KR102172638B1 - 음향 공진기 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기는, 기판; 상기 기판 상에 제1 전극, 압전층, 제2 전극이 순차적으로 적층된 중앙부와, 상기 중앙부의 둘레를 따라 배치되는 확장부로 구성되는 공진부; 및 상기 공진부의 외측에 배치되어 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 금속층;를 포함하며, 상기 확장부에서 상기 제1 전극의 상부면 또는 하부면에는 하부 삽입층이 적층 배치되고, 상기 압전층은, 상기 중앙부 내에 배치되는 압전부와, 상기 확장부 내에 배치되고 상기 하부 삽입층의 형상을 따라 상기 압전부에서 경사지게 연장되는 굴곡부를 포함하며, 상기 하부 삽입층은 도전성 재질로 형성되어 상기 제1 전극과 상기 제1 금속층 간의 전기적인 경로를 확장한다.
Description
본 발명은 음향 공진기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
무선 통신 기기의 소형화 추세에 따라 고주파 부품기술의 소형화가 적극적으로 요구되고 있으며, 일례로 반도체 박막 웨이퍼 제조기술을 이용하는 벌크 음향 공진기(BAW, Bulk Acoustic Wave) 형태의 필터를 들 수 있다.
벌크 음향 공진기(BAW)란 반도체 기판인 실리콘 웨이퍼 상에 압전 유전체 물질을 증착하여 그 압전특성을 이용함으로써 공진을 유발시키는 박막형태의 소자를 필터로 구현한 것이다.
벌크 음향 공진기의 이용분야로는 이동통신기기, 화학 및 바이오 기기 등의 소형 경량필터, 오실레이터, 공진소자, 음향공진 질량센서 등이 있다.
한편, 벌크 음향 공진기의 특성과 성능을 높이기 위한 여러 가지 구조적 형상 및 기능에 대한 연구가 이루어지고 있으며, 그에 따른 제조 방법에 대해서도 지속적인 연구가 이루어지고 있다.
본 발명의 목적은 성능을 향상시킬 수 있는 음향 공진기 및 그 제조 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기는, 기판; 상기 기판 상에 제1 전극, 압전층, 제2 전극이 순차적으로 적층된 중앙부와, 상기 중앙부의 둘레를 따라 배치되는 확장부로 구성되는 공진부; 및 상기 공진부의 외측에 배치되어 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 금속층;를 포함하며, 상기 확장부에서 상기 제1 전극의 상부면 또는 하부면에는 하부 삽입층이 적층 배치되고, 상기 압전층은, 상기 중앙부 내에 배치되는 압전부와, 상기 확장부 내에 배치되고 상기 하부 삽입층의 형상을 따라 상기 압전부에서 경사지게 연장되는 굴곡부를 포함하며, 상기 하부 삽입층은 도전성 재질로 형성되어 상기 제1 전극과 상기 제1 금속층 간의 전기적인 경로를 확장한다.
본 발명에 따른 음향 공진기는 삽입층을 도전성 재질로 형성하여 음향 공진기의 공진 활성 영역(Active Area) 경계 부분에 배치하므로, 공진 활성 영역의 경계 부분에서 제1 전극이나 제2 전극의 전기적인 경로를 확장한다. 이에 제1 전극과 제2 전극의 배선 저항을 낮출 수 있어 음향 공진기의 Insertion Loss를 줄일 수 있다.
또한 확장부 내에 음향 임피던스가 다른 2개의 반사 영역이 배치되므로, 수평파의 반사 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 평면도.
도 2는 도 1의 I-I′에 따른 단면도.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 9는 도 8의 상부 삽입층을 확대하여 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 11은 도 10의 하부 삽입층을 확대하여 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 도 1의 I-I′에 따른 단면도.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 9는 도 8의 상부 삽입층을 확대하여 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 11은 도 10의 하부 삽입층을 확대하여 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
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 또는 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
아울러, 명세서 전체에서, 어떤 구성이 다른 구성과 '연결'되어 있다 함은 이들 구성들이 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 구성을 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함하는 것을 의미한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 평면도이고, 도 2는 도 1의 I-I′에 따른 단면도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기(100)는 체적 음향 공진기(BAW, Bulk Acoustic Wave Resonator) 일 수 있으며, 기판(110), 희생층(140), 공진부(120), 및 삽입층(170)을 포함할 수 있다.
기판(110)은 실리콘 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(110)으로는 실리콘 웨이퍼가 이용되거나, SOI(Silicon On Insulator) 타입의 기판이 이용될 수 있다.
기판(110)의 상면에는 절연층(115)이 마련되어 기판(110)과 공진부(120)를 전기적으로 격리시킬 수 있다. 또한 절연층(115)은 음향 공진기 제조 과정에서 캐비티(C)를 형성할 때, 에칭가스에 의해 기판(110)이 식각되는 것을 방지한다.
이 경우, 절연층(115)은 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 산화 알루미늄(Al2O3), 및 질화 알루미늄(AlN) 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition), RF 마그네트론 스퍼터링(RF Magnetron Sputtering), 및 에바포레이션(Evaporation) 중 어느 하나의 공정을 통해 기판(110)에 형성될 수 있다.
희생층(140)은 절연층(115) 상에 형성되며, 희생층(140)의 내부에는 캐비티(C)와 식각 방지부(145)가 배치된다.
캐비티(C)는 빈 공간으로 형성되며, 희생층(140)의 일부를 제거함으로써 형성될 수 있다.
캐비티(C)가 희생층(140)에 내에 형성됨에 따라, 희생층(140)의 상부에 형성되는 공진부(120)는 전체적으로 편평하게 형성될 수 있다.
식각 방지부(145)는 캐비티(C)의 경계를 따라 배치된다. 식각 방지부(145)는 캐비티(C) 형성 과정에서 캐비티 영역 이상으로 식각이 진행되는 것을 방지하기 위해 구비된다. 따라서, 캐비티(C)의 수평 면적은 식각 방지부(145)에 의해 규정되고, 수직 면적(예컨대 높이)은 희생층(140)의 두께에 의해 규정된다.
멤브레인층(150)은 희생층(140) 상에 형성되며 캐비티(C)의 상부면을 형성한다. 따라서 멤브레인층(150)도 캐비티(C)를 형성하는 과정에서 쉽게 제거되지 않는 재질로 형성된다.
예를 들어, 희생층(140)의 일부(예컨대, 캐비티 영역)을 제거하기 위해 불소(F), 염소(Cl) 등의 할라이드계 에칭가스를 이용하는 경우, 멤브레인층(150)은 상기한 에칭가스와 반응성이 낮은 재질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 멤브레인층(150)은 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한 멤브레인층(150)은 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 중 적어도 하나의 재질을 함유하는 유전체층(Dielectric layer)으로 이루어지거나, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 백금(Pt), 갈륨(Ga), 하프늄(Hf) 중 적어도 하나의 재질을 함유하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
멤브레인층(150) 상에는 질화 알루미늄(AlN)으로 제조되는 시드층(미도시)이 형성될 수 있다. 구체적으로 시드층은 멤브레인층(150)과 제1 전극(121) 사이에 배치될 수 있다. 시드층은 AlN 이외에도 HCP 구조를 가지는 유전체 또는 금속을 이용하여 형성될 수 있다. 금속일 경우, 예를 들어 시드층은 티타늄(Ti)으로 형성될 수 있다.
공진부(120)는 제1 전극(121), 압전층(123), 및 제2 전극(125)을 포함한다. 공진부(120)는 아래에서부터 제1 전극(121), 압전층(123), 및 제2 전극(125)이 순서대로 적층된다. 따라서 공진부(120)에서 압전층(123)은 제1 전극(121)과 제2 전극(125) 사이에 배치된다.
공진부(120)는 멤브레인층(150) 상에 형성되므로, 결국 기판(110)의 상부에는 멤브레인층(150), 제1 전극(121), 압전층(123) 및 제2 전극(125)이 차례로 적층되어 공진부(120)를 형성한다.
공진부(120)는 제1 전극(121)과 제2 전극(125)에 인가되는 신호에 따라 압전층(123)을 공진시켜 공진 주파수 및 반공진 주파수를 발생시킬 수 있다.
공진부(120)는 제1 전극(121), 압전층(123), 및 제2 전극(125)이 순차적으로 적층된 중앙부(S), 그리고 삽입층(170)이 개재되는 확장부(E)로 구분될 수 있다.
중앙부(S)는 공진부(120)의 중심에 배치되는 영역이고 확장부(E)는 중앙부(S)의 둘레를 따라 배치되는 영역이다. 따라서 확장부(E)는 중앙부(S)에서 외측으로 연장되는 영역을 의미한다.
삽입층(170)은 중앙부(S)에서 멀어질수록 두께가 두꺼워지는 경사면(L)을 구비한다. 확장부(E)에서 압전층(123)과 제2 전극(125)은 일부가 삽입층(170) 상에 배치된다. 따라서 확장부(E)에 위치한 압전층(123)과 제2 전극(125)은 삽입층(170)의 경사면(L)형상을 따라 형성되는 경사면을 구비한다.
한편, 본 실시예에서는 확장부(E)가 공진부(120)에 포함되는 것으로 정의하고 있으며, 이에 따라 확장부(E)에서도 공진이 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 확장부(E)의 구조에 따라 확장부(E)에서는 공진이 이루어지지 않고 중앙부(S)에서만 공진이 이루어질 수도 있다.
제1 전극(121) 및 제2 전극(125)은 도전체로 형성될 수 있으며, 예를 들어 금, 몰리브덴, 루테늄, 이리듐, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 탄탈륨, 크롬, 니켈 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하는 금속으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
공진부(120)에서 제1 전극(121)은 제2 전극(125)보다 넓은 면적으로 형성되며, 제1 전극(121) 상에는 제1 전극(121)의 외곽을 따라 제1 금속층(180)이 배치된다. 따라서 제1 금속층(180)은 제2 전극(125)과 일정 거리 이격 배치되며, 공진부(120)를 둘러 싸는 형태로 배치될 수 있다.
제1 전극(121)은 멤브레인층(150) 상에 배치되므로 전체적으로 편평하게 형성된다. 반면에 제2 전극(125)은 압전층(123)과 상부 삽입층(170b) 상에 배치되므로, 확장부(E) 내에서 압전층(123)과 상부 삽입층(170b)의 형상에 대응하여 굴곡이 형성될 수 있다.
제2 전극(125)은 중앙부(S) 내에 전체적으로 배치되며, 확장부(E)에 부분적으로 배치된다. 이에, 제2 전극(125)은 후술되는 압전층(123)의 압전부(123a) 상에 배치되는 부분과, 확장부(E) 내에서 압전층(123)의 굴곡부(123b) 상에 배치되는 부분, 그리고 확장부(E) 내에서 후술되는 상부 삽입층(170b) 상에 배치되는 부분으로 구분될 수 있다.
또한 압전층(123)의 경사부(1231) 상에 배치되는 부분은 경사부(1231)의 경사면보다 작은 면적으로 형성된다 마찬가지로,
압전층(123)은 제1 전극(121)과 후술되는 하부 삽입층(170a) 상에 형성된다.
본 실시예에 있어서 압전층(123)은 질화 알루미늄(AlN)으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 압전층(123)의 재료로는 산화 아연(ZnO), 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride), 지르콘 티탄산 납(Lead Zirconate Titanate), 쿼츠(Quartz) 등이 선택적으로 이용될 수 있다. 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride) 경우 희토류 금속(Rare earth metal), 전이 금속, 또는 알칼리 토금속(alkaline earth metal)을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 희토류 금속은 스칸듐(Sc), 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 전이 금속은 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 탄탈륨(Ta), 및 니오븀(Nb) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 알칼리 토금속은 마그네슘(Mg)을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 압전층(123)은 중앙부(S)에 배치되는 압전부(123a), 그리고 확장부(E)에 배치되는 굴곡부(123b)를 포함한다.
압전부(123a)는 제1 전극(121)의 상부면에 직접 적층되는 부분이다. 따라서 압전부(123a)는 제1 전극(121)과 제2 전극(125) 사이에 개재되어 제1 전극(121), 제2 전극(125)과 함께 편평한 형태로 형성된다.
굴곡부(123b)는 압전부(123a)에서 외측으로 연장되어 확장부(E) 내에 위치하는 영역 중 후술되는 하부 삽입층(170a)에 의해 융기되는 영역으로 정의될 수 있다.
따라서 굴곡부(123b)는 후술되는 하부 삽입층(170a) 상에 배치되며, 하부 삽입층(170a)의 형상을 따라 굴곡진 형태로 형성된다. 이에 압전층(123)은 압전부(123a)와 굴곡부(123b)의 경계에서 굴곡되며, 굴곡부(123b)는 하부 삽입층(170a)의 두께와 형상에 대응하여 융기된다.
굴곡부(123b)는 경사부(1231)와 연장부(1232)로 구분될 수 있다.
경사부(1231)는 후술되는 하부 삽입층(170a)의 경사면(L)에 의해 경사지게 형성되는 부분을 의미한다. 그리고 연장부(1232)는 경사부(1231)에서 외측으로 연장되는 부분을 의미한다.
경사부(1231)는 상부면이 하부 삽입층(170a) 경사면(L)과 평행하게 형성되며, 이에 경사부(1231)의 경사각은 하부 삽입층(170a) 경사면(L)의 경사각(θ)과 동일하게 형성될 수 있다.
삽입층(170)은 중앙부(S)의 주변에 위치하며 제2 전극(125) 하부에 배치된다.
따라서 삽입층(170)은 중앙부(S)를 제외한 영역 전체에 배치되거나, 일부 영역에 배치될 수 있다.
본 실시예의 삽입층(170)은 금속 재질로 구성되며, 서로 이격 배치되는 하부 삽입층(170a)과 상부 삽입층(170b)을 포함한다. 따라서 이하의 설명에서 삽입층(170)은 하부 삽입층(170a)과 상부 삽입층(170b)을 모두 포함하는 개념으로 사용된다.
본 실시예에서 하부 삽입층(170a)은 전체가 제1 전극(121) 상에 배치된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 제1 전극(121)의 외측으로 연장 배치될 수 있다. 이 경우 하부 삽입층(170a)은 멤브레인층(150)과 식각 방지부(145)의 표면에도 배치될 수 있다.
하부 삽입층(170a)은 중앙부(S)의 둘레 중 상부 삽입층(170b)이 배치되지 않은 영역에 배치되어 압전층(123)의 굴곡부(123b)를 지지한다. 따라서 하부 삽입층(170a)은 적어도 일부가 압전층(123)과 제1 전극(121) 사이에 배치된다.
압전층(123)의 굴곡부(123b)는 하부 삽입층(170a)의 형상을 따라 경사부(1231)와 연장부(1232)로 구분될 수 있다.
또한 하부 삽입층(170a)은 제1 전극(121)과 제1 금속층(180) 사이에 배치된다. 따라서 하부 삽입층(170a)은 확장부(E) 부분에서 제1 전극(121)과 제1 금속층(180) 사이의 전기적인 경로를 확장한다.
이러한 구성은 확장부(E)나 그 주변에서 제1 전극(121)의 배선 저항을 낮출 수 있다. 따라서 음향 공진기의 삽입 손실(Insertion Loss)를 줄일 수 있다.
상부 삽입층(170b)은 제2 전극(125)과 압전층(123) 사이에 배치되며, 확장부(E)에 배치되는 제2 전극(125)과 접촉하도록 적층배치된다.
본 실시예에서 상부 삽입층(170b)은 압전층(123) 상에 형성되며, 상부 삽입층(170b)의 상부면에는 제2 전극(125)이 적층 배치된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 상부 삽입층(170b)을 제2 전극(125)과 보호층(127) 사이에 적층 배치하는 것도 가능하다.
또한 상부 삽입층(170b)은 일측이 제2 금속층(190)과 연결된다. 따라서 상부 삽입층(170b)은 확장부(E) 부분에서 제2 전극(125)과 제2 금속층(190) 사이의 전기적인 경로를 확장한다.
이러한 구성은 확장부(E)나 그 주변에서 제2 전극(125)의 배선 저항을 낮출 수 있다. 따라서 음향 공진기의 삽입 손실(Insertion Loss)를 줄일 수 있다.
이와 같이 구성되는 삽입층(170)은 중앙부(S)에서 멀어질수록 두께가 두꺼워지는 형태로 형성된다. 이로 인해 삽입층(170)은 중앙부(S)와 인접하게 배치되는 측면이 일정한 경사각(θ)을 갖는 경사면(L)으로 형성된다.
삽입층(170) 측면의 경사각(θ)이 5°보다 작게 형성되면, 이를 제조하기 위해서는 삽입층(170)의 두께를 매우 얇게 형성하거나 경사면(L)의 면적을 과도하게 크게 형성해야 하므로, 실질적으로 구현이 어렵다.
또한 삽입층(170) 측면의 경사각(θ)이 70°보다 크게 형성되면, 삽입층(170) 상에 적층되는 압전층(123)이나 제2 전극(125)의 경사각도 70°보다 크게 형성된다. 이 경우 경사면(L)에 적층되는 압전층(123)이나 제2 전극(125)이 과도하게 굴곡되므로, 굴곡 부분에서 크랙(crack)이 발생될 수 있다.
따라서, 본 실시예에서 상기 경사면(L)의 경사각(θ)은 5°이상, 70°이하의 범위로 형성된다.
한편, 본 실시예에서 압전층(123)의 경사부(1231)는 삽입층(170)의 경사면(L)을 따라 형성되며 이에 삽입층(170)의 경사면(L)과 동일한 경사각으로 형성된다. 따라서 경사부(1231)의 경사각도 삽입층(170)의 경사면(L)과 마찬가지로 5°이상, 70°이하의 범위로 형성된다. 이러한 구성은 삽입층(170)의 경사면(L)에 적층되는 제2 전극(125)에도 동일하게 적용됨은 물론이다.
또한 하부 삽입층(170a)의 경사각과 상부 삽입층(170b)의 경사각은 서로 다르게 구성될 수 있다. 그러나 모두 상기한 범위에 포함되도록 형성된다.
본 실시예의 하부 삽입층(170a)은 음향 임피던스(Acoustic Impedance)가 인접 배치되는 다른 구성 요소들보다 낮은 재질로 구성된다. 구체적으로, 하부 삽입층(170a)은 압전층(123)과 제1, 제2 전극들(121, 125)보다 음향 임피던스가 작은 재질이 이용된다.
예를 들어, 본 실시예에 따른 음향 공진기는 공진 주파수 4.9GHz 구현을 위해서는 제2 전극을 두께 1000Å인 몰리브덴(Mo)으로 구성하고, 압전체는 두께 4000Å인 질화알루미늄(AlN)으로 구성하며, 제1 전극은 두께 1200Å인 몰리브덴(Mo)으로 구성할 수 있다.
이러한 경우, 제1 전극(121)에 접합된 금속 재질의 하부 삽입층(170a)은 저항이 낮고, 음향 임피던스가 압전층(123) 재질이나 제1 전극(121) 재질에 비하여 상대적으로 낮은 재질이어야 하므로, 알루미늄(Al)이나 알루미늄(Al) 계열이 유리하고, 두께는 약 1000Å~6000Å의 범위로 구성할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
상부 삽입층(170b)은 제1 삽입층과 동일한 재질로 구성될 수 있다. 또한 상부 삽입층(170)은 전기 저항이 낮은 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 금(Au), 백금(Pt) 등으로 형성하는 것도 가능하다. 상부 삽입층(170b)의 두께는 하부 삽입층(170a)과 유사하게 약 1000Å~6000Å의 범위로 형성될 수 있다.
공진부(120)는 빈 공간으로 형성되는 캐비티(C)를 통해 기판(110)과 이격 배치된다.
캐비티(C)는 음향 공진기 제조 과정에서 에칭 가스(또는 에칭 용액)을 유입 홀(도 1의 H)로 공급하여 희생층(140)의 일부를 제거함으로써 형성될 수 있다.
보호층(127)은 음향 공진기(100)의 표면을 따라 배치되어 음향 공진기(100)를 외부로부터 보호한다. 보호층(127)은 제2 전극(125), 압전층(123)의 굴곡부(123b)가 형성하는 표면을 따라 배치될 수 있다.
보호층(127)은 실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열, 알루미늄 옥사이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열 중의 어느 하나의 절연 물질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
보호층(127)은 하나의 층으로 형성될 수 있으나, 필요에 따라 재질이 다른 2개의 층을 적층하여 형성하는 것도 가능하다.
한편, 제1 전극(121)과 제2 전극(125)은 공진부(120)의 외측으로 연장될 수 있다. 그리고 연장 형성된 부분의 상부면에는 각각 제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)이 배치될 수 있다.
제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)은 금(Au), 금-주석(Au-Sn) 합금, 구리(Cu), 구리-주석(Cu-Sn) 합금 등의 재질로 이루어질 수 있다.
제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)은 기판(110) 상에서 본 실시예에 따른 음향 공진기의 전극(121, 125)과, 인접하게 배치된 다른 음향 공진기의 전극을 전기적으로 연결하는 연결 배선으로 기능하거나, 외부 접속용 단자로 기능할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다. 도 2를 참조하면 제2 금속층(190)은 상부 삽입층(170b) 상에 배치된 제2 전극(125)과, 압전층(123) 하부에 배치된 제3 전극(129)과 연결한다. 여기서 제3 전극(129)은 제1 전극(121)과 함께 제조되는 전극으로, 제1 전극(121)과 동일한 재질로 형성되며 제1 전극(121)과 동일한 평면상에 배치될 수 있다. 이러한 제3 전극(129)은 기판(110) 상에서 인접하게 배치되는 다른 음향 공진기(미도시)의 제1 전극 또는 제2 전극과 연결될 수 있다.
제1 금속층(180)은 보호층(127)을 관통하여 제1 전극(121)에 접합된다.
또한 공진부(120)에서 제1 전극(121)은 제2 전극(125)보다 넓은 면적으로 형성되며, 제1 전극(121)의 둘레 부분에는 제1 금속층(180)이 형성된다.
따라서, 제1 금속층(180)은 공진부(120)의 둘레를 따라 배치되며, 이에 제2 전극(125)을 둘러싸는 형태로 배치된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 음향 공진기는, 삽입층(170)에 의해 공진부(120)의 확장부(E)가 중앙부(S)보다 두꺼운 두께로 형성되므로, 중앙부(S)에서 발생한 진동이 외곽으로 빠져 나가는 것을 억제하여 음향 공진기의 Q-factor를 증가시킬 수 있다.
또한 제2 전극(125)을 확장부(E)에 부분적으로 배치함으로써, 비약적으로 개선된 공진 성능을 제공할 수 있다.
또한 삽입층(170)을 금속 재질(또는 도전성 재질)로 형성하여 음향 공진기의 중앙부(S, 즉 Active Area) 경계 부분에 배치하므로, 중앙부(S)의 경계 부분에서 제1 전극(121)이나 제2 전극(125)의 전기적인 경로를 확장한다. 이에 제1 전극(121)과 제2 전극(125)의 배선 저항을 낮출 수 있어 음향 공진기의 삽입 손실을 줄일 수 있다.
더하여, 절연 재질로 삽입층(170)을 구성하는 선행기술문헌의 음향 공진기에 비해, 본 실시예와 같이 금속 재질로 삽입층(170)을 구성하는 경우, 온도 변화가 13.4% 더 작은 것으로 측정되어 상대적으로 방열 특성이 우수함을 확인하였다.
이어서 본 실시예에 따른 음향 공진기의 제조 방법을 설명한다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기 제조 방법은 먼저 기판(110) 상에 절연층(115), 및 희생층(140)을 형성하고, 희생층(140)을 관통하는 패턴(P)을 형성한다. 따라서 절연층(115)은 패턴(P)을 통해 외부로 노출된다.
절연층(115)은 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 질화실리콘(SiN) 또는 산화실리콘(SiO2) 등으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
희생층(140)에 형성되는 패턴(P)은 측면이 경사지도록 형성된다. 이에 추후에 패턴(P) 내에 형성되는 식각 방지부(145)와 희생층(140)의 경계에서 가파른(Abrupt) 단차가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한 패턴(P)은 상면의 폭이 하면의 폭 보다 넓은 사다리꼴 형태의 단면을 갖도록 형성될 수 있다. 이에 디슁(Dishing) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 패턴(P)의 단면은 하면과 측면이 이루는 각도가 110° ~ 160° 일 수 있고, 하면의 폭은 2㎛ ~ 30㎛로 형성될 수 있다.
희생층(140)은 추후의 식각 공정을 통해 일부가 제거되어 캐비티(도 2의 C)를 형성한다. 따라서 희생층(140)은 식각에 용이한 폴리실리콘 또는 폴리머 등의 재질이 이용될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 희생층(140) 상에 멤브레인층(150)을 형성한다. 멤브레인층(150)은 희생층(140)이 표면을 따라 일정한 두께로 형성된다. 멤브레인층(150)의 두께는 희생층(140)의 두께 보다 얇을 수 있다.
멤브레인층(150)은 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 중 적어도 하나의 재질을 함유하는 유전체층(Dielectric layer) 또는 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 백금(Pt), 갈륨(Ga), 하프늄(Hf) 중 적어도 어느 하나의 재질을 함유하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도시되어 있지 않지만, 멤브레인층(150) 상에 시드층이 형성될 수 있다.
시드층은 멤브레인층(150)과 후술되는 제1 전극(121) 사이에 배치될 수 있다. 시드층은 질화 알루미늄(AlN)으로 제조될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 HCP 구조를 가지는 유전체 또는 금속을 이용하여 형성할 수도 있다. 예를 들어 금속으로 시드층을 형성하는 경우 시드층은 티타늄(Ti)으로 형성될 수 있다.
이어서, 멤브레인층(150) 상에 식각 방지층(145a)을 형성한다. 식각 방지층(145a)은 패턴(P)의 내부에도 충진된다.
식각 방지층(145a)은 패턴(P)을 완전히 채우는 두께로 형성된다. 따라서 식각 방치층(145a)은 희생층(140)보다 두껍게 형성될 수 있다.
식각 방지층(145a)은 절연층(115)과 동일한 재료로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 멤브레인층(150)이 외부로 노출되도록 식각 방지층(145a)을 제거한다.
이때 패턴(P)의 내부에 충진된 부분은 남겨지며, 남겨진 식각 방지층(145a)은 식각 방지부(145)로 기능한다.
이어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 멤브레인층(150) 상면에 제1 전극(121)과 제3 전극(129)을 형성한다.
본 실시예에 있어서 제1 전극(121)과 제3 전극(129)은 도전체로 형성될 수 있으며, 예를 들어 금, 몰리브덴, 루테늄, 이리듐, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 탄탈륨, 크롬, 니켈 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하는 금속으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(121)은 캐비티(도 2의 C)가 형성될 영역의 상부에 형성된다.
제1 전극(121)과 제3 전극(129)은 멤브레인층(150) 전체를 덮는 형태로 도전체층을 형성한 후, 불필요한 부분을 제거함으로써 일괄적으로 형성할 수 있다.
이어서, 하부 삽입층(170a)을 형성한다. 하부 삽입층(170a)은 제1 전극(121) 상에 형성되며, 필요에 따라 멤브레인층(150)의 상부로 확장될 수 있다.
하부 삽입층(170a)은 멤브레인층(150)과 제1 전극(121), 그리고 식각 방지부(145)가 형성하는 표면 전체를 덮도록 도전성 물질을 증착한 후, 불필요한 부분을 제거하는 패터닝 공정을 통해 완성될 수 있다.
이에 따라 중앙부(도 2의 S)에는 하부 삽입층(170a)이 배치되지 않는다. 본 실시예에서 하부 삽입층(170a)은 전체가 제1 전극(121) 상에 적층되는 경우를 예로 들고 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 전극(121)의 형상이 변경되는 경우, 하부 삽입층(170a)은 적어도 일부가 멤브레인층(150)이나 식각 방지부(145) 상에 적층될 수 있다.
중앙부(S)와 인접하게 배치되는 하부 삽입층(170a)의 측면은 경사면(도 2의 L)으로 형성된다. 하부 삽입층(170a)은 중앙부(S) 측으로 갈수록 두께가 얇아지는 경사면(L)을 구비하며, 이에 하부 삽입층(170a)의 하부면은 하부 삽입층(170a)의 상부면보다 중앙부(S) 측으로 더 확장된 형태로 형성된다. 하부 삽입층(170a) 경사면(L)의 경사각은 전술한 바와 같이 5°~ 70°의 범위로 형성될 수 있다.
하부 삽입층(170a)은 금속 재질로 구성되며, 음향 임피던스가 압전층(123)과 제1 전극(121)보다 낮은 재질이 이용된다. 전술한 바와 같이, 압전층(123)으로 질화 알루미늄(AlN)을 이용하는 경우, 하부 삽입층(170a)은 알루미늄이나 알루미늄 합금 재질로 형성될 수 있다.
이어서, 제1 전극(121)과 하부 삽입층(170a) 상에 압전층(123)을 형성한다. 압전층(123)은 질화 알루미늄(AlN)으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 산화 아연(ZnO), 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride), 지르콘 티탄산 납(Lead Zirconate Titanate), 쿼츠(Quartz) 등이 선택적으로 이용될 수 있다. 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride) 경우 희토류 금속(Rare earth metal), 전이 금속, 또는 알칼리 토금속(alkaline earth metal)을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 희토류 금속은 스칸듐(Sc), 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 전이 금속은 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 탄탈륨(Ta), 및 니오븀(Nb) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 알칼리 토금속은 마그네슘(Mg)을 포함할 수 있다.
압전층(123)은 제1 전극(121)과 하부 삽입층(170a) 등이 형성하는 표면 전체에 압전 물질을 형성한 후, 불필요한 부분을 부분적으로 제거함에 따라 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 제2 전극(125)을 형성하는 과정에서 제2 전극(125)과 함께 압전 물질의 불필요한 부분을 제거하여 압전층(123)을 완성한다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 전극(125) 형성 전에 압전 물질의 불필요한 부분을 제거하여 압전층(123)을 완성하는 것도 가능하다.
압전층(123)은 제1 전극(121)과 하부 삽입층(170a) 상에 적층되므로, 제1 전극(121)과 하부 삽입층(170a)이 이루는 표면의 형상을 따라 형성된다.
이에 도 2에 도시된 바와 같이 제1 전극(121) 상에 적층되는 부분은 압전부(123a)를 구성하고, 하부 삽입층(170a) 상에 적층되는 부분은 굴곡부(123b)를 형성한다.
이어서 압전층(123) 상에 상부 삽입층(170b)을 형성한다. 상부 삽입층(170b)은 하부 삽입층(170a)과 동일한 재질로 구성될 수 있으며, 이 경우 상부 삽입층(170b)은 하부 삽입층(170a)과 동일한 방법으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 압전층(123)과 상부 삽입층(170b)의 상부에 제2 전극(125)을 형성한다. 제2 전극(125)은 도전체로 형성되며, 예를 들어 금, 몰리브덴, 루테늄, 이리듐, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 탄탈륨, 크롬, 니켈 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하는 금속으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 전극(125)은 압전층(123)과 상부 삽입층이 형성하는 표면 전체에 도전층을 형성한 후, 식각 등의 방식으로 불필요한 부분을 제거함으로써 도 5에 도시된 형태를 형성할 수 있다. 이 과정에서 압전층(123)의 불필요한 부분을 제거하는 공정도 함께 수행될 수 있다.
이어서, 보호층(127)을 형성한다.
보호층(127)은 제2 전극(125)과 압전층(123), 상부 삽입층(170b)이 형성하는 표면을 따라 형성된다.
보호층(127)은 실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열, 알루미늄 옥사이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열 중의 하나의 절연 물질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 보호층(127)을 부분적으로 제거하여 제1 전극(121)과 제2 전극(125)을 부분적으로 노출시키고, 노출된 부분에 각각 제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)을 형성하여 도 2에 도시된 음향 공진기(100)를 완성한다.
보호층(127)을 제거하는 과정에서 제1 전극(121)과 제2 전극(125)뿐만 아니라, 하부 삽입층(170a)과 상부 삽입층(170b), 제3 전극(129)도 부분적으로 노출된다. 따라서 제1 금속층(180)은 제1 전극(121)과 하부 삽입층(170a) 상에 형성되고, 제2 금속층(190)은 제2 전극(125), 상부 삽입층(170b), 제3 전극(129) 상에 형성되어 상호 간을 전기적으로 연결한다.
제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)은 금(Au), 금-주석(Au-Sn) 합금, 구리(Cu), 구리-주석(Cu-Sn) 합금 등의 재질로 이루어질 수 있고, 증착 등의 방식으로 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 캐비티(C)를 형성한다.
캐비티(C)는 희생층(140)에서 식각 방지부(145)의 내부에 위치한 부분을 제거함에 따라 형성되며, 이에 도 2에 도시된 음향 공진기(100)가 완성된다. 캐비티(C)는 에칭 가스(또는 에칭 용액)을 유입 홀(도 1의 H)로 공급하여 희생층(140)의 일부를 제거함으로써 형성될 수 있다.
희생층(140)이 폴리실리콘 또는 폴리머 등의 재질로 형성되는 경우, 희생층(140)은 불소(F), 염소(Cl) 등의 할라이드계의 에칭가스(예컨대, XeF2)를 이용하는 건식 식각(dry etching) 방법을 통해 제거될 수 있다.
한편 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며 다양한 변형이 가능하다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 음향 공진기는 상부 삽입층(170b)이 제2 전극(125)과 보호층(127) 사이에 배치된다. 보다 구체적으로, 상부 삽입층(170b)은 제2 전극(125)의 상면에 형성되며, 상부 삽입층(170b)의 상면에는 보호층(127)이 적층된다.
이와 같이 구성되는 본 실시예의 음향 공진기는 제2 전극(125)을 완성한 이후 제2 전극(125) 상에 상부 삽입층(170b)을 적층하여 제조할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 9는 도 8의 상부 삽입층을 확대하여 도시한 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 음향 공진기는 제2 전극(125)이 중앙부(S) 전체와 확장부(E)에 부분적으로 배치되며, 확장부(E)의 외측으로 연장되지 않는다.
따라서, 확장부(E)에 배치되는 제2 전극(125)의 테두리는 압전층(123)의 경사면(L)이나 상부 삽입층(170b)의 경사면 상에 위치된다.
제2 전극(125)이 공진부(120) 내에만 배치됨에 따라, 제2 전극(125)은 제2 금속층(190)과 이격 배치되며, 이에 제2 전극(125)은 상부 삽입층(170b)을 통해 제2 금속층(190)과 전기적으로 연결된다.
또한 도 9를 참조하면 본 실시예의 상부 삽입층(170b)은 중앙부(도 2의 S) 경계면(R)에서 일정 거리(w1) 이격 배치된다.
확장부(E)는, 중앙부(S)와의 수직 경계면(R)과 상부 삽입층(170b) 사이의 영역으로 규정되는 제1 반사 영역(이하, w1 영역) 및 제1 반사 영역의 외측에 위치하며, 상부 삽입층(170b)과 제2 전극(125)이 함께 배치되는 영역으로 규정되는 제2 반사 영역(이하, w2 영역)을 포함한다.
본 실시예에서 제2 전극(125) 중 상부 삽입층(170b) 상에 배치되는 부분은 상부 삽입층(170b)의 경사면(L) 중 일부 영역에만 배치된다.
이때, w1 영역에는 상부 삽입층(170b)이 배치되지 않는다. 그러나 w1 영역에서 제2 전극(125)은 상부 삽입층(170b)의 형상으로 인해 의해 융기된다. 따라서 w1 영역은 중앙부(S)에 비해 두께가 확장되므로 w1 영역은 중앙부(S)보다 음향 임피던스가 증가하게 된다.
또한 w2 영역은 w1 영역에 비해 상부 삽입층(170b)을 더 포함하는 영역으로, 제2 전극(125)과 압전층(123) 사이에 상부 삽입층(170b)이 삽입 배치된다. 전술한 바와 같이 상부 삽입층(170b)은 압전층(123)이나 제2 전극(125)에 비하여 음향 임피던스가 작은 금속 재질로 구성되므로, w2 영역은 w1 영역에 비해 음향 임피던스가 작아진다.
이 경우, 중앙부(S), w1 영역, w2 영역이 소/밀/소 구조로 형성되므로 수평파를 공진부(120) 안쪽으로 반사시키는 반사 계면이 증가된다. 따라서 대부분의 수평파(lateral wave)가 공진부(120)의 외부로 빠져나가지 못하고 공진부(120) 내부로 반사되어 들어와 감쇄(attenuation) 특성이 향상된다.
본 실시예에서 음향 공진기의 감쇄(Attenuation)가 크다는 의미는 수평파(lateral wave)가 공진부(120) 외곽으로 빠져나감에 따라 발생하는 손실(loss)이 적다는 것을 의미하며, 결론적으로 음향 공진기의 성능이 좋아짐을 의미한다.
한편, w1과 w2는 수평파 파장(λ)의 n/4배가 될 때 반사 효율이 높아진다. 이에, 반사 효율을 높이기 위해, 수평파(Lateral Wave)의 파장을 고려하여 w1 영역의 폭과 w2 영역의 폭은 조절될 수 있다.
이상에서 설명한 도 9에 도시된 구성은 본 실시예에 한정되지 않으며, 다른 실시예들에도 모두 적용될 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 11은 도 10의 하부 삽입층을 확대하여 도시한 도면이다.
도 10에 도시된 음향 공진기는 하부 삽입층(170a)만을 구비한다. 또한 하부 삽입층(170a)은 중앙부(도 2의 S)와 확장부의 수직 경계면(R)에서 일정 거리(w1) 이격 배치된다. 또한 제2 전극(125) 중 압전층(123)의 경사부(1231) 상에 배치되는 부분은 경사부(1231)의 경사면 중 일부에만 배치된다
또한 도 11을 참조하면, 전술한 실시예와 마찬가지로, w1 영역에 하부 삽입층(170a)이 배치되지 않지만, w1 영역에서 제2 전극(125)은 하부 삽입층(170a)의 형상을 따라 융기된다. 따라서 w1 영역은 중앙부(S)에 비해 두께가 확장되므로 w1 영역은 중앙부(S)보다 음향 임피던스가 증가하게 된다.
또한 w2 영역은 w1 영역에 비해 하부 삽입층(170a)을 더 포함하는 영역으로, 제1 전극(121)과 압전층(123) 사이에 하부 삽입층(170b)이 삽입 배치된다. 전술한 바와 같이 상부 삽입층(170b)은 압전층(123)이나 제1 전극(121)에 비하여 음향 임피던스가 작은 금속 재질로 구성되므로, w2 영역은 w1 영역에 비해 음향 임피던스가 낮아진다.
이에 전술한 도 9의 경우와 마찬가지로, 중앙부(S), w1 영역, w2 영역이 소/밀/소 구조로 형성되므로 수평파를 공진부(120) 안쪽으로 반사시키는 반사 계면이 증가된다. 따라서 대부분의 수평파(lateral wave)가 공진부(120)의 외부로 빠져나가지 못하고 공진부(120) 내부로 반사되어 들어와 감쇄(attenuation) 특성이 향상된다.
도 11의 구성은 본 실시예에 한정되지 않으며, 다른 실시예들에도 모두 적용될 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 음향 공진기는 절연 삽입층(171)과 하부 삽입층(172)을 포함한다.
본 실시예에서 절연 삽입층(171)은 확장부(E)의 두께를 중앙부(S)보다 두껍게 형성하기 위해 구비된다. 그리고 하부 삽입층(172)은 중앙부(S)의 경계 부분(즉 확장부)에서 제1 전극(121)이나 제2 전극(125)의 전기적인 경로를 확장하는 데에 이용된다.
따라서 절연 삽입층(171)은 작은 음향 임피던스를 갖도록 도전성 재질이 아닌, 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(SiN), 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO)등의 유전체로 형성될 수 있으나, 압전층(123)과는 다른 재질로 형성된다.
하부 삽입층(172)은 제1 전극(121)의 하부에 배치되는 제1 삽입층(172a)과, 제3 전극(129)의 하부에 배치되는 제2 삽입층(172b)을 포함한다. 여기서, 제2 전극(125)은 제2 삽입층(172b)에 직접 연결되지 않고 제2 금속층(190)과 제3 전극(129)을 통해 간접적으로 제2 삽입층(172b)에 연결된다. 이에, 제2 삽입층(172b)은 제2 금속층(190)과 제3 전극(129)이 연결되는 부분의 전기적인 경로를 확장한다.
하부 삽입층(172)은 금속 재질로 구성될 수 있다. 예컨대, 하부 삽입층(172)은 금, 몰리브덴, 루테늄, 이리듐, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 탄탈륨, 크롬, 니켈 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하는 금속으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예의 음향 공진기는 공진부(120)의 중심을 기준으로 하부 삽입층(172)이 절연 삽입층(171)보다 먼 위치에 배치된다.
한편, 하부 삽입층(172)은 제1 전극(121)의 상면 즉, 압전층(123)과 절연 삽입층(171) 사이에 배치될 수도 있다.
이와 같이 구성되는 본 실시예의 음향 공진기는 절연 삽입층(171)과 하부 삽입층(172) 간의 거리(수평 거리)를 조절하면 반공진점에서의 발생한 수평파(Lateral Wave)의 반사 성능을 추가로 향상시킬 수 있으므로 감쇄(Attenuation) 성능을 추가적으로 높일 수 있다.
본 실시예에서 음향 공진기의 감쇄(Attenuation)가 크다는 의미는 수평파(lateral wave)가 공진부(120) 외곽으로 빠져나감에 따라 발생하는 손실(loss)이 적다는 것을 의미하며, 결론적으로 음향 공진기의 성능이 좋아짐을 의미한다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 13은 도 12의 변형 예로, 본 실시예의 음향 공진기는 절연 삽입층(171)과 하부 삽입층(172), 상부 삽입층(173)을 포함한다.
절연 삽입층(171)과 하부 삽입층(172)은 전술한 실시예와 동일하게 구성되므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상부 삽입층(173)은 제2 전극(125)의 상부나 하부에 적층되어 제2 전극(125)과 제2 금속층(190) 간의 전기적인 경로를 확장한다. 따라서 본 실시예에서 제2 전극(125)의 전기적인 경로는 상부 삽입층(173)과 제2 삽입층(172b)에 의해 2곳에서 확장될 수 있다.
본 실시예의 음향 공진기는 멤브레인층(150) 상에 하부 삽입층(172), 제1 전극(121), 절연 삽입층(171), 압전층(123), 제2 전극(125), 상부 삽입층(173), 보호층(127), 및 제1, 제2 금속층(180, 190)을 순차적으로 적층함으로써 제조될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다. 또한 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수 있다.
100: 음향 공진기
110: 기판
120: 공진부
121: 제1 전극
123: 압전층
125: 제2 전극
127: 보호층
140: 희생층
150: 멤브레인층
170: 삽입층
171: 절연 삽입층
170a, 172: 하부 삽입층
170b, 173: 상부 삽입층
110: 기판
120: 공진부
121: 제1 전극
123: 압전층
125: 제2 전극
127: 보호층
140: 희생층
150: 멤브레인층
170: 삽입층
171: 절연 삽입층
170a, 172: 하부 삽입층
170b, 173: 상부 삽입층
Claims (16)
- 기판;
상기 기판 상에 제1 전극, 압전층, 제2 전극이 순차적으로 적층된 중앙부와, 상기 중앙부의 둘레를 따라 배치되는 확장부로 구성되는 공진부;
상기 공진부의 외측에 배치되어 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 금속층;
상기 공진부의 외측에 배치되어 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 금속층; 및
상기 확장부에 배치되며 상기 제2 전극의 상부면 또는 하부면에 적층 배치되어 상기 제2 전극과 상기 제2 금속층 간의 전기적인 경로를 확장하는 상부 삽입층;
을 포함하며,
상기 확장부에서 상기 제1 전극의 상부면 또는 하부면에는 하부 삽입층이 적층 배치되고,
상기 압전층은,
상기 중앙부 내에 배치되는 압전부와, 상기 확장부 내에 배치되고 상기 하부 삽입층의 형상을 따라 상기 압전부에서 경사지게 연장되는 굴곡부를 포함하며,
상기 하부 삽입층은 도전성 재질로 형성되어 상기 제1 전극과 상기 제1 금속층 간의 전기적인 경로를 확장하는 음향 공진기.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 하부 삽입층은 상기 압전층과 상기 제1 전극보다 음향 임피던스가 작은 재질로 형성되는 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 압전층은 질화알루미늄(AlN)으로 구성되고, 상기 제1 전극은 몰리브덴(Mo)으로 구성되며, 상기 하부 삽입층은 알루미늄(Al) 또는 알루미늄(Al) 합금으로 구성되는 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 하부 삽입층은 상기 중앙부의 경계로부터 일정 거리 이격 배치되고,
상기 확장부는, 상기 중앙부의 경계와 상기 하부 삽입층 사이의 영역으로 규정되는 제1 반사 영역 및 상기 제1 반사 영역의 외측에 위치하며, 상기 하부 삽입층과 상기 제2 전극이 함께 배치되는 영역으로 규정되는 제2 반사 영역을 포함하는 음향 공진기.
- 제5항에 있어서,
상기 제2 반사 영역은 상기 제1 반사 영역보다 음향 임피던스가 작게 구성되는 음향 공진기.
- 기판;
상기 기판 상에 제1 전극, 압전층, 제2 전극이 순차적으로 적층된 중앙부와, 상기 중앙부의 둘레를 따라 배치되는 확장부로 구성되는 공진부; 및
상기 공진부의 외측에 배치되어 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 금속층;
을 포함하며,
상기 확장부에서 상기 제1 전극의 상부면 또는 하부면에는 하부 삽입층이 적층 배치되고,
상기 압전층은,
상기 중앙부 내에 배치되는 압전부와, 상기 확장부 내에 배치되고 상기 하부 삽입층의 형상을 따라 상기 압전부에서 경사지게 연장되는 굴곡부를 포함하며,
상기 하부 삽입층은 도전성 재질로 형성되어 상기 제1 전극과 상기 제1 금속층 간의 전기적인 경로를 확장하고,
상기 하부 삽입층과 상기 압전층 사이에 배치되어 상기 굴곡부를 융기시키는 절연 삽입층을 더 포함하는 음향 공진기.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 전극은,
상기 제2 금속층과 이격 배치되고, 상기 상부 삽입층을 통해 상기 제2 금속층과 전기적으로 연결되는 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 전극과 동일한 평면상에 배치되며 상기 제1 전극과 이격 배치되는 제3 전극을 더 포함하며,
상기 제2 전극은 상기 제2 금속층을 통해 상기 제3 전극과 전기적으로 연결되는 음향 공진기.
- 기판;
상기 기판 상에 제1 전극, 압전층, 제2 전극이 순차적으로 적층된 중앙부와, 상기 중앙부의 둘레를 따라 배치되는 확장부로 구성되는 공진부; 및
상기 확장부에 배치되고, 상기 제1 전극의 상부면 또는 하부면에는 적층 배치되는 하부 삽입층;
을 포함하며,
상기 하부 삽입층은 상기 중앙부와 상기 확장부의 경계로부터 일정 거리 이격 배치되고,
상기 확장부는 상기 중앙부와 상기 확장부의 경계와 상기 하부 삽입층 사이의 영역으로 규정되는 제1 반사 영역 및 상기 하부 삽입층과 상기 제2 전극이 함께 배치되는 영역으로 규정되는 제2 반사 영역을 포함하고,
상기 하부 삽입층은 상기 압전층과 상기 제1 전극보다 음향 임피던스가 작은 재질로 형성되는 음향 공진기.
- 제10항에 있어서,
상기 압전층은 상기 중앙부 내에 배치되는 압전부와, 상기 확장부 내에 배치되고 상기 하부 삽입층의 형상을 따라 상기 압전부에서 경사지게 연장되는 경사부를 포함하며,
상기 제1 반사 영역과 상기 제2 반사 영역은 상기 경사부 범위 내에 배치되는 음향 공진기.
- 제10항에 있어서,
상기 하부 삽입층은 도전성 재질로 형성되는 음향 공진기.
- 제11항에 있어서,
상기 경사부의 경사각은 같이 5°~ 70°의 범위로 형성되는 음향 공진기.
- 기판을 마련하는 단계; 및
상기 기판 상에 제1 전극, 압전층, 제2 전극을 적층하여 공진부를 형성하는 단계;
를 포함하며,
상기 공진부를 형성하는 단계는,
상기 제1 전극 상부면 또는 하부면에 부분적으로 도전성 재질의 하부 삽입층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 공진부를 형성하는 단계 이후, 상기 하부 삽입층 상에 제1 금속층을 형성하는 단계; 및
상기 공진부의 외측에 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 금속층을 형성하는 단계;
를 포함하며,
상기 공진부를 형성하는 단계는,
상기 제2 전극의 상부면 또는 하부면에 상기 제2 전극과 상기 제2 금속층 간의 전기적인 경로를 확장하는 상부 삽입층을 형성하는 단계;
를 포함하는 음향 공진기 제조 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 공진부는,
상기 기판 상에 제1 전극, 압전층, 제2 전극이 순차적으로 적층된 중앙부와, 상기 중앙부의 둘레를 따라 배치되는 확장부로 구성되고,
상기 하부 삽입층은 상기 확장부에 배치되되 상기 중앙부와 상기 확장부의 경계로부터 일정 거리 이격 배치되는 음향 공진기 제조 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 확장부는,
상기 중앙부와 상기 확장부의 경계와 상기 하부 삽입층 사이의 영역으로 규정되는 제1 반사 영역, 및
상기 제1 반사 영역의 외측에 위치하며, 상기 하부 삽입층과 상기 제2 전극이 함께 배치되는 영역으로 규정되는 제2 반사 영역을 포함하는 음향 공진기 제조 방법.
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