KR20180001426A - 체적 음향 공진기 및 이를 포함하는 필터 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기는 기판과, 상기 기판 상에 형성되는 제1 전극 및 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 마련되는 압전층을 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나는 몰리브덴-텅스텐 합금을 포함하며, 상기 몰리브덴-텅스텐 합금에서 몰리브덴과 텅스텐의 중량 비율은 3:1 ~ 1:3인 형태이다.
Description
본 발명은 체적 음향 공진기 및 이를 포함하는 필터에 관한 것이다.
최근 이동통신기기, 화학 및 바이오기기 등의 급속한 발달에 따라, 이러한 기기에서 사용되는 소형 경량필터, 오실레이터(Oscillator), 공진소자(Resonant element), 음향공진 질량센서(Acoustic Resonant Mass Sensor) 등의 수요도 증대하고 있다.
이러한 소형 경량필터, 오실레이터, 공진소자, 음향공진 질량센서 등을 구현하는 수단으로는 박막 체적 음향 공진기(Film Bulk Acoustic Resonator: 이하 "FBAR"이라 함)가 알려져 있다. FBAR은 최소한의 비용으로 대량 생산이 가능하며, 초소형으로 구현할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 필터의 주요한 특성인 높은 품질 계수(Quality Factor: Q)값을 구현하는 것이 가능하고, 마이크로주파수 대역에서도 사용이 가능하며, 특히 PCS(Personal Communication System)와 DCS(Digital Cordless System) 대역까지도 구현할 수 있다는 장점이 있다.
일반적으로, FBAR은 기판상에 제1 전극, 압전층(Piezoelectric layer) 및 제2 전극을 차례로 적층하여 구현되는 공진부를 포함하는 구조로 이루어진다.
FBAR의 동작원리를 살펴보면, 먼저 제1 및 제2 전극에 전기에너지를 인가하여 압전층 내에 전계를 유기시키면, 이 전계는 압전층의 압전 현상을 유발시켜 공진부가 소정 방향으로 진동하도록 한다. 그 결과, 진동방향과 동일한 방향으로 음향파(Bulk Acoustic Wave)가 발생하여 공진을 일으키게 된다.
본 발명의 일 목적은 전기 저항 및 어쿠스틱 임피던스(acoustic impedance) 특성이 우수하며, 나아가, 종래 사용되던 전극에 비하여 공정 효율성이 향상된 전극을 갖는 체적 음향 공진기를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 방법으로, 본 발명은 일 실시 형태를 통하여 체적 음향 공진기의 신규한 구조를 제안하고자 하며, 구체적으로, 기판과, 상기 기판 상에 형성되는 제1 전극 및 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 마련되는 압전층을 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나는 몰리브덴-텅스텐 합금을 포함하며, 상기 몰리브덴-텅스텐 합금에서 몰리브덴과 텅스텐의 비율은 3:1 ~ 1:3인 형태이다.
일 실시 예에서, 상기 몰리브덴-텅스텐 합금에서 몰리브덴과 텅스텐의 비율은 3:1 ~ 1:1일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 몰리브덴-텅스텐 합금은 (110) 결정 면으로 배향될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 압전층은 질화 알루미늄일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 압전층은 희토류 금속 또는 전이 금속을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 및 제2 전극 중 적어도 하나와 상기 기판 사이에 형성된 시드층을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 시드층은 Ti 및 TiW 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은,
복수의 체적 음향 공진기를 포함하는 필터에 있어서, 상기 복수의 체적 음향 공진기 중 적어도 하나는, 기판과, 상기 기판 상에 형성되는 제1 전극 및 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 마련되는 압전층을 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나는 몰리브덴-텅스텐 합금을 포함하며, 상기 몰리브덴-텅스텐 합금에서 몰리브덴과 텅스텐의 비율은 3:1 ~ 1:3인 필터를 제공한다.
일 실시 예에서, 상기 몰리브덴-텅스텐 합금에서 몰리브덴과 텅스텐의 비율은 3:1 ~ 1:1일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 몰리브덴-텅스텐 합금은 (110) 결정 면으로 배향될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 압전층은 질화 알루미늄일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 압전층은 희토류 금속 또는 전이 금속을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 복수의 체적 음향 공진기는 래더 타입(ladder type) 또는 래티스 타입(lattice type)을 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기의 경우, 전기 저항 및 어쿠스틱 임피던스(acoustic impedance) 특성이 우수하며, 공정 효율성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 공진기를 나타낸 단면도이다.
도 2는 질화 알루미늄 (0002) 결정 면과 몰리브덴 (110) 결정 면의 배향성을 나타낸 모식도이다.
도 3 및 도 4는 몰리브덴-텅스텐 합금의 배향성을 알아보기 위한 XRD 분석 결과이다.
도 5은 몰리브덴과 텅스텐의 비율에 따른 전기적 특성과 어쿠스틱 임피던스 특성의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 몰리브덴과 텅스텐의 비율에 따라 어쿠스틱 임피던스/면 저항 값을 계산하여 나타낸 것이다.
도 7은 몰리브덴과 텅스텐의 비율에 따른 Qp 특성을 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 체적 음향 공진기를 나타낸 단면도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예들에 따른 필터의 개략적인 회로도이다.
도 2는 질화 알루미늄 (0002) 결정 면과 몰리브덴 (110) 결정 면의 배향성을 나타낸 모식도이다.
도 3 및 도 4는 몰리브덴-텅스텐 합금의 배향성을 알아보기 위한 XRD 분석 결과이다.
도 5은 몰리브덴과 텅스텐의 비율에 따른 전기적 특성과 어쿠스틱 임피던스 특성의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 몰리브덴과 텅스텐의 비율에 따라 어쿠스틱 임피던스/면 저항 값을 계산하여 나타낸 것이다.
도 7은 몰리브덴과 텅스텐의 비율에 따른 Qp 특성을 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 체적 음향 공진기를 나타낸 단면도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예들에 따른 필터의 개략적인 회로도이다.
이하, 구체적인 실시형태 및 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다. 나아가, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 공진기를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 음향 공진기(100)는 박막 체적 음향 공진기(Film Bulk Acoustic Resonator, 이하 "FBAR"이라 함)일 수 있으며, 기판(110), 절연층(120), 에어 캐비티(112) 및 공진부(135)를 포함할 수 있다.
기판(110)은 실리콘 기판으로 구성될 수 있고, 기판(110)의 상면에는 절연층(120)이 마련되어 기판(110)과 공진부(135)를 전기적으로 격리시킬 수 있다. 이 경우, 절연층(120)은 이산화규소(SiO2), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 산화 알루미늄(Al2O2), 및 질화 알루미늄(AlN) 중 적어도 하나를 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition), RF 마그네트론 스퍼터링(RF Magnetron Sputtering), 및 에바포레이션(Evaporation) 중 하나의 공정을 이용하여 기판(110)에 형성하여 제작될 수 있다.
에어 캐비티(112)는 기판(110) 상에 형성될 수 있으며, 공진부(135)가 소정 방향으로 진동할 수 있도록 공진부(135)의 하부에 위치한다. 에어 캐비티(112)는 절연층(120) 상에 에어 캐비티 희생층 패턴을 형성한 다음 에어 캐비티 희생층 패턴상에 멤브레인(130)을 형성한 후 에어 캐비티 희생층 패턴을 에칭하여 제거하는 식각 공정에 의해 형성될 수 있다. 이 경우, 멤브레인(130)은 산화 보호막으로 기능하거나, 기판(110)을 보호하는 보호층으로 기능할 수 있다. 도 1에 도시되어 있지 않으나, 멤브레인(130) 상에는 질화 알루미늄(AlN)으로 제조되는 시드층이 형성하거나 HCP 구조를 가지는 금속, 특히 Ti 또는 Ti alloy 금속이 될 수 있다. 구체적으로 시드층은 멤브레인(130)과 제1 전극(140) 사이에 배치될 수 있다.
공진부(135)는 에어 캐비티(112)의 상부에 위치되도록 차례로 적층된 제1 전극(140), 압전층(150) 및 제2 전극(160)을 구비한다. 이 경우, 제1 전극(140)은 멤브레인(130)의 일부를 덮도록 멤브레인(130)의 상면에 형성된다. 압전층(150)은 멤브레인(130)의 일부 및 제1 전극(140)의 일부를 덮도록 멤브레인(130) 및 제1 전극(140)의 상면에 형성된다. 압전층(150)은 전기적 에너지를 탄성파 형태의 기계적 에너지로 변환하는 압전 효과를 일으키는 부분으로, 질화알루미늄(AlN), 산화아연(ZnO), 납 지르코늄 티타늄 산화물(PZT; PbZrTiO) 등으로 형성되고, 제2 전극(160)은 압전층(150) 상에 형성된다. 또한, 압전층(150)이 질화 알루미늄(AlN)으로 형성되는 경우 압전층(150)은 희토류 금속(Rare earth metal) 또는 전이 금속을 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) 및 마그세늄(Mg) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 형태와 같이, 공진부(135)는 활성 영역과 비활성 영역으로 구분된다. 공진부(135)의 활성영역은 제1 및 제2 전극(140, 160)에 RF(Radio Frequency) 신호와 같은 전기 에너지가 인가되어 압전층(150) 내에 전계가 유기될 때 압전 현상에 의해 소정 방향으로 진동하여 공진하는 영역으로, 에어 캐비티(112) 위쪽에서 제1 전극(140), 압전층(150) 및 제2 전극(160)이 모두 수직방향으로 중첩된 영역에 해당한다. 공진부(135)의 비활성영역은 제1 및 제2 전극(140, 160)에 전기에너지가 인가되더라도 압전 현상에 의해 공진하지 않는 영역으로, 활성 영역 외측의 영역에 해당한다.
이와 같이 구성된 공진부(135)는 상술한 압전층(150)의 압전(piezoelectric) 효과를 이용하여 특정 주파수의 무선신호를 필터링할 수 있다.
이를 구체적으로 설명하면, 공진부(135)는 제1 전극(140)과 제2 전극(160)에 인가되는 RF 신호에 따라 압전층(150)을 공진시켜 특정 공진 주파수 및 반공진 주파수를 가지는 음향파를 생성할 수 있다. 압전층(150)의 공진 현상은 인가된 RF 신호 파장의 1/2이 압전층(150)의 두께와 일치하는 경우 발생하는데, 공진 현상 발생시에 전기적 임피던스가 급격하게 변화므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 공진기는 주파수를 선택할 수 있는 필터로 사용될 수 있다. 구체적으로, 공진부(135)는 압전층(150)에 발생하는 진동에 따른 일정한 공진 주파수를 가지므로, 입력된 RF 신호 중 공진부(135)의 공진 주파수와 일치하는 신호만이 출력되게 된다.
보호층(170)은 공진부(135)의 제2 전극(160)상에 배치되어, 제2 전극층(160)이 외부에 노출되어 산화되는 것을 방지할 수 있으며, 외부로 노출된 제1 전극(140) 및 제2 전극(160)에는 전기적 신호를 인가하기 위한 전극 패드(180)가 형성될 수 있다.
본 실시 형태의 경우, 제1 전극(140) 및 제2 전극(160) 중 적어도 하나는 몰리브덴-텅스텐 합금을 포함하며, 상기 몰리브덴-텅스텐 합금에서 몰리브덴과 텅스텐의 비율은 3:1 ~ 1:3인 조건을 충족한다. 본 발명자들의 연구에 의하면, 제1 및 제2 전극(140, 160)의 물질로서 몰리브덴-텅스텐 합금을 3:1 ~ 1:3의 비율로 사용하는 경우 전기 저항이나 어쿠스틱 임피던스 특성 등이 향상되었으며, 나아가, 공정 효율성도 개선되었다. 여기서, 몰리브덴과 텅스텐의 비율은 중량%를 기준으로 한다. 음향 공진기(100)에서 전극(140), 160)의 어쿠스틱 임피던스가 증가할 경우, 공진기의 Kt2 및 감쇠(attenuation) 특성이 향상될 수 있다.
구체적으로, 본 발명자들은 몰리브덴-텅스텐 합금을 사용할 경우 전극 물질로서 통상적으로 사용되는 몰리브덴과 비교하여 어쿠스틱 임피던스가 향상되는 것을 발견하였다. 이러한 어쿠스틱 임피던스의 증가는 텅스텐에 의한 효과로 이해되며, 다만, 텅스텐이 일정 수준 이상으로 증가되는 경우에는 증착이나 패터닝 공정의 난이도가 높아 전극 구조를 형성하는 것에 어려움이 있었다. 이러한 요소들을 종합적으로 고려하여 전기적 특성, 어쿠스틱 특성, 공정 특성 등에서 전극 물질로 적합한 몰리브덴과 텅스텐의 중량 비율은 상기와 같이 3:1 ~ 1:3으로 도출된 것이다. 또한, 순수한 몰리브덴과 비교하여 몰리브덴-텅스텐 합금은 열팽창계수가 낮기 때문에 FBAR에 적용 시 TCF (온도 변호에 따른 주파수 변화율) 특성이 향상될 수 있다.
도 2를 참조하면, 압전층에 해당하는 질화 알루미늄(AlN)은 HCP (Hexagonal Close Packing) 구조를 가질 수 있으며, 이 경우, (0002) 결정 면으로 배향시키기 위해서는 BCC (Body-Centered Cubic) 구조를 갖는 몰리브덴(Mo)의 결정 배향을 (110) 결정 면으로 할 필요가 있다. 이러한 결정 배향 조건에서 질화 알루미늄과 몰리브덴의 격자 부정합(lattice mismatch)이 가장 적다. 본 발명자들은 몰리브덴-텅스텐 합금을 스퍼터링의 방법으로 제조하여 순수한 몰리브덴과 동일한 결정 면을 갖는지 확인하였다. 몰리브덴-텅스텐 합금은 형성되몰리브덴과 같이 BCC(body-centered cubic) 구조를 갖는다.
도 3 및 도 4는 본 발명자들이 제조한 몰리브덴-텅스텐 합금의 배향성을 알아보기 위한 XRD 분석 결과이다. 제조된 샘플을 설명하면, 도 3의 경우, 몰리브덴과 텅스텐의 비율은 75:25, 즉, 3:1로서 2000Å 두께로의 증착하였다. 각 샘플별로 증착 조건은 다음의 표 1에 나타낸 것과 같다.
| 샘플 번호 | 몰리브덴:텅스텐 | 면저항 (ohm/sq) |
증착 조건 |
| #1-1 | 3:1 | 0.669 | Si 웨이퍼 상에 2000Å의 두께로 증착 |
| #2-1 | 3:1 | 0.623 | Si 웨이퍼/Ti 시드층(500Å) 상에 2000Å의 두께로 증착 |
| #3-1 | 3:1 | 0.634 | Si 웨이퍼/TiW 시드층(500Å) 상에 2000Å의 두께로 증착 |
그리고 도 4의 경우, 몰리브덴과 텅스텐의 비율은 50:50, 즉, 1:1로서 2000Å의 두께로 증착하였다. 각 샘플별로 증착 조건은 다음의 표 2에 나타낸 것과 같다.
| 샘플 번호 | 몰리브덴:텅스텐 | 면저항 (ohm/sq) |
증착 조건 |
| #1-2 | 1:1 | 0.81 | Si 웨이퍼 상에 2000Å의 두께로 증착 |
| #2-2 | 1:1 | 0.78 | Si 웨이퍼/Ti 시드층(500Å) 상에 2000Å의 두께로 증착 |
| #3-2 | 1:1 | 0.789 | Si 웨이퍼/TiW 시드층(500Å) 상에 2000Å의 두께로 증착 |
도 3 및 도 4의 XRD 분석 결과를 참조하면, 몰리브덴-텅스텐 합금의 조성에 따라서 큰 차이 없이 (110) 결정 면으로 결정 배향이 되었음을 확인할 수 있다. 또한, 본 발명자들은 상술한 과정으로 제작된 몰리브덴-텅스텐 합금의 표면 모폴로지(morphology)를 분석하였으며, 3:1, 1:1의 조건에 따라 큰 차이 없이 증착 후 표면에서 조성 불균일로 인한 2차 상은 관찰되지 않았다.
또한, 상기 표 1 및 2의 결과에 따르면, Ti 또는 TiW 시드층 상에 몰리브덴-텅스텐 합금을 형성한 샘플들(#2-1, #3-1, #2-2, #3-2)에서 면 저항 특성이 향상되었다. 즉, Ti 또는 TiW 시드층 상에 몰리브덴-텅스텐 합금을 형성한 상기 샘플들(#2-1, #3-1, #2-2, #3-2)은 시드층이 없는 다른 샘플들(#1-1, #1-2)와 비교하여 더 낮은 면 저항을 가졌다.
도 5는 몰리브덴과 텅스텐의 비율에 따른 전기적 특성과 어쿠스틱 임피던스 특성의 변화를 나타낸 그래프이다. 이 경우, 전기적 특성은 제조된 합금 샘플의 면 저항을 측정하였다. 도 5의 그래프에서 세로 축 중 좌측은 어쿠스틱 임피던스(단위: kg/m2/s)를 나타내며, 우측은 면 저항(단위: ohm/sq)을 나타낸다. 그리고, 도 6은 몰리브덴과 텅스텐의 비율에 따라 어쿠스틱 임피던스/면 저항 값을 계산하여 나타낸 것이다. 또한, 도 7은 몰리브덴과 텅스텐의 비율에 따른 Qp 특성을 변화를 나타낸 그래프이다.
우선, 도 5 및 도 6의 그래프를 분석하여 몰리브덴-텅스텐 합금의 적절한 비율을 살펴보면, 몰디브덴과 텅스텐의 중량 비율이 3:1 ~ 1:3의 범위에서 면 저항의 증가로 인한 영향보다 어쿠스틱 임피던스의 증가에 따른 공진 특성이 우수하였으며, 이는 FABR에 사용되기에 적합한 전극 물질에 해당한다. 공진기의 Qp 특성은 어쿠스틱 임피던스에 큰 영향을 받는데 3:1 ~ 1:3의 중량 비율을 갖는 몰리브덴-텅스텐 합금의 경우 순수한 Mo보다 어쿠스틱 임피던스가 높으며, 이로부터 공진기의 Kt2 및 감쇠(attenuation) 특성이 향상될 수 있다.
하지만, 텅스텐의 양이 증가하여 몰리브덴에 대한 텅스텐의 비율이 3:1을 넘어서면서 어쿠스틱 임피던스의 증가보다 면 저항 증가에 따른 영향이 커지면서 어쿠스틱 임피던스/면 저항 값이 감소하였으며, 몰리브덴에 대한 텅스텐의 비율이 1:3에 근접하는 경우 어쿠스틱 임피던스/면 저항 값이 급격이 감소하는 경향을 보였다. 텅스텐의 비율이 더욱 증가하여 몰리브덴과 텅스텐의 비율이 1:3보다 커지는 경우에는 면 저항이 증가하는 기울기가 현저히 커지면서 면 저항의 증가에 따른 불이익이 어쿠스틱 임피던스의 증가에 따른 성능 향상 효과보다 더 큰 영향을 끼치는 것을 확인하였다. 이러한 결과로부터 몰리브덴과 텅스텐의 바람직한 중량 비율은 3:1 ~ 1:1임을 알 수 있다. 또한, 도 8에 나타난 Qp 특성의 변화를 살펴보면, 몰리브덴-텅스텐의 비율이 1:1인 경우 Qp 특성이 가장 우수하였고, 3:1인 경우에는 순수한 텅스텐과 유사한 특성을 보였다. 이러한 결과로부터 몰리브덴과 텅스텐의 더욱 바람직한 범위는 3:1 ~ 1:1임을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 체적 음향 공진기를 나타낸 단면도이다. 본 실시 형태의 경우, 도 1의 실시 형태와 에어 캐비티(212)의 형태 등에 차이가 있다. 도 8의 체적 음향 공진기는 기판(210), 절연층(220), 식각 저지층(223), 식각 저지부(225), 에어 캐비티(212), 희생층 패턴(230) 및 제1 전극(240), 압전층(250)과 제2 전극(260)으로 이루어진 공진부를 포함할 수 있고, 추가적으로 보호층(270) 및 전극 패드(280)를 포함할 수 있다.
앞선 실시 형태와 다른 부분을 중심으로 설명하면, 절연층(220) 상에는 식각 저지층(223)이 형성될 수 있으며, 식각 저지층(223)은 식각 공정 시에 기판(210) 및 절연층(220) 등을 보호하는 역할 등을 할 수 있다. 식각 저지층(223) 상에는 식각 저지부(225), 에어 캐비티(212) 및 희생층 패턴(230)이 형성될 수 있으며, 이 경우, 식각 저지부(225), 에어 캐비티(212) 및 희생층 패턴(230)은 높이가 실질적으로 동일하게 형성되어, 상기 층들의 일면은 대략 평탄할 수 있다.
에어 캐비티(212)는 제1 전극(240), 압전층(250) 및 제2 전극(260)으로 구성되는 공진부가 소정 방향으로 진동할 수 있도록 공진부의 하부에 위치한다. 에어 캐비티(212)는 식각 저지층(223) 상에 희생층을 형성하고, 희생층 상에 제1 전극(240), 압전층(250) 및 제2 전극(260) 등을 적층한 후에 희생층을 에칭하여 제거하는 식각 공정에 의해 형성될 수 있다.
에어 캐비티(212)의 외측에는 식각 저지부(225)가 형성될 수 있다. 식각 저지부(225)는 식각 저지층(223) 상에서 돌출되는 형상으로 마련되어, 에어 캐비티(212)의 외주 경계면은 식각 저지부(225)의 측면에 의해 정의될 수 있다. 본 실시 형태의 경우, 식각 저지부(225)의 단면은 대략 사다리꼴 형상일 수 있다. 구체적으로 식각 저지부(225)의 상면의 폭은 하면의 폭보다 넓을 수 있고, 상면과 하면을 연결하는 측면은 경사질 수 있다. 식각 저지층(223) 및 식각 저지부(225)는 희생층을 제거하기 위한 식각 공정에서 식각되지 않는 물질로 형성될 수 있으며, 일 예로, 식각 저지층(223) 및 식각 저지부(225)는 동일한 재료로 형성될 수 있다. 희생층이 제거된 후의 에어 캐비티(212)의 형상은 식각 저지층(223) 및 식각 저지부(225)에 의해 둘러싸지는 공간에 의해 정의될 수 있다. 구체적으로, 에어 캐비티(212)의 하부 경계면은 식각 저지층(223)에 의해 정의될 수 있고, 에어 캐비티(212)의 외주 경계면은 식각 저지부(225)에 의해 정의될 수 있다.
식각 저지부(225)의 외측 - 식각 저지부(225)를 기준으로 에어 캐비티(212)의 반대 편 - 에는 희생층 패턴(230)이 형성될 수 있다. 희생층 패턴(230)은 식각 저지부(225)의 외측으로 연장되어 형성될 수 있다. 희생층 패턴(230)은 식각 저지층(223) 상에 형성되는 희생층 중 식각 공정 이후에 잔존하는 일 부분에 대응할 수 있다.
제1 전극(240), 압전층(250) 및 제2 전극(260)은 공진부(235)를 형성하며, 제1 전극(240), 압전층(250) 및 제2 전극(260)의 수직 방향으로 중첩된 공통 영역은 에어 캐비티(212)의 상부에 위치할 수 있다. 앞선 실시 형태와 마찬가지로, 압전층(250)은 전기적 에너지를 탄성파 형태의 기계적 에너지로 변환하는 압전 효과를 일으키는 부분으로, 질화알루미늄(AlN), 산화아연(ZnO), 납 지르코늄 티타늄 산화물(PZT; PbZrTiO) 등으로 형성되고, 제2 전극(160)은 압전층(150) 상에 형성된다. 또한, 압전층(150)이 질화 알루미늄(AlN)으로 형성되는 경우 압전층(150)은 희토류 금속(Rare earth metal) 또는 전이 금속을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 희토류 금속은 스칸듐(Sc), 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전이 금속은 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 및 마그세늄(Mg) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서도 제1 전극(240) 및 제2 전극(260) 중 적어도 하나는 몰리브덴-텅스텐 합금을 포함하며, 상기 몰리브덴-텅스텐 합금에서 몰리브덴과 텅스텐의 비율은 3:1 ~ 1:3인 조건을 충족한다.
한편, 도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예들에 따른 필터의 개략적인 회로도이다. 도 9 및 도 10의 필터에 채용되는 복수의 체적 음향 공진기 각각은 도 1에 도시된 체적 음향 공진기에 대응한다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 필터(1000)는 래더 타입(ladder type)의 필터 구조로 형성될 수 있다. 구체적으로, 필터(1000)는 복수의 체적 음향 공진기(1100,1200)를 포함한다. 제1 체적 음향 공진기(1100)는 입력 신호(RFin)가 입력되는 신호 입력단과 출력 신호(RFout)가 출력되는 신호 출력단 사이에 직렬 연결될 수 있고, 제2 체적 음향 공진기(1200)는 상기 신호 출력단과 접지 사이에 연결된다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터(2000)는 래티스 타입(lattice type)의 필터 구조로 형성될 수 있다. 구체적으로, 필터(2000)는 복수의 체적 음향 공진기(2100,2200,2300,2400)를 포함하여, 밸런스드(balanced) 입력 신호(RFin+, RFin-)를 필터링하여 밸런스드 출력 신호(RFout+, RFout-)를 출력할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
110: 기판
112: 에어 캐비티
120: 절연층
125: 식각 저지층
130: 멤브레인
135: 공진부
140: 제1 전극
150: 압전층
160: 제2 전극
170: 보호층
180: 전극패드
1000, 2000: 필터
1100, 1200, 2100, 2200, 2300, 2400: 체적 음향 공진기
112: 에어 캐비티
120: 절연층
125: 식각 저지층
130: 멤브레인
135: 공진부
140: 제1 전극
150: 압전층
160: 제2 전극
170: 보호층
180: 전극패드
1000, 2000: 필터
1100, 1200, 2100, 2200, 2300, 2400: 체적 음향 공진기
Claims (15)
- 기판;
상기 기판 상에 형성되는 제1 전극 및 제2 전극; 및
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 마련되는 압전층을 포함하고,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나는 몰리브덴-텅스텐 합금을 포함하며, 상기 몰리브덴-텅스텐 합금에서 몰리브덴과 텅스텐의 중량 비율은 3:1 ~ 1:3인 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 몰리브덴-텅스텐 합금에서 몰리브덴과 텅스텐의 중량 비율은 3:1 ~ 1:1인 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 몰리브덴-텅스텐 합금은 (110) 결정 면으로 배향된 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 압전층은 질화 알루미늄인 체적 음향 공진기.
- 제4항에 있어서,
상기 압전층은 희토류 금속 또는 전이 금속을 포함하는 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전극 중 적어도 하나와 상기 기판 사이에 형성된 시드층을 더 포함하는 체적 음향 공진기.
- 제6항에 있어서,
상기 시드층은 Ti 및 TiW 중 적어도 하나를 포함하는 체적 음향 공진기.
- 복수의 체적 음향 공진기를 포함하는 필터에 있어서,
상기 복수의 체적 음향 공진기 중 적어도 하나는,
기판;
상기 기판 상에 형성되는 제1 전극 및 제2 전극; 및
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 마련되는 압전층;을 포함하고,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나는 몰리브덴-텅스텐 합금을 포함하며, 상기 몰리브덴-텅스텐 합금에서 몰리브덴과 텅스텐의 중량 비율은 3:1 ~ 1:3인 필터.
- 제8항에 있어서,
상기 몰리브덴-텅스텐 합금에서 몰리브덴과 텅스텐의 중량 비율은 3:1 ~ 1:1인 필터.
- 제8항에 있어서,
상기 몰리브덴-텅스텐 합금은 (110) 결정 면으로 배향된 필터.
- 제8항에 있어서,
상기 압전층은 질화 알루미늄인 필터.
- 제11항에 있어서,
상기 압전층은 희토류 금속 또는 전이 금속을 포함하는 필터.
- 제8항에 있어서,
상기 복수의 체적 음향 공진기는 래더 타입(ladder type) 또는 래티스 타입(lattice type)을 구성되는 필터.
- 제8항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전극 중 적어도 하나와 상기 기판 사이에 형성된 시드층을 더 포함하는 필터.
- 제14항에 있어서,
상기 시드층은 Ti 및 TiW 중 적어도 하나를 포함하는 필터.
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| US16/522,093 US10855249B2 (en) | 2016-06-24 | 2019-07-25 | Bulk acoustic wave resonator and filter including the same |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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