KR20200007545A - 음향 공진기 패키지 - Google Patents

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KR20200007545A KR1020180081768A KR20180081768A KR20200007545A KR 20200007545 A KR20200007545 A KR 20200007545A KR 1020180081768 A KR1020180081768 A KR 1020180081768A KR 20180081768 A KR20180081768 A KR 20180081768A KR 20200007545 A KR20200007545 A KR 20200007545A
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김광수
손진숙
이영규
김성선
김상진
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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기 패키지는 기판과, 상기 기판에 배치된 음향 공진기와, 상기 기판 및 상기 음향 공진기 상에 배치된 캡 및 상기 기판과 상기 캡을 접합하는 접합부를 포함하며, 상기 캡은 접합부 주위에 형성된 트렌치 및 상기 캡에서 적어도 상기 트렌치를 이루는 면을 커버하는 보호층을 포함하고, 상기 접합부 중 일부는 상기 트렌치의 적어도 일부를 채운다.

Description

음향 공진기 패키지 {ACOUSTIC RESONATOR PACKAGE}
본 발명은 음향 공진기 패키지에 관한 것이다.
최근 이동통신기기, 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 수단으로는 박막 음향 공진기(Film Bulk Acoustic Resonator: FBAR)가 알려져 있다. FBAR은 최소한의 비용으로 대량 생산이 가능하며, 초소형으로 구현할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 필터의 주요한 특성인 높은 품질 계수(Quality Factor: Q)값을 구현하는 것이 가능하고, 마이크로주파수 대역에서도 사용이 가능하며, 특히 PCS(Personal Communication System)와 DCS(Digital Cordless System) 대역까지도 구현할 수 있다는 장점이 있다.
일반적으로, FBAR은 기판상에 제1 전극, 압전층(Piezoelectric layer) 및 제2 전극을 차례로 적층하여 구현되는 공진부를 포함하는 구조로 이루어진다.
FBAR의 동작원리를 살펴보면, 먼저 제1 및 제2 전극에 전기에너지를 인가하여 압전층 내에 전계를 유기시키면, 이 전계는 압전층의 압전 현상을 유발시켜 공진부가 소정 방향으로 진동하도록 한다. 그 결과, 진동방향과 동일한 방향으로 음향파(Bulk Acoustic Wave)가 발생하여 공진을 일으키게 된다. 즉, FBAR은 체적 탄성파(Bulk Acoustic Wave: BAW)를 이용하는 소자로, 압전체의 전기 기계 결합 상수(Effective electromechanical coupling coefficient, Kt2)가 커짐으로써 탄성파 소자의 주파수 특성이 개선되고, 또 광대역화도 가능하게 된다.
한편, 음향 공진기를 패키징하여 사용할 경우, 패키지의 기밀성(hermeticity)은 음향 공진기의 신뢰성에 큰 영향을 미친다.
본 발명의 일 목적은 기밀성(hermeticity)이 우수하여 외부로부터의 영향이 최소화되며 이에 따라 신뢰성이 향상될 수 있는 음향 공진기 패키지를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 달성하기 위한 방법으로, 본 발명은 일 실시 형태를 통하여 음향 공진기 패키지의 신규한 구조를 제안하고자 하며, 구체적으로, 기판과, 상기 기판에 배치된 음향 공진기와, 상기 기판 및 상기 음향 공진기 상에 배치된 캡 및 상기 기판과 상기 캡을 접합하는 접합부를 포함하며, 상기 캡은 접합부 주위에 형성된 트렌치 및 상기 캡에서 적어도 상기 트렌치를 이루는 면을 커버하는 보호층을 포함하고, 상기 접합부 중 일부는 상기 트렌치의 적어도 일부를 채운다.
일 실시 예에서, 상기 캡은 상기 음향 공진기를 수용하는 중앙부 및 상기 중앙부의 외곽에 배치되어 상기 접합부와 연결되는 외곽부를 포함하며, 상기 외곽부는 상기 중앙부보다 두꺼울 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 트렌치의 종횡비는 1-30일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 트렌치는 상기 외곽부에 배치될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 외곽부와 상기 중앙부의 두께 차이는 상기 트렌치의 깊이보다 큰 형태일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 보호층은 상기 외곽부 중 상기 트렌치를 제외한 나머지 영역에는 형성되지 않을 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 보호층은 상기 캡에서 상기 접합부와 접하는 영역을 제외한 전체 영역의 표면에 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 트렌치의 내벽은 물결 형상을 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 보호층은 자가조립단층(Self-Assembled Monolayer)일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 보호층은 플루오린 성분을 포함하는 물질일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 보호층의 두께는 0.1 ~ 10nm일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 보호층은 실리콘 성분을 포함하는 물질일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 보호층의 두께는 10 ~ 100nm일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 접합부는 합금을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 합금은 Au, Sn, Cu, Al, Si 및 Ge으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 2개의 물질을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 합금은 Au-Sn, Cu-Sn 및 Al-Ge으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 공정 합금을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 접합부는 절연성 물질을 더 포함하며, 상기 절연성 물질은 상기 보호층을 이루는 물질과 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기 패키지의 경우, 기판과 캡 사이의 기밀성(hermeticity)이 우수하여 내부의 음향 공진기를 효과적으로 보호할 수 있다. 이러한 음향 공진기 패키지는 외부로부터의 영향을 최소화하여 신뢰성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에서 음향 공진기 부분을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 1에서 캡을 하부 방향에서 바라보았을 때의 평면도이다.
도 4는 도 1의 음향 공진기 패키지에서 채용될 수 있는 트렌치와 보호층의 예를 나타내며, (a)는 종래 기술을, (b)는 본 발명의 일 예를 나타낸다.
도 5는 플로로카본기를 갖는 소수성 물질의 예에 따른 화학적 결합을 나타낸다.
도 6은 실란기를 포함하는 물질의 예에 따른 화학적 결합을 나타낸다.
도 7 내지 14는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 음향 공진기 패키지의 제조방법을 나타낸다.
도 15 내지 18은 변형된 실시 형태에 따른 음향 공진기 패키지의 제조방법을 나타낸다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 예 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 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기 패키지를 나타낸 단면도이다. 도 2는 도 1에서 음향 공진기 부분을 확대하여 나타낸 단면도이다. 도 3은 도 1에서 캡을 하부 방향에서 바라보았을 때의 평면도이다. 그리고 도 4는 도 1의 음향 공진기 패키지에서 채용될 수 있는 트렌치와 보호층의 예를 나타내며, (a)는 종래 기술을, (b)는 본 발명의 일 예를 나타낸다.
도 1 내지 4를 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 음향 공진기 패키지(10)는 기판(110), 음향 공진기(100), 캡(220) 및 접합부(210)를 포함하며, 여기서 캡(220)은 접합부(210) 주위에 형성된 트렌치(T) 및 적어도 트렌치(T)를 이루는 면을 커버하는 보호층(230)을 포함한다. 그리고 캡(220)의 트렌치(T)의 적어도 일부는 접합부(210)가 채운다.
음향 공진기(100)는 박막 벌크 음향 공진기(Film Bulk Acoustic Resonator: FBAR) 일 수 있으며, 이하 박막 벌크 음향 공진기를 예로 들어 설명한다. 음향 공진기(100)는 기판(110), 절연층(115), 멤브레인층(150), 캐비티(C), 공진부(120) 및 보호층(127)을 포함할 수 있다.
기판(110)은 실리콘 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(110)으로는 실리콘 웨이퍼가 이용되거나, SOI(Silicon On Insulator) 타입의 기판이 이용될 수 있다. 기판(110)의 상면에는 절연층(115)이 마련되어 기판(110)과 공진부(120)를 전기적으로 격리시킬 수 있다. 또한 절연층(115)은 음향 공진기 제조 과정에서 캐비티(C)를 형성할 때, 에칭 가스에 의해 기판(110)이 식각되는 것을 방지한다. 이 경우, 절연층(115)은 이산화규소(SiO2), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 산화 알루미늄(Al2O3), 및 질화 알루미늄(AlN) 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition), RF 마그네트론 스퍼터링(RF Magnetron Sputtering), 및 증착(Evaporation) 중 어느 하나의 공정을 통해 기판(110)에 형성될 수 있다.
희생층(140)은 절연층(115) 상에 형성되며, 희생층(140)의 내부에는 캐비티(C)와 식각 방지부(145)가 배치된다. 캐비티(C)는 빈 공간으로 형성되며, 희생층(140)의 일부를 제거함으로써 형성될 수 있다. 캐비티(C)가 희생층(140)에 내에 형성됨에 따라, 희생층(140)의 상부에 형성되는 공진부(120)는 전체적으로 편평하게 형성될 수 있다. 식각 방지부(145)는 캐비티(C)의 경계를 따라 배치된다. 식각 방지부(145)는 캐비티(C) 형성 과정에서 캐비티 영역 이상으로 식각이 진행되는 것을 방지하기 위해 구비된다. 따라서, 캐비티(C)의 수평 면적은 식각 방지부(145)에 의해 규정되고, 수직 면적은 희생층(140)의 두께에 의해 규정된다.
멤브레인층(150)은 희생층(140) 상에 형성되어 기판(110)과 함께 캐비티(C)의 두께(또는 높이)를 규정한다. 따라서 멤브레인층(150)도 캐비티(C)를 형성하는 과정에서 쉽게 제거되지 않는 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 희생층(140)의 일부(예컨대, 캐비티 영역)을 제거하기 위해 불소(F), 염소(Cl) 등의 할라이드계 에칭가스를 이용하는 경우, 멤브레인층(150)은 상기한 에칭가스와 반응성이 낮은 재질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 멤브레인층(150)은 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 멤브레인층(150)은 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 중 적어도 하나의 재질을 함유하는 유전체층(Dielectric layer)으로 이루어지거나, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 백금(Pt), 갈륨(Ga), 하프늄(Hf) 중 적어도 하나의 재질을 함유하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
멤브레인층(150) 상에는 질화 알루미늄(AlN)으로 제조되는 시드층(미도시)이 형성될 수 있다. 구체적으로 시드층은 멤브레인층(150)과 제1 전극(121) 사이에 배치될 수 있다. 시드층은 AlN 이외에도 HCP 구조를 가지는 유전체 또는 금속을 이용하여 형성될 수 있다. 금속일 경우 예를 들어, 시드층은 티타늄(Ti)으로 형성될 수 있다. 공진부(120)는 제1 전극(121), 압전층(123), 및 제2 전극(125)을 포함한다. 공진부(120)는 아래에서부터 제1 전극(121), 압전층(123), 및 제2 전극(125)이 순서대로 적층된다. 따라서 공진부(120)에서 압전층(123)은 제1 전극(121)과 제2 전극(125) 사이에 배치된다.
공진부(120)는 멤브레인층(150) 상에 형성되므로, 결국 기판(110)의 상부에는 멤브레인층(150), 제1 전극(121), 압전층(123) 및 제2 전극(125)이 차례로 적층되어 공진부(120)를 형성한다. 공진부(120)는 제1 전극(121)과 제2 전극(125)에 인가되는 신호에 따라 압전층(123)을 공진시켜 공진 주파수 및 반공진 주파수를 발생시킬 수 있다. 후술되는 삽입층(170)이 형성될 경우, 공진부(120)는 제1 전극(121), 압전층(123), 및 제2 전극(125)이 대략 편평하게 적층된 중앙부(S), 그리고 제1 전극(121)과 압전층(123) 사이에 삽입층(170)이 개재되는 확장부(E)로 구분될 수 있다. 중앙부(S)는 공진부(120)의 중심에 배치되는 영역이고 확장부(E)는 중앙부(S)의 둘레를 따라 배치되는 영역이다. 따라서 확장부(E)는 중앙부(S)에서 외측으로 연장되는 영역을 의미한다. 삽입층(170)은 중앙부(S)에서 멀어질수록 두께가 두꺼워지는 경사면(L)을 구비한다. 확장부(E)에서 압전층(123)과 제2 전극(125)은 삽입층(170) 상에 배치된다. 따라서 확장부(E)에 위치한 압전층(123)과 제2 전극(125)은 삽입층(170)의 형상을 따라 경사면을 구비한다.
한편, 본 실시 예에서는 확장부(E)가 공진부(120)에 포함되는 것으로 정의하고 있으며, 이에 따라 확장부(E)에서도 공진이 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 확장부(E)의 구조에 따라 확장부(E)에서는 공진이 이루어지지 않고 중앙부(S)에서만 공진이 이루어질 수도 있다. 제1 전극(121) 및 제2 전극(125)은 도전체로 형성될 수 있으며, 예를 들어 금, 몰리브덴, 루테늄, 이리듐, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 탄탈륨, 크롬, 니켈 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하는 금속으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 공진부(120)에서 제1 전극(121)은 제2 전극(125)보다 넓은 면적으로 형성되며, 제1 전극(121) 상에는 제1 전극(121)의 외곽을 따라 제1 금속층(180)이 배치된다. 따라서 제1 금속층(180)은 제2 전극(125)을 둘러 싸는 형태로 배치될 수 있다.
제1 전극(121)은 멤프레인층(150) 상에 배치되므로 전체적으로 편평하게 형성된다. 반면에 제2 전극(125)은 압전층(123) 상에 배치되므로, 압전층(123)의 형상에 대응하여 굴곡이 형성될 수 있다. 제2 전극(125)은 중앙부(S) 내에 전체적으로 배치되며, 확장부(E)에 부분적으로 배치된다. 이에, 제2 전극(125)은 후술되는 압전층(123)의 압전부(123a) 상에 배치되는 부분과, 압전층(123)의 굴곡부(123b) 상에 배치되는 부분으로 구분될 수 있다. 보다 구체적으로, 본 실시 예에서 제2 전극(125)은 압전부(123a) 전체와, 압전층(123)의 경사부(1231) 중 일부분을 덮는 형태로 배치된다. 따라서 확장부(E) 내에 배치되는 제2 전극(125a)은, 경사부(1231)의 경사면보다 작은 면적으로 형성되며, 공진부(120) 내에서 제2 전극(125)은 압전층(123)보다 작은 면적으로 형성된다.
압전층(123)은 제1 전극(121) 상에 형성된다. 후술되는 삽입층(170)이 형성될 경우, 제1 전극(121)과 삽입층(170) 상에 형성된다. 압전층(123)의 재료로는 산화 아연(ZnO), 질화 알루미늄(AlN), 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride), 지르콘 티탄산 납(Lead Zirconate Titanate), 쿼츠(Quartz) 등이 선택적으로 이용될 수 있다. 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride)의 경우 희토류 금속(Rare earth metal) 전이 금속, 또는 알칼리 토금속(alkaline earth metal)을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 희토류 금속은 스칸듐(Sc), 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 희토류 금속의 함량은 1~20at%일 수 있다. 상기 전이 금속은 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 탄탈륨(Ta), 및 니오븀(Nb) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 알칼리 토금속은 마그네슘(Mg)을 포함할 수 있다.
본 실시 예에 따른 압전층(123)은 중앙부(S)에 배치되는 압전부(123a), 그리고 확장부(E)에 배치되는 굴곡부(123b)를 포함한다. 압전부(123a)는 제1 전극(121)의 상부면에 직접 적층되는 부분이다. 따라서 압전부(123a)는 제1 전극(121)과 제2 전극(125) 사이에 개재되어 제1 전극(121), 제2 전극(125)과 함께 편평한 형태로 형성된다. 굴곡부(123b)는 압전부(123a)에서 외측으로 연장되어 확장부(E) 내에 위치하는 영역으로 정의될 수 있다. 굴곡부(123b)는 후술되는 삽입층(170) 상에 배치되며, 삽입층(170)의 형상을 따라 융기되는 형태로 형성된다. 이에 압전층(123)은 압전부(123a)와 굴곡부(123b)의 경계에서 굴곡되며, 굴곡부(123b)는 삽입층(170)의 두께와 형상에 대응하여 융기된다. 굴곡부(123b)는 경사부(1231)와 연장부(1232)로 구분될 수 있다. 경사부(1231)는 후술되는 삽입층(170)의 경사면(L)을 따라 경사지게 형성되는 부분을 의미한다. 그리고 연장부(1232)는 경사부(1231)에서 외측으로 연장되는 부분을 의미한다. 경사부(1231)는 삽입층(170) 경사면(L)과 평행하게 형성되며, 경사부(1231)의 경사각은 삽입층(170) 경사면(L)의 경사각과 동일하게 형성될 수 있다.
삽입층(170)은 멤브레인층(150)과 제1 전극(121), 그리고 식각 방지부(145)에 의해 형성되는 표면을 따라 배치될 수 있다. 삽입층(170)은 중앙부(S)의 주변에 배치되어 압전층(123)의 굴곡부(123b)를 지지한다. 따라서 압전층(123)의 굴곡부(123b)는 삽입층(170)의 형상을 따라 경사부(1231)와 연장부(1232)로 구분될 수 있다. 삽입층(170)은 중앙부(S)를 제외한 영역에 배치된다. 예를 들어 삽입층(170)은 중앙부(S)를 제외한 영역 전체에 배치되거나, 일부 영역에 배치될 수 있다.
또한 삽입층(170)은 적어도 일부가 압전층(123)과 제1 전극(121) 사이에 배치된다. 중앙부(S)의 경계를 따라 배치되는 삽입층(170)의 측면은 중앙부(S)에서 멀어질수록 두께가 두꺼워지는 형태로 형성된다. 이로 인해 삽입층(170)은 중앙부(S)와 인접하게 배치되는 측면이 일정한 경사각을 갖는 경사면(L)으로 형성된다. 삽입층(170) 측면의 경사각이 5°보다 작게 형성되면, 이를 제조하기 위해서는 삽입층(170)의 두께를 매우 얇게 형성하거나 경사면(L)의 면적을 과도하게 크게 형성해야 하므로, 실질적으로 구현이 어렵다. 또한 삽입층(170) 측면의 경사각이 70°보다 형성되면, 삽입층(170) 상에 적층되는 압전층(123)의 경사부(1231) 경사각도 70°보다 크게 형성된다.
이 경우 압전층(123)이 과도하게 굴곡되므로, 압전층(123)의 굴곡 부분에서 크랙(crack)이 발생될 수 있다. 따라서, 본 실시 예에서 상기 경사면(L)의 경사각은 5° 이상, 70° 이하의 범위로 형성될 수 있다. 삽입층(170)은 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(SiN), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2) 등의 물질로 형성될 수 있으나, 압전층(123)과는 다른 재질로 형성된다. 또한, 필요에 따라 삽입층(170)이 구비되는 영역을 빈 공간(air)으로 형성하는 것도 가능하다. 이는 제조 과정에서 공진부(120)를 모두 형성한 후, 삽입층(170)을 제거함으로써 구현될 수 있다. 본 실시 예에서 삽입층(170)의 두께는 제1 전극(121)의 두께와 동일하거나, 유사하게 형성될 수 있다. 또한 삽입층(170)의 두께는 압전층(123) 보다 얇게 형성될 수 있다. 압전층(123)의 두께보다 얇아야 삽입층으로 인한 압전층(123)의 경사부가 형성이 되며 크랙(crack)등이 발생하지 않을 수 있어 공진기 성능 향상에 기여할 수 있다. 삽입층(170) 두께의 하한은 특별히 한정할 필요는 없으나, 증착 두께를 용이하게 조절하고 증착된 웨이퍼 내 두께 균일도를 확보하기 위하여 삽입층(170) 두께는 100Å 이상일 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 실시 예에 따른 공진부(120)는 빈 공간으로 형성되는 캐비티(C)를 통해 기판(110)과 이격 배치된다. 캐비티(C)는 음향 공진기 제조 과정에서 에칭 가스(또는 에칭 용액)을 유입 홀(도 1, 도 3의 H)로 공급하여 희생층(140)의 일부를 제거함으로써 형성될 수 있다. 보호층(127)은 음향 공진기(100)의 표면을 따라 배치되어 음향 공진기(100)를 외부로부터 보호한다. 보호층(127)은 제2 전극(125), 압전층(123)의 굴곡부(123b), 그리고 삽입층(170)이 형성하는 표면을 따라 배치될 수 있다. 보호층(127)은 실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열, 알루미늄 옥사이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열 중의 어느 하나의 절연 물질로 형성될 수 있다. 또한, 보호층(127)은 음향 공진기와 접합부 사이의 기판 상에 추가로 배치될 수 있다.
제1 전극(121)과 제2 전극(125)은 공진부(120)의 외측으로 연장 형성되며, 연장 형성된 부분의 상부면에는 각각 제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)이 배치된다. 제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)은 금(Au), 금-주석(Au-Sn) 합금, 구리(Cu), 구리-주석(Cu-Sn) 합금, 알루미늄(Al), 알루미늄-게르마늄(Al-Ge) 합금 등의 재질로 이루어질 수 있다. 제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)은 본 실시 예에 따른 음향 공진기의 전극(121, 125)과 인접하게 배치된 다른 음향 공진기의 전극을 전기적으로 연결하는 연결 배선으로 기능하거나, 외부 접속 단자로 기능할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 도 1에는 제 2 금속층(190)의 하부에 삽입층(170)이 제거된 경우를 도시하고 있으나, 본 발명의 구성은 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 제 2 금속층(190) 하부에 제2 금속층(190)이 배치된 구조로 구현하는 것도 가능하다. 제1 금속층(180)은 삽입층(170)과 보호층(127)을 관통하여 제1 전극(121)에 접합된다. 또한 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 전극(121)은 제2 전극(125)보다 넓은 면적으로 형성될 수 있으며, 제1 전극(121)의 둘레 부분에는 제1 금속층(180)이 형성된다. 따라서, 제1 금속층(180)은 공진부(120)의 둘레를 따라 배치되며, 이에 제2 전극(125)을 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 본 실시 예에 따른 제2 전극(125)은 압전층(123)의 압전부(123a)와 경사부(1231) 상에 적층 배치된다. 그리고, 제2 전극(125) 중 압전층(123)의 경사부(1231) 상에 배치되는 부분, 즉 확장부(E)에 배치되는 제2 전극(125)은 경사부(1231)의 경사면의 전체가 아닌, 경사면 일부분에만 배치될 수 있다.
캡(220)은 기판(110) 및 음향 공진기(100) 상에 배치되며, 접합부(210)에 의하여 기판(110)과 접합된다. 캡(220)은 음향 공진기(100)를 외부 환경으로부터 보호하기 위하여 구비되며, 음향 공진기(100)가 수용되는 내부 공간을 구비하는 커버 형태로 형성될 수 있다. 예컨대, 도 1에 도시된 형태와 같이, 음향 공진기(100)를 수용하는 중앙부(221) 및 중앙부(221)의 외곽에 배치되어 접합부(210)와 연결되는 외곽부(222)를 포함할 수 있으며, 이 경우, 외곽부(222)는 중앙부(221)보다 두꺼운 형태로 구현될 수 있다. 캡(220)을 구성하는 재료는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 실리콘 웨이퍼일 수 있다.
본 실시 형태에서는 캡(220)의 접합부(210) 주위에는 트렌치(T)가 형성되며, 이 경우, 트렌치(T)는 도 1 및 도 3에 도시된 형태와 같이 캡(220)의 외곽부(222)에 배치될 수 있다. 캡(220)과 기판(110)을 접합하는 과정에서 접합부(210)는 유동성을 가질 수 있으며 이 경우, 접합부(210) 중 일부는 측 방향으로 흘러 트렌치(T)의 적어도 일부를 채울 수 있다. 도면에는 접합부(210)가 트렌치(T)의 전체 영역을 채우는 것으로 표현되어 있지만 트렌치(T)의 일부는 접합부(210)에 의해 채워지지 않을 수도 있을 것이다.
이와 같이 트렌치(T)는 유동 상태의 접합부(210)가 주변으로 흘러가는 것을 줄이는 역할을 하며, 특히, 음향 공진기(100)에 접합부(210)가 닿거나 패키지(10)의 외부로 접합부(210)가 흘러나가서 불량이 발생하는 것을 줄일 수 있다. 도 1에 도시된 형태와 같이, 외곽부(222)와 중앙부(221)의 두께 차이, 즉, 중앙부(221)에 형성된 캐비티의 깊이(d2)는 트렌치(T)의 깊이(d1)보다 클 수 있다. 이러한 형태는 후술할 바와 같이, 중앙부(221)의 캐비티와 트렌치(T)를 동일한 에칭 공정으로 형성하는 과정에서 구현될 수 있다. 패키지(10)와 캡(220)의 크기 등에 따라 달라질 수 있으며, 예컨대, 트렌치(T)는 10~20um 정도의 깊이를 갖도록 형성될 수 있다. 또한 트렌치(T)의 깊이와 폭의 비율, 즉, 종횡비(aspect ratio)는 1 이상일 수 있다. 트렌치의 깊이와 폭의 비율이 1 이하이면 접합 영역의 면적이 증가하게 되고 디바이스의 전체 크기가 증가하는 단점이 있다. 트렌치(T)의 깊이와 폭의 비율이 30 이상이면 트렌치(T) 형상 구현이 어려워질 수 있으며 접합부의 금속 물질이 트렌치(T)에 잘 채워지지 않아 충분한 기밀성을 확보하기 어려울 수 있다.
캡(220)은 트렌치(T)를 이루는 면을 커버하는 보호층(230)을 포함한다. 보호층(230)은 트렌치(T) 외에도 캡(220)의 다른 표면을 커버하도록 형성될 수 있다. 다만, 보호층(230)은 도 1에 도시된 형태와 같이, 캡(220)의 외곽부(222) 중 트렌치(T)를 제외한 나머지 영역에는 형성되지 않을 수 있으며, 이러한 형태는 후술할 바와 같이, 트렌치(T) 형성을 위한 PR 마스크층을 스트립하는 과정에서 얻어질 수 있다. 또한, 도 14와 관련하여 후술할 바와 같이 보호층(230)은 캡(220)의 외측면을 커버하지 않을 수도 있는데, 웨이퍼 레벨의 접합 공정 후 각 패키지 단위로 다이싱하는 경우 이에 의하여 노출된 캡(220)의 외측면에는 보호층(230)이 형성되어 있지 않기 때문이다.
접합부(210)가 트렌치(T)에 침투하여 접촉하는 경우, 이들 간에 확산이나 화학반응이 일어나 접합부(210)에 결함(defect)이 생길 수 있다. 예를 들어, 캡(220)으로 실리콘(Si) 웨이퍼를, 접합부(210)로 Au-Sn 공정 합금을 사용하는 경우, Si가 접합부(210)로 확산되거나 Au, Sn이 기판(110)으로 확산되어 결함(defect)이 발생할 수 있다. 이렇게 접합부(210)에 결함이 발생할 경우 캡(220)과 기판(110)의 접합력이 낮아져 패키지(10)의 기밀성이 저하되며 신뢰성 역시 낮아질 수 있다. 이에, 본 실시 형태에서는 트렌치(T)의 표면을 커버하는 보호층(230)을 채용하여 본딩 공정 중에 접합부(210)와 캡(220)이 서로 접촉하는 것을 최소화하고자 하였다.
본 실시 형태의 경우, 보호층(230)은 예컨대 분자 기상 증착(Molecular Vapor Deposition) 공정을 통해 구현 가능하다. 분자 기상 증착 공정은 기상 화학 반응으로 기판과 흡착이 용이한 헤드기를 가지는 물질과 기능을 수행하는 작용기를 가지는 분자 단위층을 형성시킬 수 있다. 또한 컨포멀(conformal) 코팅이 가능해 종횡비(aspect ratio)가 큰 트렌치의 측벽에 균일한 두께로 증착이 가능하며, 나아가, 기상 화학 반응으로 증착을 하기 때문에 액상 화학 반응 증착보다 낮은 온도에서 증착이 가능하다. 이러한 분자 기상 증착 공정으로 형성된 보호층(230)은 자가조립단층(Self-Assembled Monolayer)으로 형성될 수 있으며, 상대적으로 낮은 온도, 예컨대, 50℃ 이하에서 증착 공정이 실행될 수 있다. 보호층(230)의 형성 온도가 낮기 때문에 트렌치(T) 공정을 위한 PR 마스크층이 형성된 상태에서 보호층(230)을 효과적으로 형성할 수 있으며, 또한, 트렌치(T) 내에 얇으면서도 균일하게 형성될 수 있다. 일반적으로 사용되는 화학기상증착(CVD) 공정 등은 고온에서 실행되기 때문에 PR 마스크층이 존재하는 상태에서 하기 어려울 수 있다. 또한, 본원 발명의 보호층(230)은 종래 화상기상증착을 사용하는 경우보다 얇게 균일하게 형성되어 트렌치(T) 공간을 충분히 확보할 수 있다. 예컨대, 도 4에 도시된 형태와 같이 Si 기판을 드라이 에칭하는 경우 Si의 에칭과 패시베이션이 반복되면서 트렌치(T) 내부에 표면에 물결 모양의 스캘럽(scallop) 영역이 발생할 수 있는데 종래 일반적으로 사용되는 플라즈마 화학증착(PECVD) 공정을 사용하여 보호층(330)을 형성하는 경우 컨포멀한 증착이 어렵기 때문에 트렌치의 입구가 좁아지는 문제가 생길 수 있다. 이와 달리, 도 4(b)에 도시된 형태와 같이, 본 발명의 예에 따른 보호층(230)은 트렌치(T) 내부 표면이 물결 모양을 갖는 경우에도 균일하고 얇은 두께로 형성될 수 있다.
자가조립단층으로 구현될 수 있는 예로서, 보호층(230)은 플루오린 성분을 포함할 수 있으며, 예컨대, 플로로카본기를 포함하는 소수성 물질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 보호층(230)은 매우 얇은 두께, 예컨대, 0.1 ~ 10nm의 두께로 형성될 수 있다. 여기서 소수성 물질이라 함은 증착 후 물에 의한 접촉각(contact angle)이 90° 이상이 되는 물질을 정의될 수 있다. 도 5는 플로로카본기를 갖는 소수성 물질의 예를 화학적 결합으로 나타낸 것이다. 구체적으로 보호층(230)은 플루오린(fluorine, F) 성분을 함유할 수 있으며, 플루오린(fluorine, F) 및 실리콘(silicon, Si)을 포함할 수 있다.
다른 예로서, 보호층(230)은 실리콘 성분을 포함하는 물질로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 보호층(230)은 실란기를 포함하는 물질, 예컨대, 실록산(Silonxane)으로 이루어질 수 있으며, 도 6은 이에 대한 화학적 결합을 나타낸다. 보호층(230)이 실록산으로 이루어지는 경우, 플로로카본기를 갖는 물질의 경우보다 두껍게 형성될 수 있으며, 예컨대, 보호층(230)의 두께는 약 10 ~ 100nm일 수 있다. 실록산으로 형성된 보호층(230)의 두께가 10nm 이하일 경우 기판의 실리콘(Si) 성분과 Au, Sn 등의 접합 금속이 확산하는 것을 효과적으로 막기 어렵다. 또한 100nm 이상일 경우는 과도한 증착 공정의 수행으로 공정 효율성이 저하되고 트렌치(T)의 부피가 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
접합부(210)는 상술한 바와 같이, 캡(220)과 기판(110)을 접합시켜 음향 공진기 패키지 내부의 기밀성(hermeticity)을 유지하는 역할을 한다. 접합부(210)는 합금을 포함할 수 있으며, 상기 합금은 Au, Sn, Cu, Al, Si 및 Ge으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 2개의 물질, 예컨대, Au-Sn, Cu-Sn, Al-Ge 등의 공정 합금을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 설명하면, 접합부(210)는 통상 공정접합(eutectic bonding) 또는 금속확산(metal diffusion) 접합에서 사용되는 모 재료(Parent Material), 녹는 재료(Melting Material) 및 이들의 합금을 포함할 수 있다. 예를 들어, 모 재료(Parent Material)은 Cu, Au, Ag, Ni, Al, Pb 등을 포함할 수 있으며, 녹는 재료(Melting Material)는 Sn, In, Si, Zn, Ge 등을 포함할 수 있다. 또한, 이들의 합금으로서 Au3Sn, Cu3Sn, Al-Ge 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 기판(110)의 하부면에는 기판(110)을 관통하는 비아 홀(112)이 다수 개 형성된다. 그리고 각 비아 홀(112)의 내부에는 접속 도체(115a, 115b)가 형성된다. 접속 도체(115a, 115b)는 비아 홀(112)의 내부면 즉 내벽 전체에 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 접속 도체(115a, 115b)는 일단이 기판(110)의 하부면에 형성된 외부 전극(117a, 117b)에 연결되고, 타단은 제1 전극(121) 또는 제2 전극(125)과 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 제1 접속 도체(115a)는 제1 전극(121)과 외부 전극(117a)을 전기적으로 연결하고, 제2 접속 도체(115b)는 제2 전극(125)과 외부 전극(117b)을 전기적으로 연결한다. 한편, 도 2에서 2개의 비아 홀(112)과, 2개의 접속 도체(115a, 115b)만을 도시하여 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 더 많은 수의 비아 홀(112)과 접속 도체(115a, 115b)를 구비할 수 있다.
상술한 구조를 음향 공진기 패키지는 다양한 기능을 수행하도록 채용될 수 있다. 예컨대, 음향 공진기 패키지 내부에 복수의 음향 공진기가 배치되어 구성될 수 있으며, 이 경우, 복수의 음향 공진기의 배치에 따라 래더 타입(ladder type)의 필터 구조, 래티스 타입(lattice type)의 필터 구조 또는 이들을 조합한 필터 구조를 구현할 수 있다.
이하, 도 7 내지 14를 참조하여 상술한 구조를 갖는 음향 공진지 패키지의 제조방법의 일 예를 설명한다. 도 7 내지 14에서는 접합부(210) 주변의 캡(220)과 기판(110)만을 나타내었고 다른 구성 요소들의 도시는 생략하였다.
우선, 도 7에 도시된 형태와 같이, 실리콘(Si) 웨이퍼 등의 형태인 캡(220)을 마련한다. 이 경우, 캡(220)의 표면에는 캡(220)을 보호하는 코팅층(250)이 형성될 수 있으며 코팅층(250)은 열 산화층, 세라믹층(예컨대 AlN) 등으로 이루어질 수 있다. 다만, 캡(220)의 표면에는 코팅층(250)이 적용되지 않을 수도 있으며, 이러한 경우 캡(220)은 앞선 실시 형태와 동일한 형태를 가질 것이다.
다음으로, 도 8에 도시된 형태와 같이, 캡(220)의 일 영역, 예컨대 외곽부에 제1 접합부(211)와 마스크층(240)을 형성한다. 제1 접합부(211)는 기판(110)의 제2 접합부와 연결되어 패키지의 접합 구조를 형성하며, Au, Sn, Cu, Al, Si, Ge 등의 물질로 형성될 수 있다. 이 중에서 가장 대표적인 예로서 제1 접합부(211)는 Sn으로 이루어질 수 있다. 마스크층(240)은 캡(220)에 중앙부 캐비티와 트렌치를 형성하기 위한 것으로서 포토 레지스트(PR) 등으로 이루어질 수 있다.
이어서, 도 9에 도시된 형태와 같이, 에칭 공정으로 캡(220)에 캐비티와 트렌치(T)를 형성하며, 이에 따라 캡(220)은 중앙부(221)와 외곽부(222)로 구분될 수 있다. 본 에칭 공정은 반도체 식각 공정을 적절히 활용할 수 있는데, 예컨대, 실리콘 웨이퍼 형태인 캡(220)을 드라이 에칭하여 실행될 수 있다. 이 경우, 상술한 바와 같이, 중앙부(221)의 캐비티 깊이(d2)는 외곽부(222)의 트렌치(T)의 깊이(d1)보다 더 클 수 있다. 이 경우, 상술한 바와 같이, 트렌치(T)의 깊이(d1)와 폭(w1)의 비율, 즉, 종횡비는 1-30의 범위를 갖도록 구현될 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는 제1 접합부(211)와 마스크층(240)을 형성한 후 트렌치(T)를 형성한다. 종래에는 마스크층을 통해 트렌치를 형성한 후 다시 추가적인 마스크층을 이용해 제1 접합부를 형성하였는데, 이 경우, 트렌치에 형성된 추가적인 마스크층을 스트립하기 어려운 문제가 있다. 또한, 제1 접합부를 형성한 후에 보호층을 형성하므로 캡과 기판의 접합 공정 후 보호층을 제거하기 위한 추가 공정이 필요할 수 있다.
다음으로, 도 10에 도시된 형태와 같이, 캡(220)의 표면에 보호층(230)을 형성하며, 이 과정에서 마스크층(240)의 표면에도 보호층(230)이 형성될 수 있다. 보호층(230)은 상술한 바와 같이 분자 기상 증착 공정 등을 이용한 자가조립단층으로 형성되어 50℃ 이하의 낮은 온도에서 얻어질 수 있으며, 트렌치(T) 내에 균일하게 형성될 수 있다. 이후, 도 11에 도시된 형태와 같이, 마스크층(240)을 스트립 공정 등을 이용하여 제거한다. 이에 따라 보호층(230) 중 마스크층(240)을 덮고 있던 부분도 제거될 수 있으며, 제1 접합부(211)가 노출될 수 있다. PR 등으로 이루어진 마스크층(240)을 스트립하여 제거하는 공정은 비교적 간단하면서 이에 의해 제1 접합부(211)가 노출되므로 제1 접합부(211)의 노출을 위한 추가 에칭 공정이 필요하지 않은 장점이 있다.
다음으로, 도 12에 도시된 형태와 같이, 캡(220)의 제1 접합부(211)와 기판(110)의 제2 접합부(212)를 결합하여 접합 공정을 수행하며, 이로부터 도 13에 도시된 형태와 같이 접합부(210)가 얻어져 캡(220) 과 기판(110)의 접합 구조가 구현될 수 있다. 제2 접합부(212)는 Au, Sn, Cu, Al, Si, Ge 등의 물질로 형성될 수 있으며, 공정 효율성을 고려하였을 때, 음향 공진기(100)의 전극(121, 125)와 동일한 물질로 형성될 수 있다. 이러한 예로서 접합부(212)는 Au를 포함할 수 있으며, 제1 접합부(211)의 Sn 성분과 공정 합금을 이룰 수 있다. 제1 및 제2 접합부(211, 212)의 접합 공정은 이들에 포함된 물질, 예컨대, 각각 Sn과 Au가 금속간 상(intermetalic phase)을 형성할 수 있는 온도(약 300℃)에서 실행될 수 있다. 이러한 접합 공정 중에 제1 및 제2 접합부(211, 212)는 유동성을 가져 주변으로 퍼지는데 트렌치(T)에 의해 수용되어 음향 공진기(100)나 외부로 흘러나가지 않게 된다. 또한, 트렌치(T)를 보호하는 보호층(230)에 의하여 캡(220)과 직접 닿지 않아 패키지의 기밀성을 유지할 수 있다.
한편, 상술한 제조방법의 예에서는 패키지 단위의 공정을 나타내고 있지만 공정 효율성을 높이기 위하여 웨이퍼 레벨 공정도 사용될 수 있다. 도 14는 웨이퍼 레벨의 접합 공정을 개시하며 접합부(120)가 형성된 상태, 즉, 기판(110)과 캡(220)이 접합된 상태에서 각 패키지 단위로 다이싱한다. 이 경우, 다이싱 라인(D)에 해당하는 영역에서 캡(220)의 외측면은 보호층(230)에 의하여 커버되지 않게 될 것이다. 또한, 이러한 웨이퍼 레벨 접합 공정은 아래에서 설명하는 도 15 내지 18에 도시된 실시 형태에도 적용될 수 있을 것이다.
도 15 내지 18은 변형된 예에 따른 음향 공진기 패키지의 제조방법을 나타내며, 제조방법에 변경됨에 따라 음향 공진기 패키지의 구조에도 차이가 발생한다.
우선, 도 15에 도시된 형태는 앞선 실시 형태의 트렌치 형성 공정 후(도 8에 해당) 마스크층을 스트립한 것이다. 다시 말해, 본 실시 형태에서는 도 16과 같이 마스크층이 없는 상태에서 보호층(230)을 형성한다. 이후, 도 17 및 도 18의 접합 공정을 수행하는데, 제1 및 제2 접합부(211, 212) 사이에는 보호층(230)이 개재된다. 이에 따라, 접합부(210)는 절연성 물질을 더 포함할 수 있으며, 여기서 상기 절연성 물질은 보호층(230)을 이루는 물질과 동일할 수 있다. 다시 말해, 접합부(210) 내에는 보호층(230)이 잔류 성분이 존재할 수 있다. 또한, 도 18에 도시된 형태와 같이, 보호층(230)은 캡(220)에서 접합부(210)와 접하는 영역을 제외한 전체 영역의 표면에 형성되어 캡(220)을 더욱 효과적으로 보호할 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시 예들에 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 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 음향 공진기 패키지
100: 음향 공진기
110: 기판
120: 공진부
121: 제1 전극
123: 압전층
125: 제2 전극
127: 보호층
140: 희생층
150: 멤브레인층
170: 삽입층
180, 190: 금속층
210: 접합부
211, 212: 제1 및 제2 접합부
220: 캡
221: 중앙부
222: 외곽부
230: 보호층
240: 마스크층
T: 트렌치

Claims (17)

  1. 기판;
    상기 기판에 배치된 음향 공진기;
    상기 기판 및 상기 음향 공진기 상에 배치된 캡; 및
    상기 기판과 상기 캡을 접합하는 접합부;를 포함하며,
    상기 캡은 접합부 주위에 형성된 트렌치 및 상기 캡에서 적어도 상기 트렌치를 이루는 면을 커버하는 보호층을 포함하고,
    상기 접합부 중 일부는 상기 트렌치의 적어도 일부를 채우는 음향 공진기 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캡은 상기 음향 공진기를 수용하는 중앙부 및 상기 중앙부의 외곽에 배치되어 상기 접합부와 연결되는 외곽부를 포함하며, 상기 외곽부는 상기 중앙부보다 두꺼운 음향 공진기 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 트렌치의 종횡비는 1-30인 음향 공진기 패키지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 트렌치는 상기 외곽부에 배치된 음향 공진기 패키지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 외곽부와 상기 중앙부의 두께 차이는 상기 트렌치의 깊이보다 큰 형태인 음향 공진기 패키지.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 보호층은 상기 외곽부 중 상기 트렌치를 제외한 나머지 영역에는 형성되지 않은 음향 공진기 패키지.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 보호층은 상기 캡에서 상기 접합부와 접하는 영역을 제외한 전체 영역의 표면에 형성된 음향 공진기 패키지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 트렌치의 내벽은 물결 형상을 갖는 음향 공진기 패키지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 보호층은 자가조립단층(Self-Assembled Monolayer)인 음향 공진기 패키지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 보호층은 플로로카본기를 포함하는 물질인 음향 공진기 패키지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 보호층의 두께는 0.1 ~ 10nm 인 음향 공진기 패키지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 보호층은 실란기를 포함하는 물질인 음향 공진기 패키지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 보호층의 두께는 10 ~ 50nm 인 음향 공진기 패키지.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 접합부는 합금을 포함하는 음향 공진기 패키지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 합금은 Au, Sn, Cu, Al, Si 및 Ge으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 2개의 물질을 포함하는 음향 공진기 패키지.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 합금은 Au-Sn, Cu-Sn 및 Al-Ge으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 공정 합금을 포함하는 음향 공진기 패키지.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 접합부는 절연성 물질을 더 포함하며, 상기 절연성 물질은 상기 보호층을 이루는 물질과 동일한 음향 공진기 패키지.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220015123A (ko) * 2020-07-30 2022-02-08 (주)와이솔 박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지 및 제조 방법
US11842853B2 (en) 2020-12-18 2023-12-12 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Multilayered electronic component and method of manufacturing the same

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11146234B2 (en) * 2018-06-22 2021-10-12 Advanced Semiconductor Engineering, Inc. Electrical device and method for manufacturing the same
KR102272592B1 (ko) * 2019-01-31 2021-07-05 삼성전기주식회사 체적 음향 공진기
US20220289566A1 (en) * 2019-08-07 2022-09-15 Qorvo Us, Inc. Anti-stiction enhancement of ruthenium contact
KR20220166616A (ko) * 2021-06-10 2022-12-19 삼성전기주식회사 음향 공진기 패키지
CN114337585B (zh) * 2022-01-11 2023-08-01 武汉敏声新技术有限公司 一种单晶薄膜体声波谐振器及其制备方法、滤波器

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0288241U (ko) * 1988-12-26 1990-07-12
JP2001352225A (ja) * 2000-06-08 2001-12-21 Daishinku Corp 水晶振動子の気密封止構造
US7407826B2 (en) * 2005-03-21 2008-08-05 Honeywell International Inc. Vacuum packaged single crystal silicon device
JP4807987B2 (ja) * 2005-09-06 2011-11-02 日本電信電話株式会社 気密封止パッケージおよび光サブモジュール
US7992431B2 (en) 2006-11-28 2011-08-09 Drexel University Piezoelectric microcantilevers and uses in atomic force microscopy
US8212453B2 (en) * 2008-06-30 2012-07-03 Daishinku Corporation Piezoelectric resonator device and method for manufacturing piezoelectric resonator device
JP4988799B2 (ja) * 2009-09-16 2012-08-01 日本電波工業株式会社 圧電振動デバイス及び圧電振動デバイスの製造方法
JP5398689B2 (ja) 2010-02-22 2014-01-29 日本電波工業株式会社 圧電デバイス及びその製造方法
JP2011199065A (ja) * 2010-03-19 2011-10-06 Seiko Instruments Inc 真空パッケージ、真空パッケージの製造方法、圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計
JP2013078077A (ja) 2011-09-30 2013-04-25 Seiko Instruments Inc パッケージ、パッケージの製造方法、圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計
JP6342643B2 (ja) * 2013-10-25 2018-06-13 セイコーインスツル株式会社 電子デバイス
US9793877B2 (en) * 2013-12-17 2017-10-17 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Encapsulated bulk acoustic wave (BAW) resonator device
US20160329481A1 (en) * 2015-05-04 2016-11-10 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Bulk acoustic wave resonator and filter including the same
US9646857B2 (en) * 2015-08-14 2017-05-09 Qorvo Us, Inc. Low pressure encapsulant for size-reduced semiconductor package
KR20170073080A (ko) * 2015-12-18 2017-06-28 삼성전기주식회사 음향 공진기 및 그 제조 방법
KR102460754B1 (ko) * 2016-03-17 2022-10-31 삼성전기주식회사 소자 패키지 및 그 제조방법
WO2017212677A1 (ja) * 2016-06-08 2017-12-14 株式会社村田製作所 共振装置製造方法
US10432172B2 (en) * 2016-09-01 2019-10-01 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Bulk acoustic filter device and method of manufacturing the same
CN106744656A (zh) * 2016-12-02 2017-05-31 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 一种微机电系统器件封装方法及结构
US10439581B2 (en) * 2017-03-24 2019-10-08 Zhuhai Crystal Resonance Technologies Co., Ltd. Method for fabricating RF resonators and filters
US10389331B2 (en) * 2017-03-24 2019-08-20 Zhuhai Crystal Resonance Technologies Co., Ltd. Single crystal piezoelectric RF resonators and filters
CN107819450B (zh) * 2017-11-13 2024-01-26 成都泰美克晶体技术有限公司 一种改进封装结构的全石英晶体谐振器及其制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220015123A (ko) * 2020-07-30 2022-02-08 (주)와이솔 박막 밀봉 구조를 갖는 박막형 체적 탄성 공진기 패키지 및 제조 방법
US11949401B2 (en) 2020-07-30 2024-04-02 Wisol Co., Ltd. Film bulk acoustic resonator package with thin film sealing structure and manufacturing method therefor
US11842853B2 (en) 2020-12-18 2023-12-12 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Multilayered electronic component and method of manufacturing the same

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Publication number Publication date
US20200021265A1 (en) 2020-01-16
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CN110719082A (zh) 2020-01-21

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