KR20210021806A - 에어갭형 fbar - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 에어갭형 FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator)는 상면에 기판 캐비티(cavity)가 형성된 에어갭부을 포함하는 기판; 상기 에어갭부를 에워싸며 상기 기판의 상부에 형성된 하부 전극; 상기 하부 전극의 상부에 형성된 압전층; 및 상기 에어갭부의 수직 투영에 따른 가상 영역에 대응하여 상기 압전층의 상부에 형성된 상부 전극을 포함하고, 상기 압전층은, 상기 하부전극과 상기 상부전극 사이에 압전 캐비티가 형성된 공동부를 포함하되, 상기 공동부는 상기 상부전극의 끝부분에 해당하는 엣지부의 하부에 형성된 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 RF(Radio Frequency) 대역의 통신을 위해 사용하는 공진기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에어갭(Air Gap)형 박막 벌크 음향 공진기(Film Bulk Acoustic Resonator: FBAR)에 관한 것이다.
무선이동통신기술은 한정된 주파수 대역에서 효율적으로 정보를 전달할 수 있는 다양한 RF(Radio Frequency)부품들이 요구된다. 특히, RF 부품들 중 필터는 이동통신기술에 사용되는 핵심 부품 중 하나로서, 복수의 주파수 대역들 중에 이용자가 필요로 하는 신호를 선택하거나 전송하고자 하는 신호를 필터링함으로써 고품질의 통신을 가능하게 한다.
현재 무선통신용 RF 필터로 가장 많이 사용되고 있는 것이 유전체 필터와 표면탄성파(Surface Acoustic wave: 이하, SAW라 한다) 필터이다. 유전체 필터는 높은 유전율, 저삽입 손실, 높은 온도에서의 안정성, 내진동, 내충격에 강한 장점을 가지고 있다. 그러나 유전체 필터는 최근의 기술 발전 동향인 소형화 및 MMIC(MMIC: Monolithic Microwave IC)화에는 한계성을 가지고 있다. 또한, SAW 필터는 유전체 필터에 비해 소형이면서 신호처리가 용이하고 회로가 단순하며, 반도체 공정을 이용함으로써 대량생산이 가능한 이점을 가지고 있다. 또한, SAW 필터는 유전체 필터에 비해 통과 대역 내의 사이드 리젝션(Side Rejection)이 높아 고품위의 정보를 주고받을 수 있는 장점이 있다. 그러나 SAW 필터 공정에는 자외선(UV)을 사용하여 노광을 하는 공정이 포함되므로 IDT(InterDigital Transducer) 선폭이 0.5㎛ 정도가 한계라는 단점이 있다. 따라서 SAW필터를 이용하여 초고주파(5㎓ 이상) 대역을 커버하기는 불가능하다는 문제점이 있으며, 근본적으로 반도체기판에서 이루어지는 MMIC구조와 단일칩을 구성하는 데는 어려움이 따른다.
위와 같은 한계 및 문제점들을 극복하기 위하여 기존 반도체(Si, GaAs)기판에 다른 능동소자들과 함께 집적되어 주파수 제어회로를 완전히 MMIC화할 수 있는 FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator) 필터가 제안되었다.
FBAR는 박막(Thin Film)소자로 저가격, 소형이면서 고품질(High Q)계수의 특성이 가능하므로 각종 주파수 대역(9백㎒∼10㎓)의 무선통신기기, 군용 레이더 등에 사용 가능하다. 또한, 유전체 필터 및 집중 정수(LC) 필터보다 수백분의 1 크기로 소형화가 가능하고, SAW 필터보다 삽입손실이 매우 작다는 특성을 가지고 있다. 따라서 FBAR는 안정성이 높고 고품질계수를 요구하는 MMIC에 가장 적합한 소자라 할 수 있다.
FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator) 필터는 반도체 기판인 실리콘(Si)이나 갈륨비소(GaAs)에 압전유전체 물질인 산화아연(ZnO), 질화알루미늄(AlN) 등을 RF 스퍼터링 방법으로 증착하고, 압전 특성으로 인한 공진을 유발한다. 즉, FBAR는 양 전극 사이에 압전박막을 증착하고, 체적파(Bulk Acoustic Wave)를 유발시켜 공진을 발생시키는 것이다.
FBAR 구조는 지금까지 다양한 형태로 연구되어 왔다. 멤브레인형 FBAR는 기판 위에 실리콘산화막(SiO2)을 증착하고, 기판 반대면을 이방성 에칭(Isotropic Etching)하여 형성된 공동부(Cavity)를 통해 멤브레인층을 형성한다. 그리고 실리콘산화막 상부로 하부전극을 형성하고, 이 하부전극층 상부로 압전물질을 RF 마그네트론 스퍼터링(Magnetron Sputtering)방법으로 증착하여 압전층을 형성하며, 압전층 상부로 상부전극을 형성하고 있다.
위와 같은 멤브레인형 FBAR는 캐버티에 의해 기판 유전손실이 적으며, 전력손실이 작은 장점을 가지고 있다. 하지만, 멤브레인형 FBAR는 실리콘 기판의 방향성에 의하여 소자가 차지하는 면적이 크며, 후속 패키징 공정시 구조적 안정성이 낮아 파손에 의한 수율 저하가 문제점이 되고 있었다. 따라서, 최근 멤브레인에 의한 손실을 줄이고 소자 제조공정을 단순화 하기 위해 에어갭(Air Gap)형과 브래그 리플렉터(Bragg Reflector)형 FBAR가 등장했다.
브레그 반사형 FBAR은 기판상에 탄성 임피던스차가 큰 물질을 격층으로 증착하여 반사층을 구성하고 하부전극, 압전층 및 상부전극을 차례로 적층한 구조로써, 압전층을 통과한 탄성파에너지가 기판 방향으로 전달되지 못하고 반사층에서 모두 반사되어 효율적인 공진을 발생시킬수 있게 한 것이다. 이러한 브레그 반사형 FBAR은 구조적으로 견고하며, 휨에 의한 stress가 없지만 전반사를 위한 두께가 정확한 4층 이상의 반사층을 형성하기가 어려우며, 제작을 위한 시간과 비용이 많이 필요하다는 단점이 있다.
한편, 반사층 대신에 에어갭을 이용하여 기판과 공진부를 격리시키는 구조를 가지는 종래의 에어갭형 FBAR은 실리콘 기판 표면을 이방성 에칭하여 희생층을 구현하고 CMP로 표면연마를 한 후, 절연층, 하부전극, 압전층, 및 상부전극을 차례로 증착하고 비아홀을 통하여 희생층을 제거, 에어갭을 형성하여 FBAR을 구현하고 있다.
종래의 경우 하부 전극 에지 영역 일부에 전극 기울기에 따라 Z축 방향이 아닌 다른 방향으로 성장된 압전층 자체를 그대로 사용하고 있다. 그에 따른 문제점은 우리가 원하는 두께 방향인 수직방향의 음향파 성분 외에 측면(lateral) 방향으로 음향파가 발생한다.
이에 따라, 종래의 일반적인 BAW구조의 경우에 측면(lateral) 방향으로 에너지가 빠져 나가는 것을 방지 하기 위해서 프레임(frame) 구조를 사용하는데, 이러한 프레임 구조를 최적화 하더라도 측면 방향으로 빠져나가는 에너지를 감소시키는 데에는 한계가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 FBAR에서 측면으로 빠져 나가는 에너지를 최소화하면서도 공진기의 Quality factor를 향상시킬 수 있도록 하는 에어갭형 FBAR에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 에어갭형 FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator)는 상면에 기판 캐비티(cavity)가 형성된 에어갭부을 포함하는 기판; 상기 에어갭부를 에워싸며 상기 기판의 상부에 형성된 하부 전극; 상기 하부 전극의 상부에 형성된 압전층; 및 상기 에어갭부의 수직 투영에 따른 가상 영역에 대응하여 상기 압전층의 상부에 형성된 상부 전극을 포함하고, 상기 압전층은, 상기 하부전극과 상기 상부전극 사이에 압전 캐비티가 형성된 공동부를 포함하되, 상기 공동부는 상기 상부전극의 끝부분에 해당하는 엣지부의 하부에 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 공동부는, 상기 엣지부의 하측 일부가 노출되도록 노출형 상부면이 형성되고, 상기 하부전극의 상측이 노출되지 않도록 폐쇄형 하부면이 형성된 제1 압전 캐비티를 포함하는 제1 공동부인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 공동부는, 상기 제1 압전 캐비티를 형성하는 일측 경계벽에서 수직 연장된 제1 일측 가상면이 상기 엣지부의 하부 내측영역과 만나고, 상기 제1 압전 캐비티를 형성하는 타측 경계벽에서 수직 연장된 제1 타측 가상면이 상기 기판 캐비티의 상부 내측영역과 만나는 것을 특징으로 한다.
상기 엣지부의 끝단면은 상기 제1 타측 가상면과 일정 거리 이상 이격되어 상기 제1 압전 캐비티의 상부 중 일부가 개방되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 엣지부는, 상기 상부전극을 구성하는 전극구조체 중 다른 부분과 비교하여 상대적으로 두꺼운 전극두께를 갖는 전극구조체인 것을 특징으로 한다.
상기 압전층은, 상기 제1 공동부와 일정 거리만큼 이격되어 형성된 제2 압전 캐비티를 갖는 제2 공동부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 압전 캐비티는, 상기 하부전극의 상측이 노출되지 않도록 폐쇄형 하부면이 형성되고, 상부가 모두 개방되도록 노출형 상부면이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 제2 공동부는, 상기 제2 압전 캐비티를 형성하는 일측 경계벽에서 수직 연장된 제2 일측 가상면이 상기 기판 캐비티의 상부 내측영역과 만나고, 상기 제2 압전 캐비티를 형성하는 타측 경계벽에서 수직 연장된 제2 타측 가상면이 상기 에어갭부의 일측 경계벽과 일치하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 공동부 또는 상기 제2 공동부의 높이는 상기 압전층 두께의 1/2 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 공동부 또는 상기 제2 공동부의 가로폭의 길이는 상기 압전층을 통해 유출되는 에너지 파장의 1/4 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 압전층은, 상기 제1 공동부 또는 상기 제2 공동부의 하부에 위치하는 압전 영역이 다른 위치의 압전 영역과 비교하여 상대적으로 큰 음향 임피던스를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 공동부는, 상기 상부전극의 하측이 노출되지 않도록 폐쇄형 상부면이 형성되고, 상기 하부전극의 상측이 노출되도록 노출형 하부면이 형성된 제3 압전 캐비티를 포함하는 제3 공동부인 것을 특징으로 한다.
상기 제3 공동부는, 상기 제3 압전 캐비티를 형성하는 일측 경계벽에서 수직 연장된 제1 일측 가상면이 상기 엣지부의 끝단과 일치하고, 상기 제3 압전 캐비티를 형성하는 타측 경계벽에서 수직 연장된 제1 타측 가상면이 상기 기판 캐비티의 상부 내측영역과 만나는 것을 특징으로 한다.
상기 압전층은, 상기 제3 공동부와 일정 거리만큼 이격되어 형성된 제4 압전 캐비티를 갖는 제4 공동부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제4 압전 캐비티는, 상기 상부전극의 하측이 노출되지 않도록 폐쇄형 상부면이 형성되고, 상기 하부전극의 상측이 노출되도록 노출형 하부면이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 제3 공동부 또는 상기 제4 공동부의 높이는 상기 압전층 두께의 1/2 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 제3 공동부 또는 상기 제4 공동부의 가로폭의 길이는 상기 압전층을 통해 유출되는 에너지 파장의 1/4 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 압전층은, 상기 제3 공동부 또는 상기 제4 공동부의 상부에 위치하는 압전 영역이 다른 위치의 압전 영역과 비교하여 상대적으로 큰 음향 임피던스를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 압전층에 형성한 압전 캐비티를 이용하여 음향 임피던스의 고저 상태를 유도하여, FBAR의 측면으로 빠져 나가는 에너지를 최소화함으로써, Quality factor를 증가시킬 수 있다.
또한, 압전층에 압전 캐비티를 형성함으로써, 상부전극 엣지부의 두께 증가로 인해 발생할 수 있는 K2 eff값의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 공진기를 사용하는 통신 필터의 경우에 Quality factor의 증가로 인해 삽입 손실(insertion loss)을 줄일 수 있으며, 스커트(skirt) 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예의 에어갭형 FBAR를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 실시예의 에어갭형 FBAR의 주요 부분을 확대한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제2 실시예의 에어갭형 FBAR를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 제2 실시예의 에어갭형 FBAR의 주요 부분을 확대한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제3 실시예의 에어갭형 FBAR를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 제3 실시예의 에어갭형 FBAR의 주요 부분을 확대한 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 제4 실시예의 에어갭형 FBAR를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 제4 실시예의 에어갭형 FBAR의 주요 부분을 확대한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 실시예의 에어갭형 FBAR의 주요 부분을 확대한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제2 실시예의 에어갭형 FBAR를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 제2 실시예의 에어갭형 FBAR의 주요 부분을 확대한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제3 실시예의 에어갭형 FBAR를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 제3 실시예의 에어갭형 FBAR의 주요 부분을 확대한 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 제4 실시예의 에어갭형 FBAR를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 제4 실시예의 에어갭형 FBAR의 주요 부분을 확대한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예의 에어갭형 FBAR(100)을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예의 에어갭형 FBAR(100)는 기판(110), 에어갭부(110-1), 하부 전극(120), 압전층(130), 및 상부 전극(140)을 포함한다. 에어갭형 FBAR(100)는 하부 전극(120)과 상부 전극(140) 사이에 외부에서 신호가 인가되면 두 전극 사이에 입력 전달된 전기적 에너지의 일부가 압전효과에 따른 기계적 에너지로 변환된고, 이를 다시 전기적 에너지로 변환하는 과정에서 압전층(130)의 두께에 따른 고유진동의 주파수에 대하여 공진을 하게 된다.
기판(110)은 반도체 기판으로서, 통상의 실리콘 웨이퍼를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 고저항 실리콘기판(HRS)이 사용될 수 있다. 기판(100)의 상면에는 절연층(미도시)이 형성될 수 있다. 절연층은 기판(100) 상에 용이하게 성장시킬 수 있는 열산화막을 채용하거나, 화학기상증착 등의 통상의 증착공정을 이용한 산화막 또는 질화막을 선택적으로 채용할 수 있다.
에어갭부(110-1)는 기판(110)에 기판 캐비티(cavity)를 형성한 후에, 기판 캐비티에 절연층을 형성하고, 절연층 상부에 희생층(sacrificial layer)을 증착시킨 후, 식각하여 평면화하고, 이후 희생층을 제거함으로써 형성된다. 여기서, 희생층은 폴리실리콘이나 TEOS(Tetraethyl orthosilicate), PSG(Phophosilicate glass) 등 표면의 거칠기(roughness)가 우수하고 희생층의 형성과 제거가 용이한 물질을 사용한다. 일예로, 희생층으로 폴리실리콘을 채용할 수 있고, 이러한 폴리실리콘은 표면의 거칠기가 우수하고 희생층 형성 및 제거가 용이할 뿐만 아니라, 특히, 후속공정에서 건식 식각을 적용하여 제거할 수 있다.
하부 전극(120)은 기판 캐비티에 희생층이 존재하는 에어갭부(110-1)의 상부에 형성된다. 하부 전극(120)은 기판(110)의 상부에 소정 물질을 증착시킨 후, 패터닝하여 형성한다. 하부전극(120)으로 사용되는 물질은 금속과 같은 통상의 도전물질을 사용하는데, 바람직하게는 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 크롬(Cr), 팔라듐(Pd), 루세륨(Ru), 레니움(Rhenium (Re)) 및 몰리브덴(Mo) 중 하나를 사용할 수 있다. 하부 전극(120)의 두께는 10 ~ 1000 nm일 수 있다.
압전층(130)은 하부전극(120)의 상부에 형성된다. 압전층(130)은 하부전극(120)의 상부에 압전물질을 증착시킨 후에 패터닝하여 형성할 수 있다. 통상의 압전물질로는 질화알루미늄(AIN) 또는 산화아연 (ZnO)을 사용할 수 있다. 증착방법은 RF 마그네트론 스퍼터링(RF Magnetron Sputtering) 방법, 에바포레이션(Evaporation) 방법 등이 이용된다. 압전층(130)의 두께는 5~500 nm일 수 있다.
압전층(130)은 하부전극(120)과 상부전극(140) 사이에 압전 캐비티가 형성된 공동부를 포함할 수 있다. 여기서, 공동부는 상부전극(140)의 끝부분에 해당하는 엣지부의 하부에 형성된 것일 수 있다. 공동부에 대한 구체적인 내용은 후술한다.
상부 전극(140)은 압전층(130)의 상부에 형성된다. 상부 전극(140)는 에어갭부(110-1)의 수직 투영에 따른 가상 영역에 대응하여 압전층(130)의 상부에 형성된 것일 수 있다. 만일, 압전층(130)에 동공부를 형성하고 여기에 희생층을 형성한 경우에는 희생층 상부 일부에도 상부 전극(140)이 형성될 수 있다. 상부 전극(140)은 압전층(130) 상부의 소정 영역에 상부전극용 금속막을 증착시키고, 패터닝하여 형성할 수 있다. 상부전극(140)은 하부전극(120)과 동일한 물질, 동일한 증착방법 및 패터닝 방법을 사용할 수 있다. 상부전극(400)의 두께는 5~1000nm일 수 있다.
상부 전극(140)의 일측 끝 부분에는 엣지부(140-1)가 형성되어 있다. 엣지부(140-1)는 상부전극(140)을 구성하는 전극구조체 중 다른 부분과 비교하여 상대적으로 두꺼운 전극두께를 갖는 전극구조체일 수 있다. 이러한 엣지부(140-1)는 상부 전극(140)의 엣지 프레임에 해당하는 것으로, 측면부로 빠져나가는 에너지를 차단시키는 기능을 수행한다.
한편, 전술한 하부전극(120), 압전층(130) 및 상부 전극(140)의 일부를 도포하기 위한 패드층을 형성할 수도 있다. 패드층은은 하부전극(120), 압전층(130) 및 상부 전극(140)을 보호하기 위한 덮개 역할을 한다.
압전층(130)에 형성된 공동부에 대한 구체적인 특징은 다음과 같다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 실시예의 에어갭형 FBAR(100)의 주요 부분을 확대한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 압전층(130)은 하부전극(120)과 상부전극(140) 사이에 에어 공간 즉, 제1 압전 캐비티를 갖는 제1 공동부(130-1)을 포함할 수 있다.
제1 공동부(130-1)는 압전층(130)의 상부의 일부영역을 식각하여 제1 압전 캐비티를 형성한 후에, 제1 압전 캐비티의 상부에 희생층(sacrificial layer)을 증착시킨 후에 평면화하고, 희생층을 포함하는 압전층(130) 상에 상부 전극(140)을 적층하고, 이후 희생층을 제거함으로써 형성된다. 여기서, 희생층은 폴리실리콘이나 TEOS(Tetraethyl orthosilicate), PSG(Phophosilicate glass) 등의 표면의 거칠기(roughness)가 우수하고 희생층의 형성과 제거가 용이한 물질을 사용한다.
이때, 제1 공동부(130-1)는 상부 전극(140)의 하측 일부가 노출되고 하부 전극(120)의 상부가 노출되지 않은 부분 에어 공간인 제1 압전 캐비티를 형성할 수 있다. 즉, 제1 공동부(130-1)는 엣지부(140-1)의 하측 일부가 노출되도록 형성된 노출형 상부면(OS)과 하부전극(120)의 상측이 노출되지 않도록 형성된 폐쇄형 하부면(CS)을 갖는 제1 압전 캐비티를 포함할 수 있다.
제1 공동부(130-1)는 제1 압전 캐비티를 형성하는 일측 경계벽에서 수직 연장된 제1 일측 가상면(VS1)이 엣지부(140-1)의 하부 내측영역과 만날 수 있고, 제1 일측 가상면(VS1)이 엣지부(140-1)의 하부 내측영역과 만나는 지점(P1)은 엣지부(140-1)의 끝단으로부터 내측에 위치한 것일 수 있다.
제1 공동부(130-1)는 제1 압전 캐비티를 형성하는 타측 경계벽에서 수직 연장된 제1 타측 가상면(VS2)이 기판 캐비티의 상부 내측영역과 만날 수 있고, 제1 타측 가상면(VS2)이 기판 캐비티의 상부 내측영역과 만나는 지점(P2)은 에어갭부(110-1)를 구성하는 기판 캐비티의 상부 가상면에 위치한 것일 수 있다.
엣지부(140-1)의 끝단면(ES)은 제1 타측 가상면(VS2)과 일정 거리(D) 이상 이격되어 제1 압전 캐비티의 상부 중 일부가 개방된 것일 수 있다. 제1 공동부(130-1)는 상부전극(140)의 끝부분에 해당하는 엣지부(140-1)의 하부에 형성되며, 이때, 엣지부(140-1)는 제1 공동부(130-1)에서 제1 압전 캐비티의 상부면 전체를 에워싸는 형태가 아니라, 제1 압전 캐비티의 일부(예를 들어, 제1 압전 캐비티의 1/2정도만 에워쌀 수 있음)만을 에워싸는 구조이므로, 제1 공동부(130-1)는 제1 압전 캐비티의 상부 중 일부가 개방된 것일 수 있다. 여기서, 엣지부(140-1)의 끝단면(ES)과 제1 타측 가상면(VS2) 간의 거리 즉, 일정 거리(D)는 상부 전극(140)의 제1 공동부(130-1)의 적층 면적에 따라 가변될 수 있다.
이러한, 제1 공동부(130-1)의 높이(H)는 압전층(130) 두께(T)의 1/2 이하일 수 있다. 제1 공동부(130-1)가 형성됨으로 인해 압전층(130)의 각 영역에서의 두께가 달라진다. 즉, 압전층(130)의 제1 영역(AR1), 제2 영역(AR3) 및 제3 영역(AR3)의 두께는 서로 달라질 수 있으며, 특히, 제2 영역(AR2)의 두께는 제1 공동부(130-1)의 높이만큼 감소된 두께를 가질 수 있다. 제1 공동부(130-1)의 높이(H)가 압전층(130) 두께(T)의 1/2 이하가 되도록 함으로써, 내부에서 발생되는 열이 용이하게 빠져나갈 수 있도록 하는 최소한의 두께를 확보할 수 있다.
또한, 제1 공동부(130-1)의 가로폭의 길이는 압전층(130)을 통해 유출되는 에너지 파장의 1/4 이상일 수 있다. 에너지 파장이 
라 할 때, 제1 공동부(130-1)의 가로폭의 길이는 
*(2N+1)/4(여기서, N은 O 이상의 정수)의 길이값을 가질 수 있다.
한편, 압전층(130)은 제1 공동부(130-1)의 하부에 위치하는 압전 영역이 다른 위치의 압전 영역과 비교하여 상대적으로 큰 음향 임피던스를 갖는다. 압전층(130)의 제1 압전 영역(AR1), 제2 압전 영역(AR3) 및 제3 압전 영역(AR3)의 두께가 달라짐에 따라, 각 압전 영역에서의 음향 임피던스(Acoustic impedance)가 달라진다. 즉, 압전층(130)의 두께가 얇아질수록 음향 임피던스가 크고, 두께가 두꺼워질수록 음향 임피던스가 낮은 특성을 갖는다. 따라서, 압전층(130)에서 제1 압전 영역(AR1) 내지 제3 압전 영역(AR3)에 대한 음향 임피던스가 각각 제1 음향 임피던스(I1), 제2 음향 임피던스(I2), 제3 음향 임피던스(I3)라 가정하면, 제1 공동부(130-1)가 위치한 제2 압전 영역(AR2)의 제2 음향 임피던스(I2)가 제1 음향 임피던스(I1) 또는 제3 음향 임피던스(I3)보다 상대적으로 큰 임피던스값을 갖는다. 또한, 제1 압전 영역(AR1)과 제3 압전 영역(AR3) 각각의 음향 임피던스를 비교하면, 제1 음향 임피던스(I1)가 제3 음향 임피던스(I3)보다 큰 임피던스값을 갖는다. 이를 부등호로 표시하면, I3 < I1 < I2의 순서로 음향 임피던스가 크다는 것을 알 수 있다.
이러한 압전층(130)의 두께 변화로 인한 음향 임피던스 차이는 압전층(130)에서 측면 방향으로 빠져나가는 압력파를 반사하여 음향 에너지(acoustic energy)의 유출을 방지할 수 있다. 즉, 제1 압전 영역(AR1)의 제1 음향 임피던스(I1)와 제2 압전 영역(AR2)의 제2 음향 임피던스(I2) 차이로 인해, 제1 압전 영역(AR1)에 존재하는 에너지는 제2 압전 영역(AR2)의 경계에서 부딪쳐서 제1 압전 영역(AR1)으로 되돌아 가게 되고, 이로 인해 제1 압전 영역(AR1)에서 제2 압전 영역(AR2)으로 빠져나가는 에너지를 최소화할 수 있다. 또한, 일부 에너지가 제1 압전 영역(AR1)에서 제2 압전 영역(AR2)으로 빠져나간다고 하더라도, 제2 압전 영역(AR2)의 제2 음향 임피던스(I2)와 제3 압전 영역(AR3)의 제3 음향 임피던스(I3) 차이로 인해, 제2 압전 영역(AR2)에 존재하는 에너지는 제3 압전 영역(AR3)의 경계에서 부딪쳐서 제2 압전 영역(AR2)으로 되돌아 가게 되고, 이로 인해 제2 압전 영역(AR2)에서 제3 압전 영역(AR3)으로 빠져나가는 에너지를 최소화할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 제2 실시예의 에어갭형 FBAR(200)를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 제2 실시예의 에어갭형 FBAR(200)는 기판(210), 에어갭부(210-1), 하부 전극(220), 압전층(230), 및 상부 전극(240)을 포함한다. 에어갭형 FBAR(200)은 하부 전극(220)과 상부 전극(240) 사이에 외부에서 신호가 인가되면 압전층(230)의 두께에 따른 고유진동의 주파수에 의하여 공진한다.
여기서, 기판(210), 에어갭부(210-1), 하부 전극(220), 및 상부 전극(240)의 특징은 전술한 도 1의 기판(110), 에어갭부(110-1), 하부 전극(120), 상부 전극(140)와 동일하므로 상세한 설명을 생략하며, 이하에서는 압전층(230)을 중심으로 설명한다.
압전층(230)은 하부전극(220)의 상부에 형성된다. 압전층(230)은 하부전극(220)의 상부에 압전물질을 증착시킨 후에 패터닝하여 형성할 수 있다. 압전층(230)은 하부전극(220)과 상부전극(240) 사이에 압전 캐비티가 형성된 2개의 공동부들을 포함할 수 있다. 여기서, 2개의 공동부들은 제1 공동부(230-1) 및 제2 공동부(230-2)를 의미한다.
도 4는 도 3에 도시된 제2 실시예의 에어갭형 FBAR(200)의 주요 부분을 확대한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 압전층(230)은 하부전극(220)과 상부전극(240) 사이에 2개의 에어 공간 즉, 제1 압전 캐비티를 갖는 제1 공동부(230-1)와 제2 압전 캐비티를 갖는 제2 공동부(230-2)를 포함할 수 있다.
제1 공동부(230-1)는 압전층(230)의 상부의 일부영역을 식각하여 제1 압전 캐비티를 형성한 후에, 제1 압전 캐비티의 상부에 희생층(sacrificial layer)을 증착시킨 후에 평면화하고, 희생층을 포함하는 압전층(230) 상에 상부 전극(240)을 적층하고, 이후 희생층을 제거함으로써 형성된다. 여기서, 제1 공동부(230-1)의 특징은 전술한 도 2에 도시된 제1 공동부(130-1)과 동일하므로, 상세한 설명은 생략하며, 이하에서는 제2 공동부(230-2)를 상세히 설명한다.
제2 공동부(230-2)는 제1 공동부(230-1)와 일정 거리(SD)만큼 이격되어 형성된 제2 압전 캐비티를 포함한다. 제2 공동부(230-2)의 제2 압전 캐비티는 하부전극(220)의 상측이 노출되지 않도록 폐쇄형 하부면(CS)이 형성되고, 상부가 모두 개방되도록 노출형 상부면(OS)이 형성된 것일 수 있다.
이때, 제2 압전 캐비티를 형성하는 일측 경계벽에서 수직 연장된 제2 일측 가상면(VS3)은 에어갭부(210-1)를 구성하는 기판 캐비티의 상부 내측영역과 만날 수 있다. 제2 일측 가상면(VS3)이 기판 캐비티의 상부 내측영역과 만나는 지점(P3)은 에어갭부(210-1)를 구성하는 기판 캐비티의 상부 가상면에 위치한 것일 수 있다.
또한, 제2 압전 캐비티를 형성하는 타측 경계벽에서 수직 연장된 제2 타측 가상면(VS4)은 에어갭부(210-1)의 일측 경계벽과 일치할 수 있다. 제2 타측 가상면(VS4)이 기판 캐비티의 상부 가상면과 만나는 지점(P4)은 에어갭부(210-1)의 일측 경계벽에 위치한 것일 수 있다.
이러한, 제2 공동부(230-2)의 높이(H)는 도 2에 도시된 제1 공동부(130-1)와 마찬가지로 압전층(230) 두께(T)의 1/2 이하일 수 있다. 제1 공동부(230-1) 및 제2 공동부(230-2)가 압전층(230)에 형성됨으로 인해, 압전층(230)의 각 영역에서의 두께가 달라진다. 즉, 압전층(230)의 제1 압전 영역(AR1), 제2 압전 영역(AR3), 제3 압전 영역(AR3), 제4 압전 영역(AR4), 및 제5 압전 영역(AR5) 각각의 두께는 서로 달라질 수 있으며, 특히, 제2 압전 영역(AR2) 및 제4 압전 영역(AR4)의 두께는 각각 제1 공동부(230-1) 또는 제2 공동부(230-2)의 높이만큼 감소된 두께를 가질 수 있다. 제1 공동부(230-1) 또는 제2 공동부(230-2)의 높이(H)가 압전층(130) 두께(T)의 1/2 이하가 되도록 함으로써, 내부에서 발생되는 열이 용이하게 빠져나갈 수 있도록 하는 최소한의 두께를 확보할 수 있다.
또한, 제1 공동부(230-1) 또는 제2 공동부(230-2)의 가로폭의 길이는 압전층(230)을 통해 유출되는 에너지 파장의 1/4 이상일 수 있다. 에너지 파장이 
라 할 때, 제1 공동부(130-1) 또는 제2 공동부(230-2)의 가로폭의 길이는 
*(2N+1)/4(여기서, N은 O 이상의 정수)의 길이값을 가질 수 있다.
한편, 압전층(230)은 제1 공동부(230-1) 또는 제2 공동부(230-2)의 하부에 위치하는 압전 영역이 다른 위치의 압전 영역과 비교하여 상대적으로 큰 음향 임피던스를 갖는다. 압전층(230)의 제1 압전 영역(AR1), 제2 압전 영역(AR3), 제3 압전 영역(AR3), 제4 압전 영역(AR4), 및 제5 압전 영역(AR5)의 두께가 달라짐에 따라, 각 압전 영역에서의 음향 임피던스(Acoustic impedance)가 달라진다.
압전층(230)에서 제1 압전 영역(AR1) 내지 제5 압전 영역(AR5)에 대한 음향 임피던스가 각각 제1 음향 임피던스(I1), 제2 음향 임피던스(I2), 제3 음향 임피던스(I3), 제4 음향 임피던스(I4), 및 제5 음향 임피던스(I5)라 가정하면, 제2 압전 영역(AR2)에 해당하는 제2 음향 임피던스(I2)와 제4 압전 영역(AR4)에 해당하는 제4 음향 임피던스(I4)가 제1 음향 임피던스(I1), 제3 음향 임피던스(I3) 또는 제5 음향 임피던스(I5)보다 상대적으로 큰 임피던스값을 갖는다. 또한, 제1 음향 임피던스(I1), 제3 음향 임피던스(I3) 및 제5 음향 임피던스(I5) 각각의 음향 임피던스를 비교하면, 제3 음향 임피던스(I3)가 제1 음향 임피던스(I1) 또는 제5 음향 임피던스(I5)보다 상대적으로 큰 임피던스값을 가지면, 또한, 제1 음향 임피던스(I1)가 제5 음향 임피던스(I5)보다 상대적으로 큰 임피던스값을 갖는다. 이를 부등호로 표시하면, I5 < I1 < I3 < I2 = I4 의 순서로 음향 임피던스가 크다는 것을 알 수 있다.
이러한 압전층(230)의 두께 변화로 인한 음향 임피던스 차이는 압전층(230)에서 측면 방향으로 빠져나가는 에너지의 유출을 방지할 수 있다.
즉, 제1 압전 영역(AR1)의 제1 음향 임피던스(I1)와 제2 압전 영역(AR2)의 제2 음향 임피던스(I2) 차이로 인해, 제1 압전 영역(AR1)에 존재하는 에너지는 제2 압전 영역(AR2)의 경계에서 부딪쳐서 제1 압전 영역(AR1)으로 되돌아 가게 되고, 이로 인해 제1 압전 영역(AR1)에서 제2 압전 영역(AR2)으로 빠져나가는 에너지를 최소화할 수 있다. 또한, 일부 에너지가 제1 압전 영역(AR1)에서 제2 압전 영역(AR2)으로 빠져나간다고 하더라도, 제2 압전 영역(AR2)의 제2 음향 임피던스(I2)와 제3 압전 영역(AR3)의 제3 음향 임피던스(I3) 차이로 인해, 제2 압전 영역(AR2)에 존재하는 에너지는 제3 압전 영역(AR3)의 경계에서 부딪쳐서 제2 압전 영역(AR2)으로 되돌아 가게 되고, 이로 인해 제2 압전 영역(AR2)에서 제3 압전 영역(AR3)으로 빠져나가는 에너지를 최소화할 수 있다.
또한, 제3 압전 영역(AR3)의 제3 음향 임피던스(I3)와 제4 압전 영역(AR4)의 제4 음향 임피던스(I4) 차이로 인해, 제3 압전 영역(AR3)에 존재하는 에너지는 제4 압전 영역(AR4)의 경계에서 부딪쳐서 제3 압전 영역(AR3)으로 되돌아 가게 되고, 제4 압전 영역(AR4)의 제4 음향 임피던스(I4)와 제5 압전 영역(AR5)의 제5 음향 임피던스(I5) 차이로 인해, 제4 압전 영역(AR4)에 존재하는 에너지는 제5 압전 영역(AR5)의 경계에서 부딪쳐서 제4 압전 영역(AR4)으로 되돌아 가게 되고, 이로 인해 제4 압전 영역(AR4)에서 제5 압전 영역(AR5)으로 빠져나가는 에너지를 최소화할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 제3 실시예의 에어갭형 FBAR(300)을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 제3 실시예의 에어갭형 FBAR(300)은 기판(310), 에어갭부(310-1), 하부 전극(320), 압전층(330), 및 상부 전극(340)을 포함한다. 에어갭형 FBAR(300)은 하부 전극(320)과 상부 전극(340) 사이에 외부에서 신호가 인가되면 압전층(330)의 두께에 따른 고유진동의 주파수에 의하여 공진한다.
여기서, 기판(310), 에어갭부(310-1), 하부 전극(320), 및 상부 전극(340)의 특징은 전술한 도 1의 기판(310), 에어갭부(310-1), 하부 전극(320), 상부 전극(340)와 동일하므로 상세한 설명을 생략하며, 이하에서는 압전층(330)을 중심으로 설명한다.
압전층(330)은 하부전극(320)의 상부에 형성된다. 압전층(330)은 하부전극(320)의 상부에 압전물질을 증착시킨 후에 패터닝하여 형성할 수 있다. 압전층(330)은 하부전극(320)과 상부전극(340) 사이에 압전 캐비티가 형성된 공동부를 포함할 수 있다. 여기서, 공동부는 제3 공동부(330-1)를 의미한다.
도 6은 도 5에 도시된 제3 실시예의 에어갭형 FBAR(300)의 주요 부분을 확대한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 압전층(330)은 하부전극(320)과 상부전극(340) 사이에 에어 공간 즉, 제3 압전 캐비티를 갖는 제3 공동부(330-1)을 포함할 수 있다.
제3 공동부(330-1)는 압전층(330)의 하부의 일부영역에 형성된 것일 수 있다. 하부전극(320)의 상부에 제3 압전 캐비티에 대응하는 희생층(sacrificial layer)을 증착시킨 후에 그 위에 압전층(330)을 적층하며, 그 후에, 제3 압전 캐비티의 희생층을 제거함으로써 제3 공동부(330-1)가 형성될 수 있다.
이때, 제3 공동부(330-1)는 하부 전극(320)의 상측 일부가 노출되고 상부 전극(340)의 하부가 노출되지 않은 부분 에어 공간인 제3 압전 캐비티를 형성할 수 있다. 즉, 제3 공동부(330-1)는 상부전극(340)의 하측이 노출되지 않도록 폐쇄형 상부면이 형성되고, 하부전극(320)의 상측이 노출되도록 노출형 하부면이 형성된 제3 압전 캐비티를 포함할 수 있다.
제3 공동부(330-1)는 제3 압전 캐비티를 형성하는 일측 경계벽에서 수직 연장된 제1 일측 가상면(VS1)이 상부전극(340)의 엣지부(340-1)의 끝단면과 일치할 수 있다. 제1 일측 가상면(VS1)이 엣지부(340-1)의 끝단면과 만나는 지점(P1)은 엣지부(340-1)의 경계벽에 위치한 것일 수 있다.
또한, 제3 공동부(330-1)는 제3 압전 캐비티를 형성하는 타측 경계벽에서 수직 연장된 제1 타측 가상면(VS2)이 기판 캐비티의 상부 내측영역과 만날 수 있고, 제1 타측 가상면(VS2)이 기판 캐비티의 상부 내측영역과 만나는 지점(P2)은 에어갭부(310-1)를 구성하는 기판 캐비티의 상부 가상면에 위치한 것일 수 있다.
제3 공동부(330-1)의 높이(H)는 압전층(330) 두께(T)의 1/2 이하일 수 있다. 제3 공동부(330-1)가 형성됨으로 인해 압전층(330)의 각 영역에서의 두께가 달라진다. 즉, 압전층(330)의 제1 압전 영역(AR1), 제2 압전 영역(AR3) 및 제3 압전 영역(AR3)의 두께는 서로 달라질 수 있으며, 특히, 제2 압전 영역(AR2)의 두께는 제3 공동부(330-1)의 높이만큼 감소된 두께를 가질 수 있다. 제3 공동부(330-1)의 높이(H)가 압전층(330) 두께(T)의 1/2 이하가 되도록 함으로써, 내부에서 발생되는 열이 용이하게 빠져나갈 수 있도록 하는 최소한의 두께를 확보할 수 있다.
또한, 제3 공동부(330-1)의 가로폭의 길이는 압전층(330)을 통해 유출되는 에너지 파장의 1/4 이상일 수 있다. 에너지 파장이 
라 할 때, 제3 공동부(330-1)의 가로폭의 길이는 
*(2N+1)/4(여기서, N은 O 이상의 정수)의 길이값을 가질 수 있다.
한편, 압전층(330)은 제3 공동부(330-1)의 상부에 위치하는 압전 영역이 다른 위치의 압전 영역과 비교하여 상대적으로 큰 음향 임피던스를 갖는다. 압전층(330)의 제1 압전 영역(AR1), 제2 압전 영역(AR3) 및 제3 압전 영역(AR3)의 두께가 달라짐에 따라, 각 영역에서의 음향 임피던스(Acoustic impedance)가 달라진다. 따라서, 압전층(330)에서 제1 압전 영역(AR1) 내지 제3 압전 영역(AR3)에 대한 음향 임피던스가 각각 제1 음향 임피던스(I1), 제2 음향 임피던스(I2), 제3 음향 임피던스(I3)라 가정하면, 제1 공동부(330-1)가 위치한 제2 압전 영역(AR2)의 제2 음향 임피던스(I2)가 제1 음향 임피던스(I1) 또는 제3 음향 임피던스(I3)보다 상대적으로 큰 임피던스값을 갖는다. 또한, 제1 압전 영역(AR1)과 제3 압전 영역(AR3) 각각의 음향 임피던스를 비교하면, 제1 음향 임피던스(I1)가 제3 음향 임피던스(I3)보다 큰 임피던스값을 갖는다. 이를 부등호로 표시하면, I3 < I1 < I2의 순서로 음향 임피던스가 크다. 이러한 압전층(330)의 두께 변화로 인한 음향 임피던스 차이는 압전층(130)에서 측면 방향으로 빠져나가는 에너지의 유출을 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 제4 실시예의 에어갭형 FBAR(400)을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 제4 실시예의 에어갭형 FBAR(400)은 기판(410), 에어갭부(410-1), 하부 전극(420), 압전층(430), 및 상부 전극(440)을 포함한다. 에어갭형 FBAR(400)은 하부 전극(420)과 상부 전극(440) 사이에 외부에서 신호가 인가되면 압전층(430)의 두께에 따른 고유진동의 주파수에 의하여 공진한다.
여기서, 기판(410), 에어갭부(410-1), 하부 전극(420), 및 상부 전극(440)의 특징은 전술한 도 1의 기판(110), 에어갭부(110-1), 하부 전극(120), 상부 전극(140)와 동일하므로 상세한 설명을 생략하며, 이하에서는 압전층(430)을 중심으로 설명한다.
압전층(430)은 하부전극(420)의 상부에 형성된다. 압전층(430)은 하부전극(420)의 상부에 압전물질을 증착시킨 후에 패터닝하여 형성할 수 있다. 압전층(430)은 하부전극(420)과 상부전극(440) 사이에 압전 캐비티가 형성된 2개의 공동부들을 포함할 수 있다. 여기서, 2개의 공동부들은 제3 공동부(430-1) 및 제4 공동부(430-2)를 의미한다.
도 8은 도 7에 도시된 제4 실시예의 에어갭형 FBAR(400)의 주요 부분을 확대한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 압전층(430)은 하부전극(420)과 상부전극(440) 사이에 2개의 에어 공간 즉, 제3 압전 캐비티를 갖는 제3 공동부(430-1)와 제4 압전 캐비티를 갖는 제4 공동부(430-2)를 포함할 수 있다.
제3 공동부(430-1)는 압전층(430)의 하부의 일부영역에 형성된 것일 수 있다. 하부전극(420)의 상부에 제3 압전 캐비티에 대응하는 희생층(sacrificial layer)을 증착시킨 후에 그 위에 압전층(430)을 적층하며, 그 후에, 제3 압전 캐비티의 희생층을 제거함으로써 제3 공동부(430-1)가 형성될 수 있다.
여기서, 제3 공동부(430-1)의 특징은 전술한 도 6에 도시된 제3 공동부(330-1)과 동일하므로, 상세한 설명은 생략하며, 이하에서는 제4 공동부(430-2)를 상세히 설명한다.
제4 공동부(430-2)는 제3 공동부(430-1)와 일정 거리(SD)만큼 이격되어 형성된 제4 압전 캐비티를 포함한다. 제4 공동부(430-2)의 제4 압전 캐비티는 상부전극(440)의 하측이 노출되지 않도록 폐쇄형 상부면(CS)이 형성되고, 하부전극(420)의 상측 일부가 노출되도록 노출형 하부면(OS)이 형성된 것일 수 있다.
이때, 제4 압전 캐비티를 형성하는 일측 경계벽에서 수직 연장된 제2 일측 가상면(VS3)은 에어갭부(410-1)를 구성하는 기판 캐비티의 상부 내측영역과 만날 수 있다. 제2 일측 가상면(VS3)이 기판 캐비티의 상부 내측영역과 만나는 지점(P3)은 에어갭부(410-1)를 구성하는 기판 캐비티의 상부 가상면에 위치한 것일 수 있다.
또한, 제4 압전 캐비티를 형성하는 타측 경계벽에서 수직 연장된 제2 타측 가상면(VS4)은 에어갭부(410-1)의 일측 경계벽과 일치할 수 있다. 제2 타측 가상면(VS4)이 기판 캐비티의 상부 가상면과 만나는 지점(P4)은 에어갭부(410-1)의 일측 경계벽에 위치한 것일 수 있다.
이러한, 제4 공동부(430-2)의 높이(H)는 도 6에 도시된 제3 공동부(330-1)와 마찬가지로 압전층(430) 두께(T)의 1/2 이하일 수 있다. 제3 공동부(430-1) 및 제4 공동부(430-2)가 압전층(430)에 형성됨으로 인해, 압전층(430)의 각 영역에서의 두께가 달라진다. 즉, 압전층(430)의 제1 압전 영역(AR1), 제2 압전 영역(AR3), 제3 압전 영역(AR3), 제4 압전 영역(AR4), 및 제5 압전 영역(AR5) 각각의 두께는 서로 달라질 수 있으며, 특히, 제2 압전 영역(AR2) 및 제4 압전 영역(AR4)의 두께는 각각 제3 공동부(430-1) 또는 제4 공동부(430-2)의 높이만큼 감소된 두께를 가질 수 있다. 제3 공동부(430-1) 또는 제4 공동부(430-2)의 높이(H)가 압전층(430) 두께(T)의 1/2 이하가 되도록 함으로써, 내부에서 발생되는 열이 용이하게 빠져나갈 수 있도록 하는 최소한의 두께를 확보할 수 있다.
또한, 제3 공동부(430-1) 또는 제4 공동부(430-2)의 가로폭의 길이는 압전층(430)을 통해 유출되는 에너지 파장의 1/4 이상일 수 있다. 에너지 파장이 
라 할 때, 제3 공동부(330-1) 또는 제4 공동부(430-2)의 가로폭의 길이는 
*(2N+1)/4(여기서, N은 O 이상의 정수)의 길이값을 가질 수 있다.
한편, 압전층(430)은 제3 공동부(430-1) 또는 제4 공동부(430-2)의 상부에 위치하는 압전 영역이 다른 위치의 압전 영역과 비교하여 상대적으로 큰 음향 임피던스를 갖는다. 압전층(430)의 제1 압전 영역(AR1), 제2 압전 영역(AR3), 제3 압전 영역(AR3), 제4 압전 영역(AR4), 및 제5 압전 영역(AR5)의 두께가 달라짐에 따라, 각 영역에서의 음향 임피던스(Acoustic impedance)가 달라진다.
압전층(430)에서 제1 압전 영역(AR1) 내지 제5 압전 영역(AR5)에 대한 음향 임피던스가 각각 제1 음향 임피던스(I1), 제2 음향 임피던스(I2), 제3 음향 임피던스(I3), 제4 음향 임피던스(I4), 및 제5 음향 임피던스(I5)라 가정하면, 제2 압전 영역(AR2)에 해당하는 제2 음향 임피던스(I2)와 제4 압전 영역(AR4)에 해당하는 제4 음향 임피던스(I4)가 제1 음향 임피던스(I1), 제3 음향 임피던스(I3) 또는 제5 음향 임피던스(I5)보다 상대적으로 큰 임피던스값을 갖는다. 또한, 제1 음향 임피던스(I1), 제3 음향 임피던스(I3) 및 제5 음향 임피던스(I5) 각각의 음향 임피던스를 비교하면, 제3 음향 임피던스(I3)가 제1 음향 임피던스(I1) 또는 제5 음향 임피던스(I5)보다 상대적으로 큰 임피던스값을 가지면, 또한, 제1 음향 임피던스(I1)가 제5 음향 임피던스(I5)보다 상대적으로 큰 임피던스값을 갖는다. 이를 부등호로 표시하면, I5 < I1 < I3 < I2 = I4 의 순서로 음향 임피던스가 크다는 것을 알 수 있다. 이러한 압전층(230)의 두께 변화로 인한 음향 임피던스 차이는 압전층(430)에서 측면 방향으로 빠져나가는 에너지의 유출을 방지할 수 있다.
이와 같이, 압전층에 적어도 하나 이상의 공동부를 구비함으로써, 음향 임피던스의 고저 상태를 유도할 수 있고, FBAR의 측면으로 빠져 나가는 에너지를 최소화할 수 있다. 이에 따라, Quality factor를 증가시킬 수 있으며, 두꺼운 엣지부(140-1)가 압전층과 닿는 면적을 공동부가 줄여주기 때문에 엣지부(140-1)로 인해 발생하는 스프리어스(spurious) 발생을 억제하고, K2 eff값의 저하를 상쇄시킬 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 200, 300, 400 : 에어갭형 FBAR
110, 210, 310, 410 : 기판
110-1, 210-1, 310-1, 410-1 : 에어갭부
120, 220, 320, 420 : 하부 전극
130, 230, 330, 430 : 압전층
140, 240, 340, 440 : 상부 전극
110, 210, 310, 410 : 기판
110-1, 210-1, 310-1, 410-1 : 에어갭부
120, 220, 320, 420 : 하부 전극
130, 230, 330, 430 : 압전층
140, 240, 340, 440 : 상부 전극
Claims (18)
- 상면에 기판 캐비티(cavity)가 형성된 에어갭부을 포함하는 기판;
상기 에어갭부를 에워싸며 상기 기판의 상부에 형성된 하부 전극;
상기 하부 전극의 상부에 형성된 압전층; 및
상기 에어갭부의 수직 투영에 따른 가상 영역에 대응하여 상기 압전층의 상부에 형성된 상부 전극을 포함하고,
상기 압전층은,
상기 하부전극과 상기 상부전극 사이에 압전 캐비티가 형성된 공동부를 포함하되,
상기 공동부는 상기 상부전극의 끝부분에 해당하는 엣지부의 하부에 형성된 것을 특징으로 하는 에어갭형 FBAR. - 청구항 1에 있어서,
상기 공동부는,
상기 엣지부의 하측 일부가 노출되도록 노출형 상부면이 형성되고, 상기 하부전극의 상측이 노출되지 않도록 폐쇄형 하부면이 형성된 제1 압전 캐비티를 포함하는 제1 공동부인 것을 특징으로 하는 에어갭형 FBAR. - 청구항 2에 있어서,
상기 제1 공동부는,
상기 제1 압전 캐비티를 형성하는 일측 경계벽에서 수직 연장된 제1 일측 가상면이 상기 엣지부의 하부 내측영역과 만나고,
상기 제1 압전 캐비티를 형성하는 타측 경계벽에서 수직 연장된 제1 타측 가상면이 상기 기판 캐비티의 상부 내측영역과 만나는 것을 특징으로 하는 에어갭형 FBAR. - 청구항 3에 있어서,
상기 엣지부의 끝단면은 상기 제1 타측 가상면과 일정 거리 이상 이격되어 상기 제1 압전 캐비티의 상부 중 일부가 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 에어갭형 FBAR. - 청구항 1에 있어서,
상기 엣지부는,
상기 상부전극을 구성하는 전극구조체 중 다른 부분과 비교하여 상대적으로 두꺼운 전극두께를 갖는 전극구조체인 것을 특징으로 하는 에어갭형 FBAR. - 청구항 2에 있어서,
상기 압전층은,
상기 제1 공동부와 일정 거리만큼 이격되어 형성된 제2 압전 캐비티를 갖는 제2 공동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어갭형 FBAR. - 청구항 6에 있어서,
상기 제2 압전 캐비티는,
상기 하부전극의 상측이 노출되지 않도록 폐쇄형 하부면이 형성되고, 상부가 모두 개방되도록 노출형 상부면이 형성된 것을 특징으로 하는 에어갭형 FBAR. - 청구항 6에 있어서,
상기 제2 공동부는,
상기 제2 압전 캐비티를 형성하는 일측 경계벽에서 수직 연장된 제2 일측 가상면이 상기 기판 캐비티의 상부 내측영역과 만나고,
상기 제2 압전 캐비티를 형성하는 타측 경계벽에서 수직 연장된 제2 타측 가상면이 상기 에어갭부의 일측 경계벽과 일치하는 것을 특징으로 하는 에어갭형 FBAR. - 청구항 2 및 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 공동부 또는 상기 제2 공동부의 높이는 상기 압전층 두께의 1/2 이하인 것을 특징으로 하는 에어갭형 FBAR. - 청구항 2 및 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 공동부 또는 상기 제2 공동부의 가로폭의 길이는 상기 압전층을 통해 유출되는 에너지 파장의 1/4 이상인 것을 특징으로 하는 에어갭형 FBAR. - 청구항 2 및 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압전층은,
상기 제1 공동부 또는 상기 제2 공동부의 하부에 위치하는 압전 영역이 다른 위치의 압전 영역과 비교하여 상대적으로 큰 음향 임피던스를 갖는 것을 특징으로 하는 에어갭형 FBAR. - 청구항 1에 있어서,
상기 공동부는,
상기 상부전극의 하측이 노출되지 않도록 폐쇄형 상부면이 형성되고, 상기 하부전극의 상측이 노출되도록 노출형 하부면이 형성된 제3 압전 캐비티를 포함하는 제3 공동부인 것을 특징으로 하는 에어갭형 FBAR. - 청구항 12에 있어서,
상기 제3 공동부는,
상기 제3 압전 캐비티를 형성하는 일측 경계벽에서 수직 연장된 제1 일측 가상면이 상기 엣지부의 끝단과 일치하고,
상기 제3 압전 캐비티를 형성하는 타측 경계벽에서 수직 연장된 제1 타측 가상면이 상기 기판 캐비티의 상부 내측영역과 만나는 것을 특징으로 하는 에어갭형 FBAR. - 청구항 12에 있어서,
상기 압전층은,
상기 제3 공동부와 일정 거리만큼 이격되어 형성된 제4 압전 캐비티를 갖는 제4 공동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어갭형 FBAR. - 청구항 14에 있어서,
상기 제4 압전 캐비티는,
상기 상부전극의 하측이 노출되지 않도록 폐쇄형 상부면이 형성되고, 상기 하부전극의 상측이 노출되도록 노출형 하부면이 형성된 것을 특징으로 하는 에어갭형 FBAR. - 청구항 12 및 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 공동부 또는 상기 제4 공동부의 높이는 상기 압전층 두께의 1/2 이하인 것을 특징으로 하는 에어갭형 FBAR. - 청구항 12 및 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 공동부 또는 상기 제4 공동부의 가로폭의 길이는 상기 압전층을 통해 유출되는 에너지 파장의 1/4 이상인 것을 특징으로 하는 에어갭형 FBAR. - 청구항 12 및 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압전층은,
상기 제3 공동부 또는 상기 제4 공동부의 상부에 위치하는 압전 영역이 다른 위치의 압전 영역과 비교하여 상대적으로 큰 음향 임피던스를 갖는 것을 특징으로 하는 에어갭형 FBAR.
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