KR20020020850A - 음향 공진기 배치 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

다수의 음향 공진기(217)는 기판(200)내에 공동(204)을 형성하고 박막층(210)으로 공동을 채움으로써 배치 프로세스로 제조된다. 최하부 전극(212), 압전층(214), 및 최상부 전극(216)을 포함하는 FBAR 박막은 각각의 공동(204)와 박막층(210) 위에 형성된다. 그 다음, 기판(200)은 박막화되고, 기판(200)은 스크라이브 및 브레이크 프로세스를 이용하여 다수의 다이스로 분할된다. 그 다음, 박막층(210)이 제거되고, 열적 비아가 FBAR 필터의 하부측과 열을 전달하는 상태에서 FBAR 필터(226)는 패키지(228)에 장착된다. 본 방법은 FBAR 필터로부터의 열 방산의 효율성을 증가시킴으로써 열적 특성을 향상시킨다. 더욱이, FBAR 필터의 표면 위에 흐르는 1차 전류와 FBAR 필터 아래에 있는 접지면에 흐르는 이미지 전류간의 거리를 감소시킴으로써 전자기파의 영향을 감소시킨다.

Description

음향 공진기 배치 처리 방법{ACOUSTIC RESONATOR}
본 발명은 음향 공진기의 제조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전자 회로 용도의 필터로서 사용될 수 있는 공진기의 제조에 관한 것이다.
전자 장비의 비용과 사이즈를 줄이기 위해서는 필터 구성 요소를 계속해서 축소해야 했다. 셀룰러 전화 및 소형 라디오 등의 소비성 전자 장치는 내장되어 있는 부품의 사이즈와 비용에 일부 제한이 있다. 대부분의 이러한 장치는 정밀 주파수로 동조되어야 하는 필터를 이용하고 있다. 따라서, 저가의 소형 필터 유닛을 제공할 필요가 있다.
이러한 조건을 만족할 수 있는 부류의 필터 구성 요소는 음향 공진기로부터 구성된다. 이러한 소자는 박막의 압전(PZ) 물질에서 벌크 수평 음향파를 이용한다. 하나의 간단한 구성으로, 압전 물질층이 두개의 금속 전극사이에 배치된다. 이러한 샌드위치 구조는 주변을 지지함으로써 대기중에서 뜬 상태가 된다. 인가 전압을 통해 두 개의 전극사이에 전계가 발생되는 경우에, 압전 물질은 전기 에너지의 일부를 음파 형태의 기계적인 에너지로 변환한다. 음파는 전계 방향과 동일한 방향으로 진행하고 전극/공기 경계면을 이탈하여 반사한다.
기계적인 공진에서, 이러한 소자는 전자 공진기이기에, 필터로서 사용될 수 있다. 기계적인 공진 주파수는, 이러한 소자에서 진행하는 음파의 1/2 파장이 압전 물질내의 임의의 주어진 위상 음속에 대한 이러한 소자의 총 두께와 동일한 주파수이다. 음속은 광속보다 크기상 상당히 작기 때문에, 최종적인 공진기는 상당히 소형일 수 있다. GHz 범위의 공진기는 100㎛의 직경과 수 ㎛의 두께보다 적은 치수로 구성될 수 있다.
박막 벌크 음향 공진기(FBAR), 적층형의 박막 벌크파 음향 공진기, 및 필터(SBAR)은 1-2 ㎛정도의 두께를 가진 스퍼터링 압전 박막을 포함하고 있다. 최상부와 최하부의 전극은 압전 소자를 통해 전계를 제공하기 위해 전기선의 역할을 하는 압전 소자를 샌드위치한다. 또한, 압전 소자는 전계의 일부를 기계적인 필드로 변환한다. 시간 가변형의 "응력/변형(stress/strain)" 필드는 시간 가변형의 인가 전계에 응답하여 형성할 것이다.
공진기로서 동작하기 위해서는, 샌드위치된 압전 박막은, 이러한 박막내에 음파를 트랩하는 공기/크리스탈 경계면을 제공하기 위해서 대기중에서 뜬 상태로 있다. 이러한 소자는 최하부 전극, 압전층, 최상부 전극을 순서대로 증착시킴으로써 기판 표면상에 보통 제조된다. 따라서, 공기/크리스탈 경계면은 이러한 소자의 최상부에 이미 존재한다. 제 2 공기/크리스탈 경계면은 이러한 소자의 최하부측에 제공되어야 한다. 이러한 제 2 공기/크리스탈 경계면을 얻기 위한 몇가지 방법이 있다. 이러한 방법 중 일부는 본 명세서에서 전체적으로 참조가 되는 루비 등 다수 발명의 미국 특허 제 6,060,818 호에 기재되어 있다.
4인치 직경의 단일 크리스탈 실리콘 웨이퍼와 같은 단일 기판상에 다수의 FBAR를 제조하는 것이 가능하다. 이러한 기판은 그 위에 제조된 다수의 FBAR를 분리시키기 위해 다이싱된다(dicing). 그러나, 기판 절단 프로세스(the process ofsawing the substrate)는 극박막의 FBAR 공진기에 손상을 줄 수 있기 때문에, 다이싱 단계에서 주의해야 한다.
음향 공진기 구조물을 제조하는 개량된 프로세스가 필요하다. 특히, FBAR 및 SBAR를 제조하는 개량된 배치(batch) 처리 방법이 필요하다.
본 발명에 따라서, 음향 공진기를 배치 처리하는 방법은, 기판의 최상부면에 제 1 전극을 증착하는 단계와, 상기 제 1 전극 위에 압전 물질층을 증착하는 단계와, 상기 압전 물질층 위에 제 2 전극을 증착하는 단계와, 기판의 두께를 줄이고 최종 필터에서의 전자기파의 영향을 줄이기 위해서 상기 기판의 최하부면에서 물질을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서, 음향 필터가 제공된다. 음향 필터는, 공동(cavity)이 상부면에 형성되어 있으며 19밀 미만의 두께를 가진 다이 기판과, 상기 다이 기판상에 형성된 다수의 공진기 박막(membrane)을 포함하고 있다. 상기 다수의 공진기 박막 각각은, 상기 다이 기판의 상부면에 있는 상기 공동 위에 형성된 제 1 전극과, 상기 제 1 전극 위에 형성된 압전 물질과, 상기 압전 물질 위에 형성된 제 2 전극을 포함하고 있다. 상기 다수의 공진기 박막을 전기적으로 접속하는 상기 다이 기판 위에 다수의 상호 접속부가 형성된다. 다이 공동이 상부면에 형성된 패키지가 제공되고, 상기 다이 기판은, 상기 다이 기판의 상부면을 따라 흐르는 1차 전류가 1차 전류 자기장을 형성하고 상기 다이 기판 옆의 접지면을 따라 흐르는 이미지 전류는 이미지 전류 자기장을 형성하도록, 상기 다이 공동내에 장착되며, 상기 1차 전류 자기장과 상기 이미지 전류 자기장의 극성은 반대이다.
도 1a는 FBAR 공진기의 단면도,
도 1b는 SBAR 공진기의 단면도,
도 2 내지 도 8은 FBAR이 본 발명의 일실시예에 따라 형성되는 기판 일부의 단면도,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라서 FBAR 필터에 의해 생성된 유도 전류의 정면도, 및
도 10는 본 발명의 일실시예에 따라서 형성된 FBAR 필터를 내장하는 패키지의 단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
200 : 기판 204 : 공동
210 : 박막층 212 : 최하부 전극
214 : 압전층 216 : 최상부 전극
217 : 음향 공진기 226 : FBAR 필터
228 : 패키지 238 : 열적 비아
본 발명의 바람직한 실시예와 그 잇점은 도 1 내지 도 10를 참조하여 최대한 이해할 수 있다. 도면에서 동일 참조 부호는 유사한 대응 구성 요소를 나타낸다.
본 발명은 각각 FBAR 박막(100)과 SBAR 박막(110)의 단면도인 도 1a와 도 1b를 참조하여 보다 쉽게 이해할 수 있을 것이다. FBAR 박막(100)은, 예를 들어, 알루미늄 질화물(AIN)과 같은 박막의 압전(PZ) 물질(106) 부분을 샌드위치하는 최하부 및 최상부 전극(102, 104)을 각각 포함하고 있다. FBAR 박막(100)에 사용되는 전극(102, 104)은 예를 들어 몰리브덴으로 구성된다. FBAR 박막(100)은 박막의 압전 물질(106)에서 벌크 수평 음향파를 이용한다. 인가 전압을 통해서 최하부 전극(102)와 최상부 전극(104) 사이에 전계가 형성되는 경우에, 압전 물질(106)은 전기 에너지의 일부를 음파 형태의 기계적인 에너지로 변환한다. 음파는 전계와 동일 방향으로 진행하고 전극/공기 경계면에서 이탈하여 반사한다.
기계적인 공진에서, FBAR 박막(100)은 전자 공진기일 수 있기 때문에, 이러한 소자는 노치 필터의 역할을 한다. 기계적인 공진 주파수는, 이러한 소자에서 진행하는 음파의 1/2 파장이 이러한 물질에서의 임의의 주어진 위상 음속에 대한 이러한 소자의 총 두께와 동일한 주파수이다. 음속은 크기상 광속보다 상당히 작기 때문에, 최종 공진기는 상당히 콤팩트할 수 있다. GHz 범위의 공진기는 200㎛정도의 길이와 수㎛ 정도의 두께 치수로 구성될 수 있다.
도 1b는 SBAR 박막(110)의 단면도이다. SBAR 박막(110)은 대역 통과 필터와 유사한 전기적인 기능을 가지고 있다. SBAR 박막(110)은 기본적으로 서로 기계적으로 결합된 2개의 FBAR 박막으로 구성되어 있다. 압전층(118)의 공진 주파수에서의 전극(112, 114) 양단의 신호는 음향 에너지를 압전층(120)으로 송신할 것이다. 압전층(120)의 기계적인 진동이 압전층(120)내의 압전 물질에 의해 전극(114, 116) 양단의 신호로 변환된다.
FBAR 및 SBAR 박막이 본 발명의 실시예에 따라서 구성되는 방식은, 다수의 FBAR 박막(217)이 제조되는 기판(200) 부분의 단면도인 도 2 내지 도 8를 참조하여 보다 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도 2는 예를 들어, 집적 회로 제조에 사용되고 4인치의 직경과 대략 22밀(대략 550㎛)의 두께(t1)를 가진 종래의 실리콘 웨이퍼 형태일 수 있는 기판(200)의 일부를 도시하고 있다. 다수의 공동(204)은 기판(200)의 상부면내에서 에칭된다. 각각의 공동(204)의 깊이(d)는 FBAR 박막(217)(도 6)의 압전층에 의한 변위를 수용하기에 충분하여야 한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 대략 5㎛ 의 깊이(d)가 충분하다. 각각의 공동(204)은 대략 200㎛의 상위 폭(wu)와 대략 193의 하위 폭(w1)을 가지고 있다.
본 발명의 이러한 실시예에 따른 FBAR 박막(217)의 제조는 다수의 FBAR 박막(217)이 단일 기판(200) 상에 동시에 형성되는 배치 프로세스(batch process)이다. 도 3 내지 도 5에는 단일의 FBAR 박막(217)를 형성하는데 이용된 프로세스를 예시하고 있지만, 다수의 FBAR 박막(217)을 동시에 형성하기 위해 기판(200)의 표면에 걸쳐 동일 프로세스가 사용된다는 것을 알아야 한다. 더욱이, 도면은 일정한 비율로 도시된 것이 아니다는 것을 알아야 한다. 간략히, 도 3 내지 도 5에 도시된 기판(200)은 공동(204)의 깊이(d)의 대략 두배의 두께(t1)를 가지고 있다. 상술한 예시적인 치수로 표시된 바와 같이, 전형적으로 기판(200)은 d보다 상당히 두껍다.
박막의 열산화물층(206)이, 후속 단계에서 사용되는 인-실리카-유리(PSG)로부터의 인이 기판(200)으로 확산하는 것을 방지하기 위해, 기판(200)의 표면상에 성장되어 있다. 이러한 확산은 기판(200)을 형성하는 실리콘을 도체로 변환시킬 수 있고, 최종 소자의 전기적인 동작을 방해할 수 있다.
도 4를 참조하면, PSG 박막층(208)은 기판(200) 위에 증착되어 있다. PSG 박막층(208)은, 대략 8%의 인으로 구성된 연성의 유리 형상의 물질(soft glass-like material)을 형성하기 위해 실란 및 P2O5를 이용하여, 대략 450에서 증착된다. 이러한 저온 프로세스는 당업자에게 잘 알려져 있어서, 본 명세서에서는 상세히 설명할 필요가 없다. PSG는, 상당히 낮은 온도에서 증착되어 매우 높은 에칭 속도에서 희석 H20:HF 용제에서 에칭될 수 있는 매우 청정의 불활성 물질이기 때문에, 박막층으로서 이용하는 것이 유리하다. 10:1의 희석비율에서, 분당 대략 3㎛의 에칭 속도를 얻을 수 있다.
불행하게도, 천연 PSG 박막층은 전형적으로 음향 공진기를 구성하기에는 비약한 베이스이다. 원자 레벨에서, 이러한 증착막의 표면은 극소적으로는 매우 거칠다. FBAR/SBAR 형태의 음향 공진기는 크리스탈이 전극의 평면과 수직인 열 방향으로 성장하는 압전 물질을 이용한다. 실험예에서, 잘 조준된 압전막을 PSG 층의 표면상에서 성장시키면, 결과적으로, 거친 표면상의 마면(facet)이 여러 방향으로 크리스탈 성장을 개시하기 때문에, 약간 또는 거의 압전 효과가 나타나지 않은 비약한 다결정체 물질이 기껏해야 생성된다. 베이스가 압전층을 "시드(seed)"하는 결정체 구조물을 포함하고 있지 않다는 사실에도 불구하고, 탁월한 압전 특성을 나타내는 높은 텍스쳐의 c축 압전 물질의 증착을 위해 평탄한 표면이 효과적인 베이스를 제공한다고 판단된다.
본 발명의 실시예는 극소적으로 평탄한 표면을 제공하기 위해 PSG층(208)의 표면을 폴리싱함으로써 이러한 문제점을 극복한다. 도 5를 참조하면, PSG 층(105)의 표면은 먼저 슬러리를 이용하여 폴리싱하여 PSG 층(105)의 일부와, 공동(204)의 외측에 있는 열 산화층(206)을 제거함으로써 평탄화된다. 그 다음, 남은 PSG 부분(210)은 보다 미세한 슬러리를 이용하여 폴리싱된다. 2개의 폴리싱 단계 모두에 단일 슬러리가 사용될 수 있다. 이러한 폴리싱 단계는 PSG 부분(210)의 최상부상에 "거울" 형상의 종단부("mirror"-like finish)를 형성하여야 한다.
폴리싱 후에, 기판(200)은 남은 슬러리 또는 다른 불순물을 제거하기 위해 세정된다. 폴리싱 후에, 웨이퍼는 최종 세정 단계를 준비하기 전까지 탈이온수내에 보관되며, 최종 세정 단계는 여러 세정제가 있는 일련의 탱크내의 물에 담그는단계를 포함하고 있다. 각각의 탱크는 초음파 진동(ultrasonic agitation) 상태에 있다.
세정 후에, 예를 들어, 몰리브덴으로 구성된 전극층(212)이 증착되고, 그 다음 FBAR 박막(217)의 최하부 전극을 형성하기 위해 선택적으로 에칭된다. 전극(212) 용도로 AL, W, Au, Pt, 또는 Ti와 같은 다수의 대체 물질이 사용될 수 있다. 몰리브덴은 열-탄성 손실이 낮아서 공진기에 사용하기에 유리하다. 이러한 실시예에서, 몰리브덴은 스퍼터링 기법을 이용하여 증착되어, 높이로 5nm 미만의 RMS 변화량을 가진 평탄한 몰리브덴 층을 제공한다.
최하부 전극층(212)이 증착된 후에, 압전층(214)이 증착된다. 일실시예에서, 압전층(214)은 0.1 내지 10㎛의 두께를 AlN의 스퍼터링 증착층이다. 최종적으로, 예를 들어, 최하부 전극층(212)와 동일한 물질로 구성된 최상부 전극층(216)이 증착되어 선택적으로 에칭된다. 그 다음, 압전층(214)은, 최하부 전극층(212), 압전층(214), 및 최상부 전극층(216)이 FBAR 박막(217)을 형성하도록 선택적으로 에칭된다. 최종 구조물이 도 6에 도시되어 있다.
종래의 실리콘 웨이퍼 프로세스에서, 웨이퍼 표면상에 소자가 형성된 후에, 웨이퍼는 절단 단계에서 다수의 개별적인 다이로 다이싱된다. 절단 단계는 전형적으로 절단시 발생되는 실리콘 칩과 잔류물을 제거하기 위해, 고압의 DI 수용성 린스와 결합하여 고속도의 선반을 이용하는 것과 관련되어 있다. 그러나, FBAR 박막(217)은 매우 얇고 취성이기에, 린스 작용이 FBAR 박막(217)에 손상을 줄 수 있다.
웨이퍼 절단에 대한 대안은 "스크라이브 및 클리브(scribe and cleave)"로 알려진 종래의 프로세스가 있다. 예를 들어, 다이아몬드 컷팅 팁일 수 있는 스크라이브는 웨이퍼의 최상부면을 따라 행해져서 웨이퍼 표면내에 얕은 홈("스크라이브 라인")을 형성한다. 개벽적인 다이는 홈의 위치에서 웨이퍼에 응력을 가함으로써 분리된다. 웨이퍼는 홈의 위치에서 그 다음 웨이퍼의 결정 구조물에서 깨지는 경향이 있다. "깨뜨리는" 단계는 웨이퍼의 하부측을 스크라이브 라인을 따라 가함으로써 또는 원통형의 롤러를 웨이퍼의 표면 위에서 이동시킴으로써 행해진다. 어떠한 경우든, 다이 폭(wd)이 웨이퍼의 두께(t1)보다 상대적으로 작을 경우에, "스크라이브 및 클리브"는 원하는 결과를 얻을 수 없고, 다이싱은 원하는 대로 분리할 수 없을 것이다. 일실시예에서, 적어도 2:1의 wd: t1의 비율이 적합하다.
상술한 바와 같이, 기판(200)은 대략 380 내지 750㎛(16 내지 30밀)의 두께(t1)를 가질 수 있으며, 각각의 FBAR 필터의 폭(wd)(도 9)은 대략 1000㎛(1nm)이다. "스크라이브 및 클리브" 단계를 이용한 경우에 발생되는 문제점을 해결하기 위해서, 기판(200)은 다이 분리 단계에 앞서 박막화할 수 있다. 이러한 박막화(thining)은 래핑, 플라즈마 에칭, 또는 화학 기계적 폴리싱(CMP) 프로세스를 이용하여 행해져서 기판(200)의 하부측(218)에서 물질을 제거할 수 있다.
기판(200)의 하부측(218)의 폴리싱은 FBAR 박막(217)의 취성으로 인한 추가 문제점이 발생시킬 수 있다. 폴리싱 프로세스에서, 기판(200)의 하부측(218)은 폴리싱 슬러리가 존재하는 회전 폴리싱 표면을 향하여 배치되고, 상부면(220)에 압력이 가해진다. 이러한 압력으로 하부측(218)로부터 물질을 용이하게 제거한다. 손상을 방지하기 위해서, PSG 박막층(208)의 남은 부분(210)은, 기판(200)이 박막화되는 동안에 FBAR 박막(217)을 구조적으로 지지하기 위해 공동(204)내에 남아 있을 수 있다.
도 7은 박막화 후의 기판(200)을 도시하고 있다. 일실시예에서, 박막 두께(t2)는 대략 5밀이며, 이 정도는 FBAR 박막(217)에서 양호한 특성이며, 기판(200)이 추후 프로세스 단계동안 충분한 고정체를 유지하기에 충분한 두께이다. 다른 실시예에서, t2는 1 내지 10 밀일 수 있다. 또한, 원하는 위상에 따라서 1 내지 19 밀의 두께(t2)가 적합할 수 있다.
FBAR 박막(217a - 217c)이 형성되고 기판(200)이 박막화된 후에, 박막층(208)의 남은 부분(210a - 210c)과 열 산화층(206)이 제거될 수 있다. 제거하기 위해서, 비아(도시 생략)가 생성되어 PSG 박막층(210)을 드러나게 한다. 이러한 남은 PSG 박막 부분(210)과 열 산화층(206)은 희석 H2O:HF 용제로 에칭함으로써 제거된다. 도 7에 도시된 바와 같이, FBAR 박막(217a - 217c)는 최초의 공동(204a - 204c) 위에 뜬 상태로 남게 된다.
상술한 예는 FBAR 박막(217a - 217c)의 구조를 이용하였다. 그러나, 당업자는 SBAR 박막이 동일 프로세스를 이용하여 구성될 수 있다는 것을 상술한 설명으로부터 알 수 있을 것이다. SBAR의 경우에, 추가 압전층과 전극이 증착된다.
"스크라이브" 단계에서, 다이아몬드 팁 스크라이브는, 도 8에 도시된 바와같이, 기판(200)의 상부면(220)에 있는 작은 홈(222)을 절단하는데 사용된다. 다음에, 플라스틱 층(도시 생략)이 상부면(220) 위에 배치된다. 이러한 플라스틱 층은 예를 들어, 정전기에 의해 전하가 발생되는 비접착 폴리이미드 테이프일 수 있다.
그 다음, 기판(200)은 후프 세트에 걸쳐서 뻗어 있는 접착 테이프를 포함하는 캐리어 상에 장착된다. 접착 테이프는 기판(200)의 하부측(218)에 본딩되고, 추가 지지를 위해서 오버레이(overlay)가 기판(200)의 최상부측(220) 위에 제공될 수 있다. 기판(200) 상의 각각의 홈(222)이 칼날에 밀착되고, 다이스를 홈(222)에 의해 규정된 스크라이브 라인을 따라 분리시킬 수 있다. 웨이퍼 확장 툴(expander tool)은, 분리된 다이스가 접착되어 개별적인 다이스를 용이하게 조절할 수 있는 접착 테이프를 신장하는데 이용된다. 그 다음, 개별적인 다이스는, 후술하는 바와 같이, 제거되어 추가로 처리될 수 있다.
"클리브" 단계 동안에, 전형적으로, 브레이크 위치에서 기판(200)으로부터 입자가 발산된다. 입자가 FBAR 박막(217)에 부착하는 경우에, 입자는 FBAR 박막(217)의 기능에 손상을 주거나 악영향을 줄 수 있다. 플라스틱 층은 정전하로 인해 입자를 효과적으로 끌어 당겨 잡으며, 입자가 FBAR 박막(217)의 일부, 특히, 전극층(212, 216)에 접촉하는 것을 방지한다. 다이스를 분리한 후에, 플라스틱 층을 제거함으로써, 플라스틱 층에 부착된 모든 입자를 제거하게 된다.
각각의 분리된 다이스는 그 위에 형성된 다수의 FBAR 공진기를 가질 수 있으며, 다수의 상호접속부를 이용하여 전기적으로 접속될 수 있다. FBAR 공진기 및상호 접속부를 가진 다이는 단일의 FBAR 필터(226)를 형성한다. FBAR 필터(226)는, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 세라믹 패키지(228)내에 있는 다이 공동(229)내에 장착될 수 있다. 도 9는 패키지(228)내에 장착된 FBAR 필터(226)의 정면도이며, 도 10은 도 9에 도시된 구조물을 A-A 라인을 따라 절단한 단면도이다.
FBAR 필터(226)는 열 전도성 에폭시 층(230)을 이용하여 패키지(228)에 본딩되며, 도전성의 본드 와이어(231)는 패키지(228)와 FBAR 필터(226)를 서로 전기적으로 접속시킨다. 커버(234)는, FBAR 필터(226)이 장착된 후에, 패키지(228)의 최상부를 밀봉한다. 그 다음, 패키지(228)가 종래의 표면 부착 납땜 기술을 이용하여 인쇄 회로 기판(236) 상에 장착될 수 있다.
FBAR 필터(226)가 사용되는 경우에, 상당한 양의 전력이 FBAR 필터(226)에 공급되고, 열을 생성시킨다. 일실시예에서, 패키지(228)는, FBAR 필터(226)에서 인쇄 회로("PC") 기판(236)으로 열을 전달하는데 사용되는 하나이상의 열적 비아(238a - 238c)를 구비하고 있다. 또한, 에폭시 본드층(230)은 열 전도성이기에, 기판(200)에서 열적 비아(238A - 238C)로 열을 전달하는 것을 향상시킨다. PC 기판(236)은 예를 들어, 추가 열적 비아 및 종래의 대류 냉각법을 이용하여 소자(226)로부터 발생되는 열을 방산시킨다. 사용하기 전에 기판(200)의 두께를 감소시키면, 기판(200)의 열저항율을 감소시킴으로써 FBAR 박막(217)으로부터 열을 효과적으로 전달할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의해 얻어지는 다른 잇점은 FBAR 필터(226)에 흐르는 전류에 의해 발생되는 전자기파의 영향을 효과적으로 감소시킬 수 있다는 것이다.필터의 중요한 기능은, 관련 주파수에서 벗어난 경우, FBAR 박막이 필터에서 나오는 에너지의 양을 감쇠시킨다는 것이다. 대역폭에서 벗어난 주파수에서의 감쇄량은, 일부 경우에, 50dB 만큼일 수 있다.
신호가 필터 구성 요소를 바이패스하도록 입력에서 출력으로의 "경로"가 존재하는 경우에, 이러한 필터링 특성이 절충(compromise)된다. FBAR 공진기(217a, 217b)를 통해 입력 신호 패드(240a) 및 제 1 접지 패드(204b)에 의해 형성된 제 1 루프["가해(victimizer)" 루프] 및, FBAR 공진기(217c, 217d)를 통해 출력 패드(240c)와 접지 패드(240d)사이의 경로에 의해 형성된 출력에서의 제 2 루프["희생(victime)" 루프]간의 형성된 상호 인덕턴스에 의해 한가지 경로가 생성된다. 이러한 "와류" 경로를 완화시키는 한가지 방법은 접지면(230)(도 10)내의 신호 루프("가해" 루프) 아래에 이미지 전류를 생성하는 것이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 패키지(228)는 FBAR 필터(226)상의 접점(240)과 전기적으로 접속되어 있는 다수의 접점(242)을 구비하고 있다. 또한, 접점(240)은 FBAR 필터(226) 상의 FBAR 박막(217)과 전기적으로 접속되어 있다. 이러한 전기적인 접속으로 FBAR 필터(226)의 표면 위에 다수의 전류가 발생하고, 그 중 두 개, 즉, 전류 루프(232a, 232b)가 도 9에 도시되어 있다. 화살표 B의 방향으로 흐르는 전류 루프(232a)("가해" 전류)는 FBAR 필터(226)의 바로 아래에 있는 접지면(230)에 이미지 전류를 유도한다. 이러한 이미지 전류는 전류 루프(232a)의 경로를 따라 흐르지만 반대 방향으로 흐른다. 전류 루프(232a)는 또한 공진 전류(232b)("희생"루프)를 유도한다.
도 10에는, "가해" 전류 루프(232a)와 도 9의 라인 A-A이 서로 교차하는 1차 전류 포인트(244)가 도시되어 있다. 이미지 전류 포인트(246)는 "가해" 전류 루프(232a)의 이미지 전류와 도 9의 라인 A-A이 서로 교차하는 포인트이다. 도 10에는, "가해" 전류 루프(232a)에 의해 "희생" 루프(232b)에 전류가 유도되는 포인트인 "희생" 루프의 포인트(248)가 도시되어 있다. 1차 전류 포인트(244)와 이미지 전류 포인트(246)에 흐르는 대향 전류는 1차 전류 자기장(250)와 이미지 전류 자기장(252)으로서 도시된 대향하는 전자기장을 생성한다. 자기장(250, 252) 각각은 "희생" 루프 포인트(248)에서 전류를 유도한다. 그러나, 1차 전류 포인트(244)와 희생 전류 포인트(248)간의 거리(r1)는 이미지 전류 포인트(246)와 희생 전류 포인트(248)간의 거리(r2) 보다 적다. 그러므로, 유도된 자기장(250, 252)은 포인트(248)에서 크기가 동일하지 않아서, 출력 루프(232b)에서 전류를 유도한다.
본 발명의 실시예에 따라서, 기판(200)은 개별적인 다이스로 분리되기 전에 박막화된다. 이러한 박막화 프로세스는 1차 전류 포인트(244)와 이미지 전류 포인트(246) 간의 거리(t2)를 감소시킨다. t2가 r1보다 상당히 적은 거리로 감소된 경우에, 1차 전류 자기장(250)의 크기가 이미지 전류 자기장(252)의 크기에 근접할 것이다. 1차 전류 포인트(244)에 흐르는 1차 전류와 이미지 전류 포인트(246)에 흐르는 이미지 전류는 반대 방향으로 흐르기 때문에, 이미지 전류 자기장(252)은 1차 전류 자기장(250)을 상쇄시킨다. 따라서, 거리(t2)가 감소되는 경우에, 자기장(250, 252)의 크기는 서로 근접할 것이고, 또한, 자기장(250, 252)의 상쇄는 보다 많이 이루어질 것이다. 이로써, "희생" 전류 루프(232b)에 유도되는 전류를 최소화하여, 패키지(228)의 전체 효율성을 향상시킨다.
다수의 전류 경로가 FBAR 필터(226)의 표면에 존재하여, FBAR 필터(226) 아래에 있는 접지면에 동일 수의 이미지 전류 경로를 생성한다는 것을 알 수 있다. 이러한 전류 모두는 가지 각색으로 바로 옆의 전류에 영향을 줄 수 있는 자기장을 생성할 것이다. 기판의 두께(t2)를 증가시킴으로써, 접지면의 이미지 전류가 FBAR 필터(226)의 상위면상에 흐르는 대응 전류에 근접하게 될 것이다.
"희생" 및 "가해" 루프간의 이격거리는 전형적으로 300 - 500㎛(12 - 20밀) 정도이다. 다이 사이즈를 적게 하고 생산율을 높이기 위해서 이러한 루프간의 거리를 감소시키는 것이 일반적으로 바람직하다. 따라서, 기판의 두께를 "희생" 및 "가해" 루프간의 거리의 적어도 1/3으로 감소시키는 것이 바람직하다. 이로써, 1차 전류에 의해 생성되는 자기장을 상쇄시키는 경향이 있는 자기장을 유도할 수 있는 이미지 전류의 능력을 향상시킨다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예는 다수의 잇점을 가지고 있다. FBAR 박막(217)이 형성된 후의 기판(200)의 박막화는 FBAR 필터(226)의 열적 효율성과 전기적인 효율성 모두를 향상시킨다. FBAR 박막(217)은 기판(200)의 박막화에 앞서 형성되기 때문에, 기판(200)은 FBAR 박막(217)의 제조 동안에 구조적으로 강해지고 취성이 적어진다. 더욱이, 프로세스 동안에 박막의 PSG 부분(210)을 공동(204)내에 배치함으로써, 박막의 PSG 부분(210)이 FBAR 박막(217)을 구조적으로 지지한다. 더욱이, 기판(200)의 박막화는, 단일 웨이퍼 상에 다수의 FBAR 박막(217)을 동시에 형성하여 제조 효율성을 높이는 배치 프로세스의 일부분이다. 상술한 기판(200)의 박막화 잇점은 본 명세서에 기재된 특정 FBAR 제조 프로세스로 제한하는 것은 아니라 FBAR 공진기 및 필터를 제조하는 다른 프로세스에 적용될 수 있다. FBAR를 제조하는 다른 방법은 본 명세서에서 전체적으로 참조하는 루비 등 다수 방법의 미국 특허 제 5,873,153 호에 기재되어 있다.
본 발명의 특정 실시예를 기준으로 설명되었지만, 본 발명의 적용예일 뿐이고 제한이 없다. 특히, 상술한 설명이 FBAR 필터를 제조하는데 촛점을 두었지만, 본 발명의 대체 실시예는 SBAR 소자의 제조 또는 다른 박막 필터 기술에 적용될 수 있다. 다음의 청구범위에 규정된 본 발명의 범위내에서 본 발명의 실시예의 특징은 여러 다른 적용 및 결합이 가능하다.

Claims (10)

  1. 음향 공진기(217)를 배치 처리(batch process)하는 방법에 있어서,
    기판(200)의 최상부면(220)에 제 1 전극(212)을 증착하는 단계와,
    상기 제 1 전극(212) 상에 압전 물질층(214)을 증착하는 단계와,
    상기 압전 물질층(214) 상에 제 2 전극(216)을 증착하는 단계와,
    상기 기판(200)의 두께를 감소시키고 최종 필터에서 전자기파 영향을 감소시키기 위해서, 상기 기판(200)의 최하부면(218)으로부터 물질을 제거하는 단계
    를 포함하는 음향 공진기 배치 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극(212)을 증착하기 전에, 상기 기판(200)의 최상부면(220)내에 다수의 함몰부(depression)(204)를 형성하는 단계와,
    상기 함몰부(204) 각각에 박막 물질(210)을 증착하는 단계로서, 상기 제 1 전극(212)이 상기 박막 물질(210)의 최상부에 증착되는 상기 증착 단계와,
    상기 박막 물질(210)을 제거하는 단계
    를 더 포함하는 음향 공진기 배치 처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 전극(212, 216)은 몰리브덴으로 구성되어 있는
    음향 공진기 배치 처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판(200)의 상기 최상부면(220)을 스크라이빙(scribing)하는 단계와,
    스크라이브 라인(222)을 따라서 상기 기판을 분할하여 다수의 다이스를 형성하는 단계
    를 더 포함하는 음향 공진기 배치 처리 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 다수의 다이스내의 각각의 다이(226)에 대하여, 개별적인 패키지 필터를 생성하기 위해서 패키지(228)의 다이 공동(229)내에 상기 다이를 장착하는 단계를 더 포함하며, 상기 다이(226)는, 상기 다이의 최하부면(218)이 상기 패키지(228)내의 열적 비아(238)와 열을 전달하도록, 상기 다이 공동(229)내에 장착되어 있는
    음향 공진기 배치 처리 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 패키지(228)내의 상기 다이 공동(229)내에 상기 다이(226)를 장착하는 상기 단계는
    상기 패키지(228)내의 상기 다이 공동(229)에 열 전도성 에폭시(230)를 증착하는 단계와,
    상기 열적 비아(238)와 접촉 상태에 있는 상기 열 전도성 에폭시(230)의 상부면에 상기 댜이(226)를 장착하는 단계
    를 포함하는 음향 공진기 배치 처리 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 필터에서, 상기 필터의 희생 루프(victim loop)(232b)와 가해 루프(victimizer loop)(232a)간의 거리 : 상기 기판의 두께의 종횡비는 최소한 3 : 1인
    음향 공진기 배치 처리 방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 스크라이브 라인(222)을 따라 상기 기판을 분할하여 상기 다수의 다이스를 형성하기 전에, 상기 기판(200)의 상기 최상부면(220) 위에 보호층을 증착하는 단계
    를 더 포함하는 음향 공진기 배치 처리 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판(200)의 최하부면(218)에서 물질을 제거하는 상기 단계는
    상기 기판을 19밀 미만의 두께로 박막화(thining)하는 단계
    를 포함하는 음향 공진기 배치 처리 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판(200)의 최하부면(218)에서 물질을 제거하는 상기 단계는
    상기 기판(200)의 최하부면(218)을 폴리싱 표면을 향하게 배치하는 단계와,
    상기 최하부면(218)을 폴리싱하여 그 표면의 물질을 제거하는 단계
    를 포함하는 음향 공진기 배치 처리 방법.
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