KR101099438B1 - 박막 벌크 음향 공진기 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박막 벌크 음향 공진기 및 그 제조 기술에 관한 것으로, 특히 박막 벌크 음향 공진기의 주파수 특성을 향상시키고 박막 벌크 음향 공진기의 제조 공정을 단순화시키는 박막 벌크 음향 공진기 및 그 제조 기술에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 듀플렉서를 구성하는 송수신 필터에 사용되는 FBAR 소자의 주파수 특성이 향상되어 이로 인해 듀플렉서의 주파수 특성 또한 향상되고, FBAR의 주파수 특성을 향상시키는 부가 제조 공정을 기존 제조 공정과의 연계성을 높임으로써 FBAR를 제조하는 공정을 단순화시켜 FBAR의 제품 수율을 높이는 효과가 있다.

FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator), 박막 벌크 음향 공진기

Description

박막 벌크 음향 공진기 및 그 제조 방법{Film bulk acoustic resonator and method of manufacture}

본 발명은 박막 벌크 음향 공진기 및 그 제조 기술에 관한 것으로, 특히 박막 벌크 음향 공진기의 주파수 특성을 향상시키고 박막 벌크 음향 공진기의 제조 공정을 단순화시키는 박막 벌크 음향 공진기 및 그 제조 기술에 관한 것이다.

무선통신 장비의 프런트 엔드에 사용되는 듀플렉서는 안테나를 통해 수신되는 무선 신호를 저잡음 증폭기로 전달하고 고출력 증폭기를 통과한 송신 신호를 안테나를 통해 외부로 전송하는 알에프 부품이다.

듀플렉서에 사용되는 부품은 송신 필터, 페이지 시프터 및 수신 필터로 구성되는데, 여기에 사용되는 필터는 유전체 필터, SAW (Surface Acoustic Wave) 필터, 박막 벌크 음향 공진기(FBAR : Film Bulk Acoustic Resonator) 필터 등으로 구성할 수 있다. 필터를 구성하기 위해서 여러 개의 SAW, FBAR 소자를 직렬 및 병렬로 연결되어 밴드패스 필터를 형성한다.

무선 송수신단에 사용되는 부품은 소형화가 요구됨에 따라 반도체 박막 웨이퍼 제조기술을 이용한 FBAR 박막형 필터의 제조 기술이 현실화되고 있다. FBAR는 반도체 공정에 의해 제작되므로 부품의 집적도를 높임에 따라 부품의 전체 크기가 매우 작아진다.

FBAR의 주파수 특성을 향상시키는 관련 특허(미국 특허번호 6812619; 7280007)가 제시되어 있다. 미국 특허는 일반적인 FBAR 구조에 환형의 구조물을 형성하여 FBAR의 각 영역에 따라 다른 음향 임피던스를 갖도록 하여 FBAR의 주파수 특성을 조정한다. 그러나 FBAR 구조의 상부에 환형의 구조물을 제조하는 공정에서 미리 지정된 위치에 올바로 환형의 구조물을 형성하지 못하면 설계 상에 오류가 발생하여 원하는 음향 임피던스를 갖지 못하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 FBAR를 구성하는 온도 보상층의 두께를 영역에 따라 다르게 형성하여 음향 임피던스를 다르게 갖도록 함으로써 FBAR의 주파수 특성을 향상시키고, 제조 공정을 단순화하여 FBAR의 제품 수율을 높이는 박막 벌크 음향 공진기 및 그 제조 기술을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 박막 벌크 음향 공진기는 기판; 미리 설정된 이격 거리를 두고 기판 위에 형성된 두 개의 프레임 패턴; 이격 거리를 둔 두 개의 프레임 패턴 상부와 이격 거리 내의 기판 위에 형성된 제 1 전극; 제 1 전극 위에 형성된 압전층; 및 압전층 상부에 형성되어 돌출부를 갖는 제 2 전극;을 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 박막 벌크 음향 공진기는 두 개의 프레임 패턴과 이격 거리 내의 제 1 전극 아래에 형성된 공동을 더 포함하여 구성되고, 공동의 너비는 두 개의 프레임 패턴의 이격 거리를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 프레임 패턴을 구성하는 물질은 질화 알루미늄, 몰리브덴, 루테늄, 산화실리콘 중에서 선택된 하나임을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 박막 벌크 음향 공진기의 제조 방법은 (a) 미리 설정된 이격 거리를 두고 기판 위에 두 개의 프레임 패턴을 형성하는 단계; (b) 이격 거리를 둔 두 개의 프레임 패턴 상부와 이격 거리 내의 기판 위에 제 1 전극을 형성하는 단 계; (c) 제 1 전극 위에 압전층을 형성하는 단계; 및 (d) 압전층 상부에 돌출부를 갖는 제 2 전극을 형성하는 단계;를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 (b) 단계는 두 개의 프레임 패턴과 이격 거리 내의 제 1 전극 아래에 공동을 형성하는 단계를 더 포함하여 구성되고, 공동의 너비는 두 개의 프레임 패턴의 이격 거리를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 듀플렉서를 구성하는 송수신 필터에 사용되는 FBAR 소자의 주파수 특성이 향상되어 이로 인해 듀플렉서의 주파수 특성 또한 향상되는 효과가 있다.

본 발명에 따르면 FBAR의 주파수 특성을 향상시키는 부가 제조 공정을 기존 제조 공정과의 연계성을 높임으로써 FBAR를 제조하는 공정을 단순화시켜 FBAR의 제품 수율을 높이는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

[도 1]은 본 발명에 따른 박막 벌크 음향 공진기의 구조를 보인 예시도이다.

박막 벌크 음향 공진기의 구조를 보면 공동(111)의 너비 내에 돌출부(112)가 위치하고 있다. 돌출부(112)는 압전층(108)의 음향 임피던스를 조정하여 공진 주파수를 변화시킨다.

기판(101) 위에 프레임 패턴(106)과 제 1 전극(107)으로 둘러싸인 공동(111)이 형성되어 있다. 공동(111)의 가장자리에는 프레임 패턴(106)이 형성되며 프레임 패턴(106)은 공동(111)의 가장자리를 덮는 구조를 구비한다.

단면도에 도시된 바와 같이, 두 개의 프레임 패턴(106)은 미리 설정된 이격 거리를 두고 공동(111) 위에 형성된다. 공동(111) 위에 형성된 프레임 패턴(106)은 돌출부(112) 형성에 영향을 미쳐 돌출부(112) 영역에 위치하는 압전층(108)에 대해 음향 임피던스를 조정한다.

프레임 패턴(106)과 프레임 패턴(106)이 증착되지 않은 공동(111) 위에는 제 1 전극(107)이 형성되어 있다. 제 1 전극(107)은 공동(111) 위의 프레임 패턴(106)에 의해 돌출부(112)를 갖는다. 제 1 전극(107)은 공동(111) 위에 프레임 패턴(106)이 위치하는 영역과 프레임 패턴(106)이 위치하지 않는 영역간의 프레임 패턴(106)의 두께만큼의 높이차를 갖는 돌출부(112)를 포함한다.

제 1 전극(107)과 분리되어 좌측에 위치하는 기단 전극은 제 2 전극(109)의 기단 역할을 한다. 기단 전극과 제 2 전극(109)에는 금속 패드가 증착되어 제 2 전극(109)에 전기 에너지를 공급하는 역할을 한다.

제 1 전극(107) 상부에는 압전층(108)이 형성되어 있다. 압전층(108)은 공동(111)과 기판(101)과의 높이차 및 공동(111) 위의 프레임 패턴(106)과 공동(111)간의 높이차에 의해 굴곡을 갖는다. 압전층(108)은 굴곡을 갖게 되어 각 영역마다 다른 음향 임피던스를 구비하게 되고 공진 주파수도 달라진다.

압전층(108) 상부에는 제 2 전극(109)이 형성되어 있다. 제 2 전극(109)은 압전층(108)의 굴곡에 따라 영역별로 높이차를 가지면서 압전층(108)에 증착된다. 제 2 전극(109)의 우측 부분은 식각되어 제 1 전극(107)의 금속 패드와 제 2 전극(109)이 접촉됨을 방지한다.

[도 2]는 본 발명에 따른 박막 벌크 음향 공진기에서의 제조 방법의 예시도이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 기판(101) 외면에 산화실리콘을 증착하여 절연층인 식각 정지층(etch stop layer)(102)을 형성한다. 식각 정지층(102)은 식각 공정으로부터 기판을 보호하는 역할을 담당하며 식각 정지층(102) 위에 다른 여러 층이 증착되는데 필요한 기단 역할을 한다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 기판(101)의 식각 정지층(102) 위에 희생층(103)을 형성하고, 이를 패터닝하여 도 2c에 도시된 바와 같이, 일정 너비를 갖는 희생층(104)을 만든다. 일정 너비를 갖는 희생층(104)은 박막 벌크 음향 공진기의 제조 공정이 마무리 단계에 있을 때 식각되어 공동을 형성한다.

도 2d에 도시된 바와 같이, 일정 너비를 갖는 희생층(104) 외면에는 질화 실리콘으로 구성된 멤브레인 층(105)을 성막한다. 멤브레인 층(105)과 식각 정지층(102)은 희생층(104)을 둘러싸아 기단을 형성하고, 희생층(104)이 식각될 때 식각 정지막 역할을 한다.

도 2e에 도시된 바와 같이, 희생층(104)을 둘러싼 멤브레인 층(105)과 식각 정지층(102) 상부에 프레임 패턴(106)을 형성한다. 프레임 패턴(106)은 희생 층(104)의 가장자리 영역에 형성되어 희생층(104)의 중앙에 오목한 영역이 형성된다. 희생층(104)의 너비는 오목한 영역의 너비를 포함한다. 프레임 패턴(106)을 구성하는 물질은 질화 알루미늄, 몰리브덴, 루테늄, 산화실리콘 중에서 선택된 하나이다.

희생층(104) 위에 형성되는 프레임 패턴(106)은 미리 설정된 이격 거리를 두고 형성된다. 이격 거리는 박막 벌크 음향 공진기에서 요구하는 주파수 특성에 따라 달라진다. 프레임 패턴(106)의 두께는 이후 형성될 제 1 전극, 압전층, 제 2 전극의 형성 모양에 영향을 미친다. 따라서 프레임 패턴(106)의 두께는 박막 벌크 음향 공진기에서 요구하는 주파수 특성에 따라 달라진다.

도 2f에 도시된 바와 같이, 프레임 패턴(106)이 성막된 영역과 프레임 패턴(106)이 성막되지 않은 영역에 제 1 전극(107)을 형성한다. 제 1 전극(107)은 희생층(104)의 두께와 프레임 패턴(106)의 두께에 따라 각기 다른 높이차를 갖는 돌출부를 구비한다.

제 1 전극(107)을 패터닝하여 제 1 전극(107)의 좌측에 개구부를 형성한다. 제 1 전극(107)은 좌측 부분의 전극과 우측 부분의 전극으로 분리된다. 우측 부분의 전극은 제 1 전극(107)으로 사용되며 좌측 부분의 전극은 제 2 전극의 기단으로 사용된다.

희생층(104) 위에 형성된 제 1 전극(107)의 중앙 영역은 희생층(104)의 가장자리 영역보다 낮은 오목한 형상을 취한다. 제 1 전극(107)의 중앙 영역은 프레임 패턴(106)의 두께만큼 낮은 깊이를 갖는다.

도 2g에 도시된 바와 같이, 제 1 전극(107) 상부에 질화 알루미늄으로 구성된 압전층(108)을 형성한다. 압전층(108)은 제 1 전극(107)의 굴곡 형태에 따라 영역별로 다른 높이차를 갖는 돌출부를 갖는다. 압전층(108) 위에 제 2 전극(109)을 형성한다. 제 2 전극(109)은 압전층(108)의 굴곡 형태에 따라 영역별로 다른 높이차를 갖는 돌출부를 갖는다.

제 2 전극(109)의 중앙에 오목한 영역이 형성된다. 오목한 영역은 두 개의 프레임 패턴(106) 간의 이격 거리에 따라 조정된다. 오목한 영역의 깊이는 제 1 전극(107), 압전층(108), 제 2전극(109)의 형성 공정에 따라 프레임 패턴(106)의 높이에 대응할 수 있다.

도 2h에 도시된 바와 같이, 제 2 전극(109)을 패터닝하여 제 2 전극(109)의 우측 부분을 식각한다. 제 2 전극(109)의 좌측 부분은 금속 패드가 형성되어 제 2 전극(109)과 연결될 부분이고 제 2 전극(109)이 식각된 우측 부분은 금속 패드가 형성되어 제 1 전극(107)과 연결될 부분이다.

도 2i에 도시된 바와 같이, 제 2 전극(109)과 압전층(108)을 패터닝하여 제 2 전극(109)의 좌측 가장자리의 일부분을 식각하고 압전층(108)의 좌측 부분과 우측 부분의 일부분을 식각한다.

압전층 식각 후, 노출된 제 1 전극(107)과 제 2 전극(109)에 각각 금속 패드(110)를 형성하여 외부 전극과 연결되도록 한다. 이후, 희생층(104)을 식각하여 공동을 형성한다. 두 개의 금속 패드(110)는 제 1 전극(107)과 제 2 전극(109)에 각각 연결되어 압전층(108)에 전기 에너지를 전달하는 역할을 한다.

이상에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 박막 벌크 음향 공진기의 구조를 보인 예시도,

도 2는 본 발명에 따른 박막 벌크 음향 공진기에서의 제조 방법의 예시도이다.

Claims (5)

1. 기판(101);

   상기 기판(101) 상에 형성되며 일정 너비의 공동(111)을 형성하는 멤브레인 층(105);

   상기 기판(101)과 상기 멤브레인 층(105) 위에 형성되며, 상기 공동(111)과 부분적으로 오버랩되게 형성되도록 일정 폭의 이격거리를 두고 상기 멤브레인 층(105)의 가장자리 영역에 형성된 프레임 패턴(106);

   상기 프레임 패턴(106)과 상기 멤브레인 층(15)에 걸쳐 형성되며 상기 공동(111) 위에 상기 프레임 패턴(106)의 에지에 대응하는 굴곡을 형성하는 제 1 전극(107);

   상기 제 1 전극(107) 위에 형성되며 상기 제 1 전극(107)의 상기 굴곡에 대응되는 2차 굴곡이 형성된 압전층(108);

   상기 압전층(108) 상부에 형성되며 상기 압전층(108)의 상기 2차 굴곡에 대응되는 돌출부(112)를 상기 공동(111) 상에 형성하는 제 2 전극(109);

   을 포함하여 구성되는 박막 벌크 음향 공진기.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 프레임 패턴(106)을 구성하는 물질은 질화 알루미늄, 몰리브덴, 루테늄, 산화실리콘 중에서 선택된 하나임을 특징으로 하는 박막 벌크 음향 공진기.
4. 기판(101)을 마련하는 단계;

   상기 기판(101) 상에 식각 정지층(102)을 형성하는 단계;

   상기 식각 정지층(102) 위에 희생층(103)을 형성하는 단계;

   상기 희생층(103)을 패터닝하여 일정 너비를 갖는 희생층(104)을 형성하는 단계;

   상기 일정 너비의 희생층(104) 외면에 멤브레인 층(105)을 성막하는 단계;

   상기 식각 정지층(102) 및 상기 멤브레인 층(105)의 가장자리 영역으로 일정 폭의 이격거리를 갖는 프레임 패턴(106)을 형성하는 단계 -- 상기 일정 너비의 희생층(104) 상에 상기 프레임 패턴(106)이 미형성된 이격거리에 대응하는 오목한 영역이 형성됨 --;

   상기 프레임 패턴(106)과 상기 멤브레인 층(105) 상부에 제 1 전극(107)을 형성하는 단계 -- 상기 프레임 패턴(106)이 미형성된 에지에 대응하는 굴곡이 상기 제 1 전극(107)에 형성됨 --;

   상기 제 1 전극(107) 위에 압전층(108)을 형성하는 단계 -- 상기 굴곡에 대응하는 2차 굴곡이 상기 압전층(108)에 형성됨 --;

   상기 압전층(108) 상부에 제 2 전극(109)을 형성하는 단계 -- 상기 2차 굴곡에 대응하는 돌출부(112)가 상기 제 2 전극(109)에 형성됨 --;

   상기 일정 너비의 희생층(104)을 식각하여 공동(111)을 형성하는 단계;

   를 포함하여 구성되는 박막 벌크 음향 공진기의 제조 방법.
5. 삭제

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