KR20230040515A - 음향 공진기 - Google Patents

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KR20230040515A
KR20230040515A KR1020210123737A KR20210123737A KR20230040515A KR 20230040515 A KR20230040515 A KR 20230040515A KR 1020210123737 A KR1020210123737 A KR 1020210123737A KR 20210123737 A KR20210123737 A KR 20210123737A KR 20230040515 A KR20230040515 A KR 20230040515A
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KR1020210123737A
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김병헌
박타준
박종현
윤창규
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(주)와이솔
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Abstract

본 발명은 제1 캐비티를 포함하는 기판; 기판의 상부에 형성된 제1 전극;
제1 전극의 일면에 형성된 압전층; 및 압전층의 일면에 형성된 제2 전극을 포함하되, 제1 전극 및 상기 압전층은 제1 캐비티의 일단 내지 타단에 대응되는 중첩 영역을 포함하고, 제1 전극은 제1 캐비티의 타단을 기준으로 중첩 영역의 외측에 제1 예각(θ1)의 경사면으로 종단면이 형성되고, 압전층은 수직 방향으로는 제1 전극과의 사이에, 수평 방향으로는 제1 캐비티의 타단과 상기 제1 전극의 종단면 사이의 영역에, 제2 캐비티를 갖는 제1 에어 브리지 영역을 포함하도록 형성되는, 음향 공진기를 개시한다. 본 발명에 의하면, 전극의 박막화에 따른 저항 증가의 문제점을 해결함으로써 품질인자 Q 값이 증가될 수 있다.

Description

음향 공진기{ACOUSTIC RESONATOR}
본 발명은 RF(Radio Frequency) 통신에 사용되는 음향 공진기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개선된 에어 브리지 구조를 통해 전극 손실이 개선된 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) 부품을 요구한다. 특히, RF 부품 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, SAW) 필터이다. 유전체 필터는 높은 유전율, 저삽입 손실, 높은 온도에서의 안정성, 내진동, 내충격에 강하다는 장점을 갖는다. 그러나 유전체 필터는 최근의 기술 발전 동향인 소형화 및 마이크로파 집적회로(Monolithic Microwave Integrated Circuit, MMIC)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 인터디지털 트랜스듀서(Interdigital Transducer, IDT)의 선폭이 0.5㎛ 정도가 한계라는 단점이 있다. 따라서 SAW 필터를 이용하여 초고주파(5㎓ 이상) 대역을 커버하기는 불가능하다는 문제점이 있으며, SAW 필터를 이용하여 반도체기판에서 이루어지는 MMIC 구조와 단일칩을 구성하는 데는 근본적인 어려움이 따른다.
위와 같은 한계 및 문제점들을 극복하기 위하여 기존 반도체(Si, GaAs)기판에 다른 능동소자들과 함께 집적된 주파수 제어회로를 완전히 MMIC 화할 수 있는 박막 벌크 음향 공진기(Film Bulk Acoustic Resonator, FBAR) 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 소자로 평가된다.
FBAR 필터는 반도체 기판인 실리콘(Si)이나 갈륨비소(GaAs)에 압전유전체 물질인 산화아연(ZnO), 질화알루미늄(AlN) 등이 RF 스퍼터링 방법으로 증착되므로, 압전 특성으로 인한 공진을 유발한다. 즉, FBAR는 양 전극 사이의 압전박막의 증착, 및 체적파(Bulk Acoustic Wave) 유발을 통해 공진을 발생시킬 수 있다.
FBAR 구조는 지금까지 다양한 형태로 연구되어 왔다. 멤브레인형 FBAR 구조에서, 기판 위에 실리콘산화막(SiO2)이 증착되고, 이방성 에칭(Isotropic Etching)에 의해 기판 반대면에 형성된 공동부(Cavity)를 통해 멤브레인층이 형성된다. 그리고 실리콘산화막 상부로 하부 전극이 형성되고, 이 하부 전극층 상부로 압전물질을 RF 마그네트론 스퍼터링(Magnetron Sputtering)방법으로 증착하여 압전층을 형성하며, 압전층 상부로 상부전극을 형성하고 있다.
위와 같은 멤브레인형 FBAR는 캐비티(cavity, 空洞)에 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 BAW 공진기, 즉 SBAR(Solidly mounted BAR)가 등장했다.
브레그 리플렉터형 SBAR는 기판상에 탄성 임피던스 차가 큰 물질을 격층으로 증착하여 반사층을 구성하고 하부 전극, 압전층 및 상부전극을 차례로 적층한 구조로써, 압전층을 통과한 탄성파에너지가 기판 방향으로 전달되지 못하고 반사층에서 모두 반사되어 효율적인 공진을 발생시킬 수 있게 한 것이다. 이러한 브레그 리플렉터형 FBAR는 구조적으로 견고하며, 휨에 의한 stress가 없지만 전반사를 위한 두께가 4층 이상의 반사층을 정확하게 형성하기가 어려우며, 제작을 위한 시간과 비용이 많이 필요하다는 단점이 있다.
한편, 반사층 대신에 에어갭을 이용하여 기판과 공진부를 격리시키는 구조를 가지는 종래의 박막 벌크 음향 공진기는 실리콘 기판 표면을 이방성 에칭하여 희생층을 구현하고 CMP로 표면연마를 한 후, 절연층, 하부 전극, 압전층, 및 상부전극을 차례로 증착하고 비아홀을 통하여 희생층을 제거, 에어갭을 형성하여 FBAR를 구현한다.
종래 기술의 경우에, FBAR 구조에서 상하부 전극 사이에 압전층이 구성되고 이 압전층의 필요한 영역에만 상하부 전극이 설치됨으로써 피에조 효과가 이용된다. 따라서 종래 기술의 구조는 기계적인 anchor loss가 크고 이로 인해서 기계적 에너지 감소의 원인이 된다.
상부 전극이나 하부 전극의 경우 acoustic impedance를 높이기 위해서 Mo, Ru, W 등이 사용된다. 필터의 주파수에 따라 전극 물질의 skin depth가 결정되며, 일반적으로 skin depth보다 매우 적은 두께의 전극이 사용되기 때문에 압전층의 공진점에서 charge되는 전하가 충분히 lead를 통해서 전달되지 못해서 공진점에서 Quality factor가 감소하게 된다.
반공진점에서 Quality factor를 향상시킬 수 있는 방법들 중 하나는 lateral 방향으로 빠져나가는 에너지를 최소화 하는 것이다.
대한민국 공개특허공보 10-2004-0102390호(2004.12.08 공개)
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 활성 영역을 벗어난 영역에서 압전층의 동작을 효과적으로 방지할 수 있는 에어 브리지 구조를 갖는 음향 공진기를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 일부 영역에서 압전층이 제거되어 압전층의 스트레스를 완화하는 구조의 음향 공진기를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는 에너지가 레터럴(lateral) 방향으로 빠지는 것을 방지할 수 있는 에어 브리지 구조를 갖는 음향 공진기를 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기(acoustic resonator)는, 제1 캐비티를 포함하는 기판(substrate); 기판의 상부에 형성된 제1 전극; 제1 전극의 일면에 형성된 압전층; 및 압전층의 일면에 형성된 제2 전극을 포함하되, 제1 전극 및 압전층은 제1 캐비티의 일단 내지 타단에 대응되는 중첩 영역(overlap area)을 포함하고, 제1 전극은 제1 캐비티의 타단을 기준으로 중첩 영역의 외측에 제1 예각(θ1)의 경사면으로 종단면이 형성되고, 압전층은 수직 방향으로는 제1 전극과의 사이에, 수평 방향으로는 상기 제1 캐비티의 타단과 상기 제1 전극의 종단면 사이의 영역에, 제2 캐비티를 갖는 제1 에어 브리지(air bridge) 영역을 포함하도록 형성될 수 있다.
또한, 압전층은, 일부 영역에서 식각 영역에 의해 종단되어, 상기 제1 에어 브리지 영역이 속하는 제1 파트 및 상기 제1 전극과 접하지 않는 제2 파트로 서로 이격되어 형성될 수 있다.
또한, 제2 캐비티는, 제1 적극의 종단면, 상기 제2 전극의 하부면 및 식각 영역에 의해 일부 영역에서 종단되어 형성되는 압전층의 양측 저면 중에서 적어도 하나에 접하도록 형성될 수 있다.
또한, 압전층은, 식각 영역에 의한 상기 제1 파트의 종단면이 상기 제1 전극의 종단면과 중첩되게 형성될 수 있다.
또한, 제2 전극은, 식각 영역에서 서로 이격된 상기 제1 파트 및 제2 파트의 경사진 종단면을 덮도록 상기 제1 전극 방향으로 V자 또는 U자 모양 또는 V자와 U자 모양에 준하는 모양으로 형성될 수 있다.
또한, 제2 전극은, V자 또는 U자 모양 또는 V자와 U자 모양에 준하는 모양의 최저면이 상기 제2 캐비티에 접하도록 형성될 수 있다.
또한, 압전층은, 상면 및 하면이 제2 예각(θ2)의 상향 경사면으로 시작하고, 상기 제2 전극과 접하는 상기 상면이 제3 예각(θ3)의 하향 경사면으로 종단되고, 제2 캐비티와 접하는 상기 하면이 상기 제1 예각(θ1)의 하향 경사면으로 종단되는 상기 제1 에어 브리지 영역을 포함하도록 형성될 수 있다.
또한, 제1 예각(θ1), 제2 예각(θ2) 및 제3 예각(θ3)은 45° 이하에서 형성되고, 제3 예각(θ3)이 제1 예각(θ1)보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 압전층은, 제3 예각(θ3)과 제1 예각(θ1)의 차이만큼의 두께로 상기 종단면을 형성할 수 있다.
또한, 제2 전극은, 수직 방향으로는 상기 압전층과의 사이에, 수평 방향으로는 상기 중첩 영역의 일부에서, 제3 캐비티를 갖는 제2 에어 브리지(air bridge) 영역을 포함하도록 형성될 수 있다.
또한, 제2 전극은, 압전층의 상향 경사면과의 사이에, 폭이 제2 캐비티의 두께에 비례하는 제4 캐비티를 갖도록 형성될 수 있다.
또한, 제4 캐비티는, 제2 캐비티와 서로 중첩되게 형성되고, 서로 중첩되는 영역이 상기 상향 경사면 이상으로 확장될 수 있다.
또한, 압전층의 제1 에어 브리지 영역에 의한 상기 압전층 상의 상기 제4 캐비티와, 상기 제2 전극의 제2 에어 브리지 영역에 의한 제 3 캐비티는 서로 연결되어 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 활성 영역을 벗어난 영역에서 압전층의 동작이 효과적으로 방지될 수 있다.
또한, 일부 영역에서 압전층이 제거되어 압전층의 스트레스가 완화될 수 있고, anchor loss를 줄일 수 있어서 공진점에서 quality factor를 향상시킬 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는 에너지가 레터럴(lateral) 방향으로 빠지는 것을 방지하여 반공진점에서 quality factor를 향상시킨는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 탑뷰이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 구조를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 제조방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 제조방법의 흐름도이다.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"라고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결하기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.
또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대해 상세한 설명은 생략될 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기(100)는 서로 다른 소재를 가지는 복수의 층들의 적층을 통해 형성될 수 있으며, 적층된 복수의 층들은 다각형 구조의 형상을 가질 수 있다. 다만, 도 2에 묘사된 사각형 구조의 탑 뷰는 설명의 편의를 위해 전체 형상의 일부가 도시된 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 탑뷰이다.
도 2는 도 1에 묘사된 레이어의 좌우 관계를 구체적으로 묘사하기 위한 것으로, 묘사된 레이어들의 상하 길이의 차등 변화는 적층 순서에 따라 혼동을 피하기 위한 것이므로 각 레이어의 상하 길이는 도 2와 다르게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기(100)는 상하 또는 좌우의 방향성을 갖지는 않지만, 설명의 편의를 위해 도 1에 묘사된 음향 공진기(100)를 기준으로 상하 또는 좌우의 방향을 지칭하기로 한다.
도 1를 참조하면, 바닥에서 시작해서 상의 방향으로 음향 공진기(100)에 포함된 기판(111), 제1 캐비티(112), 제1 보호층(113), 제1 전극(하부 전극)(121), 압전층(131), 제2 전극(상부 전극)(141) 및 제2 보호층(150)이 묘사되어 있다. 상기 제1 보호층(113)은 생략 가능하다.도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 구조를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3을 참조하면, 제1 전극(121) 및 압전층(131)은 제1 캐비티(112)의 도면에 표시되지 않은 일단(E1) 내지 타단(E2)에 대응되는 중첩 영역(overlap area)을 포함하도록 형성될 수 있다. 제1 전극(121)은 제1 캐비티(112)의 타단(E2)을 기준으로 중첩 영역의 외측에 종단면이 형성될 수 있다.
제1 전극(121)은 제1 예각(θ1)의 경사면으로 종단면이 형성될 수 있다. 희생측의 적층, 제거 및 제1 전극의 에지가 깨지는 크랙을 방지하기 위해 제1 전극(121)은 그 종단면과 수평면과의 사이 각이 예각, 예를 들어 45도 이하, 가장 바람직하게는 15도 내외의 예각이 되게 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 압전층(131)은 수직 방향으로는 제1 전극(121)과의 사이에, 수평 방향으로는 제1 캐비티(112)의 타단과 제1 전극(121)의 종단면 사이의 영역에, 제2 캐비티를 갖는 제1 에어 브리지(air bridge) 영역을 포함하도록 형성될 수 있다.
제1 에어 브리지 영역은, 시점에서 압전층(131)의 상면 및 하면으로 시작하여, 종점에서 종단되도록 형성될 수 있다.
압전층(131)은 일부 영역에서 식각 영역에 의해 종단되어, 제1 에어 브리지 영역이 속하는 제1 파트(131) 및 제1 전극과 접하지 않는 제2 파트(132)로 서로 이격되어 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 도 2의 압전층(130)을 전체 압전층이라고 하면, 압전층(130)은 도 2에 파선으로 묘사된 식각 영역(133)에 의해 도 1 상의 제1 파트(131) 및 제2 파트(132)로 단절될 수 있다.
압전층(131)은 식각 영역(133)에 의한 제1 파트의 종단면이 제1 전극의 종단면과 중첩되게 형성될 수 있다. 도 3을 참조하면, 제1 전극(121) 및 압전층(131)은 종점에서 종단되도록 형성될 수 있다.
압전층(131)의 제1 에어 브리지 영역을 구체적으로 묘사하면, 압전층(131)은 상면 및 하면이 제2 예각(θ2)의 상향 경사면으로 시작하고, 제2 전극과 접하는 상면이 제3 예각(θ3)의 하향 경사면으로 종단되고, 제2 캐비티와 접하는 하면이 제1 예각(θ1)의 하향 경사면으로 종단되는 제1 에어 브리지 영역을 포함하도록 형성될 수 있다.
제1 전극(121)의 종단면이 수평면과 이루는 제1 예각(θ1), 압전층(131)의 에어 브리지 영역이 시작되는 제2 예각(θ2) 및 압전층(131)의 제1 파트의 종단면이 수평면과 이루는 제3 예각(θ3)은 예각, 예를 들면 45° 이하의 각도에서 형성되고, 제3 예각(θ3)이 제1 예각(θ1)보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다. 특히 제1 예각(θ1) 및 제2 예각(θ2)은 15°로 형성되는 것이 가장 바람직하다.
압전층(131)은, 제3 예각(θ3)과 제1 예각(θ1)의 차이만큼의 두께로 상기 종단면을 형성할 수 있다.
도 3을 다시 참조하면, 제1 전극(121)의 종단면과 수평면이 이루는 각이 제1 예각(θ1)이고, 압전층(131)의 상위 종단면과 수평면이 이루는 각이 제3 예각(θ3)인 경우, 압전층(131)의 상위 종단면과 하위 종단면이 이루는 사이 각은 제3 예각(θ3)의 엇각에서 제1 예각(θ1)을 뺀 값이므로, θ3 -θ1의 값이 된다.
도 1 및 도 3을 다시 참조하면, 음향 공진기(100)는 제2 전극(141)의 두께 확장을 통해 전극의 전기적 저항을 낮출 수 있어서 전체적인 전도 전도성이 향상될 수 있다. 제2 전극(141)은 압전층(131)을 사이에 두고 제1 전극(121)을 쌍을 이루고 있으므로, 두께가 확장될 공간이 협소하다. 따라서 제1 전극(121)의 두께 확장 및 압전층(131)의 스트레스 감소 차원에서 압전층(131)을 2개의 파트로 이격하여 분리할 필요가 있다.
압전층(131)은 식각 작용, 즉 도 3에 묘사된 식각 영역을 통해 일부 영역에서 제거될 수 있다. 압전층(130)은 특히 경사면의 홈을 통해 일부 영역이 단면도 상에서 서로 분리되도록 식각될 수 있다.
제2 전극(141)은 압전층(130) 상에 형성되기 때문에, 압전층(130)의 형상에 따라 모양이 결정될 수 있다. 즉, 제2 전극(141)은 압전층(130)의 식각 영역을 매우도록 형성될 수 있다.
구체적으로 제2 전극(141)은 식각 영역에서 서로 이격된 압전층(130)의 제1 파트(131) 및 제2 파트(132)의 경사진 종단면을 덮도록 제1 전극(121) 방향으로 V자 또는 U자 모양으로 형성될 수 있다. 제2 전극(141)은 V자 또는 U자 모양으로 확장된다.
제2 전극(141)이 어디까지 확장될 수 있는가가 문제될 수 있다. 제2 전극(141)은 제1 전극(121)을 침범하지 않는 범위에서 확장될 수 있다. 따라서 제1 전극(121)은 제2 전극(141)이 확장되기 전에 종단되도록 구성될 수 있으며, 제1 전극(121)이 종단된 경우라도, 기생 커패시턴스 등 노이즈 발생의 방지 차원에서 제1 전극(121)과 제2 전극(141)은 최소한의 간격을 유지해야 하기 때문에 제1 전극(121)과 제2 전극(141) 간의 극간 캐비티에 해당하는 제2 캐비티(122)가 형성될 필요가 있다. 따라서 제2 전극(141)은 V자 또는 U자 모양의 최저면이 제2 캐비티(122)에 접하도록 형성될 수 있다.
제2 캐비티(122)는 제1 전극(121) 및 제2 전극(141) 간의 기생 커패시턴스의 생성을 방지하는 기능을 할 수 있다.
상기 제2 캐비티(122)는 공기(air) 또는 유전체로 채워질 수 있다. 또한, 제2 전극(141)의 브리지 영역 하부에 형성된 제3 캐비티(142)는 공기 또는 유전체로 채워질 수 있다.
제1 전극(121) 및 제2 전극(141) 간의 극간 캐비티에 해당하는 제2 캐비티(122)는 인접한 매질과의 유전율 차이가 있기 때문에, 전기적 손실 감소을 감소시키고, 공진기의 활성 영역(active area)에서만 공진기를 구동하여 에너지 손실을 최소화 함으로써 Q 값이 증가하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제1 보호층(113)이 기판(111)과 제1 전극(121) 사이에 선택적으로 형성될 수 있고, 제2 보호층(150)이 제2 전극(141)의 일면에 형성될 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 음향 공진기(100)는, 패드(pad)라고 불리는 제1 금속 패턴층(161) 및 제2 금속 패턴층(162)을 더 포함하도록 구성될 수 있다. 즉 음향 공진기(100)는, 제1 캐비티(112)의 일단을 기준으로 중첩 영역의 외측의 제1 전극(121) 및 제2 전극(141) 상에 각각 형성된 전도성의 금속 패턴층(161, 162)들을 더 포함하도록 형성될 수 있다. 상기 금속 패턴층(161, 162)들은 외부 구성 요소와 전기적 연결을 담당하는 역할을 한다.
기판(111)은, 다양한 기판 소재 중에서, 반도체 기판을 이용하여 구현될 수 있고, 특히 실리콘 웨이퍼가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 고저항 실리콘기판(High-Resistivity Substrate)이 사용될 수 있다.
기판(111)의 일부 영역에 제1 캐비티(112)가 형성될 수 있다. 즉 제1 캐비티(112)는 기판(111)의 일 면, 상부 표면의 일부 영역에서 도 1에 표시 되지 않은 일단(E1) 내지 타단(E2)에 걸쳐서 트렌치(trench) 형태로 형성될 수 있다. 제1 캐비티(112)는 희생층 형성 과정 또는 미리 형성된 제1 전극의 접합을 통해 형성될 수 있다.
제1 캐비티(112)는 반사 요소로 작용할 수 있으며, 이의 배치 위치는 음향 공진기에서 중요한 의미를 갖는다. 도 1에서 묘사된 제1 캐비티(112)를 참조하면, 제1 캐비티(112)의 폭을 구성하는 좌측을 일단(E1), 우측을 타단(E2)으로 칭하기로 한다. 중첩 영역을 구성하는 제1 전극(121), 압전층(131) 및 제2 전극(141)에 추가하여 제2 전극(141)의 변형된 구조는 일단 및 타단을 폭으로 하는 제1 캐비티(112)와 상관 관계를 갖는다.
제1 캐비티(112)는, 기판(111)의 일 면에 트렌치 영역이 형성된 후에, 트렌치 영역에 절연층이 형성되고, 절연층 상부에 희생층(sacrificial layer)이 증착된 후, 식각되어 평면화되고, 이후 희생층이 제거됨으로써 형성될 수 있다. 또한, 제1 캐비티(112)의 공간 영역이 형성된 후 미리 형성된 제1 전극이 상부에 접합될 수도 있다.
희생층의 소재로 폴리실리콘이나 TEOS(Tetraethyl orthosilicate), PSG(Phophosilicate glass) 등 표면의 거칠기(roughness)가 우수하고 희생층의 형성과 제거가 용이한 물질이 사용될 수 있다. 일 실시 예로, 희생층으로 폴리실리콘이 채용될 수 있고, 이러한 폴리실리콘은 표면의 거칠기가 우수하고 희생층 형성 및 제거가 용이할 뿐만 아니라, 특히, 후속공정에서 건식 식각이 적용되어 제거될 수 있다.
제1 캐비티(112)의 중첩 영역의 희생층이 제거되지 않은 상태에서, 희생층 및 기판(111)의 표면을 덮는 제1 보호층(113)이 선택적으로 형성될 수 있다. 제1 보호층(113) 구현을 위해 기판(111) 상에 용이하게 성장할 수 있는 열산화막이 채용되거나, 화학기상증착 등의 통상의 증착공정을 이용한 산화막 또는 질화막이 선택적으로 채용될 수 있다.
제1 전극(121)은 기판(111)의 일 면에 형성될 수 있다. 즉 제1 전극(121)은, 제1 보호층(113)이 없는 경우, 제1 캐비티(112) 상부에 현수되고, 기판(111)에서 제1 캐비티(112)가 존재하지 않는 전체 영역 또는 일부 영역을 덮도록 형성될 수 있다. 도 2에 제1 캐비티(112)를 덮고, 기판(111)의 일부 영역을 덮도록 형성된 제1 전극(121)이 묘사되어 있다. 특히 제1 전극(121)은 제1 캐비티(112)의 타단(E2)을 기준으로 제1 캐비티(112)의 외측 영역에서 종단되도록 형성될 수 있다. 도 1을 참조하면 제1 전극(121)의 종단 영역의 에지는 하향 경사면(downward slope)으로 마감 처리될 수 있다.
제1 전극(121)은 제2 전극(141)과 전기적 신호의 입력 단자 및 출력 단자에 해당한다. 제1 전극(121)은 전도체 소재로 구현될 수 있다.
제1 전극(121)은, 제1 보호층(113) 또는 기판(111) 상에 형성될 수 있다. 기판(111)의 제1 캐비티(112) 영역에 희생층이 존재하는 경우 희생층 상에 형성될 수 있다.
제1 전극(121)은 기판(111)의 일 면에 소정 물질이 증착된 후, 패터닝을 통해 형성될 수 있다. 제1 전극(121)의 소재로 금속과 같은 통상의 전도체, 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 하나가 사용될 수 있다. 제1 전극(121)은 두께가 10 ~ 1000 nm 범위에서 형성될 수 있다.
압전층(130)은, 제1 전극(121)의 양 표면 중에서 제1 전극(121)이 기판(111)과 접하는 표면의 반대 표면에 형성될 수 있다. 제1 전극(121) 상에 형성되는 압전층의 제1 파트(131)는 제1 전극(121)의 일부 영역을 덮지 않도록 형성될 수 있다. 예를 들어 도 2를 참조하면, 압전층의 제1 파트(131)가 덮지 않아 노출된 제1 전극(121)의 일부 영역에 제1 금속 패턴층(161)이 형성될 수 있다.
또한, 제1 전극(121)의 종단에 따라 압전층(131)도 종단되어 경사진 에지가 형성될 수 있다. 압전층(131)은 종단된 제1 전극(121)의 에지를 덮지 않도록 형성되는 것이 바람직하다.
압전층(131)은, 압전 소자(piezoelectric element)로 구성될 수 있는데, 소자의 이름을 따서 피에조층(piezoelectric layer)으로 불린다. 제1 전극(121)과 제2 전극(141) 사이에 전기적 신호가 인가되면 압전 물질로 인해 압전층(131)은 탄성파를 발생시킨다.
압전층(131)은 제1 전극(121)의 양 표면 중에서 제1 전극(121)이 기판(111)과 접하는 표면의 반대 표면에 압전 물질이 증착된 후에 패터닝을 통해 형성될 수 있다. 압전층(131)을 구성하는 압전 물질로서 질화알루미늄(AIN) 또는 산화아연 (ZnO)이 사용될 수 있다. 증착방법은 RF 마그네트론 스퍼터링(RF Magnetron Sputtering) 방법, 에바포레이션(Evaporation) 방법 등이 이용될 수 있다. 압전층(131)은 그 두께가 5~500 nm 범위에서 형성될 수 있다.
제2 전극(141)은 제1 전극(121)과 전기적 신호의 입력 단자 및 출력 단자에 해당한다. 제2 전극(141)은 전도체 소재로 구현될 수 있다.
제2 전극(141)은 압전층(131)의 일 표면의 소정 영역에 전극용 금속막의 증착 및 패터닝을 통해 형성될 수 있다. 제2 전극(141)은 제1 전극(121)에 사용된 물질, 증착 방법 및 패터닝 방법을 통해 형성될 수 있다. 제2 전극(141)은 그 두께가 5~1000nm 범위로 형성될 수 있다.
제2 전극(141)의 소재로 금속과 같은 통상의 전도체, 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 하나가 사용될 수 있다.
음향 공진기(100)에 제1 전극(121)과 제2 전극(141)을 통해 전기적 신호가 입력되면, 입력된 전기적 에너지의 일부가 압전 효과에 따른 기계적 에너지로 변환되고, 기계적 에너지가 다시 전기적 에너지로 변환되는 과정에서 압전층(131)의 두께에 따른 고유진동의 주파수에 대하여 공진이 발생한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기(100)는 제1 전극(121), 제2 전극(141)의 평면 영역 및 압전층(131)이 공통으로 중첩되는 중첩 영역, 다른 말로 활성 영역(active area)을 갖도록 형성될 수 있다. 그리고 기판(111)은, 활성 영역과 중첩되는, 제1 전극(121)과의 사이에 반사 영역에 해당하는 제1 캐비티(112)를 갖도록 형성될 수 있다. 즉 제1 캐비티(112)는 상부의 활성 영역과 중첩되면서, 제1 전극(121)과 기판(111) 사이에 형성될 수 있다.
도 3을 다시 참조하면, 활성 영역과 중첩되는 제1 캐비티(112)의 일단의 상부에는 제2 전극(141)의 윙 영역 및 이에 의한 제5 캐비티(미 표시)가 배치되고, 제1 캐비티(112)의 타단의 상부에는 제2 전극(141)의 브리지 영역 및 이에 의한 제3 캐비티(142)가 배치될 수 있다.
활성 영역은 제1 전극(121), 압전층(131) 및 제2 전극(141)의 평면 영역이 공통으로 중첩되는 영역에 분포할 수 있다. 활성 영역의 일단에 제2 전극의 윙 영역이 배치될 수 있고, 타단에 제2 전극의 제2 브리지 영역이 배치될 수 있다.
제1 전극(121)이 중첩 영역, 즉 활성 영역을 벗어나 종단되면, 이에 대응하여 압전층(131)도 종단되도록 형성될 수 있다. 이로써, 압전층(131)이 제1 전극(121)의 에지를 덮지 않는 영역이 형성될 수 있다.
활성 영역의 여러 기능 중에서, 활성 영역에서 발생된 열은 기판(111)으로 전달될 수 있다.
모바일 통신이 발전할수록 사용 주파수 대역이 높아지고, 이에 따라 필터의 크기가 점점 초소형화되고 그 두께도 박막화되고 있다. 박막화의 단점으로 구조 관련 기계적 문제점, 전도 관련 전기적 문제점 및 열전달 관련 열역학적 문제점이 지적되었다.
열역학적 문제점은 고주파를 처리하는 필터의 전극이 많은 전력 사용으로 전하량 급증에 따라 발열량이 많아지는 것이다. 그리고 전기적인 문제점은 옴의 법칙을 근거로 필터의 박막화에 따라 전극의 전기 저항이 증가하는 것이다.
전극의 전기적 손실 증가를 보완하는 방법으로서, 옴의 법칙에 근거하여, 전극의 두께를 보강하는 방법이 검토될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기(100)는 이러한 다양한 문제점 중에서 전기적 손실을 보완하기 위한 구조로서, 제2 전극(141)의 두께가 보강된 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다. 즉 제2 전극(141)은, 중첩 영역, 즉 활성 영역의 일단(E1) 및 타단(E2) 중 적어도 어느 하나에 인접한 위치에서 중첩 영역보다 두께가 두꺼운 확장 영역을 포함하도록 형성될 수 있다.
윙 영역은 중첩 영역, 즉 활성 영역의 일단의 상부 즉 제1 캐비티(112)의 일단의 상부에 배치될 수 있다. 윙 영역의 제2 전극(141)은 압전층(131)과의 사이에 제5 캐비티를 갖도록 형성될 수 있다. 그리고 윙 영역의 제2 전극(141)의 상부면은 평면에서 벗어나 두께가 보강될 수 있다. 윙 영역의 일단 및 타단이 압전층(131)과 접촉되어 캐비티는 폐쇄형으로 형성될 수 있다. 제5 캐비티는 유전체 또는 공기로 충진될 수 있다.
도 3을 참조하면, 제2 전극(141)은, 활성 영역, 즉 중첩 영역의 타단을 기준으로, 중첩 영역의 외측에 이어지는 제2 브리지 영역을 포함하도록 형성될 수 있다. 그리고 제2 전극(141)의 제2 브리지 영역은 압전층(131) 간에 제3 캐비티(142)를 갖도록 형성될 수 있다. 즉 제2 전극(141)의 제2 브리지 영역으로 인해 압전층(131)과 제2 전극(141) 사이에 제3 캐비티(142)가 형성될 수 있다.
제3 캐비티(142)가 형성되기 위해서는 제2 전극(141)과 압전층(131)이 일부 영역에서 서로 분리된 상태에 있어야 한다. 분리된 상태를 형성하기 알맞은 구조는 브리지 형태의 구조이다.
제3 캐비티(142)도 제2 캐비티(122)와 마찬가지로 폐쇄형으로 형성될 수 있다. 제2 캐비티(122)도 유전체 또는 공기로 충진될 수 있다.
제3 캐비티(142)의 높이는 압전층(131) 두께의 1/2 이하일 수 있다. 제3 캐비티(142)가 형성됨으로써 압전층(131)의 각 영역에서의 두께가 달라질 수 있다. 제3 캐비티(142)의 높이가 압전층(131) 두께의 1/2 이하가 되게 함으로써, 내부에서 발생되는 열이 용이하게 빠져나갈 수 있도록 하는 최소한의 두께가 확보될 수 있다. 또한, 제3 캐비티(142)의 가로방향 폭의 길이는 압전층(131)을 통해 유출되는 에너지 파장의 1/4 이상일 수 있다.
제3 캐비티(142)는, 압전층(131)의 상부에 희생층이(sacrificial layer)이 증착된 후에 평면화 및 식각에 의해 패턴화되고, 나머지 희생층을 포함하는 압전층(131) 상에 제2 전극(141)이 적층되고, 이후 희생층이 제거됨으로써 형성될 수 있다. 이 경우 압전층(131) 상부의 일부 영역에 공동부가 형성된 후 희생층이 증착될 수도 있다.
여기서, 희생층의 소재로 폴리실리콘이나 TEOS(Tetraethyl orthosilicate), PSG(Phophosilicate glass) 등의 표면의 거칠기(roughness)가 우수하고 희생층의 형성과 제거가 용이한 물질이 사용될 수 있다. 제3 캐비티(142)의 형성 과정은 제2 캐비티(122)에도 동일하게 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기(100)는, 압전층(131)이 종단되어 제1 전극(121)이 노출된 영역에 압전층(131)의 종단에 의한 에지를 덮도록 형성된 전도성의 제1 금속 패턴층(161)을 더 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기(100)는, 제2 보호층(150)이 종단되어 제2 전극(141)이 노출된 영역에 형성된 제2 금속 패턴층(162)을 더 포함하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 패턴층(161, 162)은 활성 영역에 최대한 가깝게 배치될 수 있다. 이러한 활성 영역 근접 배치를 통해 제1 전극(121) 및 제2 전극(141)의 전기적 손실이 줄어들 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 금속 패턴층(161, 162)은 제1 전극(121) 및 제2 전극(141)과 연결되는 외부 회로장치의 신호 라인이 연결되는 금속 패드에 해당한다. 금속 패턴층(161, 162)의 일단은 압전층(131)의 일단의 모양에 대응되게 균일한 두께를 갖도록 경사지게 형성될 수 있다.
금속 패턴층(161, 162)은 활성 영역을 벗어난 위치에 전도성 금속으로 형성될 수 있다. 금속 패턴층(161, 162)을 형성하는 금속은, 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 알루미늄구리 합금(AlCu) 등을 포함한다. 금속 패턴층(161, 162)을 형성함으로써 Q 값이 향상될 수 있다.
제1 전극(341)은 압전층의 제1 파트(331a) 및 제2 파트(331b)의 종단면의 형상에 따라 제1 전극(320) 방향으로 확장하여 형성될 수 있다. 제2 전극(341)은 굴곡에 따라 V자 또는 U자 형태로 확장하여 형성될 수 있다.
또한, 압전층(131)의 제1 파트(331a) 및 제2 파트(331b)는 제1 전극(320)의 종단에 따라 그 높이가 서로 다르게 형성될 수 있다.
여기서, 브리지 영역과 확장 영역은, 그 모습이 마치 습곡의 배사 및 향사 구조와 유사하게 형성될 수 있다.
활성 영역을 벗어난 위치에서 제2 전극(141)의 두께 보강을 통해, 두께가 보강된 전극의 저항이 감소함으로써 전류가 전극의 가장자리에 모여서 전극 리드(lead)로 흘러가기 때문에 Q 값이 증가 될 수 있다. 즉 제2 전극(141)의 보강된 영역에서 저항이 감소하므로 단위 시간당 전하의 흐름이 증가할 수 있다.
또한, 활성 영역(active area)에 집중되던 열이 기판(111)을 통해 외부로 전달될 수 있게 된다.
그 밖에 제1 전극(121)의 두께 보상을 통해 활성 영역에서 발생하는 열이 기판으로 전달되어 열전달(heat transfer)이 개선될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 음향 공진기(100)는 제2 보호층(150)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제2 보호층(150)은 제2 전극(141)이 압전층(131, 132)과 접하는 표면의 반대 표면에 형성될 수 있다. 제2 보호층(150)은 제2 전극(141) 상에 형성된 리세스 프레임(recess frame), 상승 프레임(raised frame) 상에 형성될 수 있다.
제2 보호층(150)은 제1 전극(121), 압전층(131, 132) 및 제2 전극(141)을 보호하기 위한 패시베이션(passivation) 기능을 수행할 수 있다. 제2 보호층(150)은 일단의 에지가, 제2 전극(141)의 일단의 에지와 일치하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른, 음향 공진기(100)에 포함된 기술적 특징을 제조방법에 의해 묘사될 수 있다. 음향 공진기(100)의 구체적 제조 공정은 전술한 바 있으므로 특징이 되는 점에 대해 간략히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 제조방법(S100)의 흐름도이다.
도 1과 함께 도 4를 참조하면, 음향 공진기의 제조방법(S100)을 구성하는 주요 과정이 묘사되어 있다. 음향 공진기의 제조방법(S100)은, 기판(111) 상의 일부 영역에 제1 캐비티(112) 및 희생층이 형성되는 단계(S110), 제1 전극이, 중첩 영역의 타단을 기준으로 중첩 영역의 외측에서 종단되도록 형성되는 단계(S120), 제1 전극(121)의 일부면, 종단면 및 기판 상의 일부 면에 희생층이 형성되는 단계(S130), 제2 전극 및 희생층을 덮는 압전층이 형성되는 단계(S140) 및 압전층 상에 제2 전극이 형성되는 단계(S150)를 포함하도록 구성될 수 있다.
제1 캐비티(112)는 기판(111) 상의 일부 영역에 트렌치 형태로 형성될 수 있다(S11). 제1 캐비티(112)는 일단(E1) 내지 타단(E2)의 폭을 가지도록 형성될 수 있다.
제1 전극(121)은 제1 캐비티(112)를 포함하여, 기판(111)의 상부에 형성될 수 있다. 즉 제1 전극(121)은 제1 보호층(113)이 없는 경우, 기판(111)의 상부면에 형성될 수 있고, 기판(111) 상에 제1 보호층(113)이 존재하는 경우, 제1 보호층(113) 상에 형성될 수 있다.
제1 전극(121)은 제1 캐비티(112)의 일단(E1) 내지 타단(E2)에 대응되는 중첩 영역을 포함할 수 있다. 그리고 제1 전극(121)은, 중첩 영역의 타단(E2)을 기준으로 중첩 영역의 외측에서 종단되도록 형성될 수 있다.
압전층 제1 파트(131)는 제1 전극의 일면에 형성되되, 제1 전극(121)과 마찬가지로 중첩 영역의 외측에서 종단되도록 형성될 수 있다. 다만, 압전층 제1 파트(131)는 제1 전극(121)의 종단면을 덮지 않도록 하기 위해 제1 전극(121)보다 미리 종단되도록 형성될 수 있다.
압전층 제1 파트(131)는 상면 및 하면이 제2 예각(θ2)의 상향 경사면으로 시작하고, 제2 전극(141)과 접하는 상면이 제3 예각(θ3)의 하향 경사면으로 종단되고, 제2 캐비티(122)와 접하는 하면이 제2 예각(θ1)의 하향 경사면으로 종단되는 제1 에어 브리지 영역을 포함하도록 형성될 수 있다.
여기서, 제1 예각(θ1), 제2 예각(θ2) 및 제3 예각(θ3)은 45° 이하에서 형성되고, 제3 예각(θ3)이 제1 예각(θ1)보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
제2 전극(141)은, 압전층(131)의 종단면을 따라 제1 전극(121) 방향으로 확정되게 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 제조방법의 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 음향 공진기(100)의 제조방법(S200)의 전체 과정이 묘사되어 있다. 음향 공진기(100)의 제조방법(S200)은, 기판(111) 상에 트렌치(trench) 형태로 제1 캐비티가 형성되는 단계(S210), 제1 캐비티(112)의 공간에 희생층이 형성되는 단계(S220), 희생층 및 기판 상에 제1 보호층(113)이 옵션으로 형성되는 단계, 희생층 및 기판 상의 일부 영역 또는 제1 보호층(113) 상에 제1 전극이 형성되는 단계(S230), 제1 전극의 일부 영역, 제1 전극의 종단면 및 제1 전극(121)과 압전층 사이의 제2 캐비티(122) 형성을 위한 희생층이 형성되는 단계(S231), 희생층과 제1 전극을 덮는 압전층이 형성되는 단계(S240), 압전층(130)의 식각 영역이 에칭되는 단계(S250), 압전층(130)과 제2 전극(141) 간의 제3 캐비티 형성을 위한 희생층이 형성되는 단계(S260), 압전층(130) 및 희생층 상에 제2 전극이 형성되는 단계(S270), 금속 패턴층에 해당하는 패드가 형성되는 단계(S280) 및 각종 캐비티에 충진된 희생층이 릴리즈되는(released) 단계(S290)를 포함하도록 구성될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 활성 영역을 벗어난 영역에서 압전층의 동작이 효과적으로 방지될 수 있다.
또한, 일부 영역에서 압전층이 제거되어 압전층의 스트레스가 완화될 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는 에너지가 레터럴(lateral) 방향으로 빠지는 것이 방지될 수 있다.
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시 예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시 예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.
또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.
100: 음향 공진기
111: 기판
112: 제1 캐비티
113: 제1 보호층
121: 제1 전극
122: 제2 캐비티
131: 압전층 제1 파트
132: 압전층 제2 파트
141: 제2 전극
142: 제3 캐비티
143: 제4 캐비티
150: 제2 보호층

Claims (13)

  1. 제1 캐비티를 포함하는 기판(substrate);
    상기 기판의 상부에 형성된 제1 전극;
    상기 제1 전극의 일면에 형성된 압전층; 및
    상기 압전층의 일면에 형성된 제2 전극을 포함하되,
    상기 제1 전극 및 상기 압전층은 상기 제1 캐비티의 일단 내지 타단에 대응되는 중첩 영역(overlap area)을 포함하고,
    상기 제1 전극은 상기 제1 캐비티의 타단을 기준으로 상기 중첩 영역의 외측에 제1 예각(θ1)의 경사면으로 종단면이 형성되고,
    상기 압전층은 수직 방향으로는 상기 제1 전극과의 사이에, 수평 방향으로는 상기 제1 캐비티의 타단과 상기 제1 전극의 종단면 사이의 영역에, 제2 캐비티를 갖는 제1 에어 브리지(air bridge) 영역을 포함하도록 형성되는,
    음향 공진기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 압전층은,
    일부 영역에서 식각 영역에 의해 종단되어, 상기 제1 에어 브리지 영역이 속하는 제1 파트 및 상기 제1 전극과 접하지 않는 제2 파트로 서로 이격되어 형성되는,
    음향 공진기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 캐비티는,
    상기 제1 전극의 종단면, 상기 제2 전극의 하부면 및 식각 영역에 의해 일부 영역에서 종단되어 형성되는 압전층의 양측 저면 중에서 적어도 하나에 접하도록 형성되는,
    음향 공진기.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 압전층은,
    상기 식각 영역에 의한 상기 제1 파트의 종단면이 상기 제1 전극의 종단면과 중첩되게 형성되는,
    음향 공진기.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 전극은,
    상기 식각 영역에서 서로 이격된 상기 제1 파트 및 제2 파트의 경사진 종단면을 덮도록 상기 제1 전극 방향으로 V자 또는 U자 모양 또는 V자와 U자 모양에 준하는 모양으로 형성되는,
    음향 공진기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 전극은,
    상기 V자 또는 U자 모양 또는 V자와 U자 모양에 준하는 모양의 최저면이 상기 제2 캐비티에 접하도록 형성되는,
    음향 공진기.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 압전층은,
    상면 및 하면이 제2 예각(θ2)의 상향 경사면으로 시작하고, 상기 제2 전극과 접하는 상기 상면이 제3 예각(θ3)의 하향 경사면으로 종단되고, 상기 제2 캐비티와 접하는 상기 하면이 상기 제1 예각(θ1)의 하향 경사면으로 종단되는 상기 제1 에어 브리지 영역을 포함하도록 형성되는,
    음향 공진기.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 예각(θ1), 제2 예각(θ2) 및 제3 예각(θ3)은 45° 이하에서 형성되고, 제3 예각(θ3)이 제1 예각(θ1)보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는,
    음향 공진기.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 압전층은,
    상기 제3 예각(θ3)과 제1 예각(θ1)의 차이만큼의 두께로 상기 종단면을 형성하는,
    음향 공진기.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 전극은,
    수직 방향으로는 상기 압전층과의 사이에, 수평 방향으로는 상기 중첩 영역의 일부에서, 제3 캐비티를 갖는 제2 에어 브리지(air bridge) 영역을 포함하도록 형성되는,
    음향 공진기.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 전극은,
    상기 압전층의 상향 경사면과의 사이에,
    폭이 상기 제2 캐비티의 두께에 비례하는 제4 캐비티를 갖도록 형성되는,
    음향 공진기.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제4 캐비티는,
    상기 제2 캐비티와 서로 중첩되게 형성되고,
    서로 중첩되는 영역이 상기 상향 경사면 이상으로 확장될 수 있는,
    음향 공진기.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 압전층의 제1 에어 브리지 영역에 의한 상기 압전층 상의 상기 제4 캐비티와, 상기 제2 전극의 제2 에어 브리지 영역에 의한 제 3 캐비티는 서로 연결되어 형성되는,
    음향 공진기.
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