
상기 패터닝 된 희생층 상부에 멤브레인, 제1 도전층을 순서대로 증착하는 단계;
상기 제1 도전층에 제1 전극을 패터닝하는 단계;
상기 제1 전극의 상부에 압전층 및 제2 도전층을 순서대로 증착하는 단계;
상기 제2 도전층에 제2 전극을 패터닝하는 단계;
상기 에어 갭에 해당하는 희생층의 상부를 식각하여, 상기 희생층을 제거하는 가스가 들어오는 입력 릴리스 홀과, 상기 가스가 나가는 출력 릴리스홀을 생성하는 단계; 및
상기 가스를 통해 상기 골을 경계로 하여 상기 에어 갭에 해당하는 희생층을 제거하여 상기 에어 갭 및 상기 앵커를 생성하는 단계
를 포함하는 박막 벌크 음향 공진기 제조 방법. - 제17항에 있어서,
상기 희생층을 패터닝하는 단계는
상기 골과 상기 식각 저지층의 간격이 상기 희생층의 두께보다 작아지도록 상기 희생층을 패터닝하는
박막 벌크 음향 공진기 제조 방법. - 제17항에 있어서,
상기 에어 갭 및 상기 앵커를 생성하는 단계는
상기 입력 릴리스 홀을 통해 입력된 XeF2 가스를 통하여, 상기 골을 경계로 상기 에어 갭에 해당하는 희생층은 제거하고, 상기 앵커에 해당하는 희생층은 제거하지 않는
박막 벌크 음향 공진기 제조 방법.
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