KR20180006261A - 탄성파 필터 장치 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
기판의 상부에 배치되는 하부전극과, 상기 하부전극의 적어도 일부를 덮도록 형성되는 압전체층 및 상기 압전체층의 적어도 일부를 덮도록 형성되는 상부전극을 포함하며, 상기 상부전극에는 상기 압전체층의 변형 시 함께 변형되어 진동되는 공진 영역(Active area)의 중앙부를 제외한 영역의 적어도 일부분에 배치되며 다른 부분보다 밀도가 낮은 밀도저감층이 구비되는 탄성파 필터 장치가 개시된다.
Description
본 발명은 탄성파 필터 장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
탄성파 필터 장치(bulk acoustic wave filter device)는 반도체 기판인 실리콘 웨이퍼 상에 압전 유전체 물질을 증착하여 그 압전특성을 이용함으로써 공진을 유발시키는 박막형태의 소자를 필터로 구현한 것이다.
한편, 고성능의 탄성파 필터 장치(bulk acoustic wave filter device)의 조건으로 높은 품질 계수 값(Q factor), 커플링 계수(Coupling coefficient) 외에도 낮은 수평판 진동 노이즈의 감소가 요구되고 있다.
수평파 진동 성분은 탄성파 필터 장치에 구비되는 공진기의 공진 주파수 및 주변 주파수 영역에서 나타나는데, 진동의 수평 성분이 탄성파 필터 장치의 평면방향 크기와 공진을 일으켜 나타난다.
이러한 수평 진동 공진 현상으로 인해 탄성파 필터 장치의 통과 대역내의 노이즈(Spurious Noise)가 나타나며, 공진기의 품질 계수 값(Q)가 감소하는 현상이 나타난다. 탄성파 필터 장치의 통과 대역내의 고르고 낮은 삽입 손실(Insertion Loss) 특성 확보를 위해 수평파 진동으로 인한 노이즈(Spurious Noise)를 줄어야 한다.
이를 위해 수평파 진동을 억제할 수 있는 공진기 구조의 제안이 필요한 실정이다.
수평 진동의 공진을 억제할 수 있는 탄성파 필터 장치 및 이의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄성파 필터 장치는 기판의 상부에 배치되는 하부전극과, 상기 하부전극의 적어도 일부를 덮도록 형성되는 압전체층 및 상기 압전체층의 적어도 일부를 덮도록 형성되는 상부전극을 포함하며, 상기 상부전극에는 상기 압전체층의 변형 시 함께 변형되어 진동되는 공진 영역(Active area)의 중앙부를 제외한 영역의 적어도 일부분에 배치되며 다른 부분보다 밀도가 낮은 밀도저감층이 구비될 수 있다.
수평 진동의 공진을 억제할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄성파 필터 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄성파 필터 장치에 의한 노이즈의 감소를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄성파 필터 장치에 구비되는 밀도저감층의 형성 공정을 설명하기 위한 설명도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치에 구비되는 밀도저감층의 형성 공정을 설명하기 위한 설명도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 탄성파 필터 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄성파 필터 장치에 의한 노이즈의 감소를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄성파 필터 장치에 구비되는 밀도저감층의 형성 공정을 설명하기 위한 설명도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치에 구비되는 밀도저감층의 형성 공정을 설명하기 위한 설명도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 탄성파 필터 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄성파 필터 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄성파 필터 장치(100)는 일예로서, 기판(110), 제1층(120), 제2층(130), 하부전극(140), 압전체층(150), 상부전극(160), 페시베이션층(200) 및 금속패드(210)를 포함하여 구성될 수 있다.
기판(110)은 실리콘이 적층된 기판일 수 있다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼(Silicon Wafer)가 기판으로 이용될 수 있다. 한편, 기판(110)의 상면에는 실리콘의 보호를 위한 보호층(112)이 형성될 수 있다. 즉, 후술할 희생층(220)의 제거 공정 시 기판(110)의 식각을 방지하기 위해서 기판(110)의 상면에는 보호층(112)이 형성되는 것이다.
제1층(120)은 기판(110) 및 에어갭(S) 상에 형성된다. 즉, 제1층(140)은 후술할 기판(110) 상에 형성되는 희생층(220)을 덮도록 기판(110) 및 희생층(220) 상에 형성된다. 이후, 희생층(220)이 제거되는 경우 제1층(120)의 하부에는 에어갭(Cavity, S)이 형성되는 것이다.
일예로서, 제1층(120)은 산화실리콘(SiO2) 또는 산화실리콘(SiO2)을 함유하는 재질로 이루어질 수 있다. 한편, 제1층(120)은 희생층(220)의 제거 공정 시 하부전극(140) 하단부의 식각을 방지하는 역할도 수행한다.
제2층(130)은 에어갭(S)의 상부에 배치되도록 제1층(120) 상에 형성된다. 한편, 제2층(130)은 질화실리콘(SiN) 또는 질화실리콘(SiN)을 함유하는 재질로 이루어질 수 있다. 그리고, 제2층(130)은 제1층(120)과 함께 공진 영역에 배치되는 구성에 의한 스트레스를 보상할 수 있으며, 공진 영역에 배치되는 구조의 변형을 저감시키는 역할을 수행한다.
여기서, 공진 영역(Active area)이라 함은 도 1에 도시된 바와 같이 압전체층(150)의 변형 시 압전체층(150)과 함께 변형되면서 진동되는 영역을 말한다.
하부전극(140)은 제2층(130) 상에 형성된다. 일예로서, 하부전극(140)은 몰리브덴(molybdenum : Mo), 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt) 등과 같이 전도성 재질, 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다.
또한, 하부전극(140)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 주입하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 예를 들어, 하부전극(140)이 입력 전극인 경우 상부전극(160)은 출력 전극일 수 있으며, 하부전극(140)이 출력 전극인 경우 상부전극(160)은 입력 전극일 수 있다.
압전체층(150)은 하부전극(140)의 적어도 일부를 덮도록 형성된다. 그리고, 압전체층(150)은 하부전극(140) 또는 상부전극(160)으로부터 입력되는 전기적 신호를 탄성파(Acoustic wave)로 변환하는 역할을 수행한다.
일예로서, 상부전극(160)에 시간적으로 변화하는 전계가 유지되는 경우, 압전체층(150)은 상부전극(160)으로부터 입력되는 전기적 신호를 물리적 진동으로 변환할 수 있다. 그리고, 압전체층(150)은 변환된 물리적 진동을 탄성파로 변환할 수 있다. 이때, 시간적으로 변화하는 전계가 유기될 수 있다. 그러면, 압전체층(150)은 유기된 전계를 이용하여 배향된 압전체층(150) 내에서 두께 진동 방향과 동일한 방향으로 체적 탄성파(bulk acoustic wave)를 발생시킬 수 있다.
이처럼 압전체층(150)은 체적 탄성파를 발생시켜 전기적 신호를 탄성파로 변환할 수 있는 것이다.
이때, 압전체층(150)은 하부전극(140)의 상부에 알루미늄 질화물(Aluminum Nitride), 산화아연(Zinc Oxide) 또는 지르콘 티탄산 납(Lead Zirconate Titanate)을 증착함에 따라 형성될 수 있다.
상부전극(160)은 압전체층(150)의 적어도 일부를 덮도록 형성된다. 일예로서, 상부전극(160)은 압전체층(150)을 덮도록 형성되는 전극층(170)과, 전극층(170) 상에 형성되는 프레임층(180)을 구비할 수 있다.
한편, 프레임층(180)의 두께는 전극층(170)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다. 프레임층(180)은 공진 영역의 중앙부를 제외한 영역에 배치되도록 전극층(170) 상에 형성될 수 있다. 다시 말해, 프레임층(180)에는 제조 공정 중 전극층(170)이 외부로 노출되도록 하는 개구부가 구비될 수 있다.
일예로서, 프레임층(180)은 전극층(170)과 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며 프레임층(180)은 서로 다른 재질로 이루어질 수 있다.
프레임층(180)은 공진 시 발생하는 측면파(Lateral Wave)를 공진 영역 내부로 반사시켜 공진 에어지를 공진 영역에 가두어 두는 역할을 수행한다. 다시 말해, 전극층(170)의 외곽에 프레임층(180)이 형성되어 공진 영역에서 발생한 진동이 외곽으로 빠져 나가는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
일예로서, 상부전극(160)은 몰리브덴(molybdenum : Mo), 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt) 중 어느 하나 또는 몰리브덴(molybdenum : Mo), 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt) 중 적어도 두 가지의 합금 재질로 이루어질 수 있다.
한편, 상부전극(160)에는 압전체층(150)의 변형 시 함께 변형되어 진동되는 공진 영역(Active area)의 중앙부를 제외한 영역에 배치되며 산화물로 이루어지는 밀도저감층(190)이 구비될 수 있다.
일예로서, 밀도저감층(190)은 상부전극(160)의 산화에 의해 형성될 수 있다. 즉, 밀도저감층(190)은 프레임층(180)의 개구부 내에 배치되는 전극층(170)의 일부분에 형성된다. 그리고, 밀도저감층(190)은 띠 형상을 가질 수 있다.
다만, 상기한 방식으로 밀도저감층(190)이 형성되는 경우에 한정되지 않으며, 밀도저감층(190)은 전극층(160)에 산화물로 이루어지는 밀도저감층(190)이 적층되어 형성될 수 있다.
이러한 경우 밀도저감층(190)은 상부전극(160)의 표면으로 노출되지 않도록 형성될 수 있다.
나아가, 밀도저감층(190)은 산화물로 이루어지지 않을 수 있으며, 상부전극(160)보다 밀도가 낮은 재질이 적층되어 이루어질 수도 있을 것이다.
즉, 밀도저감층(190)의 형성 방법은 다양하게 변경 가능할 것이다.
한편, 밀도저감층(190)은 일예로서, 상부전극(160)이 몰리브덴(Mo) 재질로 이루어지는 경우 이산화몰리브덴(MoO2)이나 삼산화몰리브덴(MoO3) 등과 같은 산화막으로 이루어질 수 있다.
그리고, 밀도저감층(190)의 밀도는 상부전극(160)의 나머지 부분의 밀도 대비 대략 1/3 수준일 수 있다. 나아가, 밀도저감층(190)의 두께는 산화 조건에 따라 수~수십 nm 깊이로 조절 가능하다.
이와 같이, 밀도저감층(190)이 형성되므로 수평 진동의 공진을 억제할 수 있다. 즉, 밀도저감층(190)의 전체두께가 공진 영역의 전체 두께보다 얇아, 이 영역에서 수직 방향 진폭이 더 급격하게 변하게 된다.
이에 따라, 공진 영역과 수평 진동의 공진을 억제하기 위한 프레임층(180)에서의 수평 방향 거리에 따른 수직방향 진폭 변화량이 달라져서 공진 주파수보다 낮은 주파수에서 수평 방향 공진의 발생이 억제되는 것이다.
나아가, 밀도저감층(190)을 통해 도 5에 도시된 바와 같이, 노이즈를 감소시킬 수 있다. 즉, 밀도저감층(190)이 형성되지 않은 경우 노이즈가 대략 0.36 dB이었으나, 밀도저감층(190)이 형성되는 경우 대략 노이즈가 0.07dB인 것을 확인할 수 있다. 이와 같이, 비정형적인 노이즈(Spurious Noise)를 개선하여 탄성파 필터 장치의 통과 대역 내에서 고르고 낮은 삽입 손실(Insertion Loss) 특성을 확보할 수 있다.
페시베이션층(Passivation layer, 200)은 프레임층(180) 및 전극층(170)을 덮도록 형성된다. 한편, 페시베이션층(200)은 공정 중 프레임층(180) 및 전극층(170)이 손상되는 것을 방지하는 역할을 수행하며, 나아가 최종 공정에서 주파수 조절을 위해 식각에 의해 페시베이션층(200)의 두께가 조절될 수 있다.
그리고, 페시베이션층(200)은 금속패드(210)가 형성되는 영역을 제외한 다른 모든 영역에 형성될 수도 있다.
금속패드(210)는 하부전극(140) 및 상부전극(160)에 전기적으로 연결되도록 형성된다.
상기한 바와 같이, 밀도저감층(190)을 통해 수평 진동의 공진을 억제할 수 있다. 이를 통해 비정형적인 노이즈(Spurious Noise)를 개선하여 탄성파 필터 장치의 통과 대역 내에서 고르고 낮은 삽입 손실(Insertion Loss) 특성을 확보할 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄성파 필터 장치(100)는 휴대용 통신기기의 프런트 엔드 모듈(Front End Module)에 RF 필터로 사용될 수 있다. 즉, 다수의 공진기를 신호 입력단과 출력단 사이에 직렬로 연결하고, 다수의 공진기를 병렬로 직렬 연결된 공진기와 접지 사이에 연결해 RF 필터로 구성할 수 있다.
이러한 경우, 수평파 공진에 의한 노이즈가 억제되어 패스 밴드 전 영역에 걸쳐 고른 신호 입력 특성을 보일 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 상기에서 설명한 밀도저감층(190)의 형성 방법에 대하여 간략하게 설명하기로 한다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄성파 필터 장치에 구비되는 밀도저감층의 형성 공정을 설명하기 위한 설명도이다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 상부에 희생층(220), 제1층(120), 제2층(130), 하부전극(140), 압전체층(150), 상부전극(160)이 순차적으로 적층된다.
이후, 도 4에 도시된 바와 같이, 상부전극(160) 상에 포토레지스트층(10)을 적층한다. 포토레지스트층(10)은 공진 영역(Active area)의 중앙부 및 프레임층(180)의 산화를 방지하기 위한 구성으로서, 포토레지스트층(10)이 형성되지 않는 영역에서 밀도저감층(190)이 형성된다.
밀도저감층(190)은 전극층(170)의 산화에 의해 형성되며, 에싱(Ashing) 공정에 의한 표면처리로 형성될 수 있다. 즉, 밀도저감층(190)은 산화물로 이루어질 수 있다.
일예로서, 밀도저감층(190)은 공진 영역(Acitve area)의 형상에 대응되는 띠 형상을 가질 수 있다.
한편, 밀도저감층(190)은 일예로서, 상부전극(160)이 몰리브덴(Mo) 재질로 이루어지는 경우 이산화몰리브덴(MoO2)이나 삼산화몰리브덴(MoO3) 등과 같은 산화막으로 이루어질 수 있다.
그리고, 밀도저감층(190)의 밀도는 상부전극(160)의 나머지 부분의 밀도 대비 대략 1/3 수준일 수 있다. 나아가, 밀도저감층(190)의 두께는 산화 조건에 따라 수~수십 nm 깊이로 조절 가능하다.
이후, 도 5에 도시된 바와 같이, 포토레지스트층(10)을 제거하면, 상부전극(160) 상에 밀도저감층(190), 일예로서, 산화 몰르브덴층이 형성되는 것이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치에 대하여 설명하기로 한다. 한편, 상기에서 설명한 구성요소와 동일한 구성요소에 대해서는 상기에서 사용한 도면부호를 사용하여 도면에 도시하고 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치(300)는 일예로서, 기판(110), 제1층(120), 제2층(130), 하부전극(140), 압전체층(150), 상부전극(160), 페시베이션층(200) 및 금속패드(210)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치(300)는 밀도저감층(390)만이 차이가 있는 구성으로서, 여기서는 밀도저감층(390)에 대해서만 살펴보기로 한다.
밀도저감층(390)은 프레임층(180) 및 프레임층(180)의 개구부 내에 배치되는 전극층(170)의 일부분에 형성된다. 즉, 밀도저감층(390)은 프레임층(180) 및 전극층(170) 중 공진 영역(Active area)의 중앙부를 제외한 영역에 형성되며 산화물로 이루어진다.
한편, 밀도저감층(390)은 상부전극(160), 다시 말해 전극층(170)과 프레임층(180)의 산화에 의해 형성된다.
나아가, 프레임층(180)의 두께는 전극층(170)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다.
또한, 밀도저감층(390)은 일예로서, 상부전극(160)이 몰리브덴(Mo) 재질로 이루어지는 경우 이산화몰리브덴(MoO2)이나 삼산화몰리브덴(MoO3) 등과 같은 산화막으로 이루어질 수 있다.
그리고, 밀도저감층(390)의 밀도는 상부전극(160)의 나머지 부분의 밀도 대비 대략 1/3 수준일 수 있다. 나아가, 밀도저감층(390)의 두께는 산화 조건에 따라 수~수십 nm 깊이로 조절 가능하다.
이와 같이, 밀도저감층(390)이 형성되므로 수평 진동의 공진을 억제할 수 있다. 즉, 밀도저감층(390)의 전체두께가 공진 영역의 전체 두께보다 얇아, 이 영역에서 수직 방향 진폭이 더 급격하게 변하게 된다.
이에 따라, 공진 영역과 수평 진동의 공진을 억제하기 위한 프레임층(180)에서의 수평 방향 거리에 따른 수직방향 진폭 변화량이 달라져서 공진 주파수보다 낮은 주파수에서 수평 방향 공진의 발생이 억제되는 것이다.
이하에서는 도면을 참조하여 상기에서 설명한 밀도저감층(390)의 형성 방법에 대하여 간략하게 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치에 구비되는 밀도저감층의 형성 공정을 설명하기 위한 설명도이다.
도 7을 참조하면, 상부전극(160) 상에 포토레지스트층(10)을 적층한다. 포토레지스트층(10)은 공진 영역(Active area)의 중앙부에 배치되는 전극층(170)의 산화를 방지하기 위한 구성으로서, 포토레지스트층(10)이 형성되지 않는 영역에서 밀도저감층(390)이 형성된다.
밀도저감층(390)은 전극층(170) 및 프레임층(180)의 산화에 의해 형성되며, 에싱(Ashing) 공정에 의한 표면처리로 형성될 수 있다. 즉 밀도저감층(390)은 산화물로 이루어질 수 있다.
한편, 밀도저감층(390)은 일예로서, 상부전극(160)이 몰리브덴(Mo) 재질로 이루어지는 경우 이산화몰리브덴(MoO2)이나 삼산화몰리브덴(MoO3) 등과 같은 산화막으로 이루어질 수 있다.
그리고, 밀도저감층(390)의 밀도는 상부전극(160)의 나머지 부분의 밀도 대비 대략 1/3 수준일 수 있다. 나아가, 밀도저감층(390)의 두께는 산화 조건에 따라 수~수십 nm 깊이로 조절 가능하다.
이후, 포토레지스트층(10)을 제거하면, 상부전극(160) 상에 밀도저감층(390), 일예로서, 산화 몰르브덴층이 형성되는 것이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 탄성파 필터 장치에 대하여 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 탄성파 필터 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 탄성파 필터 장치(500)는 일예로서, 기판(510), 에어갭 형성층(520), 제1 보호층(530), 하부전극(540), 압전체층(550), 상부전극(560), 페시베이션층(600) 및 금속패드(610)를 포함하여 구성될 수 있다.
기판(510)은 실리콘이 적층된 기판일 수 있다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼(Silicon Wafer)가 기판으로 이용될 수 있다. 한편, 기판(510)의 상면에는 실리콘의 보호를 위한 보호층(512)이 형성될 수 있다. 즉, 후술할 희생층(미도시)의 제거 공정 시 기판(510)의 식각을 방지하기 위해서 기판(510)의 상면에는 보호층(512)이 형성되는 것이다.
에어갭 형성층(520)은 기판(510) 상에 형성되고, 에어갭 형성층(520)의 홈부(522)와 제1 보호층(530)에 의해 에어갭(Cavity, S)이 형성된다. 즉, 에어갭 형성층(520)의 홈부(522) 내에 희생층이 형성된 후 희생층이 제거됨으로써 에어갭(S)이 형성되는 것이다.
이와 같이, 에어갭 형성층(520)에 에어갭(S)이 형성되므로, 에어갭 형성층(520)의 상부에 형성되는 다른 구성들이 플랫한 형상으로 형성될 수 있다.
제1 보호층(530)은 에어갭 형성층(520) 및 에어갭(S) 상에 형성된다. 즉, 제1 보호층(530)은 희생층을 덮도록 에어갭 형성층(520) 상에 형성된다. 이후, 희생층이 제거되는 경우 제1 보호층(530)의 하부에 에어갭(S)이 형성되는 것이다.
일예로서, 제1 보호층(530)은 산화실리콘(SiO2) 또는 산화실리콘(SiO2)을 함유하는 재질로 이루어질 수 있다. 한편, 제1 보호층(530)은 희생층의 제거 공정 시 하부전극(540) 하단부의 식각을 방지하는 역할도 수행한다.
하부전극(540)은 제1 보호층(530) 상에 형성된다. 일예로서, 하부전극(540)은 몰리브덴(molybdenum : Mo), 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt) 등과 같이 전도성 재질, 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다.
또한, 하부전극(540)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 주입하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 예를 들어, 하부전극(540)이 입력 전극인 경우 상부전극(560)은 출력 전극일 수 있으며, 하부전극(540)이 출력 전극인 경우 상부전극(560)은 입력 전극일 수 있다.
압전체층(550)은 하부전극(540)의 적어도 일부를 덮도록 형성된다. 그리고, 압전체층(550)은 하부전극(540) 또는 상부전극(560)으로부터 입력되는 전기적 신호를 탄성파(Acoustic wave)로 변환하는 역할을 수행한다.
일예로서, 상부전극(560)에 시간적으로 변화하는 전계가 유지되는 경우, 압전체층(550)은 상부전극(560)으로부터 입력되는 전기적 신호를 물리적 진동으로 변환할 수 있다. 그리고, 압전체층(550)은 변환된 물리적 진동을 탄성파로 변환할 수 있다. 이때, 시간적으로 변화하는 전계가 유기될 수 있다. 그러면, 압전체층(550)은 유기된 전계를 이용하여 배향된 압전체층(550) 내에서 두께 진동 방향과 동일한 방향으로 체적 탄성파(bulk acoustic wave)를 발생시킬 수 있다.
이처럼 압전체층(550)은 체적 탄성파를 발생시켜 전기적 신호를 탄성파로 변환할 수 있는 것이다.
이때, 압전체층(550)은 하부전극(540)의 상부에 알루미늄 질화물(Aluminum Nitride), 산화아연(Zinc Oxide) 또는 지르콘 티탄산 납(Lead Zirconate Titanate)을 증착함에 따라 형성될 수 있다.
상부전극(560)은 압전체층(550)의 적어도 일부를 덮도록 형성된다. 일예로서, 상부전극(560)은 압전체층(550)을 덮도록 형성되는 전극층(570)과, 전극층(570) 상에 형성되는 프레임층(580)을 구비할 수 있다.
한편, 프레임층(580)의 두께는 전극층(570)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다. 그리고, 프레임층(580)은 공진 영역(Active area)의 중앙부를 제외한 영역에 배치되도록 전극층(570) 상에 형성될 수 있다. 다시 말해, 프레임층(580)에는 제조 공정 중 전극층(570)이 외부로 노출되도록 하는 개구부가 구비될 수 있다.
일예로서, 프레임층(580)은 전극층(570)과 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며 프레임층(580)은 서로 다른 재질로 이루어질 수 있다.
프레임층(580)은 공진 시 발생하는 측면파(Lateral Wave)를 공진 영역 내부로 반사시켜 공진 에어지를 공진 영역에 가두어 두는 역할을 수행한다. 다시 말해, 전극층(570)의 외곽에 프레임층(580)이 형성되어 공진 영역에서 발생한 진동이 외곽으로 빠져 나가는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
일예로서, 상부전극(560)은 몰리브덴(molybdenum : Mo), 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt) 중 어느 하나 또는 몰리브덴(molybdenum : Mo), 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt) 중 적어도 두 가지의 합금 재질로 이루어질 수 있다.
한편, 상부전극(560)에는 압전체층(550)의 변형 시 함께 변형되어 진동되는 공진 영역(Active area)의 중앙부를 제외한 영역에 배치되며 산화물로 이루어지는 밀도저감층(590)이 구비될 수 있다.
일예로서, 밀도저감층(590)은 상부전극(560)의 산화에 의해 형성될 수 있다. 즉, 밀도저감층(590)은 프레임층(580)의 개구부 내에 배치되는 전극층(570)의 일부분에 형성된다. 그리고, 밀도저감층(590)은 띠 형상을 가질 수 있다.
다만, 상기한 방식으로 밀도저감층(590)이 형성되는 경우에 한정되지 않으며, 밀도저감층(590)은 전극층(560)에 산화물로 이루어지는 밀도저감층(590)이 적층되어 형성될 수 있다.
한편, 밀도저감층(590)은 일예로서, 상부전극(560)이 몰리브덴(Mo) 재질로 이루어지는 경우 이산화몰리브덴(MoO2)이나 삼산화몰리브덴(MoO3) 등과 같은 산화막으로 이루어질 수 있다.
그리고, 밀도저감층(590)의 밀도는 상부전극(560)의 나머지 부분의 밀도 대비 대략 1/3 수준일 수 있다. 나아가, 밀도저감층(590)의 두께는 산화 조건에 따라 수~수십 nm 깊이로 조절 가능하다.
이와 같이, 밀도저감층(590)이 형성되므로 수평 진동의 공진을 억제할 수 있다. 즉, 밀도저감층(590)의 전체두께가 공진 영역의 전체 두께보다 얇아, 이 영역에서 수직 방향 진폭이 더 급격하게 변하게 된다.
이에 따라, 공진 영역과 수평 진동의 공진을 억제하기 위한 프레임층(580)에서의 수평 방향 거리에 따른 수직방향 진폭 변화량이 달라져서 공진 주파수보다 낮은 주파수에서 수평 방향 공진의 발생이 억제되는 것이다.
나아가, 밀도저감층(590)을 통해 노이즈를 감소시킬 수 있다. 그리고, 비정형적인 노이즈(Spurious Noise)를 개선하여 탄성파 필터 장치의 통과 대역 내에서 고르고 낮은 삽입 손실(Insertion Loss) 특성을 확보할 수 있다.
페시베이션층(Passivation layer, 600)은 프레임층(580) 및 전극층(570)을 덮도록 형성된다. 한편, 페시베이션층(600)은 공정 중 프레임층(580) 및 전극층(570)이 손상되는 것을 방지하는 역할을 수행하며, 나아가 최종 공정에서 주파수 조절을 위해 식각에 의해 페시베이션층(600)의 두께가 조절될 수 있다.
그리고, 페시베이션층(600)은 금속패드(610)가 형성되는 영역을 제외한 다른 모든 영역에 형성될 수도 있다.
금속패드(610)는 하부전극(540) 및 상부전극(560)에 전기적으로 연결되도록 형성된다.
상기한 바와 같이, 밀도저감층(590)을 통해 수평 진동의 공진을 억제할 수 있다. 이를 통해 비정형적인 노이즈(Spurious Noise)를 개선하여 탄성파 필터 장치의 통과 대역 내에서 고르고 낮은 삽입 손실(Insertion Loss) 특성을 확보할 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄성파 필터 장치(100)는 휴대용 통신기기의 프런트 엔드 모듈(Front End Module)에 RF 필터로 사용될 수 있다. 즉, 다수의 공진기를 신호 입력단과 출력단 사이에 직렬로 연결하고, 다수의 공진기를 병렬로 직렬 연결된 공진기와 접지 사이에 연결해 RF 필터로 구성할 수 있다.
이러한 경우, 수평파 공진에 의한 노이즈가 억제되어 패스 밴드 전 영역에 걸쳐 고른 신호 입력 특성을 보일 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.
100, 300, 500 : 탄성파 필터 장치
110, 510 : 기판
120 : 제1층
130 : 제2층
140 : 하부전극
150 : 압전체층
160 : 상부전극
170 : 전극층
180 : 프레임층
190, 390, 590 : 밀도저감층
200, 600 : 페시베이션층
210, 610 : 금속패드
220 : 희생층
110, 510 : 기판
120 : 제1층
130 : 제2층
140 : 하부전극
150 : 압전체층
160 : 상부전극
170 : 전극층
180 : 프레임층
190, 390, 590 : 밀도저감층
200, 600 : 페시베이션층
210, 610 : 금속패드
220 : 희생층
Claims (16)
- 기판;
기판의 상부에 배치되는 하부전극;
상기 하부전극의 적어도 일부를 덮도록 형성되는 압전체층; 및
상기 압전체층의 적어도 일부를 덮도록 형성되는 상부전극;
을 포함하며,
상기 상부전극에는 상기 압전체층의 변형 시 함께 변형되어 진동되는 공진 영역(Active area)의 중앙부를 제외한 적어도 일부 영역에 배치되며 다른 부분보다 밀도가 낮은 밀도저감층이 구비되는 탄성파 필터 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 밀도저감층은 산화물로 이루어지는 탄성파 필터 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 밀도저감층은 상기 상부전극의 산화에 의해 형성되는 탄성파 필터 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 상부전극은 상기 압전체층을 덮도록 형성되는 전극층과, 상기 전극층의 상에 적층되는 프레임층을 구비하며,
상기 밀도저감층은 상기 프레임층의 개구부 내에 배치되는 전극층의 일부분에 형성되는 탄성파 필터 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 상부전극은 상기 압전체층을 덮도록 형성되는 전극층과, 상기 전극층의 상에 적층되는 프레임층을 구비하며,
상기 밀도저감층은 상기 프레임층 및 상기 프레임층의 개구부 내에 배치되는 전극층의 일부분에 형성되는 탄성파 필터 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 전극층의 일부분에 형성되는 상기 밀도저감층은 띠 형상을 가지는 탄성파 필터 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 프레임층의 두께가 상기 전극층의 두께보다 두껍게 형성되는 탄성파 필터 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 기판과 함께 에어갭을 형성하는 제1층과, 에어갭의 상부에 배치되도록 상기 제2층 상에 형성되는 제2층을 더 포함하는 탄성파 필터 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 하부전극과 상기 상부전극에 형성되는 금속패드와, 상기 금속패드가 형성되는 영역을 제외한 영역에 형성되는 페시베이션층(Passivation layer)을 더 포함하는 탄성파 필터 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 상부전극은 몰리브덴(molybdenum : Mo), 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt) 중 어느 하나 또는 몰리브덴(molybdenum : Mo), 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt) 중 적어도 두 가지의 합금 재질로 이루어지는 탄성파 필터 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 기판 상에 형성되고 에어갭이 형성되는 에어갭 형성층; 및
상기 에어갭 형성층 상에 형성되며, 상기 하부전극의 하부에 배치되는 제1 보호층;을 더 포함하는 탄성파 필터 장치.
- 희생층의 상부에 배치되는 상기 상부전극의 중앙부를 제외한 적어도 일부 영역을 노출하도록 포토 레지스트를 형성하는 단계;
외부로 노출된 상기 상부전극을 산화시켜 밀도저감층을 형성하는 단계; 및
상기 포토 레지스트를 제거하는 단계;
를 포함하는 탄성파 필터 장치의 제조방법.
- 제12항에 있어서,
상기 상부전극은 압전체층을 덮도록 형성되는 전극층과, 상기 전극층 상에 형성되는 프레임층을 구비하며,
상기 밀도저감층은 상기 프레임층의 개구부 내에 배치되는 전극층의 일부분에 형성되는 탄성파 필터 장치의 제조방법.
- 제12항에 있어서,
상기 상부전극은 압전체층을 덮도록 형성되는 전극층과, 상기 전극층 상에 형성되는 프레임층을 구비하며,
상기 밀도저감층은 상기 프레임층 및 상기 프레임층의 개구부 내에 배치되는 전극층의 일부분에 형성되는 탄성파 필터 장치의 제조방법.
- 제12항에 있어서,
상기 상부전극은 몰리브덴(molybdenum : Mo), 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt) 중 어느 하나 또는 몰리브덴(molybdenum : Mo), 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt) 중 적어도 두 가지의 합금 재질로 이루어지는 탄성파 필터 장치의 제조방법.
- 제12항에 있어서,
상기 밀도저감층을 형성하는 단계는 에싱(Ashing) 공정을 통해 수행되는 탄성파 필터 장치의 제조방법.
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