KR20180017939A - 탄성파 필터 장치 - Google Patents

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Abstract

상기 제1 기판에 형성되는 제1 필터부와, 상기 제1 기판에 결합되는 제2 기판에 형성되며 상기 제1 필터부와 마주보도록 배치되는 제2 필터부와, 상기 제1 필터부의 주위에 배치되도록 상기 제1 기판에 형성되는 제1 인덕터 형성층과, 상기 제2 필터부의 주위에 배치되도록 상기 제2 기판에 형성되어 상기 제1 인덕터 형성층과 접합되는 제2 인덕터 형성층 및 상기 제1,2 인덕터 형성층과 함께 상기 제1,2 필터부가 배치되는 공간을 밀폐하기 위한 밀폐부재를 포함하는 탄성파 필터 장치가 개시된다.

Description

탄성파 필터 장치{Bulk acoustic wave filter device}
본 발명은 탄성파 필터 장치에 관한 것이다.
일반적인 BAW 듀플렉서의 경우, 다층 기판 위에 송신 및 수신용 BAW(Bulk Acoustic Wave) 필터를 각각 실장하고, 다층 기판을 활용하여 보조회로를 구현하고 있다. BAW 필터들이 다층 기판위에 2차원적으로 실장 (Surface mounted)되기 때문에, 공간 최소화에 한계가 있을 수 밖에 없다.
또한, RF front-end module의 두께가 얇아짐에 따라, BAW 듀플렉서의 두께 또한, 박형화 개발해야 하며, 이에 따라 얇은 다층 기판을 선택할 수 밖에 없다. 얇은 다층 기판 위에 인덕터를 형성할 경우, 접지면과의 높이가 낮기 때문에, BAW 듀플렉서 형성시 필요한 인덕터의 품질계수(Q)가 낮으며, 이는 삽입손실적 측면에서의 열화를 가져올 수 있는 문제가 있다.
나아가, BAW 듀플렉서의 웨이퍼 레벨 패키지(WLP) 시, 웨이퍼 간의 접합부의 접착 물질을 도포 및 용융하여 밀폐를 하지만, 습기, 습윤 등이 완벽하게 차단되지 못하는 문제가 있다.
일본 공개특허공보 제2007-67617호
인덕터의 성능이 향상될 수 있으며, 습기, 습윤 등이 차단될 수 있는 탄성파 필터 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄성파 필터 장치는 상기 제1 기판에 형성되는 제1 필터부와, 상기 제1 기판에 결합되는 제2 기판에 형성되며 상기 제1 필터부와 마주보도록 배치되는 제2 필터부와, 상기 제1 필터부의 주위에 배치되도록 상기 제1 기판에 형성되는 제1 인덕터 형성층과, 상기 제2 필터부의 주위에 배치되도록 상기 제2 기판에 형성되어 상기 제1 인덕터 형성층과 접합되는 제2 인덕터 형성층 및 상기 제1,2 인덕터 형성층과 함께 상기 제1,2 필터부가 배치되는 공간을 밀폐하기 위한 밀폐부재를 포함한다.
인덕터의 성능이 향상될 수 있으며, 습기, 습윤 등이 차단될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성파 필터 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 제1 인덕터 형성층을 설명하기 위한 설명도이다.
도 3 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성파 필터 장치를 나타내는 개략 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 제1 인덕터 형성층을 설명하기 위한 설명도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성파 필터 장치(100)는 일예로서, 제1 기판(110), 제1 필터부(120), 제1 인덕터 형성층(130), 제2 기판(140), 제2 필터부(150), 제2 인덕터 형성층(160) 및 밀폐부재(170)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 기판(110)은 실리콘이 적층된 기판일 수 있다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼(Silicon Wafer)가 제1 기판으로 이용될 수 있다.
한편, 제1 기판(110)에는 제1 인덕터 형성층(130)의 주위에 배치되도록 식각홈(112)이 형성될 수 있다. 식각홈(112)은 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Eching, RIE) 공정에 의해 형성될 수 있다. 일예로서, 식각홈(112)은 Deep Trench 반응성 이온 에칭 공정을 이용하여 제1 기판(110)에 형성될 수 있다.
제1 기판(110)에는 제1 인덕터 형성층(130) 및 밀폐부재(170)가 상부에 형성되는 보조층(114)이 형성될 수 있다. 보조층(114)은 제1 인덕터 형성층(130) 및 밀폐부재(170)가 보다 용이하게 접합되도록 하는 접합 보조층으로서의 역할을 수행한다. 일예로서, 보조층(114)은 금속 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 제1 기판(110)의 저면에는 접속패드(116)가 형성되며, 접속패드(116)는 비아(118)에 연결될 수 있다.
제1 필터부(120)는 제1 기판(110)에 형성된다. 제1 필터부(120)는 일예로서, 하부전극(미도시), 압전체층(미도시), 상부전극(미도시)를 구비할 수 있다. 하부전극, 압전체층, 상부전극은 순차적으로 적층될 수 있다. 그리고, 제1 필터부(120)에는 에어갭이 구비될 수 있다.
한편, 제1 필터부(120)에 구비되는 하부전극과 상부전극은 몰리브덴(molybdenum : Mo), 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W) 등과 같이 전도성 재질을 이용하여 형성될 수 있다.
또한, 제1 필터부(120)에 구비되는 하부전극과 상부전극은 압전체층에 RF 신호 등의 전기적 신호를 주입하는 입력전극 및 출력전극으로 이용될 수 있다.
예를 들어, 하부전극이 입력전극인 경우 상부전극은 출력전극일 수 있다.
그리고, 압전체층은 하부전극 또는 상부전극으로부터 입력되는 전기적 신호를 탄성파(Acoustic wave)로 변환할 수 있다.
일예로서, 하부전극에 시간적으로 변화하는 전계가 유기되는 경우, 압전체층은 하부전극으로 입력되는 전기적 신호를 물리적 진동으로 변환할 수 있다. 즉, 하부전극에 시간적으로 변화하는 전계가 유기되는 경우 압전체층은 유기된 전계를 이용하여 배향된 압전체층 내에서 두께 방향으로 체적 탄성파(bulk acoustic wave)를 발생시킬 수 있다. 이와 같이 압전체층은 전기적 신호를 체적 탄성파를 발생시킬 수 있다.
압전체층은 하부전극의 상부에 알루미늄 질화물(Aluminum Nitride), 산화아연(Zinc Oxide) 또는 지르콘 티탄산 납(Lead Zirconate Titnate)을 증착함에 따라 형성될 수 있다.
제1 인덕터 형성층(130)은 제1 필터부(120)의 주위에 배치되도록 제1 기판(110)에 형성된다. 한편, 제1 인덕터 형성층(130)은 구리(Cu), 니켈(Ni) 어느 하나의 재질로 이루어질 수 있으며, 도금에 의해 형성될 수 있다. 일예로서, 제1 인덕터 형성층(130)은 제1 필터부(120)의 외곽에 배치된다.
또한, 제1 인덕터 형성층(130)은 고 종횡비를 가질 수 있도록 두께(t1)가 폭(w1)보다 크게 형성될 수 있다.
그리고, 제1 인덕터 형성층(130)은 나선 형상을 가질 수 있다. 일예로서, 제1 인덕터 형성층(130)은 제1 필터부(120)의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 일예로서, 제1 필터부(120)가 무정형의 대략 원 또는 타원 형상을 가지는 경우 제1 인덕터 형성층(130)은 무정형의 대략 원 또는 타원 형상을 가질 수 있으며, 제1 필터부(120)가 대략 다각형 형상(예를 들어, 오각형, 사각형 등)을 가지는 경우, 제1 인덕터 형성층(130)도 대략 다각형 형상을 가질 수 있다.
한편, 제1 인덕터 형성층(130)이 나선 형상을 가지므로, 제1 인덕터 형성층(130)은 내부 공간을 밀폐하는 형상을 가지지 않는다.
제2 기판(140)은 제1 기판(110)의 상부에 배치되도록 제1 기판(110)에 결합된다. 즉, 제1,2 기판(110,140)은 상호 마주보도록 배치될 수 있다. 한편, 제2 기판(140)은 실리콘이 적층된 기판일 수 있다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼(Silicon Wafer)가 제2 기판으로 이용될 수 있다.
또한, 제2 기판(140)에는 제2 인덕터 형성층(160)의 주위에 배치되도록 식각홈(142)이 형성될 수 있다. 식각홈(142)은 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Eching, RIE) 공정에 의해 형성될 수 있다. 일예로서, 식각홈(142)은 Deep Trench 반응성 이온 에칭 공정을 이용하여 제2 기판(140)에 형성될 수 있다.
제2 기판(140)에는 제2 인덕터 형성층(160) 및 밀폐부재(170)가 제조시 상부에 형성되는 보조층(144)이 형성될 수 있다. 보조층(144)은 제2 인덕터 형성층(160) 및 밀폐부재(170)가 보다 용이하게 접합되도록 하는 접합 보조층으로서의 역할을 수행한다. 일예로서, 보조층(144)은 금속 재질로 이루어질 수 있다.
제2 필터부(150)는 제2 기판(140)에 형성되며, 제1 필터부(120)와 마주보도록 배치될 수 있다. 제2 필터부(150)는 일예로서, 하부전극(미도시), 압전체층(미도시), 상부전극(미도시)를 구비할 수 있다. 하부전극, 압전체층, 상부전극은 순차적으로 적층될 수 있다. 그리고, 제2 필터부(150)에는 에어갭이 구비될 수 있다.
한편, 제2 필터부(150)에 구비되는 하부전극과 상부전극은 몰리브덴(molybdenum : Mo), 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W) 등과 같이 전도성 재질을 이용하여 형성될 수 있다.
또한, 제2 필터부(150)에 구비되는 하부전극과 상부전극은 압전체층에 RF 신호 등의 전기적 신호를 주입하는 입력전극 및 출력전극으로 이용될 수 있다.
예를 들어, 하부전극이 입력전극인 경우 상부전극은 출력전극일 수 있다.
그리고, 압전체층은 하부전극 또는 상부전극으로부터 입력되는 전기적 신호를 탄성파(Acoustic wave)로 변환할 수 있다.
일예로서, 하부전극에 시간적으로 변화하는 전계가 유기되는 경우, 압전체층은 하부전극으로 입력되는 전기적 신호를 물리적 진동으로 변환할 수 있다. 즉, 하부전극에 시간적으로 변화하는 전계가 유기되는 경우 압전체층은 유기된 전계를 이용하여 배향된 압전체층 내에서 두께 방향으로 체적 탄성파(bulk acoustic wave)를 발생시킬 수 있다. 이와 같이 압전체층은 전기적 신호를 체적 탄성파를 발생시킬 수 있다.
압전체층은 하부전극의 상부에 알루미늄 질화물(Aluminum Nitride), 산화아연(Zinc Oxide) 또는 지르콘 티탄산 납(Lead Zirconate Titnate)을 증착함에 따라 형성될 수 있다.
제2 인덕터 형성층(160)은 제2 필터부(150)의 주위에 배치되도록 제2 기판(140)에 형성된다. 한편, 제2 인덕터 형성층(160)은 구리(Cu), 니켈(Ni) 어느 하나의 재질로 이루어질 수 있으며, 도금에 의해 형성될 수 있다. 일예로서, 제2 인덕터 형성층(160)은 제2 필터부(150)의 외곽에 배치된다.
또한, 제2 인덕터 형성층(150)은 고 종횡비를 가질 수 있도록 두께(t2)가 폭(w2)보다 크게 형성될 수 있다.
그리고, 제2 인덕터 형성층(150)은 나선 형상을 가질 수 있다. 일예로서, 제2 인덕터 형성층(150)은 제2 필터부(150)의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 일예로서, 제2 필터부(150)가 무정형의 대략 원 또는 타원 형상을 가지는 경우 제2 인덕터 형성층(150)은 무정형의 대략 원 또는 타원 형상을 가질 수 있으며, 제2 필터부(150)가 대략 다각형 형상(예를 들어, 오각형, 사각형 등)을 가지는 경우, 제2 인덕터 형성층(160)도 대략 다각형 형상을 가질 수 있다.
한편, 제2 인덕터 형성층(160)이 나선 형상을 가지므로, 제2 인덕터 형성층(160)은 내부 공간을 밀폐하는 형상을 가지지 않는다.
또한, 제2 인덕터 형성층(160)은 제1 인덕터 형성층(130)에 대응되는 형상을 가진다. 즉, 제2 인덕터 형성층(160)은 제1 인덕터 형성층(130)과 접합된다. 그리고, 제1,2 인덕터 형성층(130,160)은 저온용접에 의해 접합될 수 있다.
밀폐부재(170)는 제1,2 인덕터 형성층(130,160)과 함께 제1,2 필터부(120,150)가 배치되는 공간을 밀폐한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 밀폐부재(170)는 나선 형상을 가지는 제1,2 인덕터 형성층(130,160)의 개구된 부분에 형성되어 제1,2 필터부(120,150)가 배치되는 공간을 밀폐하는 역할을 수행한다. 한편, 밀폐부재(170)는 일예로서 폴리실리콘(polysilicon) 재질로 이루어질 수 있다.
한편, 제1 기판(110)에는 상기 제1 인덕터 형성층(130)의 외측에 제1 접합층(119)이 형성되며, 제2 기판(140)에는 제1 접합층(119)에 접합되는 제2 접합층(미도시)이 형성될 수 있다. 제1,2 접합층(119,미도시)은 제1,2 기판(110,140)의 접합을 위한 구성으로서, 금(Au), 크롬(Cr) 등의 금속 재질로 이루어질 수 있다.
상기한 바와 같이, 고 종횡비를 가지는 제1,2 인덕터 형성층(130,160)에 의해 형성되는 인덕터를 통해 품질계수의 향상을 도모할 수 있다. 나아가, 제1,2 인덕터 형성층(130,160)에 형성되는 식각홈(114,144)을 통해 품질계수를 보다 더 향상시킬 수 있다.
또한, 제1,2 필터부(130,160)가 형성되는 공간이 제1,2 인덕트 형성층(130,160)과 밀폐부재(170)를 통해 밀폐되므로, 접합층(미도시)과 함께 이중 밀폐구조를 형성한다. 즉, 습기, 습윤 등이 제1,2 필터부(130,160)가 형성되는 공간으로 침투되는 것을 보다 확실히 방지할 수 있다.
도 3 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 제조방법을 설명하기 위한 설명도이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 제1,2 기판(110,140) 상에 제1,2 필터부(120,150)를 형성한 후, 제1,2 기판(110,140)에 보조층(114,144)을 형성한다. 보조층(114,144)은 제1,2 필터부(120,150)의 주위에 배치되도록 형성될 수 있다.
이후, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1,2 기판(110,140)의 일부 및 보조층(114,144) 상에 마스크층(10, mask layer)을 형성한다. 한편, 마스크층(10)은 포토 레지스트(photo resist) 또는 이온 반응성 에칭(RIE)에 영향을 받지 않는 재질로 형성할 수 있다.
이후, 도 5에 도시된 바와 같이, Deep trench RIE를 수행하여 식각홈(112,142)을 형성한다. 식각홈(112,114)은 보조층(114,144)의 주위에 형성된다.
이후, 도 6에 도시된 바와 같이, 마스크층(10)을 제거한 후, 고 종횡비를 갖는 인덕터의 형성을 위해 제1,2 인덕터 형성층(130,160)을 보조층(114,144)의 상부에 형성한다. 이때, 제1,2 인덕터 형성층(130,160)은 두께(t1,t2)가 폭보다(w1,w2) 크게 형성될 수 있다.
그리고, 제1,2 인덕터 형성층(130,160)은 금속 재질로 도금에 의해 형성될 수 있다.
이후, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1,2 인덕터 형성층(130,160)이 형성되지 않은 보조층(114,144) 상에 밀폐부재(170)를 형성한다. 밀폐부재(170)는 폴리실리콘(poly silicon) 등의 재질로 이루어질 수 있다. 밀폐부재(170)는 도 2에 도시된 바와 같이 제1,2 인덕터 형성층(130,160)의 개구된 영역에 형성된다.
이후, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1,2 필터부(120,150)가 상호 마주보도록 제1,2 기판(110,140)이 적층된다. 이후, 도 9에 도시된 바와 같이 제1,2 인덕터 형성층(130,160) 및 밀폐부재(170)가 저온용접(euterctic bonding)에 의해 접합된다.
이후, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 기판(110)의 저면에 신호선 패드를 형성하기 위해 식각을 실시한다. 이후, 도 11에 도시된 바와 같이 탄성파 필터 장치(100)의 박형화를 위해 화학적 기계적 연마(CMP, Chemical Mechanical Polishing)을 실시한다.
이후, 도 12에 도시된 바와 같이, 제1 기판(110)에 접합패드(20)를 형성함과 동시에 식각에 의해 형성되는 비아홀(30)에 도금을 수행한다.
이와 같이, 제1,2 필터부(120,150) 주위에 제1,2 인덕터 형성층(130,160) 및 밀폐부재(170)를 형성하여 제1,2 필터부(120,150)가 배치되는 공간을 밀폐함으로써 기밀성을 향상시킬 수 있다.
또한, 두께보다 폭이 작게 형성되는 제1,2 인덕터 형성층(130,160)을 통해 인덕터(190)를 형성함으로써 품질계수를 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100 : 탄성파 필터 장치
110 : 제1 기판
120 : 제1 필터부
130 : 제1 인덕터 형성층
140 : 제2 기판
150 : 제2 필터부
160 : 제2 인덕터 형성층
170 : 밀폐부재

Claims (16)

  1. 제1 기판;
    상기 제1 기판에 형성되는 제1 필터부;
    상기 제1 기판에 결합되는 제2 기판;
    상기 제2 기판에 형성되며 상기 제1 필터부와 마주보도록 배치되는 제2 필터부;
    상기 제1 필터부의 주위에 배치되도록 상기 제1 기판에 형성되는 제1 인덕터 형성층;
    상기 제2 필터부의 주위에 배치되도록 상기 제2 기판에 형성되어 상기 제1 인덕터 형성층과 접합되는 제2 인덕터 형성층; 및
    상기 제1,2 인덕터 형성층과 함께 상기 제1,2 필터부가 배치되는 공간을 밀폐하기 위한 밀폐부재;
    를 포함하는 탄성파 필터 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1,2 인덕터 형성층은 상호 대응되는 형상을 가지며, 나선 형상을 가지는 탄성파 필터 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 밀폐부재는 상기 제1,2 인덕터 형성층의 개구된 영역에 형성되는 탄성파 필터 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 밀폐부재는 폴리실리콘(polysilicon) 재질로 이루어지는 탄성파 필터 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1,2 인덕터 형성층의 두께가 상기 제1,2 인덕터 형성층의 폭보다 큰 탄성파 필터 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1,2 기판에는 상기 제1,2 인덕터 형성층의 주위에 식각홈이 형성되는 탄성파 필터 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 식각홈은 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Eching, RIE) 공정에 의해 형성되는 탄성파 필터 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1,2 인덕터 형성층은 구리, 니켈 중 어느 하나의 재질로 이루어지며 도금에 의해 형성되는 탄성파 필터 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1,2 인덕터 형성층은 저온용접에 의해 접합되는 탄성파 필터 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판의 저면에는 접속패드가 형성되며, 상기 접속패드는 비아에 연결되는 탄성파 필터 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1,2 기판에는 상기 제1,2 인덕터 형성층 및 상기 밀폐부재가 상부에 형성되는 보조층이 형성되는 탄성파 필터 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판에는 상기 제1 인덕터층의 외측에 제1 접합층이 형성되며, 상기 제2 기판에는 상기 제1 접합층에 접합되는 제2 접합층이 형성되는 탄성파 필터 장치.
  13. 제1 기판;
    상기 제1 기판에 형성되는 제1 필터부;
    상기 제1 기판에 결합되는 제2 기판;
    상기 제2 기판에 형성되며 상기 제1 필터부와 마주보도록 배치되는 제2 필터부;
    나선 형상을 가지며, 상기 제1,2 필터부를 감싸도록 형성되는 제1,2 인덕터 형성층으로 구성되는 인덕터; 및
    상기 제1,2 필터부가 배치되는 공간을 밀폐하기 위해 상기 인덕터의 일측을 밀폐하도록 형성되는 밀폐부재;
    를 포함하는 탄성파 필터 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1,2 기판에는 상기 제1,2 인덕터 형성층의 주위에 식각홈이 형성되는 탄성파 필터 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1,2 인덕터 형성층의 두께가 상기 제1,2 인덕터 형성층의 폭보다 큰 탄성파 필터 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 밀폐부재는 폴리실리콘(polysilicon) 재질로 이루어지는 탄성파 필터 장치.
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