KR100857935B1 - 음향 미러의 제조 방법 및 압전 공명기의 제조 방법 - Google Patents

음향 미러의 제조 방법 및 압전 공명기의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

교번으로 배열된 고 음향 임피던스 및 저 음향 임피던스의 층들로 구성된 압전 공명기용 미러는 제 1 층(106b1, 106b2) 상에 제 2 층(106a1, 106a2)을 생성함으로써 제조되고, 이때 제 2 층(106a1, 106a2)은 제 1 층(106b1, 106b2)을 부분적으로 커버한다. 그 다음, 제 1 층(106b1, 106b2) 및 제 2 층(106a1, 106a2) 상에 평탄화 층(132)이 도포된다. 이어서, 제 2 층(106a1, 106a2)의 영역(134)이 평탄화 층(132)을 구조화함으로써 노출되고, 이때 이 영역은 압전 공명기의 액티브 영역(122)과 관련된다. 마지막으로, 결과적인 구조체는 이 영역의 외부에 남아있는 평탄화 층(132)의 영역(132a, 132b)을 제거함으로써 평탄화된다.

Description

음향 미러의 제조 방법 및 압전 공명기의 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING AN ACOUSTIC MIRROR FOR A PIEZOELECTRIC RESONATOR AND METHOD OF MANUFACTURING A PIEZOELECTRIC RESONATOR}
도 1은 종래 기술에 따라 구조화된 미러를 갖는 SMR의 제 1 예를 도시한 도면,
도 2는 종래 기술에 따라 구조화된 미러를 갖는 SMR의 제 2 예를 도시한 도면,
도 3a 내지 도 3g은 본 발명에 따른 매우 평탄한 음향 미러의 제조 단계를 도시한 도면,
도 4a 내지 도 4j는 바람직한 제 1 실시예에 따른 복수의 증착, 구조화 및 평탄화 단계에 의해 두 개의 도전성 층을 갖는 음향 미러의 발명의 프로세싱을 도시한 도면,
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 모든 미러 층의 공통 구조화 및 평탄화에 의해 두 개의 도전성 층을 갖는 음향 미러의 발명의 프로세싱을 도시한 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 기판 102 : 기판의 하부 표면
104 : 기판의 상부 표면 106 : 미러의 층 정렬
106a : 고 음향 임피던스를 갖는 층
106a1, 106a2 :고 음향 임피던스를 갖는 층
106b : 저 음향 임피던스를 갖는 층
106b1, 106b2 : 저 음향 임피던스를 갖는 층
108 : 절연층 110 : 하부 전극
112 : 압전 층 114 : 절연층
116a, 116b : 절연층(114) 내의 개방 영역
118 : 상부 전극 118a, 118b : 상부 전극
120a, 120b : 튜닝 층 122 : BAW 공명기
122a, 122b : BAW 공명기 124 : 산화층
126 : 침하부 128 : 절연층
130 : 키 위상 132 : 평탄화 층
132a, 132b : 평탄화 층의 릿지 134 : 평탄화 층의 개방된 영역
136 : 제 1 106a1의 표면 138 : 평탄화 층의 표면
140 : 층
본 발명은 예를 들어, 벌크 음향파(BAW- bulk acoustic wave) 공명기와 같은 압전 공명기 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 압전 공명기의 제조 방법 및 압전 공명기용 음향 미러를 제조하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 매우 편평하고 층 증착에서의 우수한 균일성 및 전체 미러 구조체에서 평면 표면을 갖는 음향 미러의 제조 방법에 관한 것이다.
BAW 공명기에 기초한 무선 주파수 필터는 다양한 RF(radio-frequency) 응용기기에 대해 매우 중요하다. 실질적으로, BAW 공명기에 있어서 소위 박막 BAW 공명기(FBAR)와, 소위 견고하게 장착된 공명기(SMR- solidly mounted resonator)라는 두 가지 개념이 존재한다. 박막 BAW 공명기는 자신의 상단에 하부 전극, 압전 층 및 상부 전극으로 구성된 층 정렬이 배치된 멤브레인을 포함한다. 음향 공명기는 멤브레인의 상부면 및 하부면에서의 반사에 의해 동작한다. SMR의 다른 개념에서, SMR은 자신의 상단에 하부 전극, 압전 층 및 상부 전극으로 구성된 층 정렬이 배치된, 예를 들어 실리콘 기판과 같은, 기판을 포함한다. 이러한 설계에서 액티브 영역 내에 음향파를 유지시키기 위해, 소위 음향 미러가 요구된다. 이것은 액티브 층들, 즉 두 전극 및 압전 층과 기판 사이에 위치한다. 음향 미러는 각각 예를 들어, 텅스텐 층(고 음향 임피던스) 및 산화물 층(저 음향 임피던스)과 같은 높고 낮은 음향 임피던스를 갖는 교번의 층의 정렬로 구성된다.
만약 미러가 텅스텐과 같은 도전 재료의 층을 포함한다면, 필터 내의 기생 캐패시턴스의 방지를 위해 상응하는 미러 층을 구조화(패터닝)하고 액티브 공명기 영역 하단의 부분으로 실질적으로 제한하는 것이 제안된다. 이러한 절차의 단점은 이것에 의해 나타난 위상은 더이상 완전히 평탄화될 수 없다는 것이다. 불균일성 때문에, 공명기 내에 원치 않는 모드가 유도되고/되거나 공명기의 품질 저하가 발생할 수 있다. 이미 작은 단계 또는 층 두께의 남아있는 수 퍼센트의 위상이 이러한 공명기의 동작 양식에 현저하게 영향을 미치기 때문에 이러한 문제는 지금까지는 매우 치명적이다.
도 1 및 도 2에 근거하여, 압전 공명기 또는 BAW 공명기에 대한 음향 미러의 알려진 두 제조 방법이 보다 상세하게 설명되었다.
도 1은 미러가 구성된 SMR을 도시한다. 공명기는 하단 표면(102) 및 상단 표면(104)을 갖는 기판(100)을 포함한다. 음향 미러를 형성하는 층 정렬(106)은 상부 표면 상에 배치된다. 기판과 미러 사이에는, 예를 들어, 압력 감소 또는 응착력 증가를 위한 하나 이상의 중간층이 배치될 수 있다. 층 정렬은 고 음향 임피던스를 갖는 층(106a) 및 저 음향 임피던스를 갖는 층(106b)을 교번으로 포함하며, 이때 중간층이 이러한 미러 층들 사이에 제공될 수 있다. 기판(100)의 상단 표면(104) 상에, 저 음향 임피던스를 갖는 제 1 층(106b1)이 제공된다. 층(106b1) 상에는, 고 음향 임피던스를 갖는 재료(106a1, 106a2)가 공명기의 액티브 영역에 관련된 부분에 증착 및 구조화된다. 이러한 배치 위에는, 저 음향 임피던스를 갖는 제 2 층(106b2)가 증착되고, 그 위에는 고 음향 임피던스를 갖는 재료(106a3, 106a4)가 부분적으로 증착 및 구조화된다. 이러한 층 정렬 위에는, 다시 저 음향 임피던스를 갖는 층(106b3)이 증착된다. 결과적인 미러 구조체 상에, 하부 전극(110)이 적어도 부분적으로 형성되고, 그 위에는 예를 들어 AlN인 액티브 또는 압전 층(112)이 다시 배치된다. 압전 층(112) 상에는, 영역(116a, 116b)을 제외하고 압전 층(112)을 커버하는 절연층(114)이 형성된다. 영역(116a, 116b) 내의 압전 층과 접촉하는 두 개의 상부 전극(118a, 118b)은 압전 층 상에 형성된다. 튜닝 층(120a, 120b)은 상부 전극(118,a, 118b) 상에 적어도 부분적으로 배치되며, 이것의 두께에 의해 공명기의 공명 주파수가 조정될 수 있다. 자신의 하단에서 압전 층(112)과 그 하단 영역인 하부 전극(110)이 접속하는 상부 전극(118a, 118b)의 영역에 의해, 두 개의 BAW 공명기(122a, 122b)가 정의된다. 도 1에 도시된 미러 구조체(106)는 λ/4 미러 층(106a, 160b)을 포함한다.
Epcos AG에 의해 생산된 바와 같은, 도 1에 도시된 SMR의 예에서, 예를 들어 금속 층(106a)은 결과 위상의 평탄화 없이 구성될 수 있다. 저 음향 임피던스를 갖는 층(106b)은 전술된 바와 같이 구성된 층(106a)의 위에 증착된다. 따라서, 상부에 위치하는 층들의 증착이 계속되는, 도 1에 도시된 단계들이 진행된다. 이러한 절차는 미러(106) 위에 배치된 층 내의 결과적인 강한 위상, 특히 원치 않는 진동 모드의 여기가 증가하는 것뿐 아니라 액티브 층(112)의 감소된 압전 연결과 관련하여 불리하다.
도 2는 미러가 구성된 SMR에 대한 알려진 종래 기술의 다른 예를 도시한다. 도 2에서, 기판(100)이 다시 도시되었고, 이것의 상부 표면(104) 상에 산화층(124)이 증착되며, 이것의 내부로 피트(pit) 또는 침하부(126)를 구성한다. 또한 산화층(124)과 기판(100) 사이에 중간층이 제공될 수 있다. 피트(126) 내에, 고 음향 임피던스를 갖는 제 1 층(106a1), 저 음향 임피던스를 갖는 층(106b) 및 고 음향 임피던스를 갖는 층(160a2)을 포함하는 층 정렬로 구성되는 음향 미러가 형성된다. 결과적인 구조체의 표면 상에 절연 층(108)이 증착되고, 이것의 상단에는 하부 전극(110)이 적어도 부분적으로 형성된다. 하부 전극(110)에 의해 커버되지 않는 절연층(108)의 영역은 다른 절연층(128)에 의해 커버된다. 절연층(128) 및 하부 전극(110) 상에는 압전 층(112)이 형성되고, 이것의 표면 상에는 상부 전극(118)이 부분적으로 형성된다. 상부 전극(118)의 일부분 및 상부 전극(118)에 의해 커버되지 않는 압전 층(112)의 영역은 패시베이션 층(114)에 의해 커버된다. 하부 전극(110), 압전 층(112) 및 상부 전극(118)의 겹쳐지는 부분이 BAW 공명기(122)를 정의한다.
도 2에 도시된 예에서, 생성될 공명기(122)의 영역에서 전술된 바와 같이 미러 층(106a, 106b)이 차례로 증착된 피트(126)가 산화층(124) 내부로 에칭된다. 이것은 예를 들어 미국특허 2002/154425 A1에 기술된 바와 같이, 하나 이상의 CMP 프로세스에 의해, 미러 피트(126) 외부 층은 제거된다.
도 2에 근거하여 기술된 방법은 층들이 미러 피트(126)의 코너에서 약간 더 얇고, 공명기 영역(122) 내의 미세 키 위상(130)이 발달되어 다시 원치 않는 모드의 여기를 증가시키고 공명기 품질을 감소시킬 수 있다는 점에서 불리하다.
종래 기술로부터 시작하여, 본 발명의 목적은 층 증착에서 우수한 균일성을 갖고 전체 미러 구조체가 평면 표면인 미러를 가능케 하는 개선된 압전 공명기용 음향 미러의 제조 방법을 제공하는 것이다.
제 1 측면에 따르면 본 발명은, 음향 공명기에 있어서 바람직한, 고 음향 임피던스 및 저 음향 임피던스 층이 교대로 배치된 음향 미러의 제조 방법을 제공하며, 이러한 미러는 고 음향 임피던스를 갖는 적어도 하나의 층 및 저 음향 임피던스를 갖는 적어도 하나의 층의 층 정렬을 포함하고, (a) 층 정렬의 제 1 층을 생성하는 단계와, (b) 제 1 층을 부분적으로 커버하도록 제 1 층 상에 층 정렬의 제 2 층을 생성하는 단계와, (c) 제 1 층 및 제 2 층 상에 평탄화 층을 도포하는 단계와, (d) 평탄화 층을 구조화함으로써 제 2 층의 영역을 노출시키는 단계 - 제 2 층의 영역은 압전 공명기의 액티브 영역과 관련됨 - 와, (e) 이 영역의 외부에 남아있는 평탄화 층의 영역을 제거함으로써 단계(d)로부터의 구조체를 평탄화시키는 단계를 포함한다.
제 2 측면에 따르면 본 발명은, 음향 공명기에 있어서 바람직한, 고 음향 임피던스 및 저 음향 임피던스 층이 교대로 배치된 음향 미러의 제조 방법을 제공하며, 이러한 미러는 고 음향 임피던스를 갖는 복수의 층 및 저 음향 임피던스를 갖 는 복수의 층의 교번의 층 정렬을 구비하고, (a) 제 1 층(106b1, 106b2) 및 제 2 층을 교번으로 생성하는 단계와, (b) 단계(a)에서 생성된 구조체 상에 평탄화 층을 도포하는 단계와, (c) 최상단 제 2 층의 영역을 노출시키는 단계 - 최상단 제 2 층의 영역은 압전 공명기의 액티브 영역과 관련됨 - 와, (d) 영역의 외부에 남아있는 상기 평탄화 층의 영역을 제거함으로써 단계(c)로부터의 구조체를 평탄화시키는 단계를 포함한다.
제 3 측면에 따르면, 본 발명은 압전 공명기의 제조 방법을 제공하며, 이 방법은 (a) 음향 공명기에 대해 바람직하게, 고 음향 임피던스 및 저 음향 임피던스 층이 교대로 배치된 층의 음향 미러 - 고 음향 임피던스를 갖는 적어도 하나의 층 및 저 음향 임피던스를 갖는 적어도 하나의 층의 층 정렬을 구비함 - 를 생성하는 단계를 포함하되, 이 단계에는 (a.1) 층 정렬의 제 1 층을 생성하는 단계와, (a.2) 제 1 층을 부분적으로 커버하도록 제 1 층 상에 층 정렬의 제 2 층을 생성하는 단계와, (a.3) 제 1 층 및 제 2 층 상에 평탄화 층을 도포하는 단계와, (a.4) 평탄화 층을 구조화함으로써 제 2 층의 영역을 노출시키는 단계 - 제 2 층의 영역은 압전 공명기의 액티브 영역과 관련됨 - 와, (a.5) 영역의 외부에 남아있는 평탄화 층의 영역을 제거함으로써 단계(a.4)로부터의 구조체를 평탄화시키는 단계가 포함되고, (b) 실질적으로 음향 미러 상에 적어도 부분적으로 하부 전극을 생성하는 단계와, (c) 하부 전극 상에 적어도 부분적으로 압전 층을 생성하는 단계와, (d) 압전 층 상에 적어도 부분적으로 상부 전극을 생성하는 단계를 포함하고, 이때 상부 전극, 압전 층 및 하부 전극이 겹쳐지는 영역은 압전 공명기의 액티브 영역을 정의한다.
제 4 측면에 따르면, 본 발명은 압전 공명기의 제조 방법을 제공하며, (a) 고 음향 임피던스 및 저 음향 임피던스 층이 교대로 배치된 층의 음향 미러- 고 음향 임피던스를 갖는 복수의 층 및 저 음향 임피던스를 갖는 복수의 층의 교번의 층 정렬을 포함함 - 를 생성하는 단계를 포함하되, 이 단계에는 (a.1) 제 1 층(106b1, 106b2) 및 제 2 층을 교번으로 생성하는 단계와, (a.2) 단계(a.1)에서 생성된 구조체 상에 평탄화 층을 도포하는 단계와, (a.3) 평탄화 층을 구조화함으로써 최상단 제 2 층의 영역을 노출시키는 단계 - 최상단 제 2 층의 영역은 압전 공명기의 액티브 영역과 관련됨 - 와, (a.4) 영역의 외부에 남아있는 평탄화 층의 영역을 제거함으로써 단계(a.3)로부터의 구조체를 평탄화시키는 단계가 포함되고, (b) 실질적으로 음향 미러 상에 적어도 부분적으로 하부 전극을 생성하는 단계와, (c) 하부 전극 상에 적어도 부분적으로 압전 층을 생성하는 단계와, (d) 압전 층 상에 적어도 부분적으로 상부 전극을 생성하는 단계를 포함하며, 상부 전극, 압전 층 및 하부 전극이 겹쳐지는 영역은 압전 공명기의 액티브 영역을 정의한다.
본 발명의 방법은 매우 편평한 음향 미러의 제조를 가능케 하고, 층 증착에서의 우수한 균일성 및 전체 미러 구조체의 편평한 표면을 모두 보장하는 미러를 생성한다. 따라서, 본 발명에 따라, 미러 하단에 위치한 층의 최적의 증착이 가능케 되며, 특히 이것은 압전 층의 우수한 연결을 나타낸다. 또한, 본 발명에 따르면, 미러 내에서 매우 균일한 층 분포가 획득되며, 이것은 고품질의 공명기를 이끌 어내며 원치않는 진동 모드의 여기(excitation)를 최소화한다.
본 발명에 따르면, 음향 미러는 증착, 구조화(패터닝) 및 평탄화 단계의 새로운 조합에 의해 제조된다. 이를 위해, 본 발명에 따르면, 미러의 하나 이상의 층이 구조화되고, 그 다음 평탄화 층이 전체 영역 상에 증착되며 공명기 영역 내에서 에칭 프로세스에 의해 개방된다. 공명기 영역은 압전 공명기의 액티브 영역에 관련된 미러의 영역으로, 일반적으로 개방될 영역은 실제로 이후의 결과적인 액티브 공명기 영역의 경우보다 더 크게 선택되며, 이것은 조정 오차와 정확히 직교하지 않는 에칭 측면 때문이다. 그 다음, 본 발명에 따르면, 겹쳐진 영역 내에 남아있는 릿지(ridge)는 예를 들어 CMP 방법과 같은 평탄화 프로세스에 의해 제거되고, 이때 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 전술된 단계는 음향 미러 내에서 구현될 층의 개수에 의존하여 수차례 반복된다.
본 발명에 따르면, 임계 영역 내에서 평탄화 층을 개방시키기 위해, 미러 구조체의 최상단 층의 재료를 기준으로 하여 선택적인 에칭 프로세스가 사용되며, 즉 이러한 최상단 층이 에칭 중지 층으로서의 역할을 한다. 본 발명에 따르면, 이러한 에칭 프로세스가 증착에서 발달된 위상을 대부분 유지하고, 그에 따라 매우 편평한 본 발명의 음향 미러 구조체는 BAW 공명기 또는 압전 공명기의 임계 영역 내에서 확실하게 획득된다는 장점을 갖는다.
미러의 매우 편평한 형태는 에칭 절차로부터만 나타나는 것은 아니다. 전술된 바와 같이, 미러 핏치(pitch)의 코너에서의 증착 속도는 중심에서의 속도와 다르기 때문에, 도 2에 따른 방법에서의 증착에서 이미 편평하지 않은 위상이 나타난 다. 또한, 기계적인 폴리싱을 할 때 중심에서 미세한 키(key) 위상이 생성된다. 모든 증착이 편평한 기반 상에서 발생한다는 것이 본 발명의 근본적인 핵심이며 (따라서 증착 내에서는 위상이 발달하지 않는다), 이때 평탄화 단계는 공명기 영역 내의 층 내의 근본적인 위상을 생성하지 않도록 선택된다.
바람직하게, 구조화될 제 2 층은 도전성 층이다. 본 발명과 관련하여 기술된 미러용 층은 도전성/비도전성 또는 비절연성/절연성 층, 또는 저 음향 임피던스 또는 고 음향 임피던스를 갖는 층으로 나누어질 수 있다. 도전성 층을 사용할 때, 기생 전기 연결 때문에, 이것은 그들이 더 높거나 또는 더 낮은 음향 임피던스를 가졌는지 여부와 독립적으로 구조화되었다. 반도전성 층 또한 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따르면, 고 음향 임피던스를 갖는 층은 도전성 층이며, 그것의 구조화 단계 및 평탄화 단계는 미러 구조체의 각 도전성 층에 대해 수행된다. 두 개의 도전성 층을 갖는 미러의 경우에는, 먼저 제 1 도전성 층까지의 모든 층들이 증착된다. 그 다음, 이것이 구조화 및 평탄화되며, 다음으로 제 2 도전성 층까지의 모든 층들이 증착되어 다시 구조화 및 평탄화된다(도 3).
본 발명의 제 2 실시예에서, 먼저 미러의 모든 층이 증착되고 도전성 층은 그들의 사이에 위치하는 비도전성 층들과 함께 구조화 및 평탄화된다. 이것은 바람직한 제 1 실시예와는 상반되게, 도전성 층의 개수와는 무관하게 단지 2개의 리소그래피 단계만이 요구된다는 장점을 갖는다. 그러나, 제 1 실시예는 구조화 및 평탄화될 모든 도전성 층 각각에 대해 두 개의 리소그래피 단계를 필요로 한다. 그러나 에칭 프로세스는 보다 집중적이고, 평탄화는 상위 단계 때문에 더욱 어렵 다.
또한, 도전성 층 하단에 에칭 중지 층이 증착됨으로써, 선택적인 에칭 프로세스를 사용하여 에칭 중지의 균일성/재현성이 향상될 수 있다.
바람직하게, 에칭 프로세스는 레지스트 마스크 또는 하드 마스크를 사용하여 수행되며, 제 2 실시예에서는 보다 긴 에칭 시간 때문에 하드 마스크를 사용하는 것이 필요하다.
전술된 실시예에서, 복수의 층들은 하나의 챔버 내에서 한 개의 에칭 프로세스로 구현되거나 또는 수 개의 챔버 내에서 연속적인 여러 에칭 프로세스로 구현될 수 있다.
전술된 제 1 실시예에서, 모든 도전성 층은 개별적으로 구조화 및 평탄화되고, 동일하거나 또는 서로 다른 마스크가 이것을 사용하여 실질적으로 동일하거나 또는 다른 크기의 층이 생성되는 데에 사용될 수 있다. 후자의 경우, 예를 들어 뿔대 형태 또는 각뿔 형태의 미러 구조체가 생성될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 본 발명은 압전 공명기의 제조 방법을 제공하며, 이때 본 발명에 따른 제 1 음향 미러가 생성되고, 그 다음 이 음향 미러 상에 하부 전극이 생성된다. 이 하부 전극 상에 압전 층이 적어도 부분적으로 생성되며, 압전 층의 상단 표면 상에는 적어도 부분적으로 상부 전극이 생성된다. 상부 전극, 압전 층 및 하부 전극이 겹쳐지는 영역은 압전 공명기의 액티브 영역을 정의한다. 또한, 하부 전극을 생성하기에 앞서, 적당한 음향 임피던스를 갖는 하나 이상의 층이 생성된 음향 미러 상에 도포되어 제공될 수 있으며, 이 때 하부 전극은 이러한 층 상에 생성된다. 특히, 이러한 층은 미러 구조체 내의 최상단 층이 도전성 층일 때 절연층의 역할을 하고, 적층의 분산 특성, 다른 모드(전단파 모드)에서의 공명 주파수 또는 온도 코스(temperature course)와 같은 임의의 음향 특성을 조정하는 층의 역할을 한다. 하나의 층 또는 서로 다른 재료 및 서로 다른 층 두께를 갖는 복수의 층들이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명은 연결된 음향 공명기의 제조 방법을 제공한다. 이러한 공명기는 서로의 상단에 수직으로, 즉 공명기의 액티브 영역(하부 전극, 압전 층, 상부 전극)이 하나 이상의 중간층에 의해 분리되어 두 번 존재하도록 배치되며, 이를 통해 음향 연결의 강도가 조정될 수 있다. 전체 적층은 개별적인 공명기와 같이, 음향 미러 상에 위치한다.
본 발명의 특성의 이러한 측면들 및 다른 측면들이 첨부된 도면과 관련한 하기의 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대한 하기의 설명에서, 동일하거나 또는 유사한 작동 소자는 동일한 참조 번호로 제공되었다.
하기의 설명에서, 구성될 층은 보다 높은 음향 임피던스를 갖는다는 것이 가정된다. 본 발명이 이러한 실시예로 제한되는 것은 아니며, 도전성 층이 보다 작은 음향 임피던스를 가질 때 본 발명의 방법은 오히려 완전히 유사한 방식으로 동작한다.
도 3에 근거하여, 본 발명의 기초를 이루는 개념이 보다 상세하게 기술될 것이다. 도 3a에서, 기판(100)이 도시되었으며, 기판의 상부 표면(104) 상에는 예를 들어 산화물인, 저 음향 임피던스를 갖는 제 1 층(106b1)이 배치되었고, 그 위에는 예를 들어 텅스텐 층 또는 다른 적합한 도전성 층이며 고 음향 임피던스를 갖는 제 1 층(106a1)이 전체 영역 상에 증착되었다. 또한, 전술된 바와 같이, 기판과 미러 사이 또는 미러 층들 사이에 하나 이상의 중간층이 제공되었다. 하드 마스크 또는 레지스트 마스크를 사용하여, 도 3a에 도시된 구조체는 구조화 프로세스를 거치게 되고 이것에 의해 고 음향 임피던스를 갖는 제 1 도전성 층(106a1)이 도 3b에 도시된 형태로 구성된다.
그 다음 도 3b에 도시된 구조체 상에서, 평탄화 층(132)이 전체 영역 상에 증착되며, 이것은 도 3c에 도시되었다. 평탄화 층(132)은 이어지는 에칭 프로세스에서 제거될 평탄화 층(132)의 영역을 정의하도록, 예를 들어 레지스트 마스크 또는 하드 마스크와 같은 적합한 마스크를 사용하여 구조화된다.
마스킹 및 에칭 프로세스 후의 도 3c에 도시된 구조체의 모습이 도 3d에 도시되었다. 평탄화 층(132)은 영역(134)에서 제거되어, 고 음향 임피던스를 갖는 제 1 층(106a1)의 표면(136)이 노출되고, 평탄화 층(132)의 릿지(ridges)(132a, 132b)만이 주변 영역에 남는다. 영역(134)은 적어도 생성될 미러가 함께 사용되는 압전 공명기의 액티브 영역을 포함하며, 이때 조정 오차 및 경사 에칭 플랜크(oblique eching flanks) 때문에, 일반적으로 실제로 후에 나타나는 압전 공명기 의 액티브 영역보다 영역(134)가 약간 더 많이 선택된다.
도 3d에 도시된 구조체는 평탄화 프로세스를 겪게 되어 예를 들어 CMP 프로세스에 의해 릿지(132a, 132b)가 제거된다. 평탄화를 거친 후의 구조체는 도 3e에 도시되었으며, 이 구조체는 편평한 표면을 가지고, 이때 제 1 층(106a1)의 표면(136)은 저 음향 임피던스를 갖는 제 1 층(106b1) 상에 배치된 평탄화 층(132)의 영역 표면(138)과 실질적으로 같은 높이를 갖는다.
이어서, 도 3a 내지 도 3e에 근거하여 도시된 단계들이 반복되어, 도 3f에 도시된, 고 음향 임피던스 층(106a1, 106a2) 및 저 음향 임피던스를 갖는 층(106b1, 106b2)을 갖는 구조체가 나타난다.
도 3f에 도시된 구조체 상에는, 미러 구조체 내의 최상부 층이 도전성 층인 경우에 절연을 위한, 또는 임의의 음향 특성을 조정하기 위한 하나 이상의 층(140)이 증착되며, 이것은 도 3g에 도시되었다. BAW 공명기를 생산하기 위해, 예를 들어 도 2에 근거를 두어 기술된 방법으로 상부 전극, 하부 전극 및 압전 층이 이러한 구조체 상에 증착될 수 있다. 또한, 이 공명기 상에는 중간층이 도포될 수 있으며, 연결된 두 개의 공명기를 생산하기 위해 그 위에 다른 공명기 구조체가 생성된다.
도 4에 기초하여, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예, 즉 복수의 증착, 구조화 및 평탄화 단계를 통해 두 개의 도전성 층을 갖는 음향 미러의 발명적인 프로세싱이 보다 상세하게 기술될 것이다.
도 4a 내지 도 4e에 도시된 순차적인 단계는 이에 대한 새로운 설명이 생략되도록 도 3a 내지 도 3e에 기초하여 기술된 순차적인 단계에 상응한다. 그 다음 예를 들어 텅스텐 층 또는 다른 적합한 금속 층인, 고 음향 임피던스를 갖는 제 2 층(106a2)이 도 4e에 도시된 구조체의 전체 영역 상에 증착되며, 이것이 도 4f에 도시되었다. 전술된 프로세스를 사용하여, 도 4g에 도시된 구조체가 나타나도록 층(106a2)이 구조화된다. 그 다음 다른 평탄화 층(132)이 이러한 구조체 상에 증착되며, 이것은 도 4h에 도시되었다. 이것은 다시 구조화되며, 영역(134)이 에칭 단계에 의해 개방되어 층(106a2)의 표면(136)을 노출시킨다.
다시, 도 4i에 도시된 바와 같이 릿지(132a, 132b)가 남게 된다. 도 4i에 도시된 구조체의 평탄화 후에, 도 4j에 도시된 편평한 표면을 갖는 구조체, 즉 자신의 표면(136)과 표면(138)이 실질적으로 동일한 높이를 갖는 구조체가 나타난다.
도 5에 기초하여, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예, 즉 공통 구조화 및 모든 도전성 미러 층의 평탄화를 통해 두 개의 도전성 층을 갖는 음향 미러의 프로세싱이 하기에 보다 상세히 기술될 것이다.
도 5a에서, 기판(100)이 도시되었으며, 이 기판의 상부 표면(104) 상에는 절연층(108)이 배치되었다. 앞서 기술된 실시예와는 달리, 저 음향 임피던스를 갖는 제 1 층(106b1), 고 음향 임피던스를 갖는 제 1 층(106a1), 저 음향 임피던스를 갖는 추가의 층(106b2) 및 고 음향 임피던스를 갖는 추가의 층(106a2)으로 구성된 층 정렬이 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판(100)의 표면(104) 상에 도 5a에 도시된 바와 같이 생성되었다.
그 다음 도 5a에 도시된 구조체는 구조화 프로세스를 겪으며, 이때 최하단 층(106b1)은 구조화되지 않는다. 통상적인 마스킹 및 에칭 단계에 의해, 층(106a1, 106b2, 106a2)의 층 정렬은 도 5b에 도시된 바와 같은, 원하는 구조체로 주어진다. 이러한 층 위에 평탄화 층(132)이 증착되어 도 5c에 도시된 구조체가 나타난다. 앞선 실시예와 유사하게, 고 음향 임피던스를 갖는 제 2 층(106a2)의 상부 표면이 노출되도록 층(132)의 구조화가 발생하며, 도 5d에 도시된 바와 같이, 릿지(132a, 132b)만이 남게 된다. 이어지는 평탄화 단계에서, 도 5e에 도시된 구조체가 나타나도록 릿지(132a, 132b)가 제거된다.
압전 공명기 디바이스의 프로세싱을 완료하기 위해, 도 4j에 도시된 구조체와 같이 도 5e에 도시된 구조체 상에 하부 전극, 압전 층 및 상부 전극이 도포될 수 있으며, 이것은 도 3에 기초하여 이미 기술되었다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전술된 음향 미러가 최상부 층으로서 예를 들어 금속 층과 같이 고 음향 임피던스를 갖는 층을 포함하지만, 본 발명은 이러한 미러 구조체로 제한되는 것은 아니다. 오히려, 발명적인 방법에 의해, 자신의 최상부 층이 저 음향 임피던스를 갖는 층인 미러 구조체 또한 생성될 수 있다. 또한, 고 음향 임피던스를 갖는 층으로서 텅스텐 층이 언급되었고, 저 음향 임피던스를 갖는 층으로서 산화층이 언급되었다. 하지만 본 발명이 이러한 재료로 제한 되는 것은 아니며, 고 음향 임피던스 또는 저 음향 임피던스를 갖는 다른 재료, 도전성 또는 비도전성 재료가 동일하게 사용될 수 있다.
전술된 바와 같이, 구조화된 미러 층은 각뿔형의 뿔대 구조체가 나타나도록 다양한 크기를 가질 수 있다. 그러나 원리적으로, 공명기/미러의 레이아웃은 임의의 형태(예를 들어, 사다리꼴)일 수 있으며, 이에 의해 3차원 미러에 대해 흥미로운 형태가 나타난다. 원리적으로, 규칙적인 형태는 유사한 공명 주파수의 (대부분 원치 않는) 많은 추가적인 진동 모드를 갖기 때문에, 공명기가 원형 또는 직사각형이 아닌 것이 오히려 바람직하다.
그러나, 본 발명의 주제와 관련하여, 공명기/미러의 형태는 중요치 않다는 점을 인지해야 할 것이다. 따라서 구조화된 층들은 모두 동일한 크기를 가지거나 그렇지 않을 수 있다(즉, 입방형 또는 각뿔형 또는 그의 균등물).
또한, 본 발명은 미러 내의 층의 두께와 독립적이다. 다양한 모드와 파 유형(횡파/종파)이 존재하기 때문에 일반적으로 음향 미러는 λ/4 미러가 아니다. 이러한 이유로, 주기적이지 않은, 즉 각 층이 서로 다른 두께를 갖는 층 구조를 제조하는 것이 대부분 유리하다.
바람직한 실시예의 전술된 설명은 실질적으로 미러 내의 음향학적으로 또는 전기적으로 관련된 층에 관한 것들이다. 그러나, 이러한 층에 추가하여 다른 층 또는 중간층이 제공될 수도 있다. 예를 들어, 미러 구조체 및 그 위에 배치된 공명기 구조체 내에, 에칭 중지 층 및/또는 점착-향상 층으로서의 역할을 하는 구조화되거나 또는 되지 않은 하나 이상의 중간층이 제공될 수 있다. 또한, 이러한 중 간층은 미러, 공명기 구조체 또는 전반적인 구조체의 음향 특성에 다른 영향을 미치는 역할을 할 수 있다. 또한, 공명기 구조체 또는 전반적인 구조체 상에, 보호 및/또는 전반적인 구조체의 음향 특성에 다른 영향을 미치는, 예를 들어 튜닝 층 및/또는 패시베이션 층과 같은 하나 이상의 구조화되거나 또는 구조화되지 않은 층들이 도포될 수 있다.
본 발명에 따르면, 층 증착에서 우수한 균일성을 갖고 전체 미러 구조체가 평면 표면인 미러를 가능케 하는 개선된 압전 공명기용 음향 미러의 제조 방법이 제공된다.

Claims (26)

  1. 고 음향 임피던스 층 및 저 음향 임피던스 층이 교대로 배치된 음향 미러(106)의 제조 방법에 있어서,
    상기 음향 미러는 상기 고 음향 임피던스를 갖는 적어도 하나의 층(106a1, 106a2) 및 상기 저 음향 임피던스를 갖는 적어도 하나의 층(106b1, 106b2)의 층 정렬을 포함하며,
    (a) 상기 층 정렬의 제 1 층(106b1, 106b2)을 생성하는 단계와,
    (b) 상기 제 1 층(106b1, 106b2)을 부분적으로 커버하도록 상기 제 1 층(106b1, 106b2) 상에 제 2 층(106a1, 106a2)을 생성하는 단계와,
    (c) 상기 제 1 층(106b1, 106b2) 및 상기 제 2 층(106a1, 106a2) 상에 평탄화 층(132)을 도포하는 단계와,
    (d) 상기 제 2 층(106a1, 106a2)의 영역(134)을 노출시키는 단계 - 상기 제 2 층(106a1, 106a2)의 상기 노출된 영역(134)은 압전 공명기의 액티브 영역(122)과 관련됨 - 와,
    (e) 상기 제 2 층(106a1, 106a2)의 상기 노출된 영역(134)의 외부에 남아있는 상기 평탄화 층(132)의 적어도 일부분을 제거하여 상기 제 2 층(106a1, 106a2)의 표면(136)과 상기 제 1 층(106b1, 106b2) 상에 도포된 상기 평탄화 층(132)의 표면(138)의 높이가 실질적으로 같도록 평탄화시키는 단계를 포함하는
    음향 미러의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 층(106a1, 106a2)은 도전성 층인
    음향 미러의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 음향 미러는 복수의 제 1 층(106b1, 106b2) 및 복수의 제 2 층(106a1, 106a2)을 포함하되,
    상기 음향 미러의 제조 방법은 각각의 연속적인 상기 제 1 층(106b1, 106b2) 및 상기 제 2 층(106a1, 106a2)에 대해 상기 단계(a) 내지 단계(e)를 반복하는 단계를 포함하는
    음향 미러의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 단계(b)는 상기 제 2 층(106a1, 106a2)을 구조화하는 단계를 포함하고,
    동일한 차원을 갖는 구조화된 제 2 층(106a1, 106a2)을 생성하도록, 복수의 상기 제 2 층(106a1, 106a2)은 실질적으로 동일한 마스크를 사용하여 구조화되는
    음향 미러의 제조 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 단계(b)는 상기 제 2 층(106a1, 106a2)을 구조화하는 단계를 포함하고,
    사전 결정된 형태의 음향 미러를 생성하도록, 복수의 상기 제 2 층(106a1, 106a2)은 서로 다른 마스크를 사용하여 구조화되는
    음향 미러의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 사전 결정된 형태의 음향 미러는 원뿔대형 또는 각원뿔대형을 포함하는
    음향 미러의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계(d)는 마스크를 사용하여 상기 평탄화 층(132)을 구조화하는 단계를 더 포함하는
    음향 미러의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 마스크는 레지스트 마스크 또는 하드 마스크를 포함하는
    음향 미러의 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 층을 제공하기에 앞서 상기 제 1 층(106b1, 106b2) 상에 에칭 중지 층을 도포하는 단계를 더 포함하는
    음향 미러의 제조 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 층(106b1, 106b2)은 비도전성 층이며, 상기 제 2 층(106a1, 106a2)은 도전성 층인
    음향 미러의 제조 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 층(106b1, 106b2)은 산화층이며, 상기 제 2 층(106a1, 106a2)은 텅스텐 층인
    음향 미러의 제조 방법.
  12. 삭제
  13. 고 음향 임피던스 층 및 저 음향 임피던스 층이 교대로 배치된 음향 미러(106)의 제조 방법에 있어서,
    상기 음향 미러는 상기 고 음향 임피던스를 갖는 복수의 층 및 상기 저 음향 임피던스를 갖는 복수의 층의 교번의 층 정렬을 포함하며,
    (a) 제 1 층(106b1, 106b2) 및 제 2 층(106a1, 106a2)을 교번으로 생성하는 단계와,
    (b) 상기 단계(a)에서 생성된 구조체 상에 평탄화 층(132)을 도포하는 단계와,
    (c) 최상단 제 2 층(106a1, 106a2)의 영역(134)을 노출시키는 단계 - 상기 최상단 제 2 층(106a1, 106a2)의 상기 영역(134)은 압전 공명기의 액티브 영역(122)과 관련됨 - 와,
    (d) 상기 영역(134)의 외부에 남아있는 상기 평탄화 층(132)의 적어도 일부분을 제거하여 상기 제 2 층(106a1, 106a2)의 표면(136)과 상기 제 1 층(106b1, 106b2) 상에 도포된 상기 평탄화 층(132)의 표면(138)의 높이가 실질적으로 같도록 평탄화시키는 단계를 포함하는
    음향 미러의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 최상단 제 2 층(106a1, 106a2)은 도전성 층인
    음향 미러의 제조 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 단계(c)는 마스크를 사용하여 상기 평탄화 층(132)을 구조화하는 단계를 더 포함하는
    음향 미러의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 마스크는 레지스트 마스크 또는 하드 마스크를 포함하는
    음향 미러의 제조 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 단계(a)는 상기 최하단 제 1 층(106b1, 106b2)에 에칭 중지 층을 도포하는 단계를 더 포함하는
    음향 미러의 제조 방법.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 층(106b1, 106b2)은 비도전성 층을 포함하고,
    상기 제 2 층(106a1, 106a2)은 도전성 층을 포함하는
    음향 미러의 제조 방법.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 층(106b1, 106b2)은 산화층을 포함하고,
    상기 제 2 층(106a1, 106a2)은 텅스텐 층을 포함하는
    음향 미러의 제조 방법.
  20. 삭제
  21. 압전 공명기의 제조 방법에 있어서,
    (a) 고 음향 임피던스 층 및 저 음향 임피던스 층이 교대로 배치된 음향 미러(106) - 상기 고 음향 임피던스를 갖는 적어도 하나의 층 및 상기 저 음향 임피던스를 갖는 적어도 하나의 층의 층 정렬을 포함함 - 를 생성하는 단계를 포함하되, 이 단계에는
    (a.1) 상기 층 정렬의 제 1 층(106b1, 106b2)을 생성하는 단계와,
    (a.2) 상기 제 1 층(106b1, 106b2)을 부분적으로 커버하도록 상기 제 1 층(106b1, 106b2) 상에 상기 층 정렬의 제 2 층(106a1, 106a2)을 생성하는 단계와,
    (a.3) 상기 제 1 층(106b1, 106b2) 및 상기 제 2 층(106a1, 106a2) 상에 평탄화 층(132)을 도포하는 단계와,
    (a.4) 상기 평탄화 층(132)을 구조화함으로써 상기 제 2 층(106a1, 106a2)의 영역(134)을 노출시키는 단계 - 상기 제 2 층(106a1, 106a2)의 상기 영역(134)은 상기 압전 공명기의 액티브 영역(122)과 관련됨 - 와,
    (a.5) 상기 노출된 영역(134)의 외부에 남아있는 상기 평탄화 층(132)의 적어도 일부분을 제거하여 상기 제 2 층(106a1, 106a2)의 표면(136)과 상기 제 1 층(106b1, 106b2) 상에 도포된 상기 평탄화 층(132)의 표면(138)의 높이가 실질적으로 같도록 평탄화시키는 단계가 포함되며,
    (b) 실질적으로 상기 음향 미러(106) 상에 적어도 부분적으로 하부 전극(110)을 생성하는 단계와,
    (c) 상기 하부 전극(110) 상에 적어도 부분적으로 압전 층(112)을 생성하는 단계와,
    (d) 상기 압전 층(112) 상에 적어도 부분적으로 상부 전극(118)을 생성하는 단계를 포함하되,
    상기 상부 전극(118), 압전 층(112) 및 하부 전극(110)이 겹쳐지는 영역은 상기 압전 공명기의 액티브 영역(122)을 정의하는
    압전 공명기의 제조 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 하부 전극(110)을 생성하기에 앞서, 상기 음향 미러(106) 상의 상기 공명기의 다른 음향 특성을 분리 또는 조정하는 하나 이상의 층(140)을 제공하는 단계를 더 포함하되,
    상기 하부 전극(110)은 상기 하나 이상의 층(140) 상에 생성되는
    압전 공명기의 제조 방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    (e) 상기 단계(d)로부터의 구조체 상에 중간층을 생성하는 단계와,
    상기 단계(b) 내지 단계(c)를 반복하여 상기 중간층 상에 추가의 공명기 구조체를 생성하는 단계를 포함하는
    압전 공명기의 제조 방법.
  24. 압전 공명기의 제조 방법에 있어서,
    (a) 고 음향 임피던스 및 저 음향 임피던스 층이 교대로 배치된 층의 음향 미러(106) - 상기 고 음향 임피던스를 갖는 복수의 층 및 상기 저 음향 임피던스를 갖는 복수의 층의 교번의 층 정렬을 포함함 - 를 생성하는 단계를 포함하되,
    이 단계에는
    (a.1) 제 1 층(106b1, 106b2) 및 제 2 층(106a1, 106a2)을 교번으로 생성하는 단계와,
    (a.2) 상기 단계(a.1)에서 생성된 구조체 상에 평탄화 층(132)을 도포하는 단계와,
    (a.3) 상기 평탄화 층(132)을 구조화함으로써 최상단 제 2 층(106a1, 106a2)의 영역(134)을 노출시키는 단계 - 상기 최상단 제 2 층(106a1, 106a2)의 상기 영역(134)은 상기 압전 공명기의 액티브 영역(122)과 관련됨 - 와,
    (a.4) 상기 영역의 외부에 남아있는 상기 평탄화 층(132)의 영역(132a, 132b)을 제거하여 상기 제 2 층(106a1, 106a2)의 표면(136)과 상기 제 1 층(106b1, 106b2) 상에 도포된 상기 평탄화 층(132)의 표면(138)의 높이가 실질적으로 같도록 평탄화시키는 단계가 포함되며,
    (b) 실질적으로 상기 음향 미러(106) 상에 적어도 부분적으로 하부 전극(110)을 생성하는 단계와,
    (c) 상기 하부 전극(110) 상에 적어도 부분적으로 압전 층(112)을 생성하는 단계와,
    (d) 상기 압전 층(112) 상에 적어도 부분적으로 상부 전극(118)을 생성하는 단계를 포함하되,
    상기 상부 전극(118), 압전 층(112) 및 하부 전극(110)이 겹쳐지는 영역은 상기 압전 공명기의 액티브 영역(122)을 정의하는
    압전 공명기의 제조 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 하부 전극(110)을 생성하기에 앞서, 상기 음향 미러(106) 상의 상기 공명기의 다른 음향 특성을 분리 또는 조정하는 하나 이상의 층(140)을 제공하는 단계를 더 포함하되,
    상기 하부 전극(110)은 상기 하나 이상의 층(140) 상에 생성되는
    압전 공명기의 제조 방법.
  26. 제 24 항에 있어서,
    (e) 상기 단계(d)로부터의 구조체 상에 중간층을 생성하는 단계와,
    상기 단계(b) 내지 단계(c)를 반복하여 상기 중간층 상에 추가의 공명기 구조체를 생성하는 단계를 포함하는
    압전 공명기의 제조 방법.
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