KR20170122539A - 체적 음향 공진기 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기는 에어 캐비티; 상기 에어 캐비티의 하부 경계면와 외주 경계면을 각각 정의하는 식각 저지층 및 식각 저지부; 및 상기 에어 캐비티 및 상기 식각 저지부에 의해 대략 평탄하게 형성되는 일면 상에 마련되는 공진부; 를 포함하고, 상기 식각 저지부의 상면의 폭은 하면의 폭보다 넓고, 상기 상면과 상기 하면을 연결하는 측면은 경사지게 형성될 수 있다.
Description
본 발명은 체적 음향 공진기 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 이동 통신기기, 화학 및 바이오 기기 등의 급속한 발달에 따라, 이러한 기기에서 사용되는 소형 경량필터, 오실레이터(Oscillator), 공진소자(Resonant element), 음향공진 질량센서(Acoustic Resonant Mass Sensor) 등의 수요도 증대하고 있다.
이러한 소형 경량필터, 오실레이터, 공진소자, 음향공진 질량센서 등을 구현하는 수단으로 체적 음향 공진기(Bulk Acoustic Resonator)가 알려져 있다. 체적 음향 공진기는 최소한의 비용으로 대량 생산이 가능하며, 초소형으로 구현할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 필터의 주요한 특성인 높은 품질 계수(Quality Factor)값을 구현하는 것이 가능하고, 마이크로 주파수 대역에서도 사용이 가능하며, 특히 PCS(Personal Communication System)와 DCS(Digital Cordless System) 대역까지도 구현할 수 있다는 장점이 있다.
체적 음향 공진기는 기판 상부에 하부 전극, 압전층 및 상부 전극을 차례로 적층하여 구현되는 공진부를 형성하는 구조로 이루어진다. 제1 전극 및 제2 전극에 전기 에너지를 인가하여 압전층 내에 전계를 유기시키면, 이 전계는 압전층의 압전 현상을 유발시켜 공진부가 소정 방향으로 진동하도록 한다. 그 결과, 진동 방향과 동일한 방향으로 음향파(Acoustic Wave)가 발생하여 공진을 일으키게 된다.
본 발명의 과제는 기판에 적층되는 막 또는 층의 크랙 형성을 방지하고, 정상적인 결정 성장을 유도할 수 있는 체적 음향 공진기 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기는 에어 캐비티의 외주 경계면에 상기 에어 캐비티와 높이가 동일한 식각 저지부를 형성하고, 상기 에어 캐비티와 상기 식각 저지부에 의해 대략 평탄하게 형성되는 일면 상에 공진부를 마련할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기 및 이를 포함하는 필터는 기판에 적층되는 막 또는 층의 크랙 형성을 방지하고, 정상적인 결정 성장을 유도할 수 있다.
도 1은 체적 음향 공진기의 일 예를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 체적 음향 공진기의 일부 확대도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 3의 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 제작 공정도이다.
도 5는 도 4(c)의 A 부분의 일부 확대도이다.
도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타낸 도이다.
도 7은 도 6의 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 제작 공정도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타낸 도이다.
도 9는 도 8의 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 제작 공정도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예들에 따른 필터의 개략적인 회로도이다.
도 2는 도 1의 체적 음향 공진기의 일부 확대도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 3의 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 제작 공정도이다.
도 5는 도 4(c)의 A 부분의 일부 확대도이다.
도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타낸 도이다.
도 7은 도 6의 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 제작 공정도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타낸 도이다.
도 9는 도 8의 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 제작 공정도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예들에 따른 필터의 개략적인 회로도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 체적 음향 공진기의 일 예를 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1의 체적 음향 공진기의 일부 확대도이다.
도 1을 참조하면, 체적 음향 공진기는 기판(11), 기판(11)을 전기적으로 격리하는 절연층(12A), 절연층(12A)을 식각 공정으로부터 보호하는 식각 저지층(12B), 식각 저지층(12B) 상에 형성되는 에어 캐비티(13A), 에어 캐비티(13A)를 덮도록 형성되는 멤브레인(13B), 멤브레인(13B) 상에 순차적으로 적층되는 하부 전극(14), 압전층(15) 및 상부 전극(16)을 포함할 수 있다. 또한, 체적 음향 공진기는 상부 전극(16)이 외부로 노출되는 것을 방지하는 보호층(17) 및 하부 전극(14) 및 상부 전극(16)에 전기적 신호를 인가하기 위한 전극 패드(18)를 포함할 수 있다.
에어 캐비티(13A)는 하부 전극(14), 압전층(15) 및 상부 전극(16)으로 이루어지는 공진부가 소정 방향으로 진동할 수 있도록 공진부의 하부에 위치한다. 에어 캐비티(13A)는 식각 저지층(12B) 상에 희생층을 형성하고, 희생층에 멤브레인(13B)을 형성한 후 희생층을 에칭하여 제거하는 식각 공정에 의해 형성된다.
에어 캐비티(13A)는 대략 사다리꼴 형상으로 형성되는데, 도 2를 참조하면, 에어 캐비티(13A)의 높이 및 측면의 각도에 의해 멤브레인(13B) 상에 적층되는 하부 전극(14), 압전층(15), 상부 전극(16) 및 전극 패드(18)에 크랙(Crack)이 형성된다. 이 외에도, 멤브레인(13B) 상에 적층되는 압전층(15)의 결정이 비정상적으로 성장될 수 있는데, 크랙(Crack) 및 비정상적인 결정 성장으로 인하여 체적 음향 공진기의 삽입 손실(Insertion Loss) 특성 및 감쇄(Attenuation) 특성이 열화되는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 에어 캐비티의 외측으로 식각 저지부와 희생층 패턴을 형성하여 에어 캐비티의 단차를 제거할 수 있고, 단차가 제거된 평탄한 면 상에 공진부가 배치되어, 체적 음향 공진기의 삽입 손실 및 감쇄 특성을 개선할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기(10)는 박막 체적 음향 공진기(Film Bulk Acoustic Resonator: FBAR)일 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기(10)는 기판(110), 절연층(115), 식각 저지층(123), 식각 저지부(125), 에어 캐비티(133), 희생층 패턴(135) 및 제1 전극(140), 압전층(150)과 제2 전극(160)으로 이루어진 공진부를 포함할 수 있고, 추가적으로 보호층(170) 및 전극 패드(180)를 포함할 수 있다.
기판(110)은 실리콘 기판으로 구성될 수 있고, 기판(110)의 상면에는 기판(110)에 대하여 공진부를 전기적으로 격리시키는 절연층(115)이 마련될 수 있다. 절연층(115)은 이산화규소(SiO2)나 산화알루미늄(Al2O2)을 화학 기상 증착 (Chemical vapor deposition), RF 마그네트론 스퍼터링(RF Magnetron Sputtering), 또는 에바포레이션(Evaporation)하여 기판(110) 상에 형성될 수 있다.
절연층(115) 상에는 식각 저지층(123)이 형성될 수 있다. 식각 저지층(123)은 식각 공정으로부터 기판(110) 및 절연층(115)을 보호하는 역할을 하고, 식각 저지층(123) 상에 복수의 층 또는 막이 증착되는데 필요한 기단 역할을 할 수 있다.
식각 저지층(123) 상에는 식각 저지부(125), 에어 캐비티(133) 및 희생층 패턴(135)이 형성될 수 있다. 식각 저지층(123) 상에 형성되는 식각 저지부(125), 에어 캐비티(133) 및 희생층 패턴(135)은 높이가 동일하게 형성되어, 식각 저지부(125), 에어 캐비티(133) 및 희생층 패턴(135)의 일면은 대략 평탄할 수 있다.
에어 캐비티(133)는 제1 전극(140), 압전층(150) 및 제2 전극(160)으로 구성되는 공진부가 소정 방향으로 진동할 수 있도록 공진부의 하부에 위치한다. 에어 캐비티(133)는 식각 저지층(123) 상에 희생층을 형성하고, 희생층 상에 제1 전극(140), 압전층(150) 및 제2 전극(160) 등을 적층한 후에 희생층을 에칭하여 제거하는 식각 공정에 의해 형성될 수 있다.
에어 캐비티(133)의 외측에는 식각 저지부(125)가 형성될 수 있다. 식각 저지부(125)는 식각 저지층(123) 상에서 돌출되는 형상으로 마련되어, 에어 캐비티(133)의 외주 경계면은 식각 저지부(125)의 측면에 의해 정의될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 식각 저지부(125)의 단면은 대략 사다리꼴 형상일 수 있다. 구체적으로 식각 저지부(125)의 상면의 폭은 하면의 폭보다 넓을 수 있고, 상면과 하면을 연결하는 측면은 경사질 수 있다.
식각 저지층(123) 및 식각 저지부(125)는 희생층을 제거하기 위한 식각 공정에서 식각되지 않는 물질로 형성될 수 있으며, 일 예로, 식각 저지층(123) 및 식각 저지부(125)는 동일한 재료로 형성될 수 있다. 희생층이 제거된 후의 에어 캐비티(133)의 형상은 식각 저지층(123) 및 식각 저지부(125)에 의해 둘러싸지는 공간에 의해 정의될 수 있다. 구체적으로, 에어 캐비티(133)의 하부 경계면은 식각 저지층(123)에 의해 정의될 수 있고, 에어 캐비티(133)의 외주 경계면은 식각 저지부(125)에 의해 정의될 수 있다.
식각 저지부(125)의 외측 - 식각 저지부(125)를 기준으로 에어 캐비티(133)의 반대 편 - 에는 희생층 패턴(135)이 형성될 수 있다. 희생층 패턴(135)은 식각 저지부(125)의 외측으로 연장되어 형성될 수 있다. 희생층 패턴(135)은 식각 저지층(123) 상에 형성되는 희생층 중 식각 공정 이후에 잔존하는 일 부분에 대응할 수 있다.
제1 전극(140), 압전층(150) 및 제2 전극(160)은 공진부를 형성하는데, 제1 전극(140), 압전층(150) 및 제2 전극(160)의 수직 방향으로 중첩된 공통 영역은 에어 캐비티(133)의 상부에 위치할 수 있다.
제1 전극(140) 및 제2 전극(160)은 금(Au), 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 백금(Pt), 텅스텐(W), 알루미늄(Al) 및 니켈(Ni) 중 하나 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다. 압전층(150)은 전기적 에너지를 탄성파 형태의 기계적 에너지로 변환하는 압전 효과를 일으키는 부분으로, 질화 알루미늄(AlN), 산화아연(ZnO), 납 지르코늄 티타늄 산화물(PZT; PbZrTiO) 중 하나로 형성될 수 있다. 또한, 압전층(150)은 희토류 금속(Rare earth metal)을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 희토류 금속은 스칸듐(Sc), 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 압전층(150)은 희토류 금속을 1~20at% 만큼 포함할 수 있다.
공진부는 활성 영역과 비활성 영역으로 구획될 수 있다. 공진부의 활성 영역은 제1 전극(140) 및 제2 전극(160)에 무선 주파수 신호와 같은 전기 에너지가 인가되는 경우 압전층(150)에서 발생하는 압전 현상에 의해 소정 방향으로 진동하여 공진하는 영역으로, 에어 캐비티(133) 상부에서 제1 전극(140), 압전층(150) 및 제2 전극(160)이 수직 방향으로 중첩된 영역에 해당한다. 공진부의 비활성 영역은 제1 전극(140) 및 제2 전극(160)에 전기 에너지가 인가되더라도 압전 현상에 의해 공진하지 않는 영역으로, 활성 영역 외측의 영역에 해당한다.
공진부는 압전 현상을 이용하여 특정 주파수를 가지는 무선 주파수 신호를 출력하는데, 구체적으로 공진부는 압전층(150)의 압전 현상에 따른 진동에 대응하는 공진 주파수를 가지는 무선 주파수 신호를 출력할 수 있다.
보호층(170)은 제2 전극(160) 상에 배치되어, 제2 전극(160)이 외부에 노출되는 것을 방지할 수 있다. 보호층(170)은 실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열 중의 하나의 절연 물질로 형성될 수 있다. 외부로 노출된 제1 전극(140) 및 제2 전극(160) 상에는 제1 전극(140) 및 제2 전극(160)에 전기적 신호를 인가하기 위한 전극 패드(180)가 형성될 수 있다.
도 4는 도 3의 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 제작 공정도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기는 기판(110), 절연층(115), 식각 저지층(123) 및 희생층(130)을 형성하고, 식각 저지층(123)의 일부가 노출되도록 희생층(130)에 패턴(P)을 형성하는 것으로 시작한다(도 4(a)). 희생층(130)에 형성되는 패턴(P)의 상면의 폭은 하면의 폭 보다 넓을 수 있고, 상면과 하면을 연결하는 패턴(P)의 측면은 경사질 수 있다.
희생층(130)에 패턴(P)을 형성한 후에, 희생층(130) 및 패턴(P)에 의해 외부로 노출된 식각 저지층(123)을 덮도록 식각 저지 물질(120)을 형성한다(도 4(b)). 패턴(P)에 채워지는 식각 저지 물질(120)의 두께는 희생층(130)의 두께 보다 두꺼울 수 있다. 여기서, 식각 저지층(123)과 식각 저지 물질(120)은 동일한 재료로 형성될 수 있다.
식각 저지 물질(120)을 형성한 후에, 희생층(130)이 외부로 노출되도록 식각 저지 물질(120)의 일면은 평탄화 된다(도 4(c)). 식각 저지 물질(120)의 일면이 평탄화되는 공정에서 식각 저지 물질(120)의 일부는 제거되고, 일부가 제거된 후에 패턴(P) 내부에서 잔존하는 식각 저지 물질(120)에 의해 식각 저지부(125)가 형성될 수 있다. 식각 저지 물질(120)의 평탄화 공정의 결과 높이가 동일하게 형성되는 식각 저지부(125) 및 희생층(130)에 의해 식각 저지부(125) 및 희생층(130)의 일면은 대략 평탄할 수 있다.
도 5는 도 4(c)의 A 부분의 일부 확대도이다. 도 5를 참조하면, 식각 저지 물질(120)의 일부가 제거된 후에 잔존하는 식각 저지부(125)와 희생층(130)의 경계에서 단차가 발생하고, 식각 저지부(125)의 가장자리에서 보다 중앙에서 두께가 감소하는 디슁(Dishing) 현상이 발생하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 식각 저지부(125)가 형성되는 패턴(P)의 측면을 경사지게 하여 식각 저지부(125)와 희생층(130)의 경계에서 가파른(Abrupt) 단차가 발생하는 것을 방지하고, 식각 저지부(125)가 형성되는 패턴(P)의 하면의 폭을 좁게 형성하여 디슁(Dishing) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 일 예로, 패턴(P)의 하면과 측면이 이루는 각도는 110° ~ 160° 일 수 있고, 패턴(P)의 하면의 폭은 2㎛ ~ 30㎛일 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 식각 저지 물질(120)의 일부가 제거된 후, 식각 저지부(125) 및 희생층(130)의 상부에는 차례로 제1 전극(140), 압전층(150) 및 제2 전극(160)이 적층될 수 있고, 제2 전극(160) 상에는 보호층(170)이 배치될 수 있고, 외부로 노출된 제1 전극(140) 및 제2 전극(160) 상에는 제1 전극(140) 및 제2 전극(160)에 전기적 신호를 인가하기 위한 전극 패드(180)가 형성될 수 있다(도 4(d)).
이 후, 식각 저지부(125)의 내측에 배치되는 희생층(130)은 에칭 공정에 의해 제거되어 에어 캐비티(133)가 형성되고, 식각 저지부(125)의 외측에 배치되는 희생층(130)은 희생층 패턴(135)으로 잔존하게 된다(도 4(e)).
도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타낸 도이다.
도 6을 참조하면, 도 5의 실시예에 따른 체적 음향 공진기는 전술한 도 3의 실시예에 따른 체적 음향 공진기와 유사하므로, 동일하거나 중복되는 설명은 생략하고, 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 6를 참조하면, 도 6의 실시예의 체적 음향 공진기(10)는 도 3의 실시예의 체적 음향 공진기(10)에 비하여 멤브레인(127)을 추가적으로 포함하고 있다. 멤브레인(127)은 식각 저지부(125)의 측면과 하면, 에어 캐비티(133)의 상부 경계면 및 희생층 패턴(135)의 상면에 형성되어, 체적 음향 공진기(10)의 응력을 조절할 수 있다. 일 예로, 멤브레인(127)의 두께는 에어 캐비티(133)의 두께 보다 얇을 수 있다.
도 7은 도 6의 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 제작 공정도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기는 기판(110), 절연층(115), 식각 저지층(123) 및 희생층(130)을 형성하고, 식각 저지층(123)의 일부가 노출되도록 희생층(130)에 패턴(P)을 형성하는 것으로 시작한다(도 7(a)). 희생층(130)에 형성되는 패턴(P)의 상면의 폭은 하면의 폭 보다 넓을 수 있고, 상면과 하면을 연결하는 패턴(P)의 측면은 경사질 수 있다.
희생층(130)에 패턴(P)을 형성한 후에, 희생층(130) 및 패턴(P)에 의해 외부로 노출된 식각 저지층(123) 상에 멤브레인(127)을 형성한다(도 7(b)). 멤브레인(127)은 희생층(130) 및 식각 저지층(123) 상에서 일정한 두께를 가질 수 있고, 멤브레인(127)의 두께는 희생층(130)의 두께 보다 얇을 수 있다.
멤브레인(127)을 형성한 후에, 멤브레인(127)을 덮도록 식각 저지 물질(120)을 형성한다(도 7(c)). 패턴(P)에 채워지는 식각 저지 물질(120)의 두께는 희생층(130)의 두께 보다 두꺼울 수 있다. 여기서, 식각 저지층(123)과 식각 저지 물질(120)은 동일한 재료로 형성될 수 있다.
식각 저지 물질(120)을 형성한 후에, 희생층(130) 상면에 형성된 멤브레인(127)이 외부로 노출되도록 식각 저지 물질(120)의 일면은 평탄화 된다(도 7(d)). 식각 저지 물질(120)의 일면이 평탄화되는 공정에서 식각 저지 물질(120)의 일부는 제거되고, 일부가 제거된 후에 패턴(P) 내부에서 잔존하는 식각 저지 물질(120)에 의해 식각 저지부(125)가 형성될 수 있다. 식각 저지 물질(120)의 평탄화 과정의 결과 높이가 동일하게 형성되는 식각 저지부(125) 및 희생층(130)에 의해 식각 저지부(125) 및 희생층(130)의 일면은 대략 평탄할 수 있다. 여기서, 멤브레인(127)은 식각 저지 물질(120)의 평탄화 공정의 정지층(Stop layer)으로 기능할 수 있다.
식각 저지 물질(120)의 일부가 제거된 후, 식각 저지부(125) 및 멤브레인(127)의 상면에는 차례로 제1 전극(140), 압전층(150) 및 제2 전극(160)이 적층될 수 있고, 제2 전극(160) 상에는 보호층(170)이 배치될 수 있고, 외부로 노출된 제1 전극(140) 및 제2 전극(160) 상에는 제1 전극(140) 및 제2 전극(160)에 전기적 신호를 인가하기 위한 전극 패드(180)가 형성될 수 있다(도 7(e)).
이 후, 식각 저지부(125)의 내측에 배치되는 희생층(130)은 에칭 공정에 의해 제거되어 에어 캐비티(133)가 형성되고, 식각 저지부(125)의 외측에 배치되는 희생층(130)은 희생층 패턴(135)으로 잔존하게 된다(도 7(f)).
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타낸 도이다.
도 8을 참조하면, 도 8의 실시예에 따른 체적 음향 공진기는 전술한 도 3의 실시예에 따른 체적 음향 공진기와 유사하므로, 동일하거나 중복되는 설명은 생략하고, 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 8을 참조하면, 도 8의 실시예의 체적 음향 공진기(10)는 도 3의 실시예의 체적 음향 공진기(10)에 비하여 멤브레인(127)을 추가적으로 포함하고 있다. 멤브레인(127)은 식각 저지부(125), 에어 캐비티(133) 및 희생층 패턴(135)에 의해 대략 평탄하게 마련되는 일면 상에 형성되어, 체적 음향 공진기(10)의 응력을 조절할 수 있다.
도 9는 도 8의 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 제작 공정도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기는 기판(110), 절연층(115), 식각 저지층(123) 및 희생층(130)을 형성하고, 식각 저지층(123)의 일부가 노출되도록 희생층(130)에 패턴(P)을 형성하는 것으로 시작한다(도 9(a)). 희생층(130)에 형성되는 패턴(P)의 상면의 폭은 하면의 폭 보다 넓을 수 있고, 상면과 하면을 연결하는 패턴(P)의 측면은 경사질 수 있다.
희생층(130)에 패턴(P)을 형성한 후에, 희생층(130) 및 패턴(P)에 의해 외부로 노출된 식각 저지층(123)을 덮도록 식각 저지 물질(120)을 형성한다(도 9(b)). 패턴(P)에 채워지는 식각 저지 물질(120)의 두께는 희생층(130)의 두께 보다 두꺼울 수 있다. 여기서, 식각 저지층(123)과 식각 저지 물질(120)은 동일한 재료로 형성될 수 있다.
식각 저지 물질(120)을 형성한 후에, 희생층(130)이 외부로 노출되도록 식각 저지 물질(120)의 일면은 평탄화 된다(도 9(c)). 식각 저지 물질(120)의 일면이 평탄화되는 공정에서 식각 저지 물질(120)의 일부는 제거되고, 일부가 제거된 후에 패턴(P) 내부에서 잔존하는 식각 저지 물질(120)에 의해 식각 저지부(125)가 형성될 수 있다. 식각 저지 물질(120)의 평탄화 공정의 결과 높이가 동일하게 형성되는 식각 저지부(125) 및 희생층(130)에 의해 식각 저지부(125) 및 희생층(130)의 일면은 대략 평탄할 수 있다.
식각 저지 물질(120)의 일부가 제거된 후, 식각 저지부(125) 및 희생층(130)에 의해 대략 평탄하게 마련되는 일면 상에 멤브레인(127)이 형성된다(도 9(d)).
멤브레인(127)을 형성한 후, 멤브레인(127)의 상부에는 차례로 제1 전극(140), 압전층(150) 및 제2 전극(160)이 적층될 수 있고, 제2 전극(160) 상에는 보호층(170)이 배치될 수 있고, 외부로 노출된 제1 전극(140) 및 제2 전극(160) 상에는 제1 전극(140) 및 제2 전극(160)에 전기적 신호를 인가하기 위한 전극 패드(180)가 형성될 수 있다(도 9(e)).
이 후, 식각 저지부(125)의 내측에 배치되는 희생층(130)은 에칭 공정에 의해 제거되어 에어 캐비티(133)가 형성되고, 식각 저지부(125)의 외측에 배치되는 희생층(130)은 희생층 패턴(135)으로 잔존하게 된다(도 8(f)).
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예들에 따른 필터의 개략적인 회로도이다. 도 10 및 도 11의 필터에 채용되는 복수의 체적 음향 공진기 각각은 도 3, 도 6 및 도 8에 도시된 체적 음향 공진기에 대응한다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터(1000)는 래더 타입(ladder type)의 필터 구조로 형성될 수 있다. 구체적으로, 필터(1000)는 복수의 체적 음향 공진기(1100, 1200)를 포함할 수 있다.
제1 체적 음향 공진기(1100)는 입력 신호(RFin)가 입력되는 신호 입력단과 출력 신호(RFout)가 출력되는 신호 출력단 사이에 직렬 연결될 수 있고, 제2 체적 음향 공진기(1200)는 상기 신호 출력단과 접지 사이에 연결된다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터(2000)는 래티스 타입(lattice type)의 필터 구조로 형성될 수 있다. 구체적으로, 필터(2000)는 복수의 체적 음향 공진기(2100, 2200, 2300, 2400)를 포함하여, 밸런스드(balanced) 입력 신호(RFin+, RFin-)를 필터링하여 밸런스드 출력 신호(RFout+, RFout-)를 출력할 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
110: 기판
115: 절연층
120: 식각 저지 물질
123: 식각 저지층
125: 식각 저지부
130: 희생층
133: 에어 캐비티
135: 희생층 패턴
140: 제1 전극
150: 압전층
160: 제2 전극
170: 보호층
180: 전극패드
1000, 2000: 필터
1100, 1200, 2100, 2200, 2300, 2400: 체적 음향 공진기
115: 절연층
120: 식각 저지 물질
123: 식각 저지층
125: 식각 저지부
130: 희생층
133: 에어 캐비티
135: 희생층 패턴
140: 제1 전극
150: 압전층
160: 제2 전극
170: 보호층
180: 전극패드
1000, 2000: 필터
1100, 1200, 2100, 2200, 2300, 2400: 체적 음향 공진기
Claims (19)
- 에어 캐비티;
상기 에어 캐비티의 하부 경계면와 외주 경계면을 각각 정의하는 식각 저지층 및 식각 저지부; 및
상기 에어 캐비티 및 상기 식각 저지부에 의해 대략 평탄하게 형성되는 일면 상에 마련되는 공진부; 를 포함하고,
상기 식각 저지부의 상면의 폭은 하면의 폭보다 넓고, 상기 상면과 상기 하면을 연결하는 측면은 경사지게 형성되는 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 식각 저지부의 하면의 폭은 2㎛ ~ 30㎛인 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 식각 저지부의 하면과 측면이 이루는 각도는 110°~ 160°인 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 식각 저지부의 외측으로 연장되는 희생층 패턴; 을 더 포함하는 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 식각 저지부의 측면과 하면 및 상기 에어 캐비티의 상부 경계면에 형성되는 멤브레인; 을 더 포함하는 체적 음향 공진기.
- 제5항에 있어서,
상기 멤브레인의 두께는 상기 에어 캐비티의 두께 보다 얇은 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 식각 저지부의 상면 및 상기 에어 캐비티의 상부 경계면에 형성되는 멤브레인; 을 더 포함하는 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 식각 저지층과 상기 식각 저지부는 동일한 물질로 형성되는 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 공진부는 순차적으로 형성되는 제1 전극, 압전층 및 제2 전극을 포함하고, 상기 압전층은 희토류 금속을 포함하는 체적 음향 공진기.
- 제9항에 있어서,
상기 희토류 금속은 스칸듐(Sc), 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 적어도 하나를 포함하는 체적 음향 공진기.
- 제9항에 있어서,
상기 압전층은 상기 희토류 금속을 1~20at% 만큼 포함하는 체적 음향 공진기.
- 기판에 식각 저지층 및 희생층을 순차적으로 형성하고, 상기 식각 저지층의 일부가 노출되도록 상기 희생층에 패턴을 형성하는 단계;
상기 패턴을 채우도록 상기 패턴에 의해 노출된 식각 저지층 및 상기 희생층 상에 식각 저지 물질을 형성하는 단계;
상기 희생층이 노출되도록 상기 식각 저지 물질을 평탄화하는 단계;
상기 패턴 상에 잔존하는 상기 식각 저지 물질 및 상기 희생층의 상부에 공진부를 형성하는 단계; 및
상기 패턴 상에 잔존하는 상기 식각 저지 물질의 내측에 배치되는 희생층을 제거하여 에어 캐비티를 형성하는 단계; 를 포함하는 체적 음향 공진기의 제조 방법.
- 제12항에 있어서,
상기 패턴의 상면의 폭은 하면의 폭보다 넓고, 상기 상면과 상기 하면을 연결하는 측면은 경사지게 형성되는 체적 음향 공진기의 제조 방법.
- 제12항에 있어서,
상기 패턴의 하면의 폭은 2㎛ ~ 30㎛인 체적 음향 공진기의 제조 방법.
- 제12항에 있어서,
상기 패턴의 하면과 측면이 이루는 각도는 110° ~ 160°인 체적 음향 공진기의 제조 방법.
- 제12항에 있어서,
상기 패턴에 채워지는 상기 식각 저지 물질의 두께는 상기 희생층의 두께 보다 두꺼운 체적 음향 공진기의 제조 방법.
- 제12항에 있어서,
상기 희생층에 패턴을 형성한 후, 상기 패턴에 의해 노출된 식각 저지층 및 상기 희생층에 멤브레인을 형성하는 단계; 를 더 포함하는 음향 공진기의 제조 방법.
- 제17항에 있어서,
상기 멤브레인의 두께는 상기 희생층의 두께 보다 얇은 음향 공진기의 제조 방법.
- 제12항에 있어서,
상기 식각 저지 물질을 평탄화한 후, 상기 패턴 상에 잔존하는 상기 식각 저지 물질 및 상기 희생층에 멤브레인을 형성하는 단계; 를 더 포함하는 음향 공진기의 제조 방법.
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