JP7036487B2 - 弾性波フィルタ装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、弾性波フィルタ装置及びその製造方法に関するものである。
弾性波フィルタ共振器装置(BAWR)は、圧電誘電体物質の圧電特性を用いて共振を誘発させる薄膜形態の素子に関するものである。例えば、圧電誘電体物質は、シリコンウェハのような半導体基板に蒸着されることができる。弾性波フィルタ装置は、上記BAWRの構成を有する薄膜形態の素子をフィルタに実現して実現することができる。
誘導された縦方向の波は、作用する電場の方向に形成されるが、縦方向の波に対して直交する側面方向の波の寄生共振(Spurious resonances)または振動成分は、弾性波フィルタ装置の平面方向における寄生共振に起因する振動の側面方向の波を有する弾性波フィルタ装置と関連する共振周波数及び周りの周波数領域に現れ、かかる共振周波数及び周りの周波数領域に影響を及ぼす。
特開2002-359539号公報
本発明の目的は、水平振動の共振を抑制することができる弾性波フィルタ装置及びその製造方法を提供することである。
本発明の一実施形態による弾性波フィルタ装置は、基板の上部に配置される下部電極と、上記下部電極の少なくとも一部を覆うように形成される圧電体層と、上記圧電体層の少なくとも一部を覆うように形成される上部電極と、を含み、上記上部電極は、上記圧電体層の活性化中に、上記圧電体層とともに変形し振動する弾性波フィルタ装置の活性領域の中央部を除いた上記上部電極の少なくとも一部分に配置される密度低減層を有し、上記密度低減層は上記上部電極の他の部分の密度よりも密度が低ければよい。
上記密度低減層は酸化物を含むことができる。
上記上部電極は伝導体を含むことができ、上記密度低減層は上記上部電極の伝導体の選択酸化の結果物であってもよい。
上記上部電極は、上記圧電体層を覆う電極層と、上記電極層上に積層されるフレーム層と、を含むことができ、上記密度低減層は、上記活性領域に対応する電極層の内部領域とフレーム層の間に配置される電極層の一部分に形成することができる。
上記電極層の一部分に形成された上記密度低減層は、フレーム層の内周面の内部、及び内部領域の外周にバンド状を有することができる。
上記フレーム層は上記電極層の厚さよりも厚い厚さを有することができる。
上記上部電極は、上記圧電体層を覆う電極層と、上記電極層上に積層されるフレーム層と、を含むことができ、上記密度低減層は、フレーム層、及び上記フレーム層と上記電極層の内部領域の間に形成することができる。
上記フレーム層は、内部領域の円周の外部にバンド状を有することができる。
上記弾性波フィルタ装置は、上記基板とともにエアギャップを形成する第1層と、下部電極の下部にエアギャップが配置されるように上記第1層上に形成される第2層と、をさらに含むことができる。
上記弾性波フィルタ装置は、上記上部電極上に形成される第1金属パッド、及び上記下部電極上に形成される第2金属パッドと、上記金属パッドが形成された弾性波フィルタ装置の一部分を除いた弾性波フィルタ装置の全体の領域に形成されるパッシベーション層と、をさらに含むことができる。
上記弾性波フィルタ装置において、上記上部電極は、モリブデン(Molybdenum:Mo)、ルテニウム(Ruthenium:Ru)、タングステン(Tungsten:W)、イリジウム(Iridium:Ir)、プラチナ(Platinum:Pt)のいずれかであるか、またはモリブデン(Molybdenum:Mo)、ルテニウム(Ruthenium:Ru)、タングステン(Tungsten:W)、イリジウム(Iridium:Ir)、プラチナ(Platinum:Pt)のうち少なくとも二つの合金材料を含むことができる。
上記弾性波フィルタ装置は、内部にエアギャップを有し、上記基板上に形成されるエアギャップ形成層と、上記下部電極の下部に配置され、上記エアギャップ形成層に形成される第1保護層と、をさらに含むことができる。
本発明の一実施形態による弾性波フィルタ装置の製造方法は、犠牲層、下部電極、圧電体層、及び上部電極を含む弾性波フィルタ装置の複数個の層を形成する段階と、上記上部電極の中央部を除いた上記上部電極を露出させるようにフォトレジストを形成する段階と、上記フォトレジストから外部に露出している上記上部電極の一部分を酸化させることにより密度低減層を形成する段階と、を含む。
上記上部電極を形成する段階は、上記圧電体層を覆うように電極層を形成し、上記電極層上に積層されるフレーム層を形成する段階をさらに含み、上記密度低減層は、上記フレーム層と上記電極層の内部領域の間に配置される電極層の選択部分に形成することができる。
上記上部電極を形成する段階は、上記圧電体層を覆う電極層を形成し、上記電極層上に積層されるフレーム層を形成する段階をさらに含み、上記密度低減層は、上記フレーム層、及び上記フレーム層と上記電極層の内部領域の間に配置される電極層の選択部分に形成することができる。
上記上部電極は、モリブデン(Molybdenum:Mo)、ルテニウム(Ruthenium:Ru)、タングステン(Tungsten:W)、イリジウム(Iridium:Ir)、プラチナ(Platinum:Pt)のいずれかであるか、またはモリブデン(Molybdenum:Mo)、ルテニウム(Ruthenium:Ru)、タングステン(Tungsten:W)、イリジウム(Iridium:Ir)、プラチナ(Platinum:Pt)のうち少なくとも二つの合金材料を含むことができる。
上記密度低減層を形成する段階は、上記上部電極の一部分に伝導体を酸化させるアッシング工程を行う段階を含むことができる。
本発明の他の実施形態による弾性波フィルタ装置は、キャビティを支持するか含む基板と、上記キャビティ上部の第1電極と、上記キャビティ上部の圧電体層と、上記キャビティ上部の第2電極と、上記第1電極の少なくとも一部分、上記圧電体層の少なくとも一部分、及び上記第2電極の少なくとも一部分に現れる活性領域の外部円周の上記第1電極上部のフレームと、上記フレームの内周内側及び活性領域の内部領域の外部の上記第1電極上の低密度部材と、を含み、上記フレーム及び上記低密度部材は、活性領域において生産される縦方向の共振よりも偽の共振を抑制するように構成する。
上記低密度部材は、活性領域において励起された水平波を抑制するように構成することができる。
上記低密度部材は、第1電極の密度よりも低い密度を有することができる。
上記低密度部材は、第1電極の伝導体の酸化物であり、第1電極から形成することができる。
上記圧電体層は窒化アルミニウムを含むことができる。
本発明のさらに他の実施形態による弾性波フィルタ装置は、キャビティを支持するか含む基板と、上記キャビティ上部の第1電極と、上記キャビティ上部の圧電体層と、上記キャビティ上部の第2電極と、上記共振領域の内部領域の外部、上記第2電極の一部分、上記圧電体層の一部分、及び上記第1電極の少なくとも一部分に現れ、活性領域の円周に対して配列された上記第1電極上の低密度部材と、を含み、上記低密度部材は、上記活性領域に励起される水平波を抑制するように構成することができる。
上記低密度部材は上記第1電極よりも密度が低ければよい。
上記低密度部材は、上記伝導体よりも低い密度を有する第1電極から形成し、第1電極の伝導体の酸化物であってもよい。
上記低密度部材は、活性領域に残存する全体の整列された厚さよりも薄く、電極層の厚さよりも厚い厚さを有すことができる。
上記キャビティは、上記基板の上部に形成されるように、基板上に形成されたギャップ形成層の一部分の間に形成する。
本発明によると、水平振動の共振を抑制することができるという効果がある。
本発明の第1実施形態による弾性波フィルタ装置を示す概略断面図である。 本発明の第1実施形態による弾性波フィルタ装置によるノイズの低減を説明するためのグラフである。 本発明の第1実施形態による弾性波フィルタ装置に備えられる密度低減層の形成工程を説明するための説明図である。 本発明の第1実施形態による弾性波フィルタ装置に備えられる密度低減層の形成工程を説明するための説明図である。 本発明の第1実施形態による弾性波フィルタ装置に備えられる密度低減層の形成工程を説明するための説明図である。 本発明の第2実施形態による弾性波フィルタ装置を示す概略断面図である。 本発明の第2実施形態による弾性波フィルタ装置に備えられる密度低減層の形成工程を説明するための説明図である。 本発明の第3実施形態による弾性波フィルタ装置を示す概略断面図である。
以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために拡大縮小表示(または強調表示や簡略化表示)がされることがある。
弾性波共振器は、印加された電場を変換するために、圧電体において生成された縦方向の波を用いる。例えば、弾性波フィルタは、印加されたRF信号に対して図1の構成を有する垂直方向の波に対応する縦方向の波を電波することができる。しかし、弾性波フィルタ装置に対応する共振周波数及び周りの周波数領域に現れる側波(lateral wave)の寄生共振(spurious resonances)として振動成分を有する側波(例えば、図1の構成に対して水平方向の波に対応し、縦方向の波に直交する)も上記過程中に励起される。これにより、上述の側面振動共振現象は、弾性波フィルタ装置の通過帯域内において好ましくない寄生共振ノイズを誘発する可能性があり、品質係数値(Q factor)を減少させるおそれがある。したがって、側波の振動による寄生共振またはノイズを低減させることで、弾性波フィルタ装置の通過帯域において均一で低い挿入損失の特性を確保するとともに、高い品質係数値(Q factor)及び結合係数を確保することが好ましい。
また、一つ以上の実施形態において、例えば、弾性波フィルタは側波により減少した寄生共振及びノイズを提供するとともに、高い品質係数値(Q factor)及び結合係数も有することができる。
図1は本発明の第1実施形態による弾性波フィルタ装置を示す概略断面図である。
図1を参照すると、弾性波フィルタ装置は、一例として、エアギャップS、基板110、第1層120、第2層130、下部電極140、圧電体層150、上部電極160、電極層170、フレーム層180、密度低減層190、パッシベーション層200、及び金属パッド210を含んで構成することができる。
基板110は、シリコンが積層された基板であってもよい。例えば、シリコンウェハ(Silicon Wafer)を基板として用いることができる。一方、基板110の上面に、シリコンを保護するための保護層112を形成することができる。犠牲層の除去工程中に、例えば、図3の犠牲層220は、エアギャップS、一例として、溝を形成するために用いられる。例えば、保護層112は、後述の上記除去工程中の基板110のエッチングを防止する。
第1層120は、基板110及びエアギャップS上に形成する。すなわち、第1層120は、基板110上に形成される後述の犠牲層220を覆うように基板110及び犠牲層220上に形成する。後で、犠牲層220が除去されると、第1層120の下部にはエアギャップ(Cavity)Sが形成されるようになる。
一例として、第1層120は、酸化シリコン(SiO)または酸化シリコン(SiO)を含有する材料からなることができる。一方、第1層120は、犠牲層220の除去工程時に、下部電極140の下端部のエッチングを防止する役割も果たす。エアギャップSを有する弾性波フィルタ装置110は、薄膜弾性波フィルタであってもよいが、これに限定されるものではない。
第2層130は、エアギャップSの上部に配置されるように、第1層120上に形成する。一方、第2層130は、窒化シリコン(SiN)または窒化シリコン(SiN)を含有する材料からなることができる。また、第2層130は、第1層120とともに共振領域(換言すると、活性領域)に配置される構成によるストレスを補償することができ、活性領域に配置される構造の変形を低減させる役割を果たす。
ここで、活性領域(Active area)とは、図1に示すように、圧電体層150の変形時に圧電体層150とともに変形して振動する領域のことである。例えば、活性領域(Active area)は、図示されている活性領域(Active area)の範囲と直交して整列され、圧電体層150の変形とともに振動する圧電体層150、下部電極140、及び上部電極160が少なくとも重なる部分を含むように考えられることができる。
下部電極140は第2層130上に形成する。一例として、下部電極140は、モリブデン(Molybdenum:Mo)、ルテニウム(Ruthenium:Ru)、タングステン(Tungsten:W)、イリジウム(Iridium:Ir)、プラチナ(Platinum:Pt)などのような導電性材料、またはその合金を用いて形成することができる。
また、下部電極140は、RF(Radio Frequency)信号などの電気信号を注入する入力電極及び出力電極のいずれかとして用いることができる。例えば、下部電極140が入力電極である場合、上部電極160は出力電極であることができ、下部電極140が出力電極である場合、上部電極160は入力電極であることができる。
圧電体層150は、下部電極140の少なくとも一部を覆うように形成する。また、圧電体層150は、下部電極140または上部電極160から入力される電気信号を弾性波(Acoustic wave)に変換する役割を果たす。
例えば、上部電極160に、時間の経過に伴って変化する電界が誘導されると、圧電体層150は上部電極160に入力された電気信号を活性領域(Active area)において弾性波(Acoustic wave)として現れる物理的振動に変換することができる。よって、時間の経過に伴う上部電極160への電界変化は、圧電体層150により、主に厚さ方向(図示された垂直方向)の縦方向の弾性波(Acoustic wave)として誘導されるものと考えられることができる。下部電極140と圧電体層150の間の変化において、弾性波(Acoustic wave)は圧電体層150により下部電極140に対応する電界変化に変換される。ここで、圧電体層150は、誘導された電界により圧電体層150の厚さ方向において縦方向の体積弾性波を発生させる。
このように、圧電体層150は、体積弾性波を発生させることで電気信号を弾性波に変換することができる。
この際、圧電体層150は、下部電極140の上部に窒化アルミニウム(Aluminum Nitride)、酸化亜鉛(Zinc Oxide)、またはジルコンチタン酸鉛(Lead Zirconate Titanate)を蒸着することで形成することができる。
圧電体層150が窒化アルミニウム(AlN)材料からなる場合、圧電体層150は希土類金属(Rare earth metal)をさらに含むことができる。一例として、希土類金属は、スカンジウム(Sc)、エルビウム(Er)、イットリウム(Y)、及びランタン(La)のうち少なくとも一つを含むことができる。
上部電極160は、圧電体層150の少なくとも一部を覆うように形成する。一例として、上部電極160は、圧電体層150を覆う電極層170と、電極層170上に形成されるフレーム層180と、を備えることができる。
一方、フレーム層180の厚さは、電極層170の厚さよりも厚く形成することができる。また、図1に示すように、単一のフレーム層180だけで構成することができ、弾性波フィルタを囲むバンド状であってもよい。例えば、各フレーム層180は、フレーム層180と直交して整列された電極層の対応部分よりも厚い厚さを有することができる。フレーム層180は、活性領域の中央部を除いた領域に配置されるように電極層170上に形成することができる。換言すると、弾性波フィルタ装置100の製造工程中に、少なくともフレーム層180の一部分及び電極層170の一部分がともに外部に露出するようにフレーム層180は弾性波フィルタ装置100の一部分を構成する。
一例として、フレーム層180は、電極層170と同一の材料からなることができる。但し、これに限定されず、フレーム層180は、異なる材料からなってもよい。
フレーム層180は、共振時に発生する側波(Lateral Wave)を活性領域の内部に反射させて共振エネルギーを活性領域に閉じ込める役割を果たす。換言すると、電極層170の外側にフレーム層180を形成して、活性領域で発生した振動が外側に抜け出ることを防止する役割を果たす。また、フレーム層180は、弾性波フィルタ装置100の品質係数(Q factor)を増加させることができる。
一例として、上部電極160は、モリブデン(Molybdenum:Mo)、ルテニウム(Ruthenium:Ru)、タングステン(Tungsten:W)、イリジウム(Iridium:Ir)、プラチナ(Platinum:Pt)のいずれかであるか、またはモリブデン(Molybdenum:Mo)、ルテニウム(Ruthenium:Ru)、タングステン(Tungsten:W)、イリジウム(Iridium:Ir)、プラチナ(Platinum:Pt)のうち少なくとも二つの合金材料からなることができる。
密度低減層190は、弾性波フィルタ装置100の一部分である上部電極160の内部または上部にそれぞれ配置され、活性領域(Active area)の中央部の外側にそれぞれ配列される。また、図1に示すように構成された単一の密度低減層190であってもよい。例えば、弾性波フィルタ装置100をバンド化する。一例として、密度低減層190は酸化により形成されることができる。
例えば、密度低減層190は、上部電極160の選択酸化により形成されることができる。例えば、密度低減層190は、フレーム層180の周り、例えば、活性領域(Active area)の中心(すなわち、横方向の中心)に向かう方向においてフレーム層180を超えて配置され、活性領域(Active area)の中央部を除いた領域に配置される上部電極160の一部分に形成されることができる。
また、密度低減層190はバンド状を有することができる。例えば、上部から見たとき、弾性波フィルタ装置100は、円形、楕円形、長方形または不規則な形状を有することができ、一例として、活性領域(Active area)の中心に中心を置くことができる。フレーム層180は、活性領域(Active area)の円周に沿ってバンド状のように形成してもよく、活性領域(Active area)の円周内に、同様に他のバンド状に形成される密度低減層190を有するように形成してもよい。
但し、密度低減層190を形成する方法は、上述の方式に限定されず、電極層170に酸化物からなる密度低減層190を積層して形成することもできる。
このような場合、密度低減層190は、上部電極160にほぼ直交して整列され、上部電極160の表面に露出しないように形成することができる。
さらに、密度低減層190は、必ずしも酸化物からなる必要はなく、上部電極160よりも密度が低い材料が積層されてなることもできる。
すなわち、密度低減層190の形成方法は多様に変更することができる。
一方、密度低減層190は、一例として、上部電極160がモリブデン(Mo)材料からなる場合、二酸化モリブデン(MoO)や三酸化モリブデン(MoO)などの酸化膜からなることができる。
また、密度低減層190の密度は、上部電極160の残りの部分の密度または密度低減層190に直交して整列された上部電極160の残りの部分に対して約3分の1レベルであることができる。さらに、一例として、密度低減層190は酸化条件に応じて数nm~数十nmの深さを有するように形成することができる。
このように、密度低減層190は、活性領域(Active area)において水平波(lateral wave)の励起(excitation)により起因する寄生共振を抑制できるように作用することができる。例えば、密度低減層190の全体の厚さは、活性領域に直交して整列された残りの部分、例えば、密度低減層190の下部に直交して整列される活性領域の部分または単に密度低減層180を除いた活性領域の全体の厚さより薄ければよい。よって、密度低減層180に対応する弾性波フィルタ装置100の直交する領域において密度低減層190の全体の厚さが活性領域の残りの部分または密度低減層190と直交して整列される弾性波フィルタ装置100の厚さよりも薄く形成されるため、エネルギーが水平波を励起させることを抑制することで、縦方向の波の変位サイズまたは振幅を密度低減層190がない場合と比較して急激に変化させることができる。例えば、活性領域から遠くなるにつれて幾何級数的に減少できる縦方向の波の自然な減少エネルギー分布をフレーム層180と直交して整列された領域に及ぶ前にさらに急激に減少させることができる。また、縦方向の波の変位サイズを調整することにより、縦方向の波が活性領域の大部分にわたって均一な形状を有するようにすることができる。
これにより、密度低減層190、及び活性領域の内部からフレーム層180までの距離による縦方向の波の変位量の変化を誘導することにより、寄生共振を抑制することができる。よって、密度低減層190により、共振周波数よりも低い周波数における縦方向の振動または波からの寄生共振の発生が抑制される。
例えば、図1に示す弾性波フィルタ装置100の一実施形態において密度低減層190により寄生共振またはノイズを減少させることができることを図2に示す。一例として、密度低減層190がない弾性波フィルタ装置の場合はノイズが約0.36dBであるが、密度低減層190を有する図1に示す弾性波フィルタ装置100の一実施形態の場合はノイズが約0.07dBである。このように、寄生共振及びノイズを低減させることで、品質係数(Q factor)が高く結合係数が大きい弾性波フィルタ装置100の通過帯域内における挿入損失の特性を確保することができる。
パッシベーション層(Passivation layer)200は、フレーム層180及び電極層170を覆うように形成する。一方、パッシベーション層200は、工程中のフレーム層180及び電極層170が損傷することを防止する役割を果たす。さらに、最終の工程では、周波数を調節するために、エッチングしてパッシベーション層200の厚さを調節することができる。
また、パッシベーション層200は、金属パッド210が形成される領域を除いた他のすべての領域に形成してもよい。
金属パッド210は、下部電極140及び上部電極160と電気的に接続されるように形成する。
上述のとおり、密度低減層190により水平波または水平方向の振動の寄生共振を抑制することができる。これにより、非定形なノイズ(Spurious Noise)を改善し、弾性波フィルタ装置の通過帯域内において均一で低い挿入損失(Insertion Loss)の特性を確保することができる。
一方、本発明の第1実施形態による弾性波フィルタ装置100は、携帯通信機器のフロントエンドモジュール(Front End Module)のためのRFフィルタとして用いることができる。すなわち、複数の共振器を信号入力端と出力端の間に直列接続し、直列接続された共振器と接地の間に複数の共振器を並列接続することでRFフィルタに構成することができる。
このような場合、水平波共振によるノイズを抑制し、通過帯域(pass band)の全領域にわたって均一な信号入力特性を示すことができる。
以下、図面を参照して、上述の密度低減層190の形成方法について簡単に説明する。
図3~図5は本発明の第1実施形態による弾性波フィルタ装置に備えられる密度低減層の形成工程を説明するための説明図である。
まず、図3に示すように、基板110の上部に、犠牲層220、第1層120、第2層130、下部電極140、圧電体層150、上部電極160を順に積層する。
次に、図4に示すように、上部電極160上にフォトレジスト層10を積層する。フォトレジスト層10は、密度低減層190を形成するための酸化工程中に、活性領域(Active area)の中央部及びフレーム層180の酸化を防止するための構成で、フォトレジスト層10が形成されない領域に密度低減層190が形成される。
例えば、密度低減層190は、電極層170の酸化によって形成され、電極層170の選択部分に対するアッシング(Ashing)工程による表面処理で形成することができる。すなわち、密度低減層190は酸化物からなることができる。
一例として、密度低減層190は電極層170の酸化により形成されることができ、密度低減層190は、活性領域(Active area)の円周の形状またはフレーム層180の内周面の形状に対応するバンド状を有することができる。
一方、密度低減層190は、一例として、上部電極160がモリブデン(Mo)材料からなる場合、二酸化モリブデン(MoO)や三酸化モリブデン(MoO)などの酸化膜からなることができる。
また、密度低減層190の密度は、上部電極160の残りの部分の密度に対して約3分の1レベルであることができる。さらに、密度低減層190の厚さは、実施形態、様々な利用できる構成、及び活性領域の残存層の特性に依存する酸化条件に応じて数nm~数十nmの深さに調節することができる。
その後、図5に示すように、フォトレジスト層10を除去した後、上部電極160上に密度低減層190、一例として、酸化モリブデン層を形成する。
以下、図面を参照して、本発明の第2実施形態による弾性波フィルタ装置について説明する。一方、上述の構成要素と同一の構成要素については上記使用した符号を用いて図面に示し、ここでは詳細な説明を省略する。
図6は本発明の第2実施形態による弾性波フィルタ装置を示す概略断面図である。
図6を参照すると、本発明の第2実施形態による弾性波フィルタ装置300は、一例として、エアギャップS、基板110、第1層120、第2層130、下部電極140、圧電体層150、上部電極160、電極層170、フレーム層180、密度低減層290、パッシベーション層200、及び金属パッド210を含んで構成することができる。
一方、本発明の第2実施形態による弾性波フィルタ装置300は、密度低減層390だけが異なる構成であるため、ここでは密度低減層390についてだけ説明する。
密度低減層290は、フレーム層180に形成されることができ、フレーム層180の周り、例えば、活性領域の中央部を除いた活性領域の中央部に向かう方向においてフレーム層180を越えて電極層170の一部分内に、または上部に形成することができる。ここで、図1に示すように構成された単一の密度低減層290だけを残すことができ、例えば、弾性波フィルタ装置300をバンド化する。一例として、それぞれの密度低減層290は電極層170の活性領域の中心部を除いた弾性波フィルタ装置300の一部分に形成されることができ、酸化物により形成されることができる。
密度低減層290は、上部電極160、例えば、電極層170とフレーム層180のそれぞれの酸化により形成されることができる。密度低減層290は、バンド状を有することができる。
さらに、それぞれのフレーム層180の厚さは、電極層170の厚さよりも厚く形成されることができる。例えば、フレーム層180は、上記フレーム層180に対して直交して整列された電極層170の一部分よりも厚い厚さを有することができる。
また、密度低減層290は、一例として、上部電極160がモリブデン(Mo)材料からなる場合、二酸化モリブデン(MoO)や三酸化モリブデン(MoO)などの酸化膜からなることができるが、これに限定されるものではない。
また、密度低減層290の密度は、上部電極160の残りの部分の密度または密度低減層290に直交して整列された上部電極160の残りの部分に対して約3分の1レベルであることができる。さらに、一例として、密度低減層290の厚さは酸化条件に応じて数nm~数十nmの深さに形成することができる。
このように、密度低減層290は、活性領域(Active area)において水平波(lateral wave)の励起(excitation)により起因する寄生共振を抑制するように作用することができる。例えば、密度低減層290の全体の厚さは、活性領域に直交して整列された残りの部分、例えば、密度低減層290の下部に直交して整列される活性領域の部分または単に密度低減層290を除いた活性領域の全体の厚さよりも薄ければよい。よって、密度低減層290に対応する弾性波フィルタ装置300の直交する領域において密度低減層290の全体の厚さが活性領域の残りの部分または密度低減層290と直交して整列される弾性波フィルタ装置300の厚さよりも薄く形成されるため、エネルギーが水平波を励起させることを抑制することにより、縦方向の波の変位サイズまたは振幅を密度低減層290がない場合と比較して急激に変化させることができる。例えば、活性領域から遠くなるにつれて幾何級数的に減少できる縦方向の波の自然な減少エネルギー分布をフレーム層180と直交して整列された領域に及ぶ前にさらに急激に減少させることができる。また、縦方向の波の変位サイズを調整することにより、縦方向の波が活性領域の大部分にわたって均一な形状を有するようにすることができる。
これにより、密度低減層290、及び活性領域の内部からフレーム層180までの距離による縦方向の波の変位量の変化を誘導することにより寄生共振を抑制することができる。よって、密度低減層290により、共振周波数よりも低い周波数における縦方向の振動または波からの寄生共振の発生が抑制される。
以下、図面を参照して、上述の密度低減層390の形成方法について簡単に説明する。
図7は本発明の第2実施形態による弾性波フィルタ装置に備えられる密度低減層の形成工程を説明するための説明図である。
図7を参照すると、上部電極160上にフォトレジスト層10を積層する。フォトレジスト層10は、密度低減層390を形成するための酸化工程中に、活性領域(Active area)の中央部に配置される電極層170の酸化を防止するための構成で、フォトレジスト層10が形成されない領域に密度低減層390が形成される。
例えば、密度低減層390は、電極層170及びフレーム層180の酸化によって形成される。一例として、密度低減層390は、電極層170の選択部分、またはフレーム層180の全体の幅に対するアッシング(Ashing)工程による表面処理で形成することができる。すなわち、密度低減層390は酸化物からなることができる。
例えば、電極層170及びフレーム層180がともにモリブデン(Mo)からなる場合、密度低減層390の全体が上部電極160上に形成される酸化モリブデンであってもよい。
次に、フォトレジスト層10を除去した後、例えば、パッシベーション層200は、上部電極160、フレーム層180、及び密度低減層390上に形成する。
以下、図面を参照して、本発明の第3実施形態による弾性波フィルタ装置について説明する。
図8は本発明の第3実施形態による弾性波フィルタ装置を示す概略断面図である。
図8を参照すると、本発明の第3実施形態による弾性波フィルタ装置500は、一例として、エアギャップS、基板510、エアギャップ形成層520、第1保護層530、下部電極540、圧電体層550、上部電極560、電極層570、フレーム層580、密度低減層590、パッシベーション層600、及び金属パッド610を含んで構成することができる。
基板510は、シリコンが積層された基板であってもよい。例えば、シリコンウェハ(Silicon Wafer)を基板として用いることができる。一方、基板510の上面に、シリコンを保護するための保護層512を形成することができる。すなわち、後述の犠牲層(図示せず)の除去工程時に、基板510のエッチングを防止するために、基板510の上面に保護層512を形成する。
エアギャップ形成層520は基板510上に形成され、エアギャップ形成層520のそれぞれのテーパ面の間の空間により形成される溝部がエアギャップ形成層520に形成されることができる。ここで、溝部は、エアギャップ形成層520においてテーパの生成を通じて形成されることができる。例えば、エアギャップ形成層520の溝部に犠牲層を形成し、第1保護層530を溝部上に形成した後、犠牲層を、例えば、エッチングによって除去すると、エアギャップSが形成されることができる。
このように、エアギャップ形成層520にエアギャップSが形成されるため、エアギャップ形成層520の上部に形成される他の構成が平らな形状に形成されることができる。同様に、第1保護層530は平らな形状を有することができる。これにより、第1保護層530上に形成される他の構成も平らな形状を有することができる。
第1保護層530は、エアギャップ形成層520及びエアギャップS上に形成する。すなわち、第1保護層530は、犠牲層を覆うようにエアギャップ形成層520上に形成する。その後、犠牲層が除去されると、第1保護層530の下部にエアギャップSが形成される。
一例として、第1保護層530は、酸化シリコン(SiO)または酸化シリコン(SiO)を含有する材料からなることができる。一方、第1保護層530は、犠牲層の除去工程時に、下部電極540の下端部のエッチングを防止する役割も果たす。
下部電極540は第1保護層530上に形成する。一例として、下部電極540は、モリブデン(Molybdenum:Mo)、ルテニウム(Ruthenium:Ru)、タングステン(Tungsten:W)、イリジウム(Iridium:Ir)、プラチナ(Platinum:Pt)などのような導電性材料、またはその合金を用いて形成することができる。
また、下部電極540は、RF(Radio Frequency)信号などの電気信号を注入する入力電極及び出力電極のいずれかとして用いることができる。例えば、下部電極540が入力電極である場合、上部電極560は出力電極であることができ、下部電極540が出力電極である場合、上部電極560は入力電極であることができる。
圧電体層550は、下部電極540の少なくとも一部を覆うように形成する。また、圧電体層550は、下部電極540または上部電極560から入力される電気信号を弾性波(Acoustic wave)に変換する役割を果たす。
例えば、上部電極560に、時間の経過に伴って変化する電界が誘導されると、電体層550は、上部電極560に入力された電気信号を活性領域(Active area)において弾性波(Acoustic wave)として現れる物理的振動に変換することができる。よって、時間の経過に伴う上部電極560への電界変化は、圧電体層550により、主に厚さ方向(図示された垂直方向)の縦方向の弾性波(Acoustic wave)として誘導されるものと考えられることができる。下部電極540と圧電体層550との間の変化において、弾性波(Acoustic wave)は圧電体層550により下部電極540に対応する電界変化に変換される。ここで、圧電体層550は、誘導された電界により圧電体層550の厚さ方向において縦方向の体積弾性波を発生させる。
この際、圧電体層550は、下部電極540の上部に窒化アルミニウム(Aluminum Nitride)、酸化亜鉛(Zinc Oxide)、またはジルコンチタン酸鉛(Lead Zirconate Titanate)を蒸着することで形成することができる。
上部電極560は、圧電体層550の少なくとも一部を覆うように形成する。一例として、上部電極560は、圧電体層550を覆う電極層570と、電極層570上に形成されるフレーム層580と、を備えることができる。
一方、フレーム層580の厚さは、電極層570の厚さよりも厚く形成することができる。また、図8に示すように構成された単一のフレーム層580だけで構成することができ、弾性波フィルタを囲むバンド状であってもよい。例えば、各フレーム層580は、フレーム層580と直交して整列された電極層の対応部分よりも厚い厚さを有することができる。換言すると、弾性波フィルタ装置500の製造工程中に、少なくともフレーム層580の一部分及び電極層570の一部分がともに外部に露出するようにフレーム層580は弾性波フィルタ装置500の一部分を構成する。
一例として、フレーム層580は、電極層570と同一の材料からなることができる。但し、これに限定されず、フレーム層580は、異なる材料からなってもよい。
フレーム層580は、共振時に発生する側波(Lateral Wave)を共振領域の内部に反射させて共振エネルギーを共振領域に閉じ込める役割を果たす。換言すると、電極層570の外側にフレーム層580を形成して、共振領域で発生した振動が活性領域の外側に抜け出ることを防止する役割を果たす。また、フレーム層580は、弾性波フィルタ装置100の品質係数(Q factor)を増加させることができる。
一例として、上部電極560は、モリブデン(Molybdenum:Mo)、ルテニウム(Ruthenium:Ru)、タングステン(Tungsten:W)、イリジウム(Iridium:Ir)、プラチナ(Platinum:Pt)のいずれかであるか、またはモリブデン(Molybdenum:Mo)、ルテニウム(Ruthenium:Ru)、タングステン(Tungsten:W)、イリジウム(Iridium:Ir)、プラチナ(Platinum:Pt)のうち少なくとも二つの合金材料からなることができる。
一方、上部電極560には、圧電体層550の変形時にともに変形して振動する活性領域(Active area)の中央部を除いた領域に配置され、酸化物からなる密度低減層590が備えられることができる。密度低減層590は酸化によって形成されることができる。
例えば、密度低減層590は、上部電極560の選択酸化により形成されることができ、図8に示すように構成された単一の密度低減層590であってもよく、弾性波フィルタ装置500をバンド化する。例えば、密度低減層590は、フレーム層180の周り、例えば、活性領域(Active area)の中心(すなわち、横方向の中心)に向かう方向においてフレーム層580を超えて配置され、活性領域(Active area)の中央部を除いた領域に配置される上部電極570の一部分に形成されることができる。例えば、上部から見たとき、弾性波フィルタ装置500は、円形、楕円形、長方形または不規則な形状を有することができ、例えば、活性領域(Active area)の中心に中心を置くことができる。フレーム層580は、活性領域(Active area)の円周に沿ってバンド状のように形成してもよく、活性領域(Active area)の円周内に、同様に他のバンド状に形成される密度低減層590を有するように形成してもよい。
但し、密度低減層590を形成する方法は、上述の方式に限定されず、電極層570に酸化物からなる密度低減層590を積層して形成することもできる。
一方、密度低減層590は、一例として、上部電極560がモリブデン(Mo)材料からなる場合、二酸化モリブデン(MoO)や三酸化モリブデン(MoO)などの酸化膜からなることができる。
また、密度低減層590の密度は、上部電極560の残りの部分の密度または密度低減層590に直交して整列された上部電極570の残りの部分に対して約3分の1レベルであることができる。さらに、一例として、密度低減層590は酸化条件に応じて数nm~数十nmの深さを有するように形成することができる。
このように、密度低減層590は、活性領域(Active area)において水平波(lateral wave)の励起(excitation)により起因する寄生共振を抑制するように作用することができる。例えば、密度低減層590の全体の厚さは、活性領域に直交して整列された残りの部分、例えば、密度低減層590の下部に直交して整列される活性領域の部分または単に密度低減層590を除いた活性領域の全体の厚さよりも薄ければよい。よって、密度低減層590に対応する弾性波フィルタ装置500の直交する領域において密度低減層590の全体の厚さが活性領域の残りの部分または密度低減層590と直交して整列される弾性波フィルタ装置500の厚さよりも薄く形成されるため、エネルギーが水平波を励起させることを抑制することで、縦方向の波の変位サイズまたは振幅を密度低減層590がない場合と比較して急激に変化させることができる。例えば、活性領域から遠くなるにつれて幾何級数的に減少できる縦方向の波の自然な減少エネルギー分布をフレーム層580と直交して整列された領域に及ぶ前にさらに急激に減少させることができる。また、縦方向の波の変位サイズを調整することにより、縦方向の波が活性領域の大部分にわたって均一な形状を有するようにすることができる。
これにより、密度低減層590、及び活性領域の内部からフレーム層580までの距離による縦方向の波の変位量の変化を誘導することにより、寄生共振を抑制することができる。よって、密度低減層590により、共振周波数よりも低い周波数における縦方向の振動または波からの寄生共振の発生が抑制される。
パッシベーション層(Passivation layer)600は、フレーム層580及び電極層570を覆うように形成する。一方、パッシベーション層600は、工程中のフレーム層580及び電極層570が損傷することを防止する役割を果たす。さらに、最終の工程では、周波数を調節するために、エッチングしてパッシベーション層600の厚さを調節することができる。
また、パッシベーション層600は、金属パッド610が形成される領域を除いた他のすべての領域に形成してもよい。
金属パッド610は、下部電極540及び上部電極560と電気的に接続されるように形成する。
上述のとおり、密度低減層590により水平波または水平方向の振動の寄生共振を抑制することができる。これにより、非定形なノイズ(Spurious Noise)を改善し、弾性波フィルタ装置の通過帯域内において均一で低い挿入損失(Insertion Loss)の特性を確保することができる。
一方、本発明の第1実施形態による弾性波フィルタ装置100は、携帯通信機器のフロントエンドモジュール(Front End Module)のためのRFフィルタとして用いることができる。すなわち、複数の共振器を信号入力端と出力端の間に直列接続し、直列接続された共振器と接地の間に複数の共振器を並列接続することでRFフィルタに構成することができる。
このような場合、水平波共振によるノイズを抑制し、通過帯域(pass band)の全領域にわたって均一な信号入力特性を示すことができる。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で様々な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有するものには明らかである。
100、300、500 弾性波フィルタ装置
110、510 基板
120 第1層
130 第2層
140 下部電極
150 圧電体層
160 上部電極
170 電極層
180 フレーム層
190、390、590 密度低減層
200、600 パッシベーション層
210、610 金属パッド
220 犠牲層

Claims (23)

  1. 基板と、
    前記基板上の下部電極と、
    前記下部電極の少なくとも一部を覆う圧電体層と、
    前記圧電体層の少なくとも一部を覆う上部電極と、を含み、
    前記上部電極は、前記圧電体層の活性化中に、前記圧電体層とともに変形し振動する共振領域の中央部を除いた前記上部電極の少なくとも一部分に配置される密度低減層を有し、
    前記密度低減層は、前記上部電極の他の部分の密度よりも低い密度を有し、
    前記密度低減層は酸化物からなり、
    前記上部電極は伝導体を含み、
    前記密度低減層は前記上部電極の伝導体の選択酸化の結果物である、弾性波フィルタ装置。
  2. 前記上部電極は、前記圧電体層を覆う電極層と、前記電極層上に積層されるフレーム層と、を含み、
    前記密度低減層は、前記共振領域に対応する電極層の内部領域とフレーム層の間に形成される、請求項1に記載の弾性波フィルタ装置。
  3. 前記電極層の一部分に形成された前記密度低減層は、フレーム層の内周面内部及び前記電極層の内部領域の外周にバンド状を有する、請求項2に記載の弾性波フィルタ装置。
  4. 前記フレーム層は、前記電極層の厚さよりも厚い厚さを有する、請求項2または3に記載の弾性波フィルタ装置。
  5. 前記上部電極は、前記圧電体層を覆う電極層と、前記電極層上に積層されるフレーム層と、を含み、
    前記密度低減層は、前記フレーム層、及び前記フレーム層と前記電極層の内部領域の間に形成される、請求項1に記載の弾性波フィルタ装置。
  6. 基板と、
    前記基板上の下部電極と、
    前記下部電極の少なくとも一部を覆う圧電体層と、
    前記圧電体層の少なくとも一部を覆う上部電極と、を含み、
    前記上部電極は、前記圧電体層の活性化中に、前記圧電体層とともに変形し振動する共振領域の中央部を除いた前記上部電極の少なくとも一部分に配置される密度低減層を有し、
    前記密度低減層は、前記上部電極の他の部分の密度よりも低い密度を有し、
    前記上部電極は、前記圧電体層を覆う電極層と、前記電極層上に積層されるフレーム層と、を含み、
    前記密度低減層は、前記フレーム層、及び前記フレーム層と前記共振領域に対応する前記電極層の内部領域の間に形成される、弾性波フィルタ装置。
  7. 前記フレーム層は、内部領域の円周の外部にバンド状を有する、請求項2に記載の弾性波フィルタ装置。
  8. 前記基板とともにエアギャップが形成される第1層と、下部電極の下部のエアギャップ上に配置されるように前記第1層上に形成される第2層と、をさらに含む、請求項1から7いずれか一項に記載の弾性波フィルタ装置。
  9. 前記上部電極上に形成される第1金属パッド、及び前記下部電極上に形成される第2金属パッドと、
    前記第1金属パッド及び前記第2金属パッドが形成された弾性波フィルタ装置の一部分を除いた前記弾性波フィルタ装置の全体の領域に形成されるパッシベーション層(Passivation layer)と、をさらに含む、請求項1から8のいずれか一項に記載の弾性波フィルタ装置。
  10. 前記上部電極は、モリブデン(Molybdenum:Mo)、ルテニウム(Ruthenium:Ru)、タングステン(Tungsten:W)、イリジウム(Iridium:Ir)、プラチナ(Platinum:Pt)のいずれかであるか、またはモリブデン(Molybdenum:Mo)、ルテニウム(Ruthenium:Ru)、タングステン(Tungsten:W)、イリジウム(Iridium:Ir)、プラチナ(Platinum:Pt)のうち少なくとも二つの合金材料からなる、請求項1から9のいずれか一項に記載の弾性波フィルタ装置。
  11. 前記基板上に形成され、内部にエアギャップを有するエアギャップ形成層と、
    前記エアギャップ形成層上に形成され、前記下部電極の下部に配置される第1保護層と、をさらに含む、請求項1から10のいずれか一項に記載の弾性波フィルタ装置。
  12. 犠牲層、下部電極、圧電体層、及び上部電極を含む弾性波フィルタ装置の複数の層を形成する段階と、
    前記上部電極の中央部を除いた前記上部電極を露出させるようにフォトレジストを形成する段階と、
    前記フォトレジストにより外部に露出している前記上部電極の一部分を酸化させて密度低減層を形成する段階と、
    前記フォトレジストを除去する段階と、を含む、弾性波フィルタ装置の製造方法。
  13. 前記上部電極を形成する段階は、
    圧電体層を覆う電極層を形成し、前記電極層上に積層されるフレーム層を形成し、
    前記密度低減層は、前記フレーム層と前記電極層の内部領域の間に配置される電極層の選択された部分に形成する、請求項12に記載の弾性波フィルタ装置の製造方法。
  14. 前記上部電極を形成する段階は、
    圧電体層を覆う電極層を形成し、前記電極層上に積層されるフレーム層を形成し、
    前記密度低減層は、前記フレーム層、及び前記フレーム層と前記電極層の内部領域の間に配置される電極層の選択された部分に形成する、請求項12または13に記載の弾性波フィルタ装置の製造方法。
  15. 前記上部電極は、モリブデン(Molybdenum:Mo)、ルテニウム(Ruthenium:Ru)、タングステン(Tungsten:W)、イリジウム(Iridium:Ir)、プラチナ(Platinum:Pt)のいずれかであるか、またはモリブデン(Molybdenum:Mo)、ルテニウム(Ruthenium:Ru)、タングステン(Tungsten:W)、イリジウム(Iridium:Ir)、プラチナ(Platinum:Pt)のうち少なくとも二つの合金材料からなる、請求項12から14のいずれか一項に記載の弾性波フィルタ装置の製造方法。
  16. 前記密度低減層を形成する段階は、前記上部電極の一部分に伝導体を酸化させるアッシング(Ashing)工程を行う段階を含む、請求項12から15のいずれか一項に記載の弾性波フィルタ装置の製造方法。
  17. キャビティを支持するか含む基板と、
    前記キャビティ上部の第1電極と、
    前記キャビティ上部の圧電体層と、
    前記キャビティ上部の第2電極と、
    前記第1電極の少なくとも一部分、前記圧電体層の少なくとも一部分、及び前記第2電極の少なくとも一部分に現れる共振領域の外部円周の前記第1電極上部のフレームと、
    前記フレームの内周内側及び共振領域の内部領域の外部の前記第1電極上の、前記第1電極よりも密度が低い低密度部材と、を含み、
    前記フレーム及び前記低密度部材は、共振領域において生成される縦方向の共振よりも寄生共振を抑制するように構成され、
    前記低密度部材は前記第1電極の伝導体の酸化物である、弾性波フィルタ装置。
  18. 前記低密度部材は、共振領域において励起された水平波を抑制するように構成される、請求項17に記載の弾性波フィルタ装置。
  19. 前記低密度部材は、第1電極から形成される、請求項17または18に記載の弾性波フィルタ装置。
  20. 前記圧電体層は窒化アルミニウムを含み、
    前記圧電体層は、スカンジウム(Sc)、エルビウム(Er)、イットリウム(Y)、及びランタン(La)のうち少なくとも一つをさらに含む、請求項17から19のいずれか一項に記載の弾性波フィルタ装置。
  21. キャビティを支持するか含む基板と、
    前記キャビティ上部の第1電極と、
    前記キャビティ上部の圧電体層と、
    前記キャビティ上部の第2電極と、
    共振領域の内部領域の外部、前記第2電極の一部分、前記圧電体層の一部分、及び前記第1電極の少なくとも一部分に現れ、前記共振領域の円周に対して配列された前記第1電極上の、前記第1電極よりも密度が低い低密度部材と、を含み、
    前記低密度部材は、前記共振領域に励起される水平波を抑制するように構成され、
    前記低密度部材は、前記第1電極の伝導体の酸化物である、弾性波フィルタ装置。
  22. 前記低密度部材は、前記伝導体よりも低い密度を有する第1電極から形成される、請求項21に記載の弾性波フィルタ装置。
  23. 前記キャビティは、前記基板の上部に形成されるように、基板上に形成されたギャップ形成層の一部分の間に形成される、請求項21または22に記載の弾性波フィルタ装置。
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