KR20190108736A - 탄성파 필터 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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KR20190108736A
KR20190108736A KR1020180030136A KR20180030136A KR20190108736A KR 20190108736 A KR20190108736 A KR 20190108736A KR 1020180030136 A KR1020180030136 A KR 1020180030136A KR 20180030136 A KR20180030136 A KR 20180030136A KR 20190108736 A KR20190108736 A KR 20190108736A
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오정탁
최낙준
김지현
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예에 기판 및 상기 기판 상에 배치되는 공진부를 포함하고, 상기 공진부는, 일면 및 상기 일면과 반대되고 상기 기판과 마주하는 타면을 포함하는 압전층, 상기 압전층의 일면 상에 배치되는 제 1 전극 및 상기 압전층의 타면 상에 배치되는 제 2 전극을 포함하고, 상기 압전층은 [0001] 방향으로 성장한 질화 알루미늄(AlN)을 포함한다.
또한, 실시예는 공진부를 형성하는 단계 및 상기 공진부와 기판을 연결하는 단계를 포함하고, 상기 공진부를 형성하는 단계는, 베이스 기판 상에 에피택셜층을 형성하는 단계, 상기 에피택셜층의 일면 상에 제 1 전극을 형성하는 단계, 상기 에피택셜층을 분리하는 단계 및 상기 에피택셜층의 일면과 반대되는 타면 상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 에피택셜층은 제 1 방향으로 정의되는 [0001]방향으로 성장한 질화 알루미늄(AlN)을 포함한다.

Description

탄성파 필터 장치 및 이의 제조 방법{ELASTIC WAVE FILTER DEVICE AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}
실시예는 탄성파 필터 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
스마트폰 및 태블릿PC과 같은 스마트 기기가 대중화되면서 미세전자기계시스템(Micro Electro Mechanical Systems, MEMS) 산업이 주목받고 있으며, 사물 인터넷(IoT)과 5세대(5th genetation, 5G) 통신 기술이 발전하면서 고속, 고효율 및 고품질의 무선통신 장치에 대한 관심이 높아지고 있다.
특히, 5세대 무선통신(5G)은 4세대 무선통신(4G)보다 약 1000배 이상의 속도로 구현되며, 5세대 무선통신(5G)의 경우 저대역 주파수뿐만 아니라 28GHz의 초고대역 주파수까지 이용하기 때문에 상술한 범위의 주파수를 필터 하기 위한 대역통과 필터(band-pass filter)가 요구되고 있다.
상기 대역통과 필터는 탄성파 기술을 이용한 탄성파 필터로, 크게 표면탄성파(Surface acoustic wave, SAW) 필터 및 체적탄성파(Bulk acoustic wave, Baw) 필터로 구분할 수 있다.
표면탄성파(SAW) 필터는 탄성 표면파가 유전체 기판의 표면을 따라 전파하는 것을 이용한 필터이다. 이때, 상기 표면탄성파(SAW) 필터는 상기 유전체 기판 표면에 형성된 전극 사이의 간격에 따라 필터 가능한 주파수 영역을 결정하며, 수십 MHz(메가헤르츠) 내지 수 GHz(기가헤르츠)의 주파수대의 주파수를 필터할 수 있다.
체적탄성파(BAW) 필터는 특정 주파수에서 공진하는 유전체를 이용하는 점에서 표면탄성파(SAW) 필터와 유사하지만, 유전체 기판의 상부에서 하부로 신호가 이동하는 것을 이용한 필터이다. 이때, 상기 체적탄성파(BAW) 필터는 유전체 기판의 두께를 조절하여 필터 가능한 주파수 영역을 결정할 수 있고, 수십 GHz(기가헤르츠) 이상의 주파수대의 주파수를 필터할 수 있다. 이에 따라, 상기 체적탄성파(BAW) 필터는 상기 표면탄성파(SAW) 필터 대비 소형으로 제조할 수 있고, 신호를 유전체를 통해 수직으로 전달할 수 있어 주파수의 특성을 최대한 활용할 수 있으며 전송 품질 등의 필터 능력이 우수한 특징이 있다.
상기 표면탄성파(SAW) 필터는 유전체 기판 표면에 형성할 수 있는 전극의 두께 및 상기 전극 사이의 간격에 한계가 있다. 이로 인해 상기 체적탄성파(BAW) 필터가 5세대 무선통신(5G) 기술의 대역통과 필터로 주목 받고 있으나, 상기 표면탄성파(SAW) 필터 대비 공정이 복잡하여 제조 비용이 비싸며, 신호의 전달 속도를 제어하기 어려운 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 새로운 탄성파 필터 장치가 요구되고 있다.
실시예는 신호의 전달 속도 및 필터 능력을 향상시킬 수 있는 탄성파 필터 장치 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 다양한 주파수 대역을 필터할 수 있는 탄성파 필터 장치 및 이의 제조 방법.
또한, 실시예는 공정 효율을 향상시킬 수 있는 탄성파 필터 장치 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
실시예에 기판 및 상기 기판 상에 배치되는 공진부를 포함하고, 상기 공진부는, 일면 및 상기 일면과 반대되고 상기 기판과 마주하는 타면을 포함하는 압전층, 상기 압전층의 일면 상에 배치되는 제 1 전극 및 상기 압전층의 타면 상에 배치되는 제 2 전극을 포함하고, 상기 압전층은 [0001] 방향으로 성장한 질화 알루미늄(AlN)을 포함한다.
또한, 실시예는 공진부를 형성하는 단계 및 상기 공진부와 기판을 연결하는 단계를 포함하고, 상기 공진부를 형성하는 단계는, 베이스 기판 상에 에피택셜층을 형성하는 단계, 상기 에피택셜층의 일면 상에 제 1 전극을 형성하는 단계, 상기 에피택셜층을 분리하는 단계 및 상기 에피택셜층의 일면과 반대되는 타면 상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 에피택셜층은 제 1 방향으로 정의되는 [0001]방향으로 성장한 질화 알루미늄(AlN)을 포함한다.
실시예에 따른 탄성파 필터 장치는 [0001] 방향으로 성장한 질화 알루미늄을 포함하고, 상기 질화 알루미늄의 [0001] 방향은 압전층의 일면 및 타면과 수직일 수 있고, 상기 질화 알루미늄의 (0001) 면은 압전층의 일면 및 타면과 평행할 수 있다. 이에 따라, 상기 압전층의 두께 변화 없이 전극 사이에 형성되는 탄성파의 진행 속도를 향상시켜 높은 주파수 값을 얻을 수 있고 향상된 품질로 고대역의 주파수를 필터할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 탄성파 필터 장치는 압전층의 일면 및 타면에 전극이 형성된 제 1 필터부와, 상기 압전층의 일면 상에 전극이 형성된 제 2 필터부를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제 1 필터부를 이용하여 고대역의 주파수를 필터할 수 있고, 제 2 필터부를 이용하여 저대역의 주파수를 필터할 수 있다.
또한, 실시예는 베이스 기판 상에 에피택셜층을 성장시킬 수 있고, 상기 에피택셜층을 상기 베이스 기판으로부터 분리하여 표면탄성파(SAW) 필터 및 체적탄성파(BAW) 필터 중 적어도 하나의 필터로 제조할 수 있다. 이에 따라, 공정 변화 없이 다양한 주파수 대역을 필터할 수 있는 탄성파 필터 장치를 제조할 수 있어 제조 비용을 감소할 수 있으며 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A' 방향의 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 제 1 실시예에 따른 압전층(도 2의 A영역)의 결정 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 제 2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 사시도이다.
도 5는 제 2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 평면도이다.
도 6은 제 2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치 중 제 2 필터부를 도시한 도면이다.
도 7은 제 3 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 사시도이다.
도 8은 제 3 실시예에 따른 압전층(도 7의 B영역)의 결정 구조를 도시한 도면이다.
도 9는 제 1 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 10은 제 2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 11은 제 3 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니 라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하 도면들을 참조하여 실시예에 따른 탄성파 필터 장치를 설명한다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A' 방향의 단면을 도시한 단면도이고, 도 3은 제 1 실시예에 따른 압전층(도 2의 A영역)의 결정 구조를 도시한 도면이다.
제 1 실시예에 따른 탄성파 필터 장치(1000)는 체적탄성파(BAW) 필터일 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제 1 실시예에 따른 탄성파 필터 장치(1000)는 기판(100) 및 공진부(200)를 포함할 수 있다.
상기 기판(100)은 단결정 실리콘(Si), 다결정 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 등과 같은 원소 반도체를 포함할 수 있고, 갈륨비소(GaAs), 인듐인(InP), 인듐비소(InAs), 인듐안티몬(InSb), 질화갈륨(GaN) 등과 같은 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 기판(100)은 회로 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판은 인쇄회로기판(PBC)일 수 있다.
상기 공진부(200)는 상기 기판(100)과 연결될 수 있고, 압전층(210), 제 1 전극(220) 및 제 2 전극(230)을 포함할 수 있다.
상기 압전층(210)은 상기 기판(100) 상에 배치될 수 있다. 상기 압전층(210)은 압전 소재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 압전층(210)은 질화 알루미늄(Aluminum Nitride, AlN), 질화 갈륨(Gallium Nitride, GaN), 질화 인듐(Indium Nitride, InN), 질화알루미늄갈륨(AlGaN), 질화알루미늄인듐(AlInN), 질화알루미늄인듐갈륨(AlInGaN), 산화 아연(Zinc Oxide, ZnO), 리튬 니오베이트(niobate)(LiNbO3), 리튬 탄탈라이트(tantalite)(LiTaO3), 포타슘 니오베이트(KNbO3) 및 납 지르코늄 티타늄 산화물(PbZrTiO, PZT) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 압전층(210)은 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 압전층(210)은 상술한 물질 중 적어도 하나의 압전 소재를 포함하는 단일층일 수 있다. 이와 다르게, 상기 압전층(210)은 상술한 물질 중 적어도 하나의 압전 소재를 포함하는 다층일 수 있다. 상기 압전층(210)이 다층일 경우 각각의 층은 서로 같은 물질을 포함할 수 있고 서로 다른 물질을 포함할 수 있다.
상기 압전층(210)의 두께(t1)는 수백 nm 내지 수십 ㎛일 수 있다. 자세하게, 상기 압전층(210)의 두께(t1)는 약 100nm 내지 약 99㎛일 수 있다. 특히, 2.5 GHz 대역 이상, 구체적으로 20GHz 내지 40GHz의 대역의 고주파 필터에 적용하기 위해, 상기 압전층의 두께(t1)은 약 100nm 내지 1㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 압전층(210)의 표면 조도(Ra) 값은 약 10nm 이하일 수 있다. 자세하게, 상기 압전층(210)의 표면 조도(Ra) 값은 약 1nm 내지 약 10nm일 수 있다. 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 압전층(210)은 요구되는 주파수 영역에 따라 다양한 두께를 가질 수 있다.
상기 압전층(210)은 일면(211) 및 상기 일면(211)과 반대되는 타면(213)을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 압전층(210)은 일면(211) 및 상기 기판(100)과 마주하는 타면(213)을 포함할 수 있다.
상기 압전층(210) 상에는 전극이 배치될 수 있다. 상기 압전층(210) 상에는 서로 이격되어 배치되는 제 1 전극(220) 및 제 2 전극(230)이 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 압전층(210)의 일면(211) 상에는 제 1 전극(220)이 배치될 수 있다. 상기 제 1 전극(220)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 전극(220)은 금속을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 전극(220)은 니켈(Ni), 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir) 및 이를 포함하는 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제 1 전극(220)의 두께는 수십 nm 내지 수백 nm일 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 전극(220)의 두께는 약 10nm 내지 약 990nm일 수 있다.
상기 압전층(210)의 타면(213) 상에는 제 2 전극(230)이 배치될 수 있다. 상기 제 2 전극(230)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 전극(230)은 금속을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 전극(230)은 니켈(Ni), 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir) 및 이를 포함하는 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제 2 전극(230)의 두께는 수십 nm 내지 수백 nm일 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 전극(230)의 두께는 약 10nm 내지 약 990nm일 수 있다.
상기 제 1 전극(220)은 상기 제 2 전극(230)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 전극(220) 및 상기 제 2 전극(230)은 몰리브덴(Mo)을 포함할 수 있다. 이와 다르게, 상기 제 1 전극(220) 및 상기 제 2 전극(230)은 서로 다른 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 전극(220)은 몰리브덴(Mo)을 포함할 수 있고, 상기 제 2 전극(230)은 은(Ag)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 전극(220)은 상기 제 2 전극(230)과 동일한 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 전극(220) 및 상기 제 2 전극(230)은 상술한 두께 범위 내에서 서로 동일한 두께를 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제 1 전극(220) 및 상기 제 2 전극(230)은 상술한 두께 범위 내에서 서로 다른 두께를 가질 수 있다.
상기 제 1 전극(220) 및 상기 제 2 전극(230)은 서로 대응되는 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 제 1 전극(220)은 상기 제 2 전극(230)과 대응되는 위치에 위치할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 전극(220) 및 상기 제 2 전극(230)은 상기 압전층(210)의 수직 방향, 예컨대 상기 압전층(210)의 두께 방향으로 대응되는 위치에 위치할 수 있다. 이에 따라, 상기 압전층(210)의 상부에서 하부로 또는 하부에서 상부로 신호가 이동할 수 있다.
상기 압전층(210)은 압전 효과를 일으킬 수 있다. 자세하게, 상기 압전층(210)은 상술한 압전 소재를 포함함에 따라 전기적 에너지를 탄성파와 같은 기계적 에너지로 변환하여 압전 효과를 일으킬 수 있다. 자세하게, 상기 압전 효과 시 주파수(frequency)는 하기 [수학식 1]을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
f = ν/λ
(f= 주파수(진동수), ν=파동의 진행 속도, λ=파장)
5세대 통신기술(5G)와 같은 고대역의 주파수를 필터하기 위해 높은 주파수(f) 값이 요구된다. 이를 위해 파동의 진행 속도가 빠른 물질을 이용하여 상기 주파수(f) 값을 높일 수 있고, 파장(λ) 값을 낮추어 상기 주파수(f) 값을 높일 수 있다. 즉, 동일한 물질을 사용하여 탄성파 필터 장치를 제조할 경우, 파장 값이 낮을수록 높은 주파수 값을 얻을 수 있다. 상기 탄성파 필터 장치(1000)가 체적탄성파(BAW) 필터일 경우, 상기 파장(λ) 값은 상기 압전층(210)의 두께(t1)와 연관이 있다. 예를 들어, 상기 압전층(210)의 두께(t1)가 얇아질수록 상기 파장(λ) 값은 낮아질 수 있고, 이와 반대로 상기 압전층(210)의 두께(t1)가 두꺼워질수록 상기 파장(λ) 값은 높아질 수 있다.
상기 압전층(210)은 3족 질화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 압전층(210)은 질화 알루미늄(Aluminum Nitride, AlN), 질화 갈륨(Gallium Nitride, GaN) 및 질화 인듐(Indium Nitride, InN)을 포함할 수 있다. 바람직하게 상기 압전층(210)은 파동의 진행 속도(ν)가 상술한 물질 중 가장 빠른 질화 알루미늄(AlN)을 포함할 수 있다. 따라서, 질화 알루미늄(AlN)은 동일한 두께에서 질화 갈륨(GaN), 질화 인듐(InN)보다 높은 주파수 값을 얻을 수 있다.
상기 압전층(210)이 질화 알루미늄(AlN)을 포함하는 경우, 상기 질화 알루미늄(AlN)은 사파이어, 탄화규소(SiC) 등과 같은 베이스 기판에서 성장할 수 있다. 자세하게, 상기 베이스 기판 상에 상기 질화 알루미늄(AlN)을 에피택셜 성장(epitaxial growth)시킨 후 상기 베이스 기판과 분리하여 얻을 수 있다. 도 3을 참조하면, 상기 질화 알루미늄(AlN)은 알루미늄(α) 및 질소(β)를 포함하고, 육방정계(Hexagonal)의 섬유아연석(Wurtzite)형으로 육각 기둥의 결정 구조를 가진다. 또한, 상기 질화 알루미늄(AlN)의 평면 방향으로의 격자 상수 값(a)은 약 0.3112nm이고, 높이 방향의 격자 상수 값(c)은 약 0.4982nm이다. 이때, 상기 질화 알루미늄(AlN)은 상술한 에피택셜 성장 공정에서 특정 방향으로 성장할 수 있다. 예를 들어, 제 1 실시예에 따른 압전층(210)은 c축 방향으로 성장한 질화 알루미늄(AlN)을 포함할 수 있다. 상기 c축 방향은 상기 질화 알루미늄(AlN)의 (0001) 면(plane)이 성장하는 방향일 수 있다. 자세하게, 상기 압전층(210)은 [0001] 방향(direction)으로 성장한 질화 알루미늄(AlN)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 질화 알루미늄(AlN)의 [0001] 방향은 상기 압전층(210)의 일면(211)과 수직일 수 있다. 상기 질화 알루미늄(AlN)의 [0001] 방향은 상기 압전층(210)의 타면(213)과 수직일 수 있다. 즉, 상기 질화 알루미늄(AlN)의 c축은 상기 압전층(210)의 일면(211) 및/또는 타면(213)과 수직일 수 있다. 또한, 상기 질화 알루미늄(AlN)의 (0001) 면은 상기 압전층(210)의 일면(211)과 평행할 수 있다. 상기 질화 알루미늄(AlN)의 (0001) 면은 상기 압전층(210)의 타면(213)과 평행할 수 있다. 즉, 상기 질화 알루미늄(AlN)의 (0001) 면은 상기 압전층(210)의 두께 방향과 수직일 수 있다. 상기 질화 알루미늄(AlN)의 경우, [0001] 방향(direction)으로 탄성파 속도(Acoustic Wave Speed)가 제일 빠르므로, 상기 질화 알루미늄(AlN)의 c축이 상기 압전층(210)의 일면(211) 및/또는 타면(213)과 수직이면 탄성파 필터 장치(1000)의 주파수를 높일 수 있다.
이에 따라, 상기 압전층(210)의 두께 변화 없이 상기 제 1 전극(220) 및 상기 제 2 전극(230) 사이에 형성되는 탄성파의 진행 속도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 향상된 주파수 값을 얻을 수 있고 전송 품질을 향상시키며 고대역의 주파수를 필터할 수 있다.
이하 도 4 내지 도 6을 참조하여 제 2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치를 설명한다. 제 2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치에 대한 설명에서는 앞서 설명한 제 1 실시예에 따른 탄성파 필터 장치와 동일 유사한 구성에 대해서는 설명을 생략하며, 동일 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여한다.
도 4는 제 2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 사시도이고, 도 5는 제 2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 평면도이고, 도 6은 제 2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치 중 제 2 필터부를 도시한 도면이다.
제 2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치는 표면탄성파(SAW) 필터와 체적탄성파(BAW) 필터를 포함하는 멀티 탄성파 필터 장치일 수 있다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 제 2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치(1100)는 기판(100) 및 복수 개의 공진부를 포함할 수 있다.
상기 기판(100)은 단결정 실리콘(Si), 다결정 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 등과 같은 원소 반도체를 포함할 수 있고, 갈륨비소(GaAs), 인듐인(InP), 인듐비소(InAs), 인듐안티몬(InSb), 질화갈륨(GaN) 등과 같은 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 기판(100)은 회로 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판은 인쇄회로기판(PBC)일 수 있다.
상기 공진부는 제 1 필터부(200) 및 제 2 필터부(300)를 포함할 수 있다. 상기 제 1 필터부(200)는 체적탄성파(BAW) 필터일 수 있고, 상기 제 2 필터부(300)는 표면탄성파(SAW) 필터일 수 있다.
상기 제 1 필터부(200)는 상기 기판(100)과 연결될 수 있고, 압전층(210), 제 1 전극(220) 및 제 2 전극(230)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 필터부(200)는 제 1 실시예에 따른 탄성파 필터인 체적탄성파(BAW) 필터일 수 있다.
상기 제 2 필터부(300)는 상기 기판(100)과 연결될 수 있고, 상기 압전층(210), 제 3 전극(320) 및 제 4 전극(330)을 포함할 수 있다. 상기 제 2 필터부(300)는 표면탄성파(SAW) 필터일 수 있다. 상기 제 2 필터부(300)는 상기 제 1 필터부(200)와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 필터부(200)의 한 전극과 상기 제 2 필터부(300)의 한 전극의 서로 연결될 수 있다. 그러나 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 제 1 필터부(200) 및 상기 제 2 필터부(300)는 서로 연결되지 않고 상기 기판(100)과 각각 연결될 수 있다.
상기 제 1 필터부(200)의 압전층(210)은 상기 제 2 필터부(300)의 압전층(210)과 일체로 구비될 수 있다. 즉, 상기 제 1 필터부(200)의 압전층(210) 및 상기 제 2 필터부(300)의 압전층(210)은 동일할 수 있다. 즉, 제 2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치는 하나의 압전층 상에 복수 개의 전극을 형성하여 제 1 필터부(200) 및 제 2 필터부(300)를 형성할 수 있다.
상기 압전층(210)은 상기 기판(100) 상에 배치될 수 있다. 상기 압전층(210)은 압전 소재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 압전층(210)은 질화 알루미늄(Aluminum Nitride, AlN), 질화 갈륨(Gallium Nitride, GaN), 질화 인듐(Indium Nitride, InN), 질화알루미늄갈륨(AlGaN), 질화알루미늄인듐(AlInN), 질화알루미늄인듐갈륨(AlInGaN), 산화 아연(Zinc Oxide, ZnO), 리튬 니오베이트(niobate)(LiNbO3), 리튬 탄탈라이트(tantalite)(LiTaO3), 포타슘 니오베이트(KNbO3) 및 납 지르코늄 티타늄 산화물(PbZrTiO, PZT) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 압전층(210)은 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 압전층(210)은 상술한 물질 중 적어도 하나의 압전 소재를 포함하는 단일층일 수 있다. 이와 다르게, 상기 압전층(210)은 상술한 물질 중 적어도 하나의 압전 소재를 포함하는 다층일 수 있다. 상기 압전층(210)이 다층일 경우 각각의 층은 서로 같은 물질을 포함할 수 있고 서로 다른 물질을 포함할 수 있다.
상기 압전층(210)의 두께(t1)는 수백 nm 내지 수십 ㎛일 수 있다. 자세하게, 상기 압전층(210)의 두께(t1)는 약 100nm 내지 약 99㎛일 수 있다. 특히, 2.5 GHz 대역 이상, 구체적으로 20GHz 내지 40GHz의 대역의 고주파 필터에 적용하기 위해, 상기 압전층의 두께(t1)은 약 100nm 내지 1um 일 수 있다. 또한, 상기 압전층(210)의 표면 조도(Ra) 값은 약 10nm 이하일 수 있다. 자세하게, 상기 압전층(210)의 표면 조도(Ra) 값은 약 1nm 내지 약 10nm일 수 있다. 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 압전층(210)은 요구되는 주파수 영역에 따라 다양한 두께를 가질 수 있다.
상기 압전층(210)은 일면(211) 및 상기 일면(211)과 반대되는 타면(213)을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 압전층(210)은 일면(211) 및 상기 기판(100)과 마주하는 타면(213)을 포함할 수 있다.
상기 압전층(210)의 타면 상에는 본딩층이 더 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 압전층(210)의 타면과 상기 기판(100) 사이에는 본딩층이 배치될 수 있다.
상기 본딩층은 상기 압전층(210)과 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 본딩층은 상기 제 1 필터부(200)의 제 2 전극과 이격하여 배치될 수 있다.
상기 본딩층은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 본딩층은 금속을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 본딩층은 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 크롬(Cr), 팔라듐(Pd) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 본딩층의 두께는 상기 제 2 전극(230)의 두께와 대응될 수 있다. 이에 따라 상기 기판(100)과 상기 압전층(210) 사이의 접착력을 향상시킬 수 있다.
상기 압전층(210) 상에는 전극이 배치될 수 있다. 상기 압전층(210)의 일면(211) 상에는 서로 이격되는 제 3 전극(320) 및 제 4 전극(330)이 배치될 수 있다. 상기 제 3 전극(320) 및 상기 제 4 전극(330)은 상기 제 1 필터부(200)와 이격되어 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 제 3 전극(320) 및 상기 제 4 전극(330)은 상기 제 1 필터부(200)의 제 1 전극(220)과 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 상기 제 3 전극(320)은 상기 제 1 전극(220)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 2 필터부(300)는 상기 제 1 필터부(200)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제 3 전극(320)의 두께는 수십 nm 내지 수백 nm일 수 있다. 자세하게, 상기 제 3 전극(320)의 두께는 약 10nm 내지 약 990nm일 수 있다. 또한, 상기 제 3 전극(320)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 상기 제 3 전극(320)은 금속을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제 3 전극(320)은 니켈(Ni), 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir) 및 이를 포함하는 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제 3 전극(320)은 제 3 버스바(320a) 및 상기 제 3 버스바(320a)와 연결되는 복수 개의 제 3 연장부들(321, 323)를 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제 3 전극(320)은 제 1 방향으로 연장되는 제 3 버스바(320a) 및 상기 제 3 버스바(320a)와 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 연장되는 복수 개의 제 3 연장부들(321, 323)을 포함할 수 있다. 상기 제 3 연장부들(321, 323)들은 동일한 방향으로 연장될 수 있고 서로 이격하여 배치될 수 있다. 상기 제 3 버스바(320a) 및 상기 제 3 연장부들(321, 323)은 일체형으로 형성될 수 있다. 상기 제 3 버스바(320a) 및 상기 제 3 연장부들(321, 323)은 서로 대응되는 물질을 포함할 수 있다.
상기 제 3 버스바(320a)의 길이는 상기 제 3 연장부(321, 323)의 길이와 대응될 수 있다. 또한, 상기 제 3 버스바(320a)의 길이는 상기 제 3 연장부(321, 323)의 길이와 상이할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 3 버스바(320a)의 길이는 상기 제 3 연장부(321, 323)의 길이보다 길 수 있다.
또한, 상기 제 3 버스바(320a)의 제 2 방향의 폭은 상기 제 3 연장부(321, 323)의 제 1 방향의 폭과 대응될 수 있다. 또한, 상기 제 3 버스바(320a)의 제 2 방향의 폭은 상기 제 3 연장부(321, 323)의 제 1 방향의 폭과 상이할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 3 버스바(320a)의 제 2 방향의 폭은 상기 제 3 연장부(321, 323)의 제 1 방향의 폭보다 클 수 있다.
상기 제 4 전극(330)은 상기 제 3 전극(320)과 이격되어 배치될 수 있다. 상기 제 4 전극(330)의 두께는 수십 nm 내지 수백 nm일 수 있다. 자세하게, 상기 제 4 전극(330)의 두께는 약 10nm 내지 약 990nm일 수 있다. 상기 제 4 전극(330)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 4 전극(330)은 금속을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제 4 전극(330)은 니켈(Ni), 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir) 및 이를 포함하는 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제 4 전극(330)은 제 4 버스바(330a) 및 상기 제 4 버스바(330a)와 연결되는 복수 개의 제 4 연장부(331)를 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제 4 전극(330)은 제 1 방향으로 연장되는 제 4 버스바(330a) 및 상기 제 4 버스바(330a)와 상기 제 2 방향으로 연장되는 복수 개의 제 4 연장부(331)를 포함할 수 있다. 상기 제 4 연장부(331)들은 동일한 방향으로 연장될 수 있고 서로 이격하여 배치될 수 있다. 상기 제 4 버스바(330a) 및 상기 제 4 연장부(331)는 일체형으로 형성될 수 있다. 상기 제 4 버스바(330a) 및 상기 제 4 연장부(331)는 서로 대응되는 물질을 포함할 수 있다.
상기 제 4 버스바(330a)의 길이는 상기 제 3 버스바(320a)의 길이와 대응될 수 있다. 또한, 상기 제 4 버스바(330a)의 길이는 상기 제 4 연장부(331)의 길이와 대응될 수 있다. 이와 다르게, 상기 제 4 버스바(330a)의 길이는 상기 제 4 연장부(331)의 길이와 상이할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 4 버스바(330a)의 길이는 상기 제 4 연장부(331)의 길이보다 길 수 있다. 또한, 상기 제 4 연장부(331)의 길이는 상기 제 3 연장부(321, 323)의 길이와 대응될 수 있다.
상기 제 4 버스바(330a)의 제 2 방향의 폭은 상기 제 3 버스바(320a)의 제 2 방향의 폭과 대응될 수 있다. 또한, 상기 제 4 버스바(330a)의 제 2 방향의 폭은 상기 제 4 연장부(331)의 제 1 방향의 폭과 대응될 수 있다. 또한, 상기 제 4 버스바(330a)의 제 2 방향의 폭은 상기 제 4 연장부(331)의 제 1 방향의 폭과 상이할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 4 버스바(330a)의 제 2 방향의 폭은 상기 제 4 연장부(331)의 제 1 방향의 폭보다 클 수 있다.
즉, 상기 제 3 전극(320) 및 상기 제 4 전극(330)은 서로 대칭인 형태로 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 3 전극(320)은 상기 제 4 전극(330)과 180도 대칭인 형태로 배치될 수 있다.
상기 제 4 연장부(331)는 인접한 제 3 연장부들(321, 323) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 4 연장부(331)는 인접한 상기 제 3 연장부(321, 323)들이 서로 이격되어 형성된 공간에 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 제 3 연장부(321, 323)는 서로 최인접하게 위치하는 제 1 서브 제 3 연장부(321) 및 제 2 서브 제 3 연장부(323)를 포함할 수 있고, 하나의 제 1 서브 제 4 연장부(331)는 상기 제 3 연장부들(321, 323) 사이에 위치할 수 있다.
상기 제 1 서브 제 3 연장부(321) 및 상기 제 1 서브 제 4 연장부(331) 사이의 간격(d2)은, 상기 제 1 서브 제 4 연장부(331) 및 상기 제 2 서브 제 3 연장부(323) 사이의 간격(d4)과 대응될 수 있다. 또한, 상기 제 1 서브 제 3 연장부(321)의 제 1 방향 폭(d1)은 상기 제 2 서브 제 3 연장부(323)의 제 1 방향의 폭(d2)과 대응될 수 있다. 또한, 상기 제 1 서브 제 4 연장부(331)의 제 1 방향 폭(d3)은 상기 제 1 서브 제 3 연장부(321) 및 상기 제 1 서브 제 4 연장부(331) 사이의 간격(d4)과 대응될 수 있다.
제 2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치(1100)는 압전 효과 시 주파수(frequency) 값은 하기 [수학식 2]를 만족할 수 있다.
[수학식 2]
f = ν/λ
(f= 주파수(진동수), ν=파동의 진행 속도, λ=파장)
즉, 제 2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치(1100)는 상기 제 1 필터부(200)를 통해 압전층(210)의 상부에서 하부로 신호를 전달하여 고대역의 주파수를 필터할 수 있다. 또한, 상기 탄성파 필터 장치(1100)는 상기 제 2 필터부(300)를 통해 상기 압전층(210)의 표면을 따라 신호를 전달할 수 있고, 상기 압전층(210) 표면에 형성된 전극 사이의 간격에 따라 필터 가능한 주파수 영역을 결정할 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 서브 제 3 연장부(321)의 폭(d1)은 1/4 파장(λ) 값을 가질 수 있다. 또한, 상기 제 1 서브 제 3 연장부(321)와 상기 제 1 서브 제 4 연장부(331) 사이의 간격(d2)은 1/4 파장(λ) 값을 가질 수 있다. 또한, 상기 제 1 서브 제 4 연장부(331)의 폭(d3)은 1/4 파장(λ) 값을 가질 수 있다. 또한, 상기 제 1 서브 제 4 연장부(331)와 상기 제 2 서브 제 3 연장부(323) 사이의 간격(d4)은 1/4 파장(λ) 값을 가질 수 있다. 즉, 상기 제 1 서브 제 3 연장부(321)에서부터 상기 제 2 서브 제 2 연장부가 시작하는 지점까지 하나의 파장(λ) 값을 가질 수 있다.
상기 압전층(210)은 3족 질화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 압전층(210)은 질화 알루미늄(Aluminum Nitride, AlN), 질화 갈륨(Gallium Nitride, GaN) 및 질화 인듐(Indium Nitride, InN)을 포함할 수 있다. 바람직하게 상기 압전층(210)은 파동의 진행 속도(ν)가 상술한 물질 중 가장 빠른 질화 알루미늄(AlN)을 포함할 수 있다. 따라서, 질화 알루미늄(AlN)은 동일한 두께에서 질화 갈륨(GaN), 질화 인듐(InN)보다 높은 주파수 값을 얻을 수 있다.
상기 압전층(210)은 c축 방향으로 성장한 질화 알루미늄(AlN)을 포함할 수 있다. 상기 c축 방향은 상기 질화 알루미늄(AlN)의 (0001) 면이 성장하는 방향일 수 있다. 자세하게 상기 압전층(210)은 [0001] 방향(direction)으로 성장한 질화 알루미늄(AlN)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 질화 알루미늄(AlN)의 [0001] 방향은 상기 압전층(210) 및 상기 압전층(210)의 일면(211)과 수직일 수 있다. 상기 질화 알루미늄(AlN)의 [0001] 방향은 상기 압전층(210) 및 상기 압전층(210)의 타면(213)과 수직일 수 있다. 즉, 상기 질화 알루미늄(AlN)의 c축은 상기 압전층들의 일면(211) 및/또는 타면(213)과 수직일 수 있다. 또한, 상기 질화 알루미늄(AlN)의 (0001) 면은 상기 압전층(210)의 일면(211)과 평행할 수 있다. 상기 질화 알루미늄(AlN)의 (0001) 면은 상기 압전층(210)의 타면(213)과 평행할 수 있다. 상기 질화 알루미늄(AlN)의 경우, [0001] 방향(direction)으로 탄성파 속도(Acoustic Wave Speed)가 제일 빠르므로, 상기 질화 알루미늄(AlN)의 c축이 상기 압전층(210)의 일면(211) 및/또는 타면(213)과 수직이면 탄성파 필터 장치(1100)의 주파수를 높일 수 있다.
이에 따라, 상기 압전층(210)의 두께 변화 없이 제 1 필터부(200)의 상기 제 1 전극(220) 및 상기 제 2 전극(230) 사이에 형성되는 탄성파의 진행 속도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 향상된 주파수 값을 얻을 수 있고 전송 품질을 향상시키며 고대역의 주파수를 필터할 수 있다. 또한, 상기 제 1 필터부(200)와 더불어 상기 제 3 전극(320) 및 상기 제 4 전극(330) 사이에 형성되는 탄성파를 이용하여 수 MHz(메가헤르츠) 내지 수 GHz(기가헤르츠)의 주파수, 예컨대 저대역의 주파수를 필터할 수 있다.
이하 도 7 및 도 8은 참조하여 제 3 실시예에 따른 탄성파 필터 장치를 설명한다. 제 3 실시예에 따른 탄성파 필터 장치에 대한 설명에서는 앞서 설명한 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치와 동일 유사한 구성에 대해서는 설명을 생략하며, 동일 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여한다.
도 7은 제 3 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 사시도이고, 도 8은 제 3 실시예에 따른 압전층(도 7의 B영역)의 결정 구조를 도시한 도면이다.
제 3 실시예에 따른 탄성파 필터 장치는 표면탄성파(SAW) 필터 장치일 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 제 3 실시예에 따른 탄성파 필터 장치(1200)는 기판(100) 및 공진부(300)를 포함할 수 있다.
상기 기판(100)은 단결정 실리콘(Si), 다결정 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 등과 같은 원소 반도체를 포함할 수 있고, 갈륨비소(GaAs), 인듐인(InP), 인듐비소(InAs), 인듐안티몬(InSb), 질화갈륨(GaN) 등과 같은 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 기판(100)은 회로 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판은 인쇄회로기판(PBC)일 수 있다.
상기 공진부(300)는 상기 기판(100)과 연결될 수 있다. 상기 공진부(300)는 압전층(210), 제 3 전극(320) 및 제 4 전극(330)을 포함할 수 있다.
상기 압전층(210)은 상기 기판(100) 상에 배치될 수 있다. 상기 압전층(210)은 압전 소재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 압전층(210)은 질화 알루미늄(Aluminum Nitride, AlN), 질화 갈륨(Gallium Nitride, GaN), 질화 인듐(Indium Nitride, InN), 질화알루미늄갈륨(AlGaN), 질화알루미늄인듐(AlInN), 질화알루미늄인듐갈륨(AlInGaN), 산화 아연(Zinc Oxide, ZnO), 리튬 니오베이트(niobate)(LiNbO3), 리튬 탄탈라이트(tantalite)(LiTaO3), 포타슘 니오베이트(KNbO3) 및 납 지르코늄 티타늄 산화물(PbZrTiO, PZT) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 압전층(210)의 두께(t1)는 수백 nm 내지 수십 ㎛일 수 있다. 자세하게, 상기 압전층(210)의 두께(t1)는 약 100nm 내지 약 99㎛일 수 있다. 특히, 2.5 GHz 대역 이상, 구체적으로 20GHz 내지 40GHz의 대역의 고주파 필터에 적용하기 위해, 상기 압전층의 두께(t1)은 약 100nm 내지 1um 일 수 있다. 또한, 상기 압전층(210)의 표면 조도(Ra) 값은 약 10nm 이하일 수 있다. 자세하게, 상기 압전층(210)의 표면 조도(Ra) 값은 약 1nm 내지 약 10nm일 수 있다. 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 압전층(210)은 요구되는 주파수 영역에 따라 다양한 두께를 가질 수 있다.
상기 압전층(210)은 일면(211) 및 상기 일면(211)과 반대되는 타면(213)을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 압전층(210)은 일면(211) 및 상기 기판(100)과 마주하는 타면(213)을 포함할 수 있다.
상기 압전층(210)의 타면(213) 상에는 본딩층이 더 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 압전층(210)의 타면(213)과 상기 기판(100) 사이에는 본딩층이 배치될 수 있다.
상기 본딩층은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 본딩층은 금속을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 본딩층은 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 크롬(Cr), 팔라듐(Pd) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 본딩층에 의해 상기 기판(100)과 상기 압전층(210)사이의 접착력을 향상시킬 수 있다.
상기 압전층(210) 상에는 전극이 배치될 수 있다. 상기 압전층(210)의 일면(211) 상에는 서로 이격되는 제 3 전극(320) 및 제 4 전극(330)이 배치될 수 있다.
상기 제 3 전극(320)은 제 3 버스바(320a) 및 상기 제 3 버스바(320a)와 연결되는 복수 개의 제 3 연장부(321, 323)를 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제 3 전극(320)은 제 1 방향으로 연장되는 제 3 버스바(320a) 및 상기 제 3 버스바(320a)와 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 연장되는 복수 개의 제 3 연장부(321, 323)를 포함할 수 있다. 상기 제 3 연장부(321, 323)들은 동일한 방향으로 연장될 수 있고 서로 이격하여 배치될 수 있다. 상기 제 3 버스바(320a) 및 상기 제 3 연장부(321, 323)는 일체형으로 형성될 수 있다. 상기 제 3 버스바(320a) 및 상기 제 3 연장부(321, 323)는 서로 대응되는 물질을 포함할 수 있다.
상기 제 4 전극(330)은 상기 제 3 전극(320)과 이격되어 배치될 수 있다. 상기 제 4 전극(330)은 제 4 버스바(330a) 및 상기 제 4 버스바(330a)와 연결되는 복수 개의 제 4 연장부(331)를 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제 4 전극(330)은 제 1 방향으로 연장되는 제 4 버스바(330a) 및 상기 제 4 버스바(330a)와 상기 제 2 방향으로 연장되는 복수 개의 제 4 연장부(331)를 포함할 수 있다. 상기 제 4 연장부(331)들은 동일한 방향으로 연장될 수 있고 서로 이격하여 배치될 수 있다. 상기 제 4 버스바(330a) 및 상기 제 4 연장부(331)는 일체형으로 형성될 수 있다. 상기 제 4 버스바(330a) 및 상기 제 4 연장부(331)는 서로 대응되는 물질을 포함할 수 있다.
상기 제 4 버스바(330a)의 길이는 상기 제 3 버스바(320a)의 길이와 대응될 수 있다. 또한, 상기 제 4 버스바(330a)의 길이는 상기 제 4 연장부(331)의 길이와 대응될 수 있다. 이와 다르게, 상기 제 4 버스바(330a)의 길이는 상기 제 4 연장부(331)의 길이와 상이할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 4 버스바(330a)의 길이는 상기 제 4 연장부(331)의 길이보다 길 수 있다. 또한, 상기 제 4 연장부(331)의 길이는 상기 제 3 연장부(321, 323)의 길이와 대응될 수 있다.
상기 제 4 버스바(330a)의 제 2 방향의 폭은 상기 제 3 버스바(320a)의 제 2 방향의 폭과 대응될 수 있다. 또한, 상기 제 4 버스바(330a)의 제 2 방향의 폭은 상기 제 4 연장부(331)의 제 1 방향의 폭과 대응될 수 있다. 또한, 상기 제 4 버스바(330a)의 제 2 방향의 폭은 상기 제 4 연장부(331)의 제 1 방향의 폭과 상이할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 4 버스바(330a)의 제 2 방향의 폭은 상기 제 4 연장부(331)의 제 1 방향의 폭보다 클 수 있다.
즉, 상기 제 3 전극(320) 및 상기 제 4 전극(330)은 서로 대칭인 형태로 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 3 전극(320)은 상기 제 4 전극(330)과 180도 대칭인 형태로 배치될 수 있다.
상기 제 4 연장부(331)는 인접한 제 3 연장부들 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 4 연장부(331)는 인접한 상기 제 3 연장부(321, 323)들이 서로 이격되어 형성된 공간에 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 제 3 연장부는 서로 최인접하게 위치하는 제 1 서브 제 3 연장부(321) 및 제 2 서브 제 3 연장부(323)를 포함할 수 있고, 하나의 제 1 서브 제 4 연장부(331)는 상기 제 3 연장부들(321, 323) 사이에 위치할 수 있다.
상기 제 1 서브 제 3 연장부(321) 및 상기 제 1 서브 제 4 연장부(331) 사이의 간격(d2)은, 상기 제 1 서브 제 4 연장부(331) 및 상기 제 2 서브 제 3 연장부(323) 사이의 간격(d4)과 대응될 수 있다. 또한, 상기 제 1 서브 제 3 연장부(321)의 제 1 방향 폭(d1)은 상기 제 2 서브 제 3 연장부(323)의 제 1 방향의 폭(d2)과 대응될 수 있다. 또한, 상기 제 1 서브 제 4 연장부(331)의 제 1 방향 폭(d3)은 상기 제 1 서브 제 3 연장부(321) 및 상기 제 1 서브 제 4 연장부(331) 사이의 간격(d4)과 대응될 수 있다.
제 3 실시예에 따른 탄성파 필터 장치(1200)는 압전 효과 시 주파수(frequency) 값은 하기 [수학식 3]을 만족할 수 있다.
[수학식 3]
f = ν/λ
(f= 주파수(진동수), ν=파동의 진행 속도, λ=파장)
즉, 제 3 실시예에 따른 탄성파 필터 장치(1200)는 상기 압전층(210)의 표면을 따라 신호를 전달할 수 있고, 상기 압전층(210) 표면에 형성된 전극 사이의 간격에 따라 필터 가능한 주파수 영역을 결정할 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 서브 제 3 연장부(321)의 폭(d1)은 1/4 파장(λ) 값을 가질 수 있다. 또한, 상기 제 1 서브 제 3 연장부(321)와 상기 제 1 서브 제 4 연장부(331) 사이의 간격(d2)은 1/4 파장(λ) 값을 가질 수 있다. 또한, 상기 제 1 서브 제 4 연장부(331)의 폭(d3)은 1/4 파장(λ) 값을 가질 수 있다. 또한, 상기 제 1 서브 제 4 연장부(331)와 상기 제 2 서브 제 3 연장부(323) 사이의 간격(d4)은 1/4 파장(λ) 값을 가질 수 있다. 즉, 상기 제 1 서브 제 3 연장부(321)에서부터 상기 제 2 서브 제 3 연장부(323)가 시작하는 지점까지 하나의 파장(λ) 값을 가질 수 있다.
상기 압전층(210)은 3족 질화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 압전층(210)은 질화 알루미늄(Aluminum Nitride, AlN), 질화 갈륨(Gallium Nitride, GaN) 및 질화 인듐(Indium Nitride, InN)을 포함할 수 있다. 바람직하게 상기 압전층(210)은 파동의 진행 속도(ν)가 상술한 물질 중 가장 빠른 질화 알루미늄(AlN)을 포함할 수 있다. 따라서, 질화 알루미늄(AlN)은 동일한 두께에서 질화 갈륨(GaN), 질화 인듐(InN)보다 높은 주파수 값을 얻을 수 있다.
상기 압전층(210)은 c축 방향으로 성장한 질화 알루미늄(AlN)을 포함할 수 있다. 상기 c축 방향은 상기 질화 알루미늄(AlN)의 (0001) 면이 성장하는 방향일 수 있다. 자세하게 상기 압전층(210)은 [0001] 방향(direction)으로 성장한 질화 알루미늄(AlN)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 질화 알루미늄(AlN)의 [0001] 방향은 상기 압전층(210)의 일면(211)과 평행할 수 있다. 상기 질화 알루미늄(AlN)의 [0001] 방향은 상기 압전층(210)의 타면(213)과 평행할 수 있다. 즉, 상기 질화 알루미늄(AlN)의 c축은 상기 압전층(210)의 일면(211) 및/또는 타면(213)과 평행할 수 있다. 또한, 상기 질화 알루미늄(AlN)의 (0001) 면은 상기 압전층(210)과 수직일 수 있다. 상기 질화 알루미늄(AlN)의 (0001) 면은 상기 압전층(210)과 수직일 수 있다. 상기 질화 알루미늄(AlN)의 경우, [0001] 방향(direction)으로 탄성파 속도(Acoustic Wave Speed)가 제일 빠르므로, 상기 질화 알루미늄(AlN)의 c축이 상기 압전층(210)의 일면(211) 및/또는 타면(213)과 평행이면 탄성파 필터 장치(1200)의 주파수를 높일 수 있다.
이에 따라, 상기 제 3 전극(320) 및 상기 제 4 전극(330)의 선폭 감소 없이 상기 제 3 전극(320) 및 상기 제 4 전극(330) 사이에 형성되는 탄성파의 진행 속도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 향상된 주파수 값을 얻을 수 있고 수 MHz(메가헤르츠) 내지 수 GHz(기가헤르츠)의 주파수, 예컨대 저대역의 주파수를 필터할 수 있다.
이하 도 9 내지 도 11을 참조하여, 상술한 제 1 실시예, 제 2 실시예 및 제 3 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 제조 방법을 설명한다.
도 9는 제 1 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 제조 방법을 도시한 순서도이다. 제 1 실시예에 따른 탄성파 필터 장치는 체적탄성파(BAW) 필터 장치일 수 있다.
도 9를 참조하면 제 1 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 제조 방법은, 공진부를 형성하는 단계(ST100) 및 기판 상에 상기 공진부를 연결하는 단계(ST200)를 포함할 수 있다.
상기 공진부를 형성하는 단계(ST100)는, 베이스 기판 상에 에피택셜층을 형성하는 단계(ST110), 상기 에피택셜층의 일면 상에 전극을 형성하는 단계(ST130), 상기 에피택셜층을 분리하는 단계(150) 및 상기 에피택셜층의 일면과 반대되는 타면 상에 전극을 형성하는 단계(ST170)를 포함할 수 있다.
상기 베이스 기판 상에 에피택셜층을 형성하는 단계(ST110)는, 상기 베이스 기판 상에 에피택셜층을 성장시키는 단계일 수 있다. 상기 에피택셜층은 유기 금속 화학 증착법(MOCVD)으로 상기 베이스 기판 상에 성장할 수 있다. 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않고 공지된 다양한 방법으로 에피택셜층을 성장시킬 수 있다.
상기 베이스 기판은 탄화규소(SiC), 사파이어(Sapphire), 산화 아연(ZnO), 산화 갈륨(GaO) 및 실리콘(Si) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 에피택셜층은 단결정 실리콘(Si), 다결정 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 등과 같은 원소 반도체를 포함할 수 있고, 갈륨비소(GaAs), 인듐인(InP), 인듐비소(InAs), 인듐안티몬(InSb), 질화 갈륨(GaN), 질화 알루미늄(AlN) 및 질화 인듐(InN) 등과 같은 화합물 반도체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 베이스 기판은 사파이어를 포함할 수 있고, 상기 베이스 기판 상에는 3족 질화물을 포함하는 에피택셜층이 성장할 수 있다. 더 바람직하게, 상기 베이스 기판은 사파이어를 포함할 수 있고, 상기 베이스 기판 상에는 질화 알루미늄(AlN)을 포함하는 에피택셜층이 성장할 수 있다.
이때, 상기 에피택셜층은 특정 방향으로 성장할 수 있다. 예를 들어, 상기 에피택셜층은 c축 방향으로 성장할 수 있다. 자세하게, 상기 에피택셜층은 c축 방향으로 성장한 질화 알루미늄(AlN)을 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 에피택셜층은 [0001] 방향(direction)으로 성장한 질화 알루미늄(AlN)을 포함할 수 있다. 상기 질화 알루미늄(AlN)의 경우, [0001] 방향(direction)으로 탄성파 속도(Acoustic Wave Speed)가 제일 빠르므로, 탄성파 필터 장치가 [0001] 방향으로 성장한 질화 알루미늄(AlN)을 포함할 경우 에피택셜층의 두께 및/또는 형성되는 전극의 선폭을 감소하지 않고 주파수를 높일 수 있다.
이어서, 상기 에피택셜층의 일면 상에 전극을 형성하는 단계(ST130)가 진행될 수 있다. 상기 에피택셜층의 일면 상에 형성되는 전극은 상술한 제 1 전극(220)일 수 있다. 상기 제 1 전극(220)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 전극(220)은 금속을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 전극(220)은 니켈(Ni), 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir) 및 이를 포함하는 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제 1 전극(220)은 스퍼터링(Sputtering)과 같은 물리적 기상 증착법(PVD)이나 화학적 기상 증착법(CVD) 등 공지된 다양한 방법으로 상기 에피택셜층의 일면 상에 증착될 수 있고 리소그래피(lithography) 공정 등과 같이 공지된 방법으로 패터닝될 수 있다. 이때, 상기 제 1 전극(220)의 수십 nm 내지 수백 nm의 두께로 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 전극(220)의 두께는 약 10nm 내지 약 990nm일 수 있다.
이어서, 상기 에피택셜층을 분리하는 단계(150)가 진행될 수 있다. 이 단계에서 상기 베이스 기판은 상기 에피택셜층과 분리할 수 있다. 예를 들어, 상기 에피택셜층을 분리하는 단계(150)는 레이저 어블레이션(Laser Ablation) 공정으로 상기 베이스 기판과 상기 에피택셜층을 분리하는 단계일 수 있다. 또한, 상기 에피택셜층을 분리하는 단계(150)는 습식 에칭 공정, 건식 에칭 공정, CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정, 백 글라인딩(Back grinding) 공정 등으로 상기 베이스 기판과 상기 에피택셜층을 분리하는 단계일 수 있다.
분리하는 단계 이후에 상기 에피택셜층의 타면을 연마하는 단계가 진행될 수 있다. 상기 에피택셜층의 타면은 상기 베이스 기판이 제거되어 노출되는 면일 수 있다. 이 단계에서 상기 에피택셜층의 타면에는 물리적 연마 또는 화학적 연마가 진행될 수 있고, 이에 따라 상기 에피택셜층은 요구되는 두께 및 표면 조도를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 에피택셜층의 두께가 수백 nm 내지 수십 ㎛가 되도록 연마될 수 있다. 자세하게, 상기 에피택셜층의 두께가 약 100nm 내지 약 99㎛가 되도록 연마될 수 있다. 또한, 상기 에피택셜층의 표면 조도(Ra) 값은 약 10nm 이하일 수 있다. 자세하게, 상기 에피택셜층의 표면 조도(Ra) 값은 약 1nm 내지 약 10nm일 수 있다. 이에 따라, 상기 에피택셜층은 상술한 압전층(210)으로 이용될 수 있다.
이어서, 상기 에피택셜층의 타면 상에 전극을 형성하는 단계(ST170)가 진행될 수 있다. 자세하게, 자세하게, 상기 에피택셜층의 타면 상에 상술한 제 2 전극(230)을 형성하는 단계가 진행될 수 있다. 상기 제 2 전극(230)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 전극(230)은 금속을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 전극(230)은 니켈(Ni), 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir) 및 이를 포함하는 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제 2 전극(230)은 스퍼터링(Sputtering)과 같은 물리적 기상 증착법(PVD)이나 화학적 기상 증착법(CVD) 등 공지된 다양한 방법으로 상기 에피택셜층의 타면 상에 증착될 수 있고 리소그래피(lithography) 공정 등과 같이 공지된 방법으로 패터닝될 수 있다. 이때, 상기 제 2 전극(230)의 수십 nm 내지 수백 nm의 두께로 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 전극(230)의 두께는 약 10nm 내지 약 990nm일 수 있다.
이어서, 상기 공진부와 기판을 연결하는 단계(ST200)가 진행될 수 있다. 상기 기판(100)은 단결정 실리콘(Si), 다결정 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 등과 같은 원소 반도체를 포함할 수 있고, 갈륨비소(GaAs), 인듐인(InP), 인듐비소(InAs), 인듐안티몬(InSb), 질화갈륨(GaN) 등과 같은 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 기판(100)은 회로 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판은 인쇄회로기판(PCB)일 수 있다. 이 단계(ST200)에서 기판(100)과 상기 공진부(200)는 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 전극(220)은 와이어 본딩 등을 통해 상기 기판(100)과 전기적으로 연결될 수 있고, 상기 제 2 전극(230)은 상기 기판(100) 상에 형성된 전기 패드와 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다.
즉, 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 압전층(210)은 [0001] 방향으로 성장한 질화 알루미늄(AlN)을 포함할 수 있고, 상기 질화 알루미늄(AlN)의 [0001] 방향은 상기 압전층(210)의 일면(211) 및 타면(213)과 수직일 수 있다. 즉, 상기 질화 알루미늄(AlN)의 (0001) 면은 상기 압전층(210)의 일면(211) 및 타면(213)과 평행할 수 있다. 이에 따라, 상기 압전층(210)의 두께 변화 없이 상기 제 1 전극(220) 및 상기 제 2 전극(230) 사이에 형성되는 탄성파의 진행 속도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 향상된 주파수 값을 얻을 수 있고 전송 품질을 향상시키며 고대역의 주파수를 필터할 수 있다.
이하 도 10을 참조하여 제 2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 제조 방법을 설명한다. 제 2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 제조 방법에 대한 설명에서는 앞서 설명한 제 1 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 제조 방법과 동일 유사한 구성에 대해서는 설명을 생략하며, 동일 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여한다.
도 10은 제 2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 제조 방법을 설명하는 순서도이다. 제 2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치는 표면탄성파(SAW) 필터와 체적탄성파(BAW) 필터를 포함하는 멀티 탄성파 필터 장치일 수 있다.
도 10을 참조하면, 제 2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 제조 방법은, 공진부를 형성하는 단계(ST300) 및 기판 상에 상기 공진부를 연결하는 단계(ST400)를 포함할 수 있다.
상기 공진부를 형성하는 단계(ST300)는, 베이스 기판 상에 에피택셜층을 형성하는 단계(ST310), 상기 에피택셜층의 일면 상에 전극을 형성하는 단계(ST330), 상기 에피택셜층을 분리하는 단계(ST350) 및 상기 에피택셜층의 일면과 반대되는 타면 상에 전극을 형성하는 단계(ST370)를 포함할 수 있다.
상기 베이스 기판 상에 에피택셜층을 형성하는 단계(ST310)는, 상기 베이스 기판(100) 상에 에피택셜층을 성장시키는 단계일 수 있다. 상기 에피택셜층은 유기 금속 화학 증착법(MOCVD)으로 상기 베이스 기판(100) 상에 성장할 수 있다. 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않고 공지된 다양한 방법으로 에피택셜층을 성장시킬 수 있다.
상기 베이스 기판(100)은 탄화규소(SiC), 사파이어(Sapphire), 산화 아연(ZnO), 산화 갈륨(GaO) 및 실리콘(Si) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 에피택셜층은 단결정 실리콘(Si), 다결정 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 등과 같은 원소 반도체를 포함할 수 있고, 갈륨비소(GaAs), 인듐인(InP), 인듐비소(InAs), 인듐안티몬(InSb), 질화 갈륨(GaN), 질화 알루미늄(AlN) 및 질화 인듐(InN) 등과 같은 화합물 반도체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 베이스 기판(100)은 사파이어를 포함할 수 있고, 상기 베이스 기판(100) 상에는 3족 질화물을 포함하는 에피택셜층이 성장할 수 있다. 더 바람직하게, 상기 베이스 기판(100)은 사파이어를 포함할 수 있고, 상기 베이스 기판(100) 상에는 질화 알루미늄(AlN)을 포함하는 에피택셜층이 성장할 수 있다.
이때, 상기 에피택셜층은 특정 방향으로 성장할 수 있다. 예를 들어, 상기 에피택셜층은 c축 방향으로 성장할 수 있다. 자세하게, 상기 에피택셜층은 c축 방향으로 성장한 질화 알루미늄(AlN)을 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 에피택셜층은 [0001] 방향(direction)으로 성장한 질화 알루미늄(AlN)을 포함할 수 있다. 상기 질화 알루미늄(AlN)의 경우, [0001] 방향(direction)으로 탄성파 속도(Acoustic Wave Speed)가 제일 빠르므로, 탄성파 필터 장치가 [0001] 방향으로 성장한 질화 알루미늄(AlN)을 포함할 경우 에피택셜층의 두께 및/또는 형성되는 전극의 선폭을 감소하지 않고 주파수를 높일 수 있다.
이어서, 상기 에피택셜층의 일면 상에 전극을 형성하는 단계(ST330)가 진행될 수 있다. 자세하세, 상기 단계(ST330)는 상기 에피택셜층의 일면 상에 상술한 제 1 필터부(200)의 제 1 전극(220)과, 제 2 필터부(300)의 제 3 전극(320) 및 제 4 전극(330)을 형성하는 단계일 수 있다. 상기 제 1 전극(220), 상기 제 3 전극(320) 및 상기 제 4 전극(330)은 니켈(Ni), 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir) 및 이를 포함하는 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전극들(320, 330)은 스퍼터링(Sputtering)과 같은 물리적 기상 증착법(PVD)이나 화학적 기상 증착법(CVD) 등 공지된 다양한 방법으로 상기 에피택셜층의 일면 상에 증착될 수 있고 리소그래피(lithography) 공정 등과 같이 공지된 방법으로 패터닝될 수 있다. 또한, 상기 전극들(320, 330) 각각은 수십 nm 내지 수백 nm의 두께로 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 전극들(320, 330) 각각의 두께는 약 10nm 내지 약 990nm일 수 있다.
이어서, 상기 에피택셜층을 분리하는 단계(ST350)가 진행될 수 있다. 이 단계에서 상기 베이스 기판(100)은 상기 에피택셜층과 분리할 수 있다.
분리하는 단계 이후에 상기 에피택셜층의 타면을 연마하는 단계가 진행될 수 있다. 상기 에피택셜층의 타면은 상기 베이스 기판(100)이 제거되어 노출되는 면일 수 있다. 이 단계는 상기 에피택셜층의 두께가 수백 nm 내지 수십 ㎛가 되도록 연마하는 단계일 수 있다. 자세하게, 상기 에피택셜층의 두께가 약 100nm 내지 약 99㎛가 되도록 연마하는 단계일 수 있다. 또한, 상기 에피택셜층의 표면 조도(Ra) 값은 약 10nm 이하일 수 있다. 자세하게, 상기 에피택셜층의 표면 조도(Ra) 값은 약 1nm 내지 약 10nm일 수 있다. 이에 따라, 상기 에피택셜층은 상술한 제 1 필터부(200) 및 제 2 필터부(300) 상술한 압전층(210)으로 이용될 수 있다.
이어서, 상기 에피택셜층의 일면과 반대되는 타면 상에 전극을 형성하는 단계(ST370)가 진행될 수 있다. 자세하세, 상기 단계(ST370)는 상기 에피택셜층의 타면 상에 상술한 제 1 필터부(200)의 제 2 전극(230)을 형성하는 단계일 수 있다. 상기 제 2 전극(230)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 전극(230)은 금속을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 전극(230)은 니켈(Ni), 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir) 및 이를 포함하는 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제 2 전극(230)은 스퍼터링(Sputtering)과 같은 물리적 기상 증착법(PVD)이나 화학적 기상 증착법(CVD) 등 공지된 다양한 방법으로 상기 에피택셜층의 타면 상에 증착될 수 있고 리소그래피(lithography) 공정 등과 같이 공지된 방법으로 패터닝될 수 있다. 이때, 상기 제 2 전극(230)의 수십 nm 내지 수백 nm의 두께로 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 전극(230)의 두께는 약 10nm 내지 약 990nm일 수 있다.
이어서, 상기 공진부와 기판을 연결하는 단계(ST400)가 진행될 수 있다. 상기 기판(100)은 단결정 실리콘(Si), 다결정 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 등과 같은 원소 반도체를 포함할 수 있고, 갈륨비소(GaAs), 인듐인(InP), 인듐비소(InAs), 인듐안티몬(InSb), 질화갈륨(GaN) 등과 같은 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 기판(100)은 회로 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판은 인쇄회로기판(PCB)일 수 있다. 이 단계(ST400)에서 기판(100)과 상기 공진부는 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 전극(220)은 와이어 본딩 등을 통해 상기 기판(100)과 전기적으로 연결될 수 있고, 상기 제 2 전극(230)은 상기 기판(100) 상에 형성된 전기 패드와 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 제 3 전극(320) 및 상기 제 4 전극(330)은 와이어 본딩 등을 통해 상기 기판(100)과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 에피택셜층의 타면 상에 전극을 형성하는 단계(ST370)와 상기 기판을 연결하는 단계(ST400) 사이에는 본딩층을 형성하는 단계가 더 진행될 수 있다. 상기 본딩층을 형성하는 단계는, 상기 제 3 전극(320) 및 상기 제 4 전극(330)을 포함하는 제 2 필터부(300)와 대응되는 위치에 본딩층을 형성하는 단계일 수 있다. 상기 본딩층은 상기 에피택셜층의 타면과 상기 기판(100) 사이에 위치할 수 있다.
상기 본딩층은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 본딩층은 금속을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 본딩층은 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 크롬(Cr), 팔라듐(Pd) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 본딩층의 두께는 상기 제 2 전극(230)의 두께와 대응될 수 있다. 이에 따라 상기 기판(100)과 상기 압전층(210)을 포함하는 압전층 사이의 접착력을 향상시킬 수 있다.
즉, 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 압전층(210)은 [0001] 방향으로 성장한 질화 알루미늄(AlN)을 포함할 수 있고, 상기 질화 알루미늄(AlN)의 [0001] 방향은 상기 압전층(210)의 일면(211) 및 타면(213)과 수직일 수 있다. 즉, 상기 질화 알루미늄(AlN)의 (0001) 면은 상기 압전층(210)의 일면(211) 및 타면(213)과 평행할 수 있다. 이에 따라, 상기 압전층(210)의 두께 변화 없이 제 1 필터부(200)의 상기 제 1 전극(220) 및 상기 제 2 전극(230) 사이에 형성되는 탄성파의 진행 속도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 향상된 주파수 값을 얻을 수 있고 전송 품질을 향상시키며 고대역의 주파수를 필터할 수 있다. 또한, 상기 제 1 필터부(200)와 더불어 상기 제 3 전극(320) 및 상기 제 4 전극(330) 사이에 형성되는 탄성파를 이용하여 수 MHz(메가헤르츠) 내지 수 GHz(기가헤르츠)의 주파수, 예컨대 저대역의 주파수를 필터할 수 있다.
이하 도 11을 참조하여 제 3 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 제조 방법을 설명한다. 제 3 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 제조 방법에 대한 설명에서는 앞서 설명한 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 제조 방법과 동일 유사한 구성에 대해서는 설명을 생략하며, 동일 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여한다.
도 11은 제 3 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 제조 방법을 설명하는 순서도이다. 제 3 실시예에 따른 탄성파 필터 장치는 표면탄성파(SAW) 필터 장치일 수 있다.
도 11을 참조하면, 제 3 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 제조 방법은, 공진부를 형성하는 단계(ST500) 및 기판 상에 상기 공진부를 연결하는 단계(ST600)를 포함할 수 있다.
상기 공진부를 형성하는 단계(ST500)는, 베이스 기판 상에 에피택셜층을 형성하는 단계(ST510), 상기 에피택셜층의 일면 상에 전극을 형성하는 단계(ST530), 상기 에피택셜층을 분리하는 단계(ST550) 및 본딩층을 형성하는 단계(ST570)를 포함할 수 있다.
상기 베이스 기판 상에 에피택셜층을 형성하는 단계(ST510)는, 상기 베이스 기판(100) 상에 에피택셜층을 성장시키는 단계일 수 있다. 상기 에피택셜층은 유기 금속 화학 증착법(MOCVD)으로 상기 베이스 기판(100) 상에 성장할 수 있다. 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않고 공지된 다양한 방법으로 에피택셜층을 성장시킬 수 있다.
상기 베이스 기판(100)은 탄화규소(SiC), 사파이어(Sapphire), 산화 아연(ZnO), 산화 갈륨(GaO) 및 실리콘(Si) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 에피택셜층은 단결정 실리콘(Si), 다결정 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 등과 같은 원소 반도체를 포함할 수 있고, 갈륨비소(GaAs), 인듐인(InP), 인듐비소(InAs), 인듐안티몬(InSb), 질화 갈륨(GaN), 질화 알루미늄(AlN) 및 질화 인듐(InN) 등과 같은 화합물 반도체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 베이스 기판(100)은 사파이어를 포함할 수 있고, 상기 베이스 기판(100) 상에는 3족 질화물을 포함하는 에피택셜층이 성장할 수 있다. 더 바람직하게, 상기 베이스 기판(100)은 사파이어를 포함할 수 있고, 상기 베이스 기판(100) 상에는 질화 알루미늄(AlN)을 포함하는 에피택셜층이 성장할 수 있다.
이때, 상기 에피택셜층은 특정 방향으로 성장할 수 있다. 예를 들어, 상기 에피택셜층은 c축 방향으로 성장할 수 있다. 자세하게, 상기 에피택셜층은 c축 방향으로 성장한 질화 알루미늄(AlN)을 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 에피택셜층은 [0001] 방향(direction)으로 성장한 질화 알루미늄(AlN)을 포함할 수 있다. 상기 질화 알루미늄(AlN)의 경우, [0001] 방향(direction)으로 탄성파 속도(Acoustic Wave Speed)가 제일 빠르므로, 탄성파 필터 장치가 [0001] 방향으로 성장한 질화 알루미늄(AlN)을 포함할 경우 에피택셜층의 두께 및/또는 형성되는 전극의 선폭을 감소하지 않고 주파수를 높일 수 있다.
이어서, 상기 에피택셜층의 일면 상에 전극을 형성하는 단계(ST530)가 진행될 수 있다. 자세하세, 상기 단계(ST530)는 상기 에피택셜층의 일면 상에 상술한 제 3 전극(320) 및 제 4 전극(330)을 형성하는 단계일 수 있다. 상기 제 3 전극(320) 및 상기 제 4 전극(330)은 니켈(Ni), 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir) 및 이를 포함하는 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전극들(320, 330)은 스퍼터링(Sputtering)과 같은 물리적 기상 증착법(PVD)이나 화학적 기상 증착법(CVD) 등 공지된 다양한 방법으로 상기 에피택셜층의 일면 상에 증착될 수 있고 리소그래피(lithography) 공정 등과 같이 공지된 방법으로 패터닝될 수 있다. 또한, 상기 전극들(320, 330) 각각은 수십 nm 내지 수백 nm의 두께로 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 전극들(320, 330) 각각의 두께는 약 10nm 내지 약 990nm일 수 있다.
이어서 상기 에피택셜층을 분리하는 단계(ST550)가 진행될 수 있다. 이 단계에서 상기 베이스 기판(100)은 상기 에피택셜층과 분리할 수 있다.
분리하는 단계 이후에 상기 에피택셜층의 타면을 연마하는 단계가 진행될 수 있다. 상기 에피택셜층의 타면은 상기 베이스 기판(100)이 제거되어 노출되는 면일 수 있다. 이 단계는 상기 에피택셜층의 두께가 수백 nm 내지 수십 ㎛가 되도록 연마하는 단계일 수 있다. 자세하게, 상기 에피택셜층의 두께가 약 100nm 내지 약 99㎛가 되도록 연마하는 단계일 수 있다. 또한, 상기 에피택셜층의 표면 조도(Ra) 값은 약 10nm 이하일 수 있다. 자세하게, 상기 에피택셜층의 표면 조도(Ra) 값은 약 1nm 내지 약 10nm일 수 있다. 이에 따라, 상기 에피택셜층은 상술한 압전층(210)으로 이용될 수 있다.
이어서, 상기 공진부와 기판을 연결하는 단계(ST600)가 진행될 수 있다. 상기 기판(100)은 단결정 실리콘(Si), 다결정 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 등과 같은 원소 반도체를 포함할 수 있고, 갈륨비소(GaAs), 인듐인(InP), 인듐비소(InAs), 인듐안티몬(InSb), 질화갈륨(GaN) 등과 같은 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 기판(100)은 회로 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판은 인쇄회로기판(PCB)일 수 있다. 이 단계(ST600)에서 기판(100)과 상기 공진부는 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 3 전극(320) 및 상기 제 4 전극 중 적어도 하나의 전극은 와이어 본딩 등을 통해 상기 기판(100)과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 공진부와 기판을 연결하는 단계(ST600) 이전에는 본딩층을 형성하는 단계(ST570)가 더 진행될 수 있다. 상기 본딩층을 형성하는 단계(ST570)는, 상기 에피택셜층의 타면과 상기 기판(100) 사이에 본딩층을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 본딩층은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 본딩층은 금속을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 본딩층은 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 크롬(Cr), 팔라듐(Pd) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이에 따라 상기 기판(100)과 상기 압전층(210) 사이의 접착력을 향상시킬 수 있다.
즉 실시예에 따른 탄성파 필터 장치의 압전층(210)은 [0001] 방향으로 성장한 질화 알루미늄(AlN)을 포함할 수 있고, 상기 질화 알루미늄(AlN)의 [0001] 방향은 상기 압전층(210)의 일면(211) 및 타면(213)과 평행할 수 있다. 즉, 상ㄱ 질화 알루미늄(AlN)의 (0001) 면은 상기 압전층(210)의 일면(211) 및 타면(213)과 수직일 수 있다. 이에 따라, 상기 제 3 전극(320) 및 상기 제 4 전극(330)의 선폭 감소 없이 상기 제 3 전극(320) 및 상기 제 4 전극(330) 사이에 형성되는 탄성파의 진행 속도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 향상된 주파수 값을 얻을 수 있고 수 MHz(메가헤르츠) 내지 수 GHz(기가헤르츠)의 주파수, 예컨대 저대역의 주파수를 필터할 수 있다.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 제 2 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 기판; 및
    상기 기판 상에 배치되는 공진부를 포함하고,
    상기 공진부는,
    일면 및 상기 일면과 반대되고 상기 기판과 마주하는 타면을 포함하는 압전층;
    상기 압전층의 일면 상에 배치되는 제 1 전극; 및
    상기 압전층의 타면 상에 배치되는 제 2 전극을 포함하고,
    상기 압전층은 [0001] 방향으로 성장한 질화 알루미늄(AlN)을 포함하는 탄성파 필터 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 질화 알루미늄은 (0001) 면을 포함하고,
    상기 질화 알루미늄의 (0001) 면은, 상기 압전층의 일면 및 상기 압전층의 타면과 평행하는 탄성파 필터 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 압전층의 두께는 100nm 내지 1㎛인 탄성파 필터 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극과 대응되는 위치에 배치되는 탄성파 필터 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 각각은, 니켈, 금, 백금, 은, 알루미늄, 구리, 몰리브덴, 텅스텐, 루테늄 및 이리듐 중 적어도 하나를 포함하는 탄성파 필터 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 각각의 두께는, 10nm 내지 990nm인 탄성파 필터 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 공진부는,
    상기 압전층, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극을 포함하는 제 1 필터부; 및
    상기 제 1 필터부와 이격되는 제 2 필터부를 포함하고,
    상기 제 2 필터부는,
    상기 압전층;
    상기 압전층 상에 배치되는 제 3 전극; 및
    상기 제 3 전극과 이격되는 제 4 전극을 포함하고,
    상기 제 3 전극 및 상기 제 4 전극은 상기 압전층의 일면 상에 배치되는 탄성파 필터 장치.
  8. 공진부를 형성하는 단계; 및
    상기 공진부와 기판을 연결하는 단계를 포함하고,
    상기 공진부를 형성하는 단계는,
    베이스 기판 상에 에피택셜층을 형성하는 단계;
    상기 에피택셜층의 일면 상에 제 1 전극을 형성하는 단계;
    상기 에피택셜층을 분리하는 단계; 및
    상기 에피택셜층의 일면과 반대되는 타면 상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 에피택셜층은 [0001] 방향으로 성장한 질화 알루미늄(AlN)을 포함하는 탄성파 필터 장치의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 에피택셜층을 분리하는 단계 이후에, 상기 에피택셜층의 타면을 연마하는 단계를 더 포함하는 탄성파 필터 장치의 제조 방법.
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