KR101843244B1 - 음향 공진기 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 음향 공진기는 기판과의 사이에 중공부를 형성하며, 음향파를 발생시키는 공진부; 상기 공진부의 적어도 하나의 전극에 제공되며, 상기 중공부에 대응되는 영역에 형성되어 음향파를 반사하는 프레임부; 및 상기 프레임부가 제공되는 상기 공진부의 전극과 외부전극을 연결하게 제공되는 연결전극;을 포함할 수 있다.
특히, 상기 연결전극은 상기 프레임부가 형성된 상기 공진부의 전극보다 두께가 얇게 제공됨으로써, 상기 프레임부의 대칭성 저하에 대한 영향을 감소시킬 수 있게 된다.
특히, 상기 연결전극은 상기 프레임부가 형성된 상기 공진부의 전극보다 두께가 얇게 제공됨으로써, 상기 프레임부의 대칭성 저하에 대한 영향을 감소시킬 수 있게 된다.
Description
본 발명은 음향 공진기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
오늘날 통신기술이 급속도로 발전함에 따라 그에 상응하는 신호처리기술과 고주파(RF) 부품기술의 발전이 요구되고 있다.
특히 무선 통신 기기의 소형화 추세에 따라 고주파 부품기술의 소형화가 적극적으로 요구되고 있다. 일례로 반도체 박막 웨이퍼 제조기술을 이용하는 벌크 음향 공진기(Bulk Acoustic Wave: BAW) 형태의 필터를 들 수 있다.
상기 벌크 음향 공진기(BAW)는 고주파(RF) 신호 중 원하는 주파수 대역은 통과시키고, 원치 않는 주파수 대역은 차단하는 핵심 소자로써, 반도체 기판인 실리콘 웨이퍼 상에 압전 유전체 물질을 증착하여 그 압전특성을 이용하여 공진을 유발시키는 박막형태의 소자이다.
이용분야로는 이동통신기기, 화학 및 바이오기기 등의 소형 경량필터, 오실레이터, 공진소자, 음향공진 질량센서 등이 있다.
그리고 현재까지 이러한 박막 벌크 음향 공진기(BAW)의 특성과 성능을 높이기 위한 여러 가지 구조적 형상 및 기능에 대한 연구가 이루어지고 있으며, 특히 공진 에너지의 손실을 방지하기 위한 연구가 필요하게 되었다.
본 발명의 과제는 벌크 음향 공진기 등의 음향 공진기에서 공진 에너지가 손실되는 문제를 방지할 수 있는 음향 공진기 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 음향 공진기는 기판과의 사이에 중공부를 형성하며, 음향파를 발생시키는 공진부; 상기 공진부의 적어도 하나의 전극에 제공되며, 상기 음향파를 반사하는 프레임부; 및 상기 프레임부가 제공되는 상기 공진부의 전극과 외부전극을 연결하게 제공되는 연결전극;을 포함할 수 있다.
특히, 상기 연결전극은 상기 프레임부가 형성된 상기 공진부의 전극보다 두께가 얇게 제공됨으로써, 상기 프레임부의 대칭성 저하에 대한 영향을 감소시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기 제조방법은 기판에 공진부를 형성하되, 상기 기판과 상기 공진부 사이의 일부에 희생층을 형성하는 공진부 형성단계; 상기 공진부의 적어도 하나의 전극에 프레임부를 형성하는 프레임부 형성단계; 상기 프레임부가 형성되는 상기 공진부의 전극과 외부전극을 연결하는 연결전극을 형성하는 연결전극 형성단계; 및 상기 기판과 상기 공진부 사이에 형성된 희생층을 제거하여 중공부를 형성하는 중공부 형성단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 연결전극 형성단계는 상기 연결전극을 상기 프레임부가 형성되는 상기 공진부의 전극보다 두께를 얇게 형성함으로써, 상기 프레임부의 대칭성 저하에 대한 영향을 감소시킬 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예인 공진기 패키지는 프레임부의 대칭성 저하에 대한 영향을 감소시킬 수 있게 된다.
이에 의해서, 상기 프레임부가 반사하는 공진 음향파의 손실을 감소킬 수 있는 효과를 가질 수 있다. 따라서, 공진기 패키지의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
그리고, 본 발명의 다른 실시예인 공진기 패키지 제조방법은 상기 프레임부의 대칭성 저하에 대한 영향을 감소시키는 본 발명의 일 실시예인 공진기 패키지의 제조를 용이하게 할 수 있는 이점을 가질 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 음향 공진기를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 음향 공진기를 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 음향 공진기에서 프레임부의 실시예를 도시한 단면도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 음향 공진기 제조방법을 도시한 단면도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 음향 공진기 제조방법에서 연결전극 형성단계의 실시예를 도시한 단면도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 음향 공진기와 종래의 음향 공진기의 전압 통과 특성을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 음향 공진기를 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 음향 공진기에서 프레임부의 실시예를 도시한 단면도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 음향 공진기 제조방법을 도시한 단면도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 음향 공진기 제조방법에서 연결전극 형성단계의 실시예를 도시한 단면도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 음향 공진기와 종래의 음향 공진기의 전압 통과 특성을 나타낸 그래프이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
본 발명은 음향 공진기(1) 및 그 제조 방법에 관한 것으로써, 연결전극(30)을 프레임부(20)가 형성된 공진부(10)의 전극보다 두께(tb)를 얇게 제공함으로써, 상기 프레임부(20)의 대칭성 저하에 대한 영향을 감소시키는 기술이다.
이에 의해서, 상기 프레임부(20)가 반사하는 공진 음향파의 손실을 감소킬 수 있어, 공진기 패키지의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
이와 같이, 상기 연결전극(30)의 두께(ta)를 얇게 형성하는 이유는 상기 공진부(10)에서 발생시키는 공진 에너지의 손실을 방지하기 위함이다.
더 구체적으로는, 벌크 음향 공진기(1)(Bulk Acoustic Wave: BAW) 등의 음향 공진기(1)를 이용한 필터들은 음향 공진기(1)의 품질 성능(Quality Factor: QF) 이 좋아지면 원하는 주파수 대역만을 선택할 수 있는 특성이 좋아지며, 삽입 손실(Insertion Loss) 및 감쇠(Attenuation) 성능을 개선시킬 수 있다.
그리고, 상기 음향 공진기(1)의 품질 성능을 좋게 하기 위해서는 공진 에너지를 공진기의 진동 영역(Active Area)에 가두도록, 상기 프레임부(20)를 설계해야 한다.
일례로, 음향 공진기(1)의 둘레에 프레임부(20)가 형성되어 공진 에너지의 손실을 방지하여 음향 공진기(1)의 품질 성능 저하를 방지할 수 있다.
더 바람직하게는, 상기 프레임부(20)는 대칭되게 구비됨으로써, 공진 에너지의 손실을 방지하는 효과를 높일 수 있다.
한편, 상기 공진부(10)에 제공되는 전극들은 외부전극과의 연결을 위해서 연결전극(30)이 형성되는데, 이러한 연결전극(30)은 상기 프레임부(20)의 대칭성을 손상시키는 요인으로써, 결과적으로 음향 공전기의 품질 성능을 저하시키는 원인이 되는 문제가 발생한다.
그런데, 본 발명에서는 상기 연결전극(30)의 두께(ta)를 상기 공진부(10) 전극의 두께(tb)보다 얇게 형성함으로써, 상기 프레임부(20)의 대칭성의 저하를 방지하게 구성한 것이다.
도면을 참조하여 설명하면, 도 1은 본 발명의 음향 공진기(1)를 도시한 단면도로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 공진기(1)는 기판(2)과의 사이에 중공부(3)를 형성하며, 음향파를 발생시키는 공진부(10), 상기 공진부(10)의 적어도 하나의 전극에 제공되며, 상기 음향파를 반사하는 프레임부(20) 및 상기 프레임부(20)가 제공되는 상기 공진부(10)의 전극과 외부전극을 연결하게 제공되는 연결전극(30)을 포함할 수 있다.
특히, 상기 연결전극(30)은 상기 프레임부(20)가 형성된 상기 공진부(10)의 전극보다 두께가 얇게 제공됨으로써, 프레임부(20)의 대칭성 저하에 영향을 감소시킬 수 있게 된다.
상기 공진부(10)는 진동에 의한 음향파(또는 진동 에너지)를 발생시키는 역할을 하게 된다. 이를 위해서, 상기 공진부(10)는 제1전극(11), 압전체(12), 제2전극(13) 등을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 공진부(10)가 제공되는 기판(2)은 실리콘 기판(2) 또는 SOI(Silicon On Insulator) 타입의 기판(2)으로 형성될 수 있다.
이러한 기판(2)과 상기 제1전극(11) 사이에는 중공부(3)가 형성될 수 있다. 그리고, 상기 중공부(3)가 구비됨으로써, 상기 제1전극(11)과 상기 기판(2)은 적어도 일부가 이격되게 배치될 수 있게 된다.
한편, 상기 기판(2)과 대면하는 상기 제1전극(11)의 일면에는 멤브레인층(4)이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 멤브레인층(4)은 상기 압전체(12)에서 발생하는 음향파(Acoustic Wave)가 상기 기판(2)의 영향을 받지 않도록 하기 위해서 제공되는 것이다.
물론, 상기 기판(2)을 보호하기 위해 상기 기판(2) 상에도 식각 스토퍼로서 기능하는 저지층(5)이 형성될 수 있다. 이러한 저지층(5)에는 산화 실리콘(SiOX) 또는 질화 실리콘(SiNX) 등이 포함될 수 있다.
또한, 상기 공진부(10)와 상기 기판(2) 사이에 상기 중공부(3)를 제공함으로써, 상기 공진부(10)에서 발생하는 음향파의 반사특성을 향상시킬 수 있게 된다.
다시 말해, 상기 중공부(3)는 비어 있는 공간으로서 임피던스가 무한대에 가깝기 때문에, 상기 중공부(3)로 인해 음향파는 손실되지 않고서 상기 공진부(10) 내에 잔존할 수 있는 것이다.
따라서, 상기 중공부(3)을 통해 상기 공진부(10)의 종방향 음향파 손실을 최소화시킬 수 있게 되며, 이로써 상기 공진부(10)의 품질 성능(QF)을 향상시킬 수 있게 된다.
그리고, 상기 공진부(10)에 포함되어 있는 제1전극(11)과 제2전극(13) 및 압전체(12)는 제1전극(11)과 압전체(12) 및 제2전극(13)이 순서대로 상기 기판(2)상에 적층되어 형성될 수 있다. 이에 따라 상기 제1전극(11)과 상기 제2전극(13) 사이에 압전체(12)가 배치될 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 공진기(1)의 상기 공진부(10)는, 상기 기판(2)과의 사이에 상기 중공부(3)를 형성하게 상기 기판(2)에 제공되는 제1전극(11), 일면이 상기 제1전극(11)에 접하게 제공되는 압전체(12) 및 상기 압전체(12)의 타면에 접하게 제공되고, 상기 프레임부(20)가 제공되는 제2전극(13)을 포함할 수 있다.
이러한 상기 공진부(10)는 상기 제1전극(11)과 상기 제2전극(13)에 인가되는 전기 신호에 따라 압전체(12)를 공진시켜 공진 주파수 및 반공진 주파수를 발생시킬 수 있다.
상기 제1전극(11) 및 상기 제2전극(13)은 금, 몰리브덴, 루테늄, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 크롬, 니켈, 이리듐 등과 같은 금속으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 공진부(10)는 상기 압전체(12)의 음향파를 이용하는데, 예를 들어 상기 제1전극(11)과 상기 제2전극(13)에 신호가 인가되면, 상기 압전체(12)는 종방향(또는 두께 방향)으로 기계적 진동을 발생시켜 음향파를 발생시킨다.
여기서, 상기 압전체(12)는 산화 아연(ZnO), 질화 알루미늄(AlN), 이산화 실리콘(SiO2), 도핑된 산화 아연(예컨대 W-ZnO), 도핑된 질화 알루미늄(예컨대 Sc-AlN, MgZr-AlN, Cr-AlN, Er-AlN, Y-AlN) 등과 같은 재질로 형성될 수 있다.
이러한 압전체(12)의 공진 현상은 인가된 신호 파장의 1/2이 압전체(12)의 두께와 일치할 때 발생한다.
그리고, 공진 현상이 발생할 때, 전기적 임피던스가 급격하게 변하므로 본 발명의 음향 공진기(1)는 주파수를 선택할 수 있는 필터로 사용될 수 있는 것이다.
공진 주파수는 압전체(12)의 두께, 그리고 압전체(12)를 감싸고 있는 제1전극(11)과 제2전극(13) 및 압전체(12)의 고유 탄성파 속도 등에 의해 결정된다. 일례로, 상기 압전체(12)의 두께가 얇으면 얇을수록 공진 주파수는 커지게 된다.
한편, 상기 압전체(12)는 공진부(10) 내에만 배치되게 구성된다면, 상기 압전체(12)에 의해 형성된 음향파가 상기 공진부(10)의 외부로 누설되는 것을 최소화할 수 있다.
그리고, 상기 공진부(10)는 보호층을 더 포함할 수 있는데, 이러한 보호층은 제2전극(13)을 덮어씌워 제2전극(13)이 외부 환경에 노출되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.
그리고, 상기 제1전극(11)과 제2전극(13)은 상기 압전체(12)의 외측으로 연장되게 형성되는 연결전극(30)과 연결되게 형성되어 접속부, 외부전극과 연결되게 구성될 수 있다.
여기서, 상기 접속부들은 음향 공진기(1)와 필터의 특성을 확인하고 필요한 주파수 트리밍을 수행하기 위한 역할을 할 수 있다.
그리고, 상기 외부전극은 상기 공진부(10)가 전압을 인가하는 역할을 하게 된다.
상기 프레임부(20)는 상기 공진부(10)에서 발생시키는 음향파가 손실되는 것을 방지하는 역할을 하게 된다.
더 구체적으로는 상기 공진부(10)에서 발생시킨 음향파의 횡방향(또는 두께 방향에 수직한 길이 방향) 손실을 방지하는 역할을 하기 위해서, 상기 프레임부(20)는 상기 음향파를 반사하는 역할을 하게 된다.
상기 프레임부(20)는 상기 공진부(10) 내부에서 발생한 음향파가 전달되면 이를 다시 공진부(10)의 내부로 반사시킴으로써, 상기 음향파의 외부 이탈에 의한 손실을 방지하는 것이다.
이를 위해서, 상기 프레임부(20)는 상기 공진부(10)의 전극 중 적어도 하나의 전극에 제공된다. 더 바람직하게는 상기 제2전극(13)에 구비될 수 있다.
그리고, 상기 프레임부(20)는 상기 공진부(10)에서 발생한 음향파를 반사할 수 있도록 구비되기 위해서, 돌출된 형상으로 상기 공진부(10)의 전극에 제공될 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 공진기(1)의 상기 프레임부(20)는, 돌출된 형상으로, 상기 중공부(3)에 대응되는 영역의 둘레 방향으로 제공되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이와 같이, 상기 프레임부(20)가 상기 공진부(10)의 전극에 돌출된 형상으로 형성됨으로써, 상기 음향파를 반사시킬 수 있는 것은, 상기 공진부(10)의 전극과는 다르게 상기 프레임부(20)의 두께가 두꺼워지는 부분에서 탄성파인 상기 음향파의 전달 환경이 변경되기 때문이다.
한편, 상기 프레임부(20)는 상기 공진부(10)의 전극 상에 대칭된 형상으로 제공됨으로써, 상기 음향파의 손실을 방지하는 효과를 높일 수 있게 된다.
다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 공진기(1)의 상기 프레임부(20)는, 상기 중공부(3)에 대응되는 영역에 대칭된 형상으로 상기 공진부(10)의 전극에 제공되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이와 같이, 상기 프레임부(20)가 대칭된 형상으로 제공됨으로써, 상기 음향파의 손실을 방지하는 효과가 높아지는 것은 아래와 같은 이유 때문이다.
일측의 프레임부(20)에서 반사시키는 음향파는 일측의 상기 프레임부(20)에서 반사되면서 특성이 변화된다. 이렇게 변화된 특성의 음향파가 타측의 프레임부(20)에서 다시 반사될 때, 타측의 프레임부(20)가 일측의 프레임부(20)와 대칭된 형상으로 제공된다면, 일측에서 반사되었던 음향파는 동일한 음향파 전달 조건에 노출되는 것이기 때문에, 타측의 프레임부(20)에서 반사될 때는 손실을 거의 발생시키지 않게 되는 것이다.
그리고, 상기 프레임부(20)는 상기 중공부(3)에 대응되는 영역의 둘레 방향으로 연속되게 형성됨으로써, 상기 공진부(10)에서 발생한 음향파의 손실을 방지할 수 있는데, 이에 대한 자세한 설명은 도 2를 참조하여 후술한다.
한편, 상기 프레임부(20)는 상기 공진부(10)의 전극과 다른 성질의 소재로 형성되거나, 다른 성질로 개질되어 제공됨으로써, 상기 음향파를 반사하게 구성될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 3을 참조하여 후술한다.
상기 연결전극(30)은 상기 공진부(10)의 전극과 외부전극을 연결하는 역할을 하게 된다.
특히, 상기 공진부(10)의 전극 중에서 상기 프레임부(20)가 형성된 전극에 연결되는 연결전극(30)은 상기 프레임부(20)가 형성된 공진부(10)의 전극보다 두께를 얇게 형성하여 제공될 수 있다. 이는 상기 프레임부(20)의 대칭성의 훼손을 최대한 감소시키기 위한 것이다.
다시 말해, 상기 연결전극(30)은 상기 음향파의 전달 특성과 관련된 상기 공진부(10)의 전극 및 프레임부(20)의 대칭성을 유지할 수 있도록 상기 공진부(10)의 전극보다 두께를 얇게 형성하는 것이 바람직한 것이다.
이와 같이 상기 연결전극(30)의 두께(ta)를 상기 프레임부(20)가 형성된 상기 공진부(10)의 전극보다 얇게 형성함으로써, 음향파 누설 방지의 효과가 있음은 도 10 및 도 11을 참조하면 쉽게 알 수 있다.
도 10 및 도 11에서는 상기 프레임부(20)가 형성된 상기 공진부(10)의 전극의 두께(tb)를 기준으로, 상기 연결전극(30)의 두께(ta)를 상기 프레임부(20)가 형성된 상기 공진부(10)의 전극의 두께(tb) 대비 2.667배로 형성한 경우, 상기 연결전극(30)의 두께(ta)를 상기 프레임부(20)가 형성된 상기 공진부(10)의 전극의 두께(tb)와 동일하게 한 경우, 상기 연결전극(30)의 두께(ta)를 상기 프레임부(20)가 형성된 상기 공진부(10)의 전극의 두께(tb) 대비 0.556배로 형성한 경우를 비교하여 나타내었다.
도 10 및 도 11의 그래프에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 프레임부(20)가 형성된 상기 공진부(10)의 전극보다 상기 연결전극(30)의 두께(ta)를 얇게 형성한 경우에는 감쇠(Attenuation) 성능이 향상됨을 알 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 공진기(1)에서 상기 연결전극(30)의 두께(ta)는, 적어도 상기 프레임부(20)가 제공되는 상기 공진부(10)의 전극 두께(tb)의 절반보다 작게 제공되는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 상기 연결전극(30)을 최대한 얇게 형성하는 것이 상기 감쇠 성능을 향상에 이로울 수는 있으나, 연결전극(30) 저항의 증가에 의한 삽입 손실(Insertion Loss)을 증가시키는 문제가 발생한다. 따라서, 상기 연결전극(30)을 상기 프레임부(20)가 형성된 상기 공진부(10)의 전극보다 얇게 형성하되, 삽입 손실을 증가시키지 않는 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 공진기(1)에서 상기 연결전극(30)의 두께(ta)는, 적어도 1,000 Å보다 두껍게 제공되는 것을 특징으로 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 음향 공진기(1)를 도시한 평면도로써, 이를 참조하면, 상기 프레임부(20)는 상기 중공부(3)에 대응되는 영역의 둘레 방향으로 연속되게 형성됨으로써, 상기 공진부(10)에서 발생한 음향파의 손실을 방지할 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 공진기(1)의 상기 프레임부(20)는, 상기 중공부(3)에 대응되는 영역의 둘레 방향으로 연속되게 연결되어 제공되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이와 같이, 상기 프레임부(20)를 연속된 형상으로 형성시킴으로써, 상기 공진부(10)의 전극을 밀폐하는 형상으로 형성함으로써, 상기 음향파의 손실을 감소시킬 수 있는 이유는, 상기 공진부(10)의 전극 면상의 모든 방향에서 상기 음향파가 이탈되는 경로를 차단하기 때문이다.
도 3은 본 발명의 음향 공진기(1)에서 프레임부(20)의 실시예를 도시한 단면도로써, 이를 참조하면, 상기 프레임부(20)는 상기 공진부(10)의 전극과 다른 성질의 소재로 형성되거나, 다른 성질로 개질되어 제공됨으로써, 상기 음향파를 반사하게 구성될 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 공진기(1)의 상기 프레임부(20)는, 상기 프레임부(20)가 제공되는 상기 공진부(10)의 전극과 다른 성질의 소재로 형성되어, 상기 중공부(3)에 대응되는 영역의 둘레 방향으로 제공되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 공진기(1)의 상기 프레임부(20)는, 상기 프레임부(20)가 제공되는 상기 공진부(10)의 전극과 동일한 소재로 형성되되, 다른 성질로 개질되어 제공되고, 상기 중공부(3)에 대응되는 영역의 둘레 방향으로 제공되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이와 같이, 상기 프레임부(20)가 상기 공진부(10)의 전극과는 다른 소재 또는 다른 성질로 개질되어 제공됨으로써, 상기 프레임부(20)가 상기 음향파를 반사할 수 있는 것은 상기 공진부(10)의 전극과는 상기 음향파의 전달 환경이 변경되기 때문이다.
다시 말해, 상기 프레임부(20)는 상기 공진부(10)의 전극과는 다른 소재 또는 다른 성질로 개질됨으로써, 음향파 전달과 관련되는 밀도, 탄성계수 등의 성질이 상기 공진부(10)의 전극과 달라지기 때문이다. 이에 의해서, 상기 프레임부(20)에서는 상기 음향파를 반사시킬 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예인 음향 공진기(1) 제조방법을 설명한다.
우선, 도 4 내지 도 7은 본 발명의 음향 공진기(1) 제조방법을 도시한 단면도들인데, 이를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기(1) 제조방법은 기판(2)에 공진부(10)를 형성하되, 상기 기판(2)과 상기 공진부(10) 사이의 일부에 희생층(3a)을 형성하는 공진부(10) 형성단계, 상기 공진부(10)의 적어도 하나의 전극에 프레임부(20)를 형성하는 프레임부(20) 형성단계, 상기 프레임부(20)가 형성되는 상기 공진부(10)의 전극과 외부전극을 연결하는 연결전극(30)을 형성하되, 상기 프레임부(20)가 형성되는 상기 공진부(10)의 전극보다 두께(tb)를 얇게 형성하는 연결전극(30) 형성단계 및 상기 기판(2)과 상기 공진부(10) 사이에 형성된 희생층(3a)을 제거하여 중공부(3)를 형성하는 중공부(3) 형성단계를 포함할 수 있음을 알 수 있다.
상기 공진부(10) 형성단계는 상기 기판(2) 상에 상기 공진부(10)의 제1전극(11), 압전체(12), 제2전극(13) 등을 적층하는 단계이다. 이는 도 4에 도시되어 있다.
다만, 상기 기판(2)과 상기 공진부(10)의 제1전극(11) 사이에 중공부(3)를 형성하기 위해서, 상기 기판(2)과 상기 제1전극(11)의 일부에는 희생층(3a)이 형성될 수 있다.
다시 말해, 상기 기판(2)의 상부에 희생층(3a)을 형성하는데, 이 희생층(3a)의 재질로는 이산화 실리콘, 폴리실리콘 또는 폴리머 등이 사용될 수 있다.
이러한 희생층(3a)은 추후에 중공부(3) 형성단계에서 식각 공정을 통해 제거되어 중공부(3)을 형성하게 된다.
이어서, 상기 기판(2) 또는 상기 희생층(3a)의 상부에 제1전극(11)과 압전체(12), 제2전극(13)을 순차적으로 형성한다.
이때, 상기 제1전극(11)을 형성하기 전에, 저지층(5), 멤브레인층(4) 등을 형성할 수도 있다.
상기 제1전극(11)은 상기 희생층(3a)을 포함한 상기 기판(2)의 상부에 도전층을 증착함으로써 형성될 수 있다. 마찬가지로 상기 압전체(12)는 상기 제1전극(11) 상에 압전 물질을 증착함으로써 형성될 수 있다.
그리고 상기 제1전극(11)은 몰리브덴(Mo), 금, 루테늄, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 크롬, 니켈, 이리듐 등 다양한 금속으로 형성될 수 있다.
상기 압전체(12)는 질화 알루미늄(AlN), 산화 아연(ZnO)이나 이산화 실리콘(SiO2), 도핑된 산화 아연(예컨대 W-ZnO), 도핑된 질화 알루미늄(예컨대 Sc-AlN, MgZr-AlN, Cr-AlN, Er-AlN, Y-AlN) 등 다양한 압전 재질이 이용하여 형성될 수 있다.
여기서, 상기 제1전극(11)과 압전체(12)는 포토리소그래피 공정을 통해 패터닝을 수행한 후, 패터닝 된 포토레지스트를 마스크로 하여 불필요한 부분을 제거함으로써 필요한 패턴으로 형성될 수 있다.
이를 통해, 상기 압전체(12)는 제1전극(11)의 상부에만 남게 되며, 이에 제1전극(11)은 압전체(12)의 주변으로 더 돌출되는 형태로 형성될 수 있다.
상기 제2전극(13)은 상기 압전체(12)와 상기 제1전극(11)의 위에 도전층을 형성한 다음, 도전층 상에서 포토리소그래피 공정을 통해 패터닝된 후에, 포토레지스트를 마스크로 하여 필요한 패턴으로 형성될 수 있다.
이러한 상기 제2전극(13)은 루테늄(Ru), 금, 몰리브덴, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 크롬, 니켈, 이리듐 등 다양한 금속에 의해 형성될 수 있다.
한편, 상기 제2전극(13)과 압전체(12)의 상부에 보호층을 형성할 수도 있다. 상기 보호층은 절연 물질로 형성될 수 있는데, 여기서 절연 물질로는 실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열의 물질이 포함될 수 있다.
상기 프레임부(20) 형성단계는 상기 공진부(10)의 전극 중에 적어도 하나의 전극에 프레임부(20)를 형성하는 단계이다. 이는 도 5에 도시되어 있다.
다시 말해, 상기 프레임부(20) 형성단계는 상기 공진부(10)의 전극에 프레임부(20)를 형성할 소재를 증착함으로써 형성될 수 있다.
이와 같이, 상기 프레임부(20)는 상기 제1전극(11) 또는 제2전극(13)에 형성됨으로써 돌출된 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 제1전극(11) 또는 제2전극(13)과 같은 소재로 형성되어 제공될 수 있다.
특히 상기 프레임부(20)는 상기 공진부(10)의 전극에 대칭된 형상으로 형성됨으로써, 상기 공진부(10)에서 발생시키는 음향파의 손실을 방지할 수 있게 된다.
다시 말해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기(1) 제조방법의 상기 프레임부(20) 형성단계는, 상기 프레임부(20)를 대칭된 형상으로 상기 공진부(10)의 전극에 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 상기 프레임부(20) 형성단계는 상기 프레임부(20)를 형성할 소재를 상기 공진부(10)의 전극 상에 증착된 후에, 포토리소그래피 공정을 통해 필요한 패턴으로 형성될 수 있다. 프레임부(20)를 형성할 소재를 증착하는 과정은 도 5의 (a)에 도시되어 있으며, 상기 프레임부(20)의 필요한 패턴만을 남기게 형성한 것은 도 5의 (b)에 도시되어 있다.
상기 연결전극(30) 형성단계는 상기 프레임부(20)가 형성된 상기 공진부(10)의 전극과 외부전극을 연결하도록 연결전극(30)을 형성하는 단계이다. 이는 도 6에 도시되어 있다.
특히, 상기 연결전극(30) 형성단계는 상기 프레임부(20)가 형성된 상기 공진부(10)의 전극의 두께(tb)보다 상기 연결전극(30)의 두께(ta)를 얇게 형성함으로써, 상기 프레임부(20)의 대칭 특성의 저하를 방지하게 된다.
더 구체적으로는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기(1) 제조방법의 상기 연결전극(30) 형성단계는, 상기 프레임부(20)가 형성되는 상기 공진부(10)의 전극의 형성과 동시에 증착하여 연결층(30a)을 형성하되, 상기 연결층(30a)을 상기 프레임부(20)가 형성되는 상기 공진부(10)의 전극과 연결되게 형성하는 연결층(30a) 형성단계 및 상기 연결층(30a)을 상기 프레임부(20)가 형성되는 상기 공진부(10)의 전극의 두께(tb)보다 얇게 식각하는 두께 식각단계를 포함할 수 있다.
다시 말해, 상기 연결전극(30)을 형성하는 실시예로써, 목표로 하는 두께보다 두껍게 상기 연결층(30a)을 형성한 후에, 식각에 의해서 목표로 하는 두께(ta)로 상기 연결전극(30)을 형성하는 것이다.
다만, 상기 연결전극(30) 형성단계는 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 전술한 실시예 이외의 실시예는 도 8 및 도 9를 참조하여 후술한다.
그리고, 상기 연결전극(30)을 형성한 후에 추가적으로 주파수 트리밍에 이용될 수 있는 접속부들이 형성될 수 있다.
이러한 접속부들은 식각을 통해 보호층을 부분적으로 제거하여 구멍을 형성함으로써 제1전극(11) 또는 제2전극(13)과 연결된 연결전극(30)을 외부로 노출시킨 후, 금(Au) 또는 구리(Cu) 등을 제1전극(11) 상에 증착하여 형성할 수 있다.
상기 중공부(3) 형성단계는 상기 희생층(3a)을 제거하여 중공부(3)를 형성하는 단계이다. 이는 도 7에 도시되어 있다.
이를 위해 구체적으로 상기 희생층(3a)은 건식 식각을 통해 제거될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어 희생층(3a)을 폴리실리콘으로 형성하는 경우, 이 희생층(3a)은 이불화 제논(XeF2) 등과 같은 건식 식각용 가스를 통해 제거될 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 음향 공진기(1) 제조방법에서 연결전극(30) 형성단계의 실시예를 도시한 단면도이다.
우선, 도 8을 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기(1) 제조방법의 상기 연결전극(30) 형성단계는, 상기 프레임부(20)가 형성되며 상기 중공부(3)에 대응되는 영역에 형성되는 상기 공진부(10)의 전극을 덮도록 증착되되, 상기 외부전극과 연결되는 영역까지 일정한 두께(ta)로 증착되는 것을 특징으로 할 수 있다.
다시 말해, 도 8의 (a)에 도시된 것과 같이, 상기 프레임부(20)가 형성된 공진부(10)의 전극이 제공되면, 도 8의 (b)에 도시된 것과 같이, 연결전극(30)을 형성할 소재는 상기 공진부(10)의 전극을 덮으면서도 외부전극과 연결되는 영역까지 동일 두께(ta)로 증착되어 연결전극(30)을 형성하는 것이다.
이와 같이 상기 연결전극(30)을 형성할 때, 상기 연결전극(30)을 형성하는 소재는 상기 공진부(10)의 전극과 같은 소재로 형성된다. 즉, 상기 공진부(10)의 전극 상에 증착되는 부분은 최종적으로는 전극의 일부가 된다. 이에 의해서, 상기 공진부(10) 전극의 두께(tb)도 최종적으로는 상기 연결전극(30)보다는 두껍게 된다.
여기서, 추가로 증착된 연결전극(30)은 공진부(10) 형상으로 추가 패터닝을 하여 도 1과 같은 형상을 만들 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기(1) 제조방법의 상기 연결전극(30) 형성단계는, 상기 프레임부(20)가 형성되며 상기 중공부(3)에 대응되는 영역에 형성되는 상기 공진부(10)의 전극에 연결되게 증착되되, 상기 프레임부(20)가 형성되는 상기 공진부(10)의 전극과 다른 소재로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
다시 말해, 도 9의 (a)에 도시된 것과 같이, 상기 프레임부(20)가 형성된 공진부(10)의 전극이 제공되면, 도 9의 (b)에 도시된 것과 같이, 연결전극(30)을 형성할 소재는 상기 공진부(10)의 전극의 단부와 외부전극을 연결하는 영역만 증착되어 형성되고, 상기 공진부(10)의 전극 상의 다른 부분에는 증착되지 않는다.
특히, 이때 상기 연결전극(30)을 형성하는 소재는 상기 공진부(10)의 전극과는 다른 소재로 형성됨으로써, 상기 공진부(10) 전극에 형성된 프레임부(20)의 대칭성을 훼손하지 않게 구성될 수 있다.
1: 음향 공진기 2: 기판
3: 중공부 4: 멤브레인층
5: 저지층 10: 공진부
11: 제1전극 12: 압전체
13: 제2전극 20: 프레임부
30: 연결전극
3: 중공부 4: 멤브레인층
5: 저지층 10: 공진부
11: 제1전극 12: 압전체
13: 제2전극 20: 프레임부
30: 연결전극
Claims (14)
- 기판과의 사이에 중공부를 형성하며, 음향파를 발생시키는 공진부;
상기 공진부의 적어도 하나의 전극에 제공되며, 상기 음향파를 반사하는 프레임부; 및
상기 프레임부가 제공되는 상기 공진부의 전극과 외부전극을 연결하게 제공되며, 상기 프레임부가 형성된 상기 공진부의 전극보다 두께가 얇게 제공되는 연결전극;
을 포함하며,
상기 연결전극의 두께는, 적어도 1,000 Å보다 두껍게 제공되며.
상기 연결전극이 연결되는 측에 배치되는 상기 프레임의 외곽 경계는 하부 전극의 끝단으로부터 상기 연결전극 측으로 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 연결전극의 두께는, 적어도 상기 프레임부가 제공되는 상기 공진부의 전극 두께의 절반보다 작게 제공되는 것을 특징으로 하는 음향 공진기.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 프레임부는, 상기 중공부에 대응되는 영역에 대칭된 형상으로 상기 공진부의 전극에 제공되는 것을 특징으로 하는 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 프레임부는, 상기 중공부에 대응되는 영역의 둘레 방향으로 연속되게 연결되어 제공되는 것을 특징으로 하는 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 프레임부는, 돌출된 형상으로, 상기 중공부에 대응되는 영역의 둘레 방향으로 제공되는 것을 특징으로 하는 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 프레임부는, 상기 프레임부가 제공되는 상기 공진부의 전극과 다른 성질의 소재로 형성되어, 상기 중공부에 대응되는 영역의 둘레 방향으로 제공되는 것을 특징으로 하는 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 프레임부는, 상기 프레임부가 제공되는 상기 공진부의 전극과 동일한 소재로 형성되되, 다른 성질로 개질되어 제공되고, 상기 중공부에 대응되는 영역의 둘레 방향으로 제공되는 것을 특징으로 하는 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 공진부는,
상기 기판과의 사이에 상기 중공부를 형성하게 상기 기판에 제공되는 제1전극;
일면이 상기 제1전극에 접하게 제공되는 압전체; 및
상기 압전체의 타면에 접하게 제공되고, 상기 프레임부가 제공되는 제2전극;
을 포함하는 음향 공진기.
- 기판에 공진부를 형성하되, 상기 기판과 상기 공진부 사이의 일부에 희생층을 형성하는 공진부 형성단계;
상기 공진부의 적어도 하나의 전극에 프레임부를 형성하는 프레임부 형성단계;
상기 프레임부가 형성되는 상기 공진부의 전극과 외부전극을 연결하는 연결전극을 형성하되, 상기 프레임부가 형성되는 상기 공진부의 전극보다 두께를 얇게 형성하는 연결전극 형성단계; 및
상기 기판과 상기 공진부 사이에 형성된 희생층을 제거하여 중공부를 형성하는 중공부 형성단계;
를 포함하며,
상기 연결전극의 두께는, 적어도 1,000 Å보다 두껍게 제공되며,
상기 연결전극이 연결되는 측에 배치되는 상기 프레임의 외곽 경계는 하부 전극의 끝단으로부터 상기 연결전극 측으로 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 음향 공진기 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 연결전극 형성단계는,
상기 프레임부가 형성되는 상기 공진부의 전극의 형성과 동시에 증착하여 연결층을 형성하되, 상기 연결층을 상기 프레임부가 형성되는 상기 공진부의 전극과 연결되게 형성하는 연결층 형성단계; 및
상기 연결층을 상기 프레임부가 형성되는 상기 공진부의 전극의 두께보다 얇게 식각하는 두께 식각단계;
를 포함하는 음향 공진기 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 연결전극 형성단계는,
상기 프레임부가 형성되며 상기 중공부에 대응되는 영역에 형성되는 상기 공진부의 전극을 덮도록 증착되되, 상기 외부전극과 연결되는 영역까지 일정한 두께로 증착되는 것을 특징으로 하는 음향 공진기 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 연결전극 형성단계는,
상기 프레임부가 형성되며 상기 중공부에 대응되는 영역에 형성되는 상기 공진부의 전극에 연결되게 증착되되, 상기 프레임부가 형성되는 상기 공진부의 전극과 다른 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 음향 공진기 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 프레임부 형성단계는,
상기 프레임부를 대칭된 형상으로 상기 공진부의 전극에 형성하는 것을 특징으로 하는 음향 공진기 제조방법.
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