KR20200081815A - SAW resonator to enhance Q-factor and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

Provided are a SAW resonator for improving a Q value and a process method. The SAW resonator according to an embodiment of the present invention includes an IDT and voids formed at both ends of the IDT. Accordingly, instead of using a Bragg reflector of a conventional SAW resonator, the voids are formed at a SAW reflection point to satisfy an ideal reflection condition, thereby having a Q value higher than a Q value of the conventional SAW resonator.

Description

Q값을 향상시키기 위한 SAW 공진기 및 공정 방법{SAW resonator to enhance Q-factor and manufacturing method thereof}SAW resonator to enhance Q-factor and manufacturing method thereof

본 발명은 SAW(Surface Acoustic Wave) 공진기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 송신용 SAW 필터에 주로 사용되는 사다리형 SAW 필터의 구성요소인 SAW 공진기의 Q값(Quality factor)을 향상시킬 수 있는 새로운 SAW 공진기의 구조 및 공정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a SAW (Surface Acoustic Wave) resonator, and more specifically, a new SAW that can improve the Q factor (Quality factor) of the SAW resonator, which is a component of a ladder SAW filter mainly used for a transmission SAW filter. It relates to the structure and process method of the resonator.

최근 스마트폰과 같은 모바일 기기에는 소형이면서 높은 성능의 필터를 요구하기 때문에 SAW나 BAW(Bulk Acoustic Wave) 등과 같이 음향파를 이용한 필터들이 주로 사용된다. 특히 송신용 필터는 높은 전력 수용 능력을 필요로 하기 때문에 이중모드형 필터보다는 사다리형 필터가 주로 사용된다.Recently, since mobile devices such as smartphones require a small and high-performance filter, filters using acoustic waves such as SAW and BAW (Bulk Acoustic Wave) are mainly used. In particular, since the transmission filter requires a high power-carrying capacity, a ladder-type filter is mainly used rather than a dual-mode filter.

사다리형 필터는 공진기를 사다리 형태로 직렬 또는 병렬로 연결하여 구성한다. 탄성파를 이용한 사다리형 필터는 SAW 공진기나 BAW 공진기 혹은 FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator)로 구성되는데 일반적으로 BAW 공진기나 FBAR가 SAW 공진기보다 Q값이 더 좋기 때문에 BAW 공진기나 FBAR를 이용한 필터의 성능이 SAW 공진기를 이용한 필터보다 더 좋다.The ladder filter is constructed by connecting the resonators in series or in parallel in the form of a ladder. Ladder type filters using acoustic waves are composed of SAW resonators, BAW resonators, or Film Bulk Acoustic Resonators (FBARs). In general, BAW resonators or FBARs have better Q values than SAW resonators, so the performance of filters using BAW resonators or FBARs is SAW. Better than a filter using a resonator.

그 이유는 FBAR는 공극을 전극 위 아래로 형성하여 공극과 압전 물질간의 이상적인 음향 임피던스 불일치를 조건을 만족시켜 전극으로부터 생성 된 벌크파가 이상적으로 반사되기 때문이다.The reason is that FBAR forms an air gap above and below the electrode to satisfy the ideal acoustic impedance mismatch condition between the air gap and the piezoelectric material, so that the bulk wave generated from the electrode is ideally reflected.

그러나 SAW 공진기의 경우는 Bragg의 반사조건을 만족시키는 반사기가 압전 물질 표면에 있기 때문에 FBAR에 비해 전극으로부터 생성 된 SAW를 효율적으로 반사 시킬 수 없다. 그렇기 때문에 SAW 공진기는 BAW 공진기나 FBAR에 비해 Q값이 낮으며, 이는 필터에서 삽입 손실과 스커트 특성에 직접적인 영향을 끼친다.However, in the case of the SAW resonator, the SAW generated from the electrode cannot be reflected efficiently compared to FBAR because the reflector that satisfies Bragg's reflection condition is on the surface of the piezoelectric material. Therefore, the SAW resonator has a lower Q value than the BAW resonator or FBAR, which directly affects the insertion loss and skirt characteristics in the filter.

종래에는 SAW 공진기의 Q값을 향상시키기 위해 IDT(Interdigital Transducer)에서 버스-바(bus-bar)로 누설되는 SAW를 차단하는 목적으로 Ta2O5를 사용한 더미(모조) 전극을 추가 배치하여 SAW 공진기의 Q값을 향상시켰다.Conventionally, in order to improve the Q value of the SAW resonator, a dummy (imitation) electrode using Ta2O5 is additionally arranged to block the SAW leaking from the IDT (Interdigital Transducer) to the bus-bar. The value was improved.

그러나 더미 전극을 추가 배치하기 때문에 공정비용이 추가되며 추가되는 더미 전극의 물질이 기존의 전극 물질인 Al, AlCu, Cu 등과는 다른 물질이기 때문에 수율과 신뢰성을 저하시킨다. 또한 향상된 Q값의 정도가 미미하기 때문에 효율적인 면에서 한계가 있다.However, the process cost is added due to the additional arrangement of the dummy electrode, and the yield and reliability are lowered because the material of the added dummy electrode is a material different from the existing electrode materials Al, AlCu, and Cu. In addition, since the degree of improved Q value is negligible, there is a limit in terms of efficiency.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 종래의 SAW 공진기를 구성하는 반사기 대신에 식각을 통해 공극을 형성하여 SAW 공진기의 Q값을 향상시키는 새로운 SAW 공진기 및 제조 방법을 제공함에 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to form a void through etching instead of a reflector constituting a conventional SAW resonator, to improve the Q value of the SAW resonator, and a new SAW resonator and In providing a manufacturing method.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, SAW 공진기는, IDT; 및 IDT의 양끝 지점들에 형성된 공극들;을 포함한다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the SAW resonator, IDT; And voids formed at both ends of the IDT.

그리고, 공극들의 너비는, IDT의 전극 너비와 동일할 수 있다.And, the width of the pores may be the same as the electrode width of the IDT.

또한, 공극들의 깊이는, 전파하는 SAW의 한 파장의 1배 이상 2배 이하일 수 있다.In addition, the depth of the pores may be 1 to 2 times or less of one wavelength of the SAW propagating.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, SAW 공진기의 제조 방법은, IDT(InterDigital Transducer)의 전극을 생성하는 단계; 및 IDT의 양끝 지점들에 공극들을 형성하는 단계;을 포함한다.Meanwhile, according to another embodiment of the present invention, a method of manufacturing a SAW resonator includes: generating an electrode of an IDT (InterDigital Transducer); And forming voids at both ends of the IDT.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 종래의 SAW 공진기의 Bragg 반사기를 사용하는 대신에 SAW 반사지점에 공극을 형성하여 이상적인 반사조건을 만족시켜 종래의 SAW 공진기보다 더 높은 Q값을 가질 수 있게 된다.As described above, according to the embodiments of the present invention, instead of using the Bragg reflector of the conventional SAW resonator, an air gap is formed at the SAW reflection point to satisfy the ideal reflection condition to obtain a higher Q value than the conventional SAW resonator. I can have it.

또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, SAW 공진기의 공극이 종래의 Bragg 반사기 보다 면적을 적게 차지하기 때문에, 더 많은 SAW 공진기를 집적화 함으로써 사다리형 SAW 필터의 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 소형화도 가능할 수 있다.In addition, according to embodiments of the present invention, since the air gap of the SAW resonator occupies less area than the conventional Bragg reflector, the integration of more SAW resonators may improve the performance of the ladder-type SAW filter, as well as miniaturization. have.

도 1은 종래 기술에 따른 SAW 공진기의 단면도,
도 2는 종래 기술에 따른 SAW 공진기의 상면도,
도 3은 본 발명에 따른 SAW 공진기의 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 SAW 공진기의 상면도, 그리고,
도 5a 내지 도 5i는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 SAW 공진기 제조 방법의 설명에 제공되는 공정 흐름도이다.1 is a cross-sectional view of a SAW resonator according to the prior art,
2 is a top view of a SAW resonator according to the prior art,
3 is a cross-sectional view of the SAW resonator according to the present invention,
4 is a top view of the SAW resonator according to the present invention, and
5A to 5I are process flow diagrams provided in the description of the SAW resonator manufacturing method according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

본 발명의 실시예에서는, 송신용 SAW 필터에 사용되는 사다리형 SAW 필터의 구성요소인 SAW 공진기의 Q값을 향상시킬 수 있는 새로운 SAW 공진기의 구조를 제시한다.In the embodiment of the present invention, a structure of a new SAW resonator capable of improving the Q value of the SAW resonator which is a component of the ladder SAW filter used in the SAW filter for transmission is proposed.

구체적으로, 본 발명의 실시예에서는, SAW 공진기를 구성하는 Bragg의 반사조건을 이용한 반사기(Reflector) 대신에 압전 물질 표면을 식각하여 FBAR의 공극(air-gap)과 비슷한 구조를 표면에 형성함으로써 SAW 공진기의 Q값을 향상시킨다.Specifically, in the embodiment of the present invention, instead of a reflector using a reflection condition of Bragg constituting the SAW resonator, the surface of the piezoelectric material is etched to form a structure similar to the air-gap of the FBAR, thereby forming the SAW Improve the Q value of the resonator.

도 2는 종래의 SAW 공진기의 상면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 SAW 공진기의 상면도이다.2 is a top view of a conventional SAW resonator, and FIG. 4 is a top view of a SAW resonator according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 SAW 공진기 구조는, 도 2에 도시된 종래의 SAW 공진기 구조와 비교해 볼 때, Bragg의 반사조건을 만족시키는 반사기(4)가 없이 공극(5)이 존재한다.SAW resonator structure according to the embodiment of the present invention shown in Figure 4, compared to the conventional SAW resonator structure shown in Figure 2, without the reflector (4) that satisfies the reflection condition of Bragg, the void (5) exist.

공극(5)의 특성 음향 임피던스는 수학식 1에 의해 상온에서 409.4 [kg/m2·s]이며 SAW 공진기에 주로 사용되는 리튬 탄탈레이트(LiTaO3)의 특성 음향 임피던스는 약 29.84*106 [kg/m2·s]이기 때문에, FBAR와 같은 원리로 압전 기판(2)과의 공극은 거의 이상적인 음향 임피던스 불일치를 만족 시키기 때문에 SAW 공진기의 Q값을 향상시킬 수 있다.The characteristic acoustic impedance of the void 5 is 409.4 [kg/m 2 ·s] at room temperature by Equation 1, and the characteristic acoustic impedance of lithium tantalate (LiTaO 3 ) mainly used in SAW resonators is about 29.84*10 6 [ kg/m 2 ·s], it is possible to improve the Q value of the SAW resonator because the air gap with the piezoelectric substrate 2 satisfies an almost ideal acoustic impedance mismatch on the same principle as FBAR.

[수학식 1][Equation 1]

Zacoustic = ρv[kg/m2·sec]Zacoustic = ρv[kg/m 2 ·sec]

where ρ is a density of material [kg/m3]where ρ is a density of material [kg/m 3 ]

v is a phase velocity [m/s]v is a phase velocity [m/s]

도 1은 종래의 SAW 공진기의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 SAW 공진기의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a conventional SAW resonator, and FIG. 3 is a cross-sectional view of a SAW resonator according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 SAW 공진기의 공극(5)의 위치는 IDT(Interdigital Transducer)(3)의 양끝에 위치시킨다.As shown in FIG. 3, the positions of the air gaps 5 of the SAW resonator according to the embodiment of the present invention are located at both ends of the IDT (Interdigital Transducer) 3.

그리고 공극(5)의 너비는 IDT(3)를 구성하는 전극(1)의 너비와 동일하게 SAW의 λ/4 um로 한다.In addition, the width of the air gap 5 is set to λ/4 um of the SAW as the width of the electrode 1 constituting the IDT 3.

또한 압전 기판(2)의 표면을 전파하는 SAW의 대부분 에너지는 기판 표면으로부터 전파하는 SAW의 한 파장의 깊이에 대부분 존재하므로, 식각하는 공극(5)의 깊이는 전파하는 SAW의 한 파장의 1배 이상 ~ 2배 이하로 한다.In addition, since most of the energy of the SAW propagating from the surface of the piezoelectric substrate 2 is mostly present at the depth of one wavelength of the SAW propagating from the substrate surface, the depth of the etched void 5 is 1 times the wavelength of the SAW propagating It should be more than 2 times.

도 5a 내지 도 5i는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 SAW 공진기 제조 방법의 설명에 제공되는 공정 흐름도이다. 5A to 5I are process flow diagrams provided in the description of the SAW resonator manufacturing method according to another embodiment of the present invention.

도 5a는 SAW 공진기를 구성하는 압전 기판(2)의 단면을 나타낸다. SAW 공진기에서 주로 사용되는 압전 기판(2)은 LiNbO3(Lithium Niobate)나 LiTaO3(Lithium Tantalate)이며, 압전 기판 웨이퍼의 두께는 보통 500 um이지만 패키징을 위해 대개 압전 기판(2)의 두께를 200 um까지 그라인딩을 한다.5A shows a cross section of the piezoelectric substrate 2 constituting the SAW resonator. The piezoelectric substrate 2 mainly used in SAW resonators is LiNbO3 (Lithium Niobate) or LiTaO3 (Lithium Tantalate), and the thickness of the piezoelectric substrate wafer is usually 500 um, but the thickness of the piezoelectric substrate 2 is usually up to 200 um for packaging. Grinding.

도 5b는 IDT 패턴을 위해 압전 기판(2) 위에 감광제(6)을 코팅한 단면도이다. 여기서 사용되는 감광제(6)의 유형은 후속 패턴 공정에 따라 바뀐다. 만약 패턴 공정을 리프트-오프를 사용할 경우에는 음성감광제를 주로 사용하며, 식각 공정을 사용할 경우에는 양성 감광제를 주로 사용한다. 감광제는 스핀 코터를 이용해 일정한 두께로 코팅된다.5B is a cross-sectional view of the photosensitive agent 6 coated on the piezoelectric substrate 2 for the IDT pattern. The type of photosensitizer 6 used here varies depending on the subsequent patterning process. If the pattern process uses lift-off, a negative photosensitive agent is mainly used, and when an etching process is used, a positive photosensitive agent is mainly used. The photosensitizer is coated with a constant thickness using a spin coater.

도 5c는 반도체의 포토 공정을 이용해 IDT 구조를 패터닝한 단면도이다.5C is a cross-sectional view of an IDT structure patterned using a semiconductor photo process.

도 5d는 금속 박막을 증착시키는 공정이며, 주로 사용되는 금속 박막은 Al, AlCu, Cu 등이다. 증착 방법은 스퍼터링(sputtering), CVD(Chemical Vapor Deposition), PVD(Physical Vapor Deposition), 증발(evaporation)식공법 등이 있다. 여기서 금속 박막의 두께는 SAW 공진기의 성능에 민감한 영향을 끼치기 때문에 중요한 설계 변수이며, 보통 SAW의 0.07λ에서 0.1λ사이로 설정하면 전파 손실을 최소화 할 수 있다.5D is a process of depositing a metal thin film, and the metal thin films mainly used are Al, AlCu, Cu, and the like. The deposition methods include sputtering, CVD (Chemical Vapor Deposition), PVD (Physical Vapor Deposition), and evaporation. Here, the thickness of the metal thin film is an important design parameter because it has a sensitive effect on the performance of the SAW resonator, and it is possible to minimize the propagation loss by setting the SAW between 0.07λ and 0.1λ.

도 5e는 리프트-오프 이후의 SAW 공진기 단면도이다.5E is a cross-sectional view of the SAW resonator after lift-off.

도 5f는 압전 기판에 공극 형성을 위해 감광제를 다시 코팅한 단면도이다. 여기서는 후속 공극 형성을 위해 식각 공정을 사용하면 양성 감광제를 스핀 코터를 이용해 코팅한다.5F is a cross-sectional view of a piezoelectric substrate coated with a photosensitive agent to form voids. Here, when an etching process is used to form subsequent pores, a positive photoresist is coated with a spin coater.

도 5g는 반도체의 포토 공정을 이용해 공극이 형성 될 위치를 패터닝한 단면도이다. 여기서 공극의 너비는 전극의 너비와 동일하게 SAW의 λ/4로 하며, 공극의 위치는 SAW의 공진 형성을 위해 IDT의 양끝으로 한다. 5G is a cross-sectional view of a pattern where a void is formed using a semiconductor photo process. Here, the width of the air gap is set to λ/4 of the SAW, which is the same as the width of the electrode, and the location of the air gap is set to both ends of the IDT to form the resonance of the SAW.

도 5h는 식각 공정을 이용해 공극을 형성한 단면도이다. 공극 형성을 위한 식각 공정은 건식 식각이나 습식 식각이 사용될 수 있으나 습식식각은 등방성이기 때문에 본 발명에서는 비등방성인 건식식각을 사용한다.5H is a cross-sectional view of an air gap formed using an etching process. The etching process for forming the pores may be dry etching or wet etching, but the wet etching is isotropic, so the anisotropic dry etching is used in the present invention.

도 5i는 남아있는 감광제를 제거한 후의 단면도이다. 감광제 제거를 위해서는 플라즈마 애싱(ashing)이나 디벨로퍼(developer) 용액이 사용 될 수 있다. 5I is a cross-sectional view after removing the remaining photosensitizer. Plasma ashing or developer solutions can be used to remove the photosensitizer.

지금까지, Q값을 향상시키기 위한 SAW 공진기 및 이를 제조하기 위한 공정 방법에 대해, 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.So far, the SAW resonator for improving the Q value and a process method for manufacturing the same have been described in detail with reference to preferred embodiments.

위 실시예에서 공극의 위치는 IDT의 양끝 지점인 것을 상정하였는데, 변형이 가능하다. 예를 들어, IDT의 양끝으로부터 일정 거리 만큼 떨어진 지점, 이를 테면, IDT의 양끝으로부터 SAW의 λ/2 만큼 떨어진 지점에 공극을 위치시키는 것으로 구현할 수 있다.In the above embodiment, it is assumed that the location of the air gap is at both ends of the IDT, and deformation is possible. For example, it can be implemented by locating the air gap at a point a certain distance from both ends of the IDT, for example, a point λ/2 of the SAW from both ends of the IDT.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.In the above, preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described, but the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and it is usually used in the technical field to which the present invention belongs without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, various modifications can be made by those having knowledge of, and these modifications should not be individually understood from the technical idea or prospect of the present invention.

1: 전극
2: 압전 물질
3: IDT(Interdigital transducer) 부분
4: 반사기 부분
5: 공극(Air gap) 부분
6: 감광제(Photoresist)1: electrode
2: Piezoelectric material
3: Interdigital transducer (IDT) part
4: reflector part
5: Air gap
6: Photoresist

Claims (4)

IDT(Interdigital Transducer); 및
IDT의 양끝 지점들에 형성된 공극들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 SAW 공진기.
IDT (Interdigital Transducer); And
SAW resonator, characterized in that it comprises; voids formed at both ends of the IDT.
청구항 1에 있어서,
공극들의 너비는,
IDT의 전극 너비와 동일한 것을 특징으로 하는 SAW 공진기.
The method according to claim 1,
The width of the voids,
SAW resonator, characterized by the same width as the electrode of the IDT.
청구항 1에 있어서,
공극들의 깊이는,
전파하는 SAW의 한 파장의 1배 이상 2배 이하인 것을 특징으로 하는 SAW 공진기.
The method according to claim 1,
The depth of the voids,
SAW resonator, characterized in that it is 1 to 2 times less than one wavelength of the propagating SAW.
IDT(InterDigital Transducer)의 전극을 생성하는 단계; 및
IDT의 양끝 지점들에 공극들을 형성하는 단계;을 포함하는 것을 특징으로 하는 SAW 공진기의 제조 방법.
Generating an electrode of an IDT (InterDigital Transducer); And
And forming voids at both end points of the IDT.
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