KR20200031541A - 희생 층 에칭을 위한 릴리스 포트들의 위치들 - Google Patents

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노부후미 마쯔오
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스카이워크스 솔루션즈, 인코포레이티드
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Abstract

FBAR(film bulk acoustic wave resonator)은 캐비티 위에 배치된 압전 필름을 포함한다. 캐비티는 제1, 제2, 및 제3 정점들을 포함하는 부분 타원형으로 형성된다. FBAR은 캐비티 내로부터 모든 희생 재료를 제거하기 위한 에칭 시간을 최소화하는 위치들에서 3개의 릴리스 포트를 추가로 포함한다.

Description

희생 층 에칭을 위한 릴리스 포트들의 위치들{POSITIONS OF RELEASE PORTS FOR SACRIFICIAL LAYER ETCHING}
본 개시내용의 실시예들은 음향파 디바이스들 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
음향파 디바이스들, 예를 들어, BAW(bulk acoustic wave) 디바이스들은 무선 주파수 전자 시스템들에서 필터들의 컴포넌트들로서 활용될 수 있다. 예를 들어, 모바일 폰의 무선 주파수 프론트 엔드에서의 필터들은 음향파 필터(acoustic wave filter)들을 포함할 수 있다. 2개의 음향파 필터가 듀플렉서로서 배열될 수 있다.
본 명세서에 개시된 양태에 따르면, FBAR(film bulk acoustic wave resonator)가 제공된다. FBAR는 캐비티 위에 배치된 압전 필름 - 캐비티는 제1, 제2, 및 제3 정점들을 포함하는 부분 타원형으로서 그 형태가 정해짐 -, 및 캐비티 내로부터 모든 희생 재료를 제거하는 에칭 시간을 최소화하는 위치들에서의 3개의 릴리스 포트를 포함한다.
일부 실시예들에서, 릴리스 포트들 중 제1의 것은 제1 정점과 제2 정점 사이의 현에 수직하고 또한 제1 정점과 제2 정점 사이의 현의 중심으로부터 제1 정점과 제2 정점 사이의 캐비티의 에지로 연장되는 라인의 교차점에 의해 정의되는 위치에서의 캐비티의 에지에 자리잡는다. 릴리스 포트들 중 제2의 것은, 제3 정점과 교차하는 에지를 갖고 제1 릴리스 포트의 위치에 자리잡은 중심을 갖는 제1 원과 동일한 크기를 갖는 제2 원의 중심과 제1 정점 및 제2 정점과 교차하는 에지에 의해 정의되는, 제1 정점과 제3 정점 사이의 위치에서의 캐비티의 에지에 자리잡을 수 있다. 릴리스 포트들 중 제3의 것은 제2 정점과 교차하는 에지를 갖고 또한 제1 원과 동일한 크기를 갖는 제3 원의 중심에 의해 정의되는, 제2 정점과 제3 정점 사이의 위치에서의 캐비티의 에지에 자리잡을 수 있다. 제1 정점과 제2 정점 사이의 현(chord)은 제1 정점과 제3 정점 사이의 현보다 짧을 수 있다. 제1 정점과 제2 정점 사이의 현은 제2 정점과 제3 정점 사이의 현보다 짧을 수 있다.
일부 실시예들에서, 3개의 릴리스 포트 각각은 캐비티의 내부 볼륨과 유체 연통한다.
일부 실시예에서, 공진기는 캐비티를 마주보는 압전 필름의 하부 측면 상에 배치된 하부 전극, 및 하부 측면에 대향하는 압전 필름의 상부 측면 상에 배치된 상부 전극을 추가로 포함하고, 여기서 3개의 릴리스 포트 중 적어도 하나는 압전 필름, 상부 전극, 또는 하부 전극 중 하나 이상을 통과하는 개구들에 의해 적어도 부분적으로 정의된다.
일부 실시예들에서, 3개의 릴리스 포트 각각은 실질적으로 동일한 단면적을 갖는다.
일부 실시예들에서, 캐비티의 경계는 제1 정점으로부터 제3 정점까지 연장되는 호(arc)에 의해 정의된다. 제2 정점은 호상에 자리잡을 수 있다.
일부 실시예들에서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 공진기를 포함하는 무선 주파수 필터가 개시된다. 무선 주파수 필터는 전자 모듈에 포함될 수 있다. 전자 모듈은 전자 디바이스에 포함될 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, FBAR를 형성하는 방법이 제공된다. 방법은 희생 재료로 채워지는 압전 필름 아래에 캐비티를 형성하기 위해 제1, 제2, 및 제3 정점들을 포함하는 부분 타원형으로서 그 형태가 정해진 희생 재료 층 위에 압전 필름을 배치하는 단계, 압전 필름을 통과하여 희생 재료 층 내로 통과하는 릴리스 포트들을 형성하는 단계, 및 릴리스 포트들을 통해 희생 재료에 대한 에천트를 도입함으로써 희생 재료 층을 제거하는 단계를 포함하고, 릴리스 포트들은 희생 재료 전부를 제거하기 위한 에칭 시간을 최소화하는 위치들에 자리잡는다.
일부 실시예들에서, 릴리스 포트들을 형성하는 단계는, 제1 정점과 제2 정점 사이의 현에 수직하고 또한 제1 정점과 제2 정점 사이의 현의 중심으로부터 제1 정점과 제2 정점 사이의 캐비티의 에지로 연장되는 라인의 교차점에 의해 정의되는 캐비티의 에지에 자리잡은 위치에서 제1 릴리스 포트를 형성하는 단계를 포함한다. 릴리스 포트들을 형성하는 단계는, 제3 정점과 교차하는 에지를 갖고 제1 릴리스 포트의 위치에 자리잡은 중심을 갖는 제1 원과 동일한 크기를 갖는 제2 원의 중심 및 제1 정점 및 제2 정점과 교차하는 에지에 의해 정의되는, 제1 정점과 제3 정점 사이의 캐비티의 에지에 자리잡은 위치에 제2 릴리스 포트를 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 릴리스 포트들을 형성하는 단계는, 제2 정점과 교차하는 에지를 갖고 또한 제1 원과 동일한 크기를 갖는 제3 원의 중심에 의해 정의되는, 제2 정점과 제3 정점 사이의 캐비티의 에지에 자리잡은 위치에 제3 릴리스 포트를 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 제1, 제2 및 제3 릴리스 포트들은 에칭에 의해 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 방법은 제1, 제2, 및 제3 릴리스 포트들 중 하나 이상을 통해 캐비티로부터 에칭 반응 생성물들을 제거하는 단계를 추가로 포함한다.
일부 실시예들에서, FBAR는 캐비티와 마주보는 압전 필름의 하부 측면 상에 배치된 하부 전극, 및 하부 측면에 대향하는 압전 필름의 상부 측면 상에 배치된 상부 전극을 포함하고, 방법은 압전 필름, 상부 전극, 또는 하부 전극 중 하나 이상을 통과하는 하나 이상의 개구를 형성함으로써 제1, 제2, 및 제3 릴리스 포트들 중 하나 이상을 형성하는 단계를 추가로 포함한다.
일부 실시예들에서, 릴리스 포트들을 통해 희생 재료 층에 대한 에천트를 도입하는 단계는 릴리스 포트들을 통해 플루오라이드 함유 가스를 도입하는 단계를 포함한다. 희생 재료 층에 대한 에천트를 릴리스 포트들을 통해 도입하는 단계는 릴리스 포트들을 통해 크세논 다이플루오라이드(xenon difluoride) 가스를 도입하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 희생 재료 층 위에 압전 필름을 배치하는 단계는 폴리실리콘 층 위에 압전 필름을 배치하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 희생 재료 층에 대한 에천트를 릴리스 포트들을 통해 도입하는 단계는 릴리스 포트들을 통해 액체 에천트를 도입하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 방법은 희생 재료 층을 제거한 후에 릴리스 포트들을 밀봉하는 단계를 추가로 포함한다.
이제, 본 개시내용의 실시예들이 첨부 도면들을 참조하여 비제한적인 예에 의해 설명될 것이다.
도 1은 FBAR의 예의 단순화된 단면도이다.
도 2는 도 1의 FBAR의 예의 형성 동안 수행되는 단계의 단순화된 단면도이다.
도 3은 도 1의 FBAR의 예의 형성 동안 수행되는 또 다른 단계의 단순화된 단면도이다.
도 4는 도 1의 FBAR의 예의 형성 동안 수행되는 또 다른 단계를 개략적으로 도시한다.
도 5는 FBAR의 예에서의 릴리스 포트들의 위치들을 도시한다.
도 6a는 FBAR의 예에서 릴리스 포트들에 대한 위치들을 식별하는 방법의 제1 단계를 도시한다.
도 6b는 FBAR의 예에서 릴리스 포트들에 대한 위치들을 식별하는 방법의 제2 단계를 도시한다.
도 6c는 FBAR의 예에서 릴리스 포트들에 대한 위치들을 식별하는 방법의 제3 단계를 도시한다.
도 6d는 희생 재료 층의 오버 에칭이 요구될 수 있는 FBAR에서의 위치들을 도시한다.
도 7a는 제1 대안적인 방법을 활용하여 선택된 FBAR의 예에서 릴리스 포트들의 위치들을 도시하는 비교예이다.
도 7b는 제2 대안적인 방법을 활용하여 선택된 FBAR의 예에서 릴리스 포트들의 위치들을 도시하는 비교예이다.
도 8은 예시적인 디바이스에서의 필름 벌크 음향 공진기들의 상대 위치들을 예시한다.
도 9는 본 개시내용의 양태들에 따른 하나 이상의 FBAR 요소를 포함할 수 있는 필터 모듈의 일 예의 블록도이다.
도 10은 본 개시내용의 양태들에 따른 하나 이상의 필터 모듈을 포함할 수 있는 프론트 엔드 모듈의 일 예의 블록도이다.
도 11은 도 10의 프론트 엔드 모듈을 포함하는 무선 디바이스의 일 예의 블록도이다.
소정 실시예에 대한 다음 설명은 특정 실시예에 대한 다양한 설명을 제시한다. 그러나, 본 명세서에 설명된 혁신 사항은 예를 들어, 청구범위에 의해 정의되고 커버되는 다수의 다양한 방식으로 구체화될 수 있다. 본 설명에서, 유사 참조 번호들이 동일하거나 기능적으로 유사한 요소들을 나타낼 수 있는 도면에 대한 참조가 이뤄진다. 도면에 도시된 요소들은 반드시 축척대로 그려진 것은 아님을 이해할 수 있다. 또한, 소정 실시예들은 도면에서 도시된 것보다 많은 요소 및/또는 도면에서 도시된 요소의 부분집합을 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 일부 실시예들은 2개 이상의 도면으로부터의 특징들의 임의의 적절한 조합을 포함할 수 있다.
FBAR들은 일반적으로 상부 및 하부 전극들 사이에 끼워지고 압전 재료의 필름이 진동하는 것을 허용하는 캐비티 위에 매달려 있는 압전 재료의 필름을 포함하는 벌크 음향파 공진기 형태를 갖는다. 상부 전극 및 하부 전극 양단에 인가되는 신호는 음향파가 압전 재료의 필름 내에 생성되어 그를 통해 이동하도록 야기한다. FBAR은 압전 재료의 필름의 두께에 의해 결정된 공진 피크에 의해 인가된 신호들에 대한 주파수 응답을 나타낸다.
도 1은 일반적으로 (100)으로 표시된 FBAR의 일 예의 단순화된 단면도이다. FBAR(100)은, 예를 들어, 실리콘 이산화물의 유전체 표면 층(110A)을 포함할 수 있는, 예를 들어, 실리콘 기판인 기판(110) 상에 배치된다. FBAR(100)은 압전 재료(115)의 층 또는 막, 예를 들어, 알루미늄 질화물(AlN)을 포함한다. 상부 전극(120)은 압전 재료(115)의 층 또는 필름의 일부의 상부 상에 배치되고 하부 전극(125)은 상부 전극(120)이 배치된 표면에 대향하는 압전 재료(115)의 층 또는 필름의 일부의 바닥 상에 배치된다. 상부 전극(120)은, 예를 들어, 루테늄(Ru)으로 형성될 수 있다. 하부 전극(125)은 압전 재료 층(115)의 층 또는 필름의 일부의 바닥과 접촉하여 배치된 Ru의 층, 및 압전 재료(115)의 층 또는 필름의 부분의 바닥과 접촉하는 Ru의 층의 측면과 대향하는 Ru의 층의 하부 측면 상에 배치된 티타늄(Ti)의 층을 포함하는 이중 층 또는 재료의 단일 층으로 형성될 수 있다. 상부 전극(120) 및 선택적으로 하부 전극(125)은 유전체 재료의 층(130), 예를 들어, 실리콘 이산화물로 커버될 수 있다. 캐비티(135)는 하부 전극(125) 및 기판(110)의 표면 층(110A) 아래에 정의된다. 예를 들어, 구리로 형성된 하부 전기적 콘택(140)은 하부 전극(125)과 전기적으로 연결할 수 있고, 예를 들어, 구리로 형성된 상부 전기적 콘택(145)은 상부 전극(120)과 전기적으로 연결할 수 있다.
위의 상대적인 위치들 "상부" 및 "하부"에 대한 참조들은 단지 이러한 위치들을 서로 구별하도록 의도된 것에 불과함을 알아야 한다. 실제로, 본 명세서에 개시된 바와 같은 FBAR은 도 1에 도시된 배향으로부터 회전되거나 또는 그로부터 위아래가 바뀌도록 배향될 수 있다. 따라서, 실제로, 상부 전극(120)은 FBAR의 배향에 따라 하부 전극(125)의 측면 또는 그 하부에 배향될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같은 FBAR을 형성하는 방법에서의 단계가 도 2에 도시된다. FBAR(100)을 형성하는 방법에서, 희생 재료의 층(142), 예를 들어, 폴리실리콘이 기판(110) 상에 또는 기판의 유전체 표면 층(110A) 상에 퇴적되고, 나중에 캐비티(135)를 정의할 형상을 갖도록 패터닝된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 하부 전극(125)은 희생 재료의 층(142) 상에, 선택적으로 희생 재료의 층(142)의 상부 표면 상에 형성되는 실리콘 이산화물의 층(10A)의 상부 상에 퇴적된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 압전 재료의 필름(115), 상부 전극(120), 유전체 재료의 층(130), 및 하부 및 상부 전기적 콘택들(140, 145)을 포함하는, FBAR(100)을 구성하는 추가 층들이 또한 퇴적된다.
도 3에 도시된 구조체에서, 희생 재료의 층(142)은 압전 재료의 필름(115) 및 하부 전극(125) 아래에 여전히 존재한다. 압전 재료의 필름(115)이 자유롭게 진동하도록 캐비티(135)를 형성하기 위해, 희생 재료의 층이 제거된다.
희생 재료의 층(142)을 제거하는 방법이 도 4에 개략적으로 도시된다. 희생 재료의 층을 제거하기 위해, 희생 재료의 층(142) 위의 FBAR(100)의 부분 또는 부분들을 통해 하나 이상의 개구(145)가 에칭된다. 하나 이상의 개구(145)는, 이하의 구조체들의 형상 및 하나 이상의 개구(145)의 위치에 의존하여, 압전 재료의 필름(115), 상부 전극(120), 및 하부 전극(125) 또는 이들의 서브세트를 통해 에칭될 수 있다. 하나 이상의 개구(145)는 FBAR(100)의 주변부에서의 위치들에서 통상적으로 에칭된다. 하나 이상의 개구(145)는 동일하거나 실질적으로 유사한 단면적 또는 직경을 가질 수 있다. 하나 이상의 개구(145)는 약 10㎛ 내지 약 50㎛, 예를 들어, 약 24㎛의 직경을 가질 수 있다. FBAR 디바이스의 층들, 예를 들어, 압전 재료의 필름(115)을 통한 기계적 파동들의 전파에 대한 임의의 영향을 감소시키기 위해, 하나 이상의 개구(145)가 FBAR 디바이스 캐비티의 에지들에 또는 그 에지들에 근접하여 자리잡는 것이 바람직하다. 도 5는 부분적 타원 형상을 갖는 FBAR 및 FBAR의 주변부 주위의 상이한 위치들에서 에칭되는 3개의 개구(145)의 실시예의 평면도를 도시한다.
일단 하나 이상의 개구(145)가 형성되면, 희생 재료의 층(142)은 에칭에 의해 제거된다. 일부 실시예들에서, 에천트 가스, 예를 들어, 크세논 디플루오라이드(XeF2)와 같은 플루오라이드 함유 가스가 희생 재료의 층(142)을 에칭 제거하기 위해 이용된다. 가스는 하나 이상의 개구(145)를 통해 도입되고, 희생 재료의 층(142)의 재료와 반응하고, 가스 반응물 산물은 하나 이상의 개구(145)를 통해 되돌아 빠져나간다. 따라서, 하나 이상의 개구(145)는 "릴리스 포트들(release ports)"로서 지칭될 수 있다. 에칭 반응은 다음의 공식에 따라 발생할 수 있다:
2 XeF2 (g) + Si (s) → 2 Xe (g) + SiF4 (g)
다른 실시예들에서, 액체 에천트, 예를 들어, 불화수소산 함유 용액이 가스 에천트에 더하여 또는 그 대안으로서 희생 재료의 층(142)을 에칭 제거하기 위해 사용될 수 있다.
출원인은 사용되는 에천트의 양 및 희생 재료의 층(142)을 제거하기 위한 처리 시간이 릴리스 포트들(145)의 신중한 배치에 의해 최소화될 수 있다는 것을 알았다. 희생 재료의 층(142)의 가스 기반 또는 액체 기반 에칭은 통상적으로 등방성이다. 따라서, 에칭되는 희생 재료 층(142)의 면적은 시간상 선형 관계로 그 크기에 있어서 방사상으로 성장하는, 릴리스 포트들(145)에 중심을 둔 원들에 의해 근사화될 수 있다. 따라서, 릴리스 포트들(145)의 최적 위치는, 각각이 동일한 반경을 갖는 각각의 릴리스 포트(145) 주위의 원들의 크기가 최소화되는 한편 원들은 희생 재료의 층(142)의 전체 면적을 커버하도록 하는 것이 될 수 있다. 부분 타원형으로서 그 형태가 정해진 FBAR의 3개의 릴리스 포트(145)의 최적 위치를 결정하는 방법이 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 설명될 것이다. 3개의 릴리스 포트(145)가 통상적으로, 부분 타원형으로서 그 형태가 정해진 FBAR로부터 희생 재료(145)의 층을 제거하기 위한 최적 개수의 릴리스 포트(145)인 것으로 결정되었다. 일부 실시예들에서, 4개 또는 5개의 릴리스 포트가 하나의 릴리스 포트를 통한 에칭 양을 보상하기 위해 더 큰 공진기들에 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 더 작은 공진기들은 약 5,000 ㎛2 미만의 표면적들을 가질 수 있고, 중간 크기 공진기들은 약 5,000 ㎛2와 약 15,000 ㎛2 사이의 표면적들을 가질 수 있고, 더 큰 공진기들은 15, 000 ㎛2 이상의 표면적들을 가질 수 있다. 그러나, 너무 많은 수의 릴리스 포트들은, 릴리스 포트들을 갖는 디바이스의 부분들이 릴리스 포트들을 갖는 디바이스의 부분들에서의 압전 재료 및 금속의 부족으로 인해 릴리스 포트들이 없는 부분들보다 구조적으로 더 약할 수 있기 때문에 FBAR 디바이스의 신뢰성을 저하시킬 수 있다.
도 6a에 도시된 바와 같이, FBAR에서 희생 재료의 층(142)의 경계들을 나타내는 부분 타원(200)의 정점들이 식별된다. 이러한 정점들은 도 6a에서 "A", "B", 및 "C"로 표시된다. 정점들 B 또는 C 중 하나와 정점 A를 연결하는 더 짧은 현(AB 또는 AC, 도 6a에 예시된 예에서, 현 AC가 더 짧음)에 직교하고 또한 더 짧은 현의 중간 지점에 라인(205)이 그려진다. 더 짧은 현 AC를 정의하는 정점들 사이의 부분 타원(200)의 호와 라인(205)의 교차점은 제1 릴리스 포트(145)의 위치(210)를 정의한다. 도시된 원(215)은 정점 A로부터 정점 C까지의 영역을 채우는, 위치(210)에 중심을 둔 가장 작은 원이다.
제2 릴리스 포트(145)의 최적 위치(220)를 결정하기 위해, 제1 원(215)과 동일한 크기를 갖는 제2 원(225)이 원(225)의 경계가 정점 B에 위치되고 또한 제2 원(225)의 중심이 정점들 B와 C 사이의 선분 BC상에 자리잡으며 위치된다. (도 6b 참조). 제2 릴리스 포트(145)의 최적 위치(220)는 제2 원(225)의 중심의 위치이다.
제3 릴리스 포트(145)의 최적 위치(230)를 결정하기 위해, 제1 원(215)과 동일한 크기를 갖는 제3 원(235)은 원(235)의 경계가 정점 A에 자리잡고 또한 제3 원(225)의 중심이 정점들 A와 B 사이의 부분 타원(200)의 호상에 자리잡으며 위치된다. (도 6c 참조). 제3 릴리스 포트(145)의 최적 위치(230)는 제3 원(235)의 중심의 위치(230)이다.
릴리스 포트들은 최적 위치들(210, 220, 230)에서 에칭된다. 일부 실시예들에서, 희생 재료 층(142)의 오버 에칭은 원들(215, 225, 235)의 경계선들이 부분 타원(200)의 경계에 근접하게 접근하는 위치들, 예를 들어, 도 6d에서 (240) 및 (245)로 표시된 영역들에서 희생 재료의 층(142)이 제거되는 것을 보장하기 위해 바람직할 수 있다.
도 7a는 릴리스 포트들이 FBAR에서 희생 재료의 층(142)의 경계들을 나타내는 부분 타원(200)의 각각의 정점 A, B, C에 자리잡은 비교예를 도시하고, 도 7b는 릴리스 포트들이 부분 타원(200)의 정점들의 쌍들 각각 사이의 중간점들에 자리잡은 비교예를 도시한다. 도 6a 내지 도 6c에서의 원들(215, 225, 235)과 동일한 크기를 갖는 원들이 도 7a 및 도 7b 각각에서 대안적인 릴리스 포트 위치들 각각에 중심을 두고 그려진다. 도 7a 및 도 7b에서의 원들의 조합은 부분 타원(200) 내의 전체 영역을 커버하지 않으며, 이는 릴리스 포트들이 도 6c에 표시된 위치들이 아니라 도 7a 또는 도 7b에 표시된 위치들에 자리잡는다면 희생 재료의 층(142)을 완전히 제거하기 위해 더 많은 양의 시간 및 더 많은 양의 에천트 재료가 사용될 것임을 나타낸다.
도 8의 예에 도시된 바와 같이, 실제 디바이스에서의 FBAR들의 상대적 위치들로 인해, 최적 위치들에 릴리스 포트들(145)을 위치시키는 것이 항상 가능한 것은 아닐 수 있고, 일부 경우들에서는 3개의 릴리스 포트가 아니라 2개가 이용될 수 있다는 점을 알아야 한다.
본 명세서에서 논의된 음향파 디바이스들은 다양한 패키징된 모듈들에서 구현될 수 있다. 본 명세서에서 논의되는 패키징된 음향파 디바이스들의 임의의 적절한 원리 및 장점이 구현될 수 있는 일부 예시적인 패키징된 모듈들이 이제 논의될 것이다. 도 9, 도 10, 및 도 11은 소정 실시예들에 따른 예시적인 패키징된 모듈들 및 디바이스들의 개략적인 블록도들이다.
앞서 논의한 바와 같이, 본 명세서에 개시된 FBAR 요소들의 실시예들은, 예를 들어, 필터들로서 구성되거나 필터들로서 사용될 수 있다. 다음으로, 하나 이상의 FBAR 요소를 사용하는 FBAR 필터는, 예를 들어, 무선 통신 디바이스와 같은 전자 디바이스에서 궁극적으로 사용될 수 있는 모듈에 통합되고 이것으로서 패키징될 수 있다. 도 9는 FBAR 필터(310)를 포함하는 모듈(300)의 일 예를 도시하는 블록도이다. FBAR 필터(310)는 하나 이상의 연결 패드(322)를 포함하는 하나 이상의 다이(들)(320)상에 구현될 수 있다. 예를 들어, FBAR 필터(310)는 FBAR 필터에 대한 입력 콘택에 대응하는 연결 패드(322) 및 FBAR 필터에 대한 출력 콘택에 대응하는 또 다른 연결 패드(322)를 포함할 수 있다. 패키징된 모듈(300)은 다이(320)를 포함하여 복수의 컴포넌트를 수용하도록 구성된 패키징 기판(330)을 포함한다. 복수의 연결 패드(332)가 패키징 기판(330) 상에 배치될 수 있고, FBAR 필터 다이(320)의 다양한 연결 패드들(322)은, 예를 들어, FBAR 필터(310)로 그리고 그로부터 다양한 신호들을 통과시키는 것을 허용하기 위해, 솔더 범프들 또는 와이어본드들일 수 있는, 전기 커넥터들(334)을 통해 패키징 기판(330) 상의 연결 패드들(332)에 연결될 수 있다. 모듈(300)은, 예를 들어, 본 명세서의 개시내용을 고려하여 반도체 제조 분야의 통상의 기술자에게 공지된 바와 같이, 하나 이상의 추가적인 필터(들), 증폭기들, 프리-필터들, 변조기들, 복조기들, 다운 컨버터들 등과 같은, 다른 회로 다이(340)를 선택적으로 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 모듈(300)은, 예를 들어, 모듈(300)의 보호를 제공하고 모듈의 취급을 용이하게 하기 위한 하나 이상의 패키징 구조체를 또한 포함할 수 있다. 이러한 패키징 구조체는 패키징 기판(330) 위에 형성되며 실질적으로 그 위의 다양한 회로들 및 컴포넌트들을 캡슐화하도록 치수가 정해진 오버몰드(overmold)를 포함할 수 있다.
FBAR 필터(310)의 다양한 예들 및 실시예들은 매우 다양한 전자 디바이스들에서 사용될 수 있다. 예를 들어, FBAR 필터(310)는 안테나 듀플렉서에서 사용될 수 있으며, 이것은 RF 프론트 엔드 모듈들 및 통신 디바이스들과 같은 다양한 전자 디바이스들에 통합될 수 있다.
도 10을 참조하면, 예를 들어, 무선 통신 디바이스(예를 들어, 모바일 폰)와 같은 전자 디바이스에서 사용될 수 있는 프론트 엔드 모듈(400)의 일 예의 블록도가 도시되어 있다. 프론트 엔드 모듈(400)은 공통 노드(402), 입력 노드(404) 및 출력 노드(406)를 갖는 안테나 듀플렉서(410)를 포함한다. 안테나(510)는 공통 노드(402)에 접속된다.
안테나 듀플렉서(410)는 입력 노드(404)와 공통 노드(402) 사이에 접속된 하나 이상의 송신 필터(412), 및 공통 노드(402)와 출력 노드(406) 사이에 접속된 하나 이상의 수신 필터(414)를 포함할 수 있다. 송신 필터(들)의 통과대역(들)은 수신 필터들의 통과대역(들)과 상이하다. FBAR 필터(310)의 예들은 송신 필터(들)(412) 및/또는 수신 필터(들)(414)를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 인덕터 또는 다른 매칭 컴포넌트(420)가 공통 노드(402)에 접속될 수 있다.
프론트 엔드 모듈(400)은 듀플렉서(410)의 입력 노드(404)에 접속된 송신기 회로(432) 및 듀플렉서(410)의 출력 노드(406)에 접속된 수신기 회로(434)를 추가로 포함한다. 송신기 회로(432)는 안테나(510)를 통한 송신을 위한 신호들을 생성할 수 있고, 수신기 회로(434)는 안테나(510)를 통해 수신되는 신호들을 수신하고 처리할 수 있다. 일부 실시예들에서, 수신기 및 송신기 회로들은 도 10에 도시된 바와 같이 별개의 컴포넌트들로서 구현되지만, 다른 실시예들에서는 이러한 컴포넌트들이 공통 송수신기 회로 또는 모듈에 통합될 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자가 알 수 있는 바와 같이, 프론트 엔드 모듈(400)은 스위치들, 전자기 커플러들, 증폭기들, 프로세서들 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 도 10에 도시되지 않은 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
도 11은 도 10에 도시된 안테나 듀플렉서(410)를 포함하는 무선 디바이스(500)의 일 예의 블록도이다. 무선 디바이스(500)는 셀룰러 폰, 스마트 폰, 태블릿, 모뎀, 통신 네트워크 또는 음성 및/또는 데이터 통신을 위해 구성된 임의의 다른 휴대용 또는 비휴대용 디바이스일 수 있다. 무선 디바이스(500)는 안테나(510)로부터 신호들을 수신하고 송신할 수 있다. 무선 디바이스는 도 10을 참조하여 위에서 논의된 것과 유사한 프론트 엔드 모듈(400)의 실시예를 포함한다. 앞서 논의한 바와 같이, 프론트 엔드 모듈(400)은 듀플렉서(410)를 포함한다. 도 11에 도시된 예에서, 프론트 엔드 모듈(400)은, 예를 들어, 송신 및 수신 모드들과 같은 상이한 주파수 대역들 또는 모드들 사이에서 스위칭하도록 구성될 수 있는 안테나 스위치(440)를 추가로 포함한다. 도 11에 도시된 예에서, 안테나 스위치(440)는 듀플렉서(410)와 안테나(510) 사이에 위치된다; 그러나, 다른 예들에서, 듀플렉서(410)는 안테나 스위치(440)와 안테나(510) 사이에 위치될 수 있다. 다른 예들에서, 안테나 스위치(440) 및 듀플렉서(410)는 단일 컴포넌트에 통합될 수 있다.
프론트 엔드 모듈(400)은 송신을 위한 신호들을 생성하거나 수신된 신호들을 처리하도록 구성되는 송수신기(430)를 포함한다. 송수신기(430)는, 도 10의 예에 도시된 바와 같이, 듀플렉서(410)의 입력 노드(404)에 접속될 수 있는 송신기 회로(432), 및 듀플렉서(410)의 출력 노드(406)에 접속될 수 있는 수신기 회로(434)를 포함할 수 있다.
송신기 회로(432)에 의한 송신을 위해 생성된 신호들은 송수신기(430)로부터의 생성된 신호들을 증폭하는 전력 증폭기(PA) 모듈(450)에 의해 수신된다. 전력 증폭기 모듈(450)은 하나 이상의 전력 증폭기를 포함할 수 있다. 전력 증폭기 모듈(450)은 매우 다양한 RF 또는 다른 주파수 대역 송신 신호들을 증폭하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 전력 증폭기 모듈(450)은 WLAN(wireless local area network) 신호 또는 임의의 다른 적합한 펄스 신호를 송신하는 것을 돕기 위해 전력 증폭기의 출력을 펄스화하기 위해 사용될 수 있는 인에이블 신호를 수신할 수 있다. 전력 증폭기 모듈(450)은, 예를 들어, GSM(Global System for Mobile) 신호, CDMA(code division multiple access) 신호, W-CDMA 신호, 및 LTE(Long Term Evolution) 신호, 또는 EDGE 신호를 비롯한 임의의 다양한 유형들의 신호를 증폭하도록 구성될 수 있다. 소정 실시예에서, 전력 증폭기 모듈(450) 및 스위치 등을 포함하는 연관된 컴포넌트들은, 예를 들어, 고 전자 이동도 트랜지스터(pHEMT) 또는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(BiFET)를 이용하여 갈륨 비화물(GaAs) 기판상에, 또는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 전계 효과 트랜지스터를 이용하여 실리콘 기판상에 제조될 수 있다.
여전히 도 11을 참조하면, 프론트 엔드 모듈(400)은, 안테나(510)로부터의 수신된 신호들을 증폭하고 증폭된 신호들을 송수신기(430)의 수신기 회로(434)에 제공하는 저 잡음 증폭기 모듈(460)을 추가로 포함할 수 있다.
도 11의 무선 디바이스(500)는 송수신기(430)에 접속되고 또한 무선 디바이스(500)의 동작을 위한 전력을 관리하는 전력 관리 서브 시스템(520)을 추가로 포함한다. 전력 관리 시스템(520)은 또한 무선 디바이스(500)의 기저대역 서브 시스템(530) 및 다양한 다른 컴포넌트들의 동작을 제어할 수 있다. 전력 관리 시스템(520)은 무선 디바이스(500)의 다양한 컴포넌트들에 대한 전력을 공급하는 배터리(도시되지 않음)를 포함할 수 있거나, 이에 연결될 수 있다. 전력 관리 시스템(520)은 예를 들어, 신호들의 송신을 제어할 수 있는 하나 이상의 프로세서 또는 제어기를 추가로 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 기저대역 서브 시스템(530)은 사용자 인터페이스(540)에 접속되어 사용자에게 제공되고 사용자로부터 수신되는 음성 및/또는 데이터의 다양한 입력 및 출력을 용이하게 한다. 기저대역 서브 시스템(530)은 또한, 무선 디바이스의 동작을 용이하게 하는 데이터 및/또는 명령어들을 저장하고 및/또는 사용자에게 정보의 저장을 제공하도록 구성된 메모리(550)에 접속될 수 있다. 전술한 실시예들 중 임의의 것은 셀룰러 핸드셋과 같은 모바일 디바이스들과 연관하여 구현될 수 있다. 실시예들의 원리 및 장점은 본 명세서에 설명된 실시예들 중 임의의 것으로부터 이익을 얻을 수 있는 임의의 업링크 무선 통신 디바이스와 같은 임의의 시스템 또는 장치에 사용될 수 있다. 본 명세서의 교시는 다양한 시스템에 적용 가능하다. 본 개시내용이 일부 예시적인 실시예들을 포함하지만, 본 명세서에 설명된 교시는 다양한 구조에 적용될 수 있다. 본 명세서에서 논의된 임의의 원리 및 장점은 약 30kHz 내지 300GHz 범위, 예컨대, 약 450MHz 내지 6GHz의 범위의 신호들을 처리하도록 구성된 RF 회로와 연관하여 구현될 수 있다.
본 개시내용의 양태는 다양한 전자 디바이스들에서 구현될 수 있다. 전자 디바이스들의 예들은, 이에 제한되는 것은 아니지만, 소비자 가전 제품들, 패키징된 무선 주파수 모듈들과 같은 소비자 가전 제품들의 부분들, 업링크 무선 통신 디바이스들, 무선 통신 인프라스트럭처, 전자 테스트 장비 등을 포함할 수 있다. 전자 디바이스들의 예들은, 이에 제한되는 것은 아니지만, 스마트폰과 같은 모바일 폰, 스마트 시계 또는 이어피스와 같은 웨어러블 컴퓨팅 디바이스, 전화기, 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 컴퓨터, 모뎀, 핸드헬드 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 마이크로웨이브, 냉장고, 자동차 전자 시스템과 같은 차량 전자 시스템, 스테레오 시스템, 디지털 음악 플레이어, 라디오, 디지털 카메라와 같은 카메라, 휴대용 메모리 칩, 세탁기, 건조기, 세탁기/건조기, 복사기, 팩시밀리 머신, 스캐너, 다기능 주변 장치 디바이스, 손목 시계, 시계 등을 포함한다. 또한, 전자 디바이스들은 완성되지 않은 제품들을 포함할 수 있다.
맥락이 명확하게 달리 요구하지 않는 한, 설명 및 청구항들 전반에 걸쳐, 단어들 "포함한다(comprise) ", "포함하는(comprising) ", "포함한다(include) ", "포함하는(including)" 등은 배타적이거나 모두 망라하는 의미와는 반대로 포괄적인 의미로 해석되어야 한다; 다시 말하면, "포함하지만 이에 한정되지는 않는" 의미로 해석해야 한다. 단어 "결합된"은, 일반적으로 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 직접 접속되거나 또는 하나 이상의 중간 요소를 통해 접속될 수 있는 2개 이상의 요소를 지칭한다. 마찬가지로, 단어 "접속된"이란, 일반적으로 본 명세서에서 사용될 때, 직접 접속되거나, 또는 하나 이상의 중간 요소를 통해 접속될 수 있는 2개 이상의 요소를 지칭한다. 추가적으로, "본 명세서에서(herein)", "위에서(above)", "아래에서(below)" 및 유사한 의미의 단어들은, 본 출원에서 사용될 때, 본 출원의 임의의 특정한 부분들이 아니라 본 출원을 전체로서 지칭할 것이다. 맥락이 허용하는 경우, 단수 또는 복수를 사용하는 위의 상세한 설명에서의 단어들은 또한 각자 복수 또는 단수를 포함할 수 있다. 2개 이상의 아이템의 리스트를 참조하는 단어 "또는"은 단어의 모든 하기 해석을 커버한다: 리스트에서의 아이템들 중 임의의 것, 리스트에서의 모든 아이템들, 리스트에서의 아이템들의 임의의 조합.
또한, 본 명세서에서 사용된 조건부 언어, 무엇보다도, "할 수 있다(can)", "할 수 있다(could)", "할 수도 있다(might)", "할 수 있다(may)", "예를 들어(e.g.)", "예를 들어(for example)", "와 같은(such as)" 등은, 구체적으로 달리 언급되지 않거나, 또는 사용된 맥락 내에서 달리 이해되지 않는 한, 일반적으로 소정의 특징들, 요소들 및/또는 상태들을 소정 실시예들은 포함하는 반면, 다른 실시예들은 포함하지 않는다는 것을 전달하기 위해 의도된 것이다. 따라서, 이러한 조건부 언어는, 특징, 요소 및/또는 상태가 하나 이상의 실시예에 대해 어떤 식으로든 요구되거나, 또는 하나 이상의 실시예가 이들 특징, 요소 및/또는 상태가 포함될지를 또는 임의의 특정 실시예에서 수행될지를, 저작자 입력이나 촉구에 의해 또는 이것 없이 판정하기 위한 로직을 반드시 포함한다는 것을 암시하고자 의도된 것은 아니다.
소정 실시예가 설명되었지만, 이들 실시예들은 단지 예로서 제시된 것이고, 본 개시내용의 범위를 제한하려고 의도되지 않았다. 실제로, 본 명세서에 설명된 새로운 장치, 방법, 및 시스템은 다양한 다른 형태로 구체화될 수 있다; 더욱이, 본 명세서에 설명되는 방법들 및 시스템들의 형태에서의 다양한 생략들, 치환들 및 변경들은 개시내용의 사상으로부터 벗어나지 않고서 이루어질 수 있다. 예를 들어, 블록들이 주어진 배열로 제시되어 있지만, 대안 실시예들은 상이한 컴포넌트 및/또는 회로 토폴로지로 유사한 기능을 수행할 수 있고, 일부 블록들은 삭제, 이동, 추가, 세분화, 조합, 및/또는 수정될 수 있다. 이들 블록들 각각은 다양한 상이한 방식으로 구현될 수 있다. 전술한 다양한 실시예의 요소 및 작용의 임의의 적절한 조합이 추가 실시예들을 제공하도록 조합될 수 있다. 첨부된 청구항들 및 그 등가물들은 본 개시내용의 범위 및 사상 내에 드는 이러한 형태들 또는 수정들을 커버하도록 의도된다.

Claims (26)

  1. FBAR(film bulk acoustic wave resonator)로서:
    제1, 제2, 및 제3 정점들을 포함하는 부분 타원형으로서 그 형태가 정해지는 캐비티 위에 배치된 압전 필름; 및
    상기 캐비티 내로부터 모든 희생 재료를 제거하기 위한 에칭 시간을 최소화하는 위치들에 있는 3개의 릴리스 포트를 포함하는 공진기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 릴리스 포트들 중 제1 릴리스 포트는, 상기 제1 정점과 상기 제2 정점 사이의 현(chord)에 수직하고 또한 상기 제1 정점과 상기 제2 정점 사이의 현의 중심으로부터 상기 제1 정점과 상기 제2 정점 사이의 상기 캐비티의 에지로 연장되는 라인의 교차점에 의해 정의되는 위치에서 상기 캐비티의 에지에 자리잡은 공진기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 릴리스 포트들 중 제2 릴리스 포트는, 상기 제3 정점과 교차하는 에지를 갖고 상기 제1 릴리스 포트의 위치에 자리잡은 중심을 갖는 제1 원과 동일한 크기를 갖는 제2 원의 중심 및 상기 제1 정점 및 상기 제2 정점과 교차하는 에지에 의해 정의되는, 상기 제1 정점과 상기 제3 정점 사이의 위치에서 상기 캐비티의 에지에 자리잡은 공진기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 릴리스 포트들의 제3 릴리스 포트는, 상기 제2 정점과 교차하는 에지를 갖고 또한 상기 제1 원과 동일한 크기를 갖는 제3 원의 중심에 의해 정의되는, 상기 제2 정점과 상기 제3 정점 사이의 위치에서 상기 캐비티의 에지에 자리잡은 공진기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 정점과 상기 제2 정점 사이의 현은 상기 제1 정점과 상기 제3 정점 사이의 현보다 짧은 공진기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 정점과 상기 제2 정점 사이의 현은 상기 제2 정점과 상기 제3 정점 사이의 현보다 짧은 공진기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 3개의 릴리스 포트 각각은 상기 캐비티의 내부 볼륨과 유체 연통하는 공진기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 캐비티를 마주보는 상기 압전 필름의 하부 측면 상에 배치된 하부 전극, 및 상기 하부 측면에 대향하는 상기 압전 필름의 상부 측면 상에 배치된 상부 전극을 추가로 포함하고, 상기 3개의 릴리스 포트 중 적어도 하나의 릴리스 포트는 상기 압전 필름, 상기 상부 전극, 또는 상기 하부 전극 중 하나 이상을 통과하는 개구들에 의해 적어도 부분적으로 정의되는 공진기.
  9. 제1항에 있어서, 상기 3개의 릴리스 포트 각각은 실질적으로 동일한 단면적을 갖는 공진기.
  10. 제1항에 있어서, 상기 캐비티의 경계는 상기 제1 정점으로부터 상기 제3 정점으로 연장되는 호(arc)에 의해 정의되는 공진기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제2 정점은 상기 호상에 자리잡은 공진기.
  12. 제1항의 공진기를 포함하는 무선 주파수 필터.
  13. 제12항의 무선 주파수 필터를 포함하는 전자 모듈.
  14. 제13항의 전자 모듈을 포함하는 전자 디바이스.
  15. FBAR를 형성하는 방법으로서:
    제1, 제2, 및 제3 정점들을 포함하는 부분 타원형으로서 그 형태가 정해진 희생 재료 층 위에 압전 필름을 배치하여 상기 희생 재료로 채워진 상기 압전 필름 아래의 캐비티를 형성하는 단계;
    상기 압전 필름을 통과하여 상기 희생 재료 층 내로 통과하는 릴리스 포트들을 형성하는 단계; 및
    상기 릴리스 포트들을 통해 상기 희생 재료에 대한 에천트를 도입함으로써 상기 희생 재료 층을 제거하는 단계 - 상기 릴리스 포트들은 상기 희생 재료 전부를 제거하기 위한 에칭 시간을 최소화하는 위치들에 자리잡음 - 를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 릴리스 포트들을 형성하는 단계는, 상기 제1 정점과 상기 제2 정점 사이의 현에 수직하고 또한 상기 제1 정점과 상기 제2 정점 사이의 현의 중심으로부터 상기 제1 정점과 상기 제2 정점 사이의 캐비티의 에지로 연장되는 라인의 교차점에 의해 정의되는 상기 캐비티의 에지에 자리잡은 위치에서 제1 릴리스 포트를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 릴리스 포트들을 형성하는 단계는, 상기 제3 정점과 교차하는 에지를 갖고 또한 상기 제1 릴리스 포트의 위치에 자리잡은 중심을 갖는 제1 원과 동일한 크기를 갖는 제2 원의 중심 및 상기 제1 정점 및 상기 제2 정점과 교차하는 에지에 의해 정의되는, 상기 제1 정점과 상기 제3 정점 사이의 상기 캐비티의 에지에 자리잡은 위치에서 제2 릴리스 포트를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 릴리스 포트들을 형성하는 단계는, 상기 제2 정점과 교차하는 에지를 갖고 또한 상기 제1 원과 동일한 크기를 갖는 제3 원의 중심에 의해 정의되는, 상기 제2 정점과 상기 제3 정점 사이의 상기 캐비티의 에지에 자리잡은 위치에서 제3 릴리스 포트를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제1, 제2, 및 제3 릴리스 포트들은 에칭에 의해 형성되는 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 제1 릴리스 포트, 상기 제2 릴리스 포트, 및 상기 제3 릴리스 포트 중 하나 이상을 통해 상기 캐비티로부터 에칭 반응 산물들을 제거하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  21. 제18항에 있어서, 상기 FBAR는 상기 캐비티와 마주보는 상기 압전 필름의 하부 측면 상에 배치된 하부 전극, 및 상기 하부 측면에 대향하는 상기 압전 필름의 상부 측면 상에 배치된 상부 전극을 포함하고, 상기 방법은 상기 압전 필름, 상기 상부 전극, 또는 상기 하부 전극 중 하나 이상을 통과하는 하나 이상의 개구를 형성함으로써 상기 제1, 제2, 및 제3 릴리스 포트들 중 적어도 하나를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  22. 제15항에 있어서, 상기 릴리스 포트들을 통해 상기 희생 재료 층에 대한 에천트를 도입하는 단계는 상기 릴리스 포트들을 통해 플루오라이드 함유 가스를 도입하는 단계를 포함하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 릴리스 포트들을 통해 상기 희생 재료 층에 대한 에천트를 도입하는 단계는 상기 릴리스 포트들을 통해 크세논 디플루오라이드 가스를 도입하는 단계를 포함하는 방법.
  24. 제15항에 있어서, 상기 희생 재료 층 위에 상기 압전 필름을 배치하는 단계는 폴리실리콘 층 위에 상기 압전 필름을 배치하는 단계를 포함하는 방법.
  25. 제15항에 있어서, 상기 릴리스 포트들을 통해 상기 희생 재료 층에 대한 에천트를 도입하는 단계는 상기 릴리스 포트들을 통해 액체 에천트를 도입하는 단계를 포함하는 방법.
  26. 제15항에 있어서, 상기 희생 재료 층을 제거한 후에 상기 릴리스 포트들을 밀봉하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
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