KR101238360B1

KR101238360B1 - 공진기 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101238360B1
Application number: KR20060077224A
Authority: KR
Inventors: 이주호; 박해석; 이상훈; 김덕환; 설상철
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-08-16
Filing date: 2006-08-16
Publication date: 2013-03-04
Anticipated expiration: 2026-08-16
Also published as: US20080042780A1; JP2008048380A; US7795692B2; JP4685832B2; EP1890380A1; KR20080015632A

Abstract

본 발명의 공진기는, 기판, 및 기판상에 차례로 적층된 제1전극, 압전막 및 제2전극을 구비하고, 공진을 발생하는 활성영역과 공진을 발생하지 않은 비활성영역으로 구분된 공진부를 포함하며, 제1 및 제2전극 중 적어도 하나는 비활성영역 부분의 적어도 일부가 비활성영역 부분과 다른 두께를 가지도록 형성된 것을 특징으로 한다.

FBAR, 공진부, 전극, 비활성영역, 금속막

Description

공진기 및 그 제조 방법 {Resonator and the method thereof}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공진기로써 박막 벌크 음향 공진기를 예시하는 평면도.

도 2는 도 1의 선 I-I를 도시한 단면도.

도 3a 내지 도 3g는 도 2에 도시한 공진기의 제조방법을 설명하는 단면도.

도 4는 도 2에 도시한 공진기의 변형예를 예시하는 단면도.

도 5는 도 2에 도시한 공진기의 다른 변형예를 예시하는 단면도.

도 6은 본 발명에 따라 금속막을 형성한 공진기와 금속막을 형성하지 않은 공진기의 통과특성을 비교하는 스미스 챠트(Smith's chart).

도 7a 및 도 7b는 도 2에 도시한 공진기의 또 다른 변형예들을 예시하는 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100..공진기 110..기판

111..에어 캐비티 희생층 패턴 112.. 에어 캐비티

120..절연층 130: 멤브레인

135.. 공진부 140..제1전극

150..압전막 160..제2전극

170, 170', 170", 170"', 170""..금속막 180..전극패드

본 발명은 공진현상을 이용하여 특정주파수의 진동 또는 파(wave)를 추출하는 공진기 및 그 제조방법에 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 벌크 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 제1전극, 압전막(Piezoelectric layer) 및 제2전극을 차례로 적층하여 구현되는 공진부를 포함하는 구조로 이루어진다.

FBAR의 동작원리를 살펴보면, 먼저 제1 및 2전극에 전기에너지를 인가하여 압전막 내에 전계를 유기시키면, 이 전계는 압전막의 압전 현상을 유발시켜 공진부가 소정 방향으로 진동하도록 한다. 그 결과, 진동방향과 동일한 방향으로 음향파(Bulk Acoustic Wave)가 발생하여 공진을 일으키게 된다.

그러나, FBAR은 실제동작시 삽입손실(Insertion Loss)을 발생한다. 이러한 손실은 FBAR가 공진을 발생할 때 기계적인 에너지가 열에너지로 변화되거나, 측방향 모드(Lateral Mode)형태로 변환된 음향파 형태의 에너지(Acoustic Energy)가 활성영역(Active Area) 바깥쪽이나 기판으로 유출되어 발생한다.

이러한 손실을 줄이기 위해, 미국특허 제6,812,619호에는 공진이 발생하는 활성영역의 외곽부(Edge)에 좁은 폭의 프레임형 층(Frame-like layer)이 형성된 공진기가 제안되어 있다. 프레임형 층은 상부전극의 활성영역 부분의 외곽부와 중심부의 높이가 서로 달라지도록 형성된다. 따라서, 공진기는 공진시 프레임 층의 폭과 프레임 층이 형성된 상부전극의 활성영역 부분의 외곽부와 중심부 사이의 주파수 차이에 의해 활성영역의 외곽부와 중심부 사이의 주파수 차이를 발생한다. 그 결과, 측방향 모드형태로 변환된 음향파가 활성영역 바깥쪽으로 유출되는 것이 방지되며, 이에 따라 활성영역의 중심부에서는 균일한 공진이 발생한다. 하지만, 이 공진기는 프레임형 층이 상부전극의 활성영역 부분의 외곽부의 높이를 변화시키도록 형성되기 때문에, 활성영역의 외곽부에서의 공진특성, 특히 압전박막계수값(Kt² effective 값)이 변화되는 단점이 있다.

또한, FBAR의 삽입손실은 FBAR을 구성하는 전극의 전기전도도에 따른 전기저 항에 영향을 받는다. 따라서, 전극의 전기전도도에 따른 손실을 줄이기 위해서는 전극의 두께를 증가시키거나 전기전도도가 높은 재질로 전극을 형성하는 것 바람직하다. 그러나, 이것은 제작코스트를 상승시키므로 한계가 있다. 그러므로, 전극의 두께를 크게 증가시키거나 전극을 전기전도도가 높은 고가의 재질로 형성하지 않고도, 전극의 전기저항에 따른 FBAR의 삽입손실을 최소화할 수 있는 방법이 요구되고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 공진이 발생하는 활성영역과 공진이 발생하지 않는 비활성영역에서의 전극의 두께를 다르게 하여 공진특성을 향상시키고 삽입손실을 줄일 수 있는 공진기 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 공진이 발생하는 활성영역외의 전극의 부분에 금속막을 추가 형성하여, 전극의 두께를 증가시키거나 전극을 전기전도도가 높은 고가의 재질로 형성하지 않고도 전극의 전기저항에 따른 삽입손실을 줄일 수 있는 공진기 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시양태에 따른 공진기는, 기판, 및 기판상에 차례로 적층된 제1전극, 압전막 및 제2전극을 구비하고, 공진을 발생하는 활성영역과 공진을 발생하지 않은 비활성영역으로 구분된 공진부를 포함하며, 제1 및 제2전극 중 적어도 하나는 비활성영역 부분의 적어도 일부가 활성영 역 부분과 다른 두께를 가지도록 형성된 것을 특징으로 한다.

제1 및 제2전극 중 적어도 하나는 비활성영역 부분의 적어도 일부가 활성영역 부분 보다 큰 두께를 가지도록 비활성영역 부분의 적어도 일부에 형성된 금속막을 구비할 수 있다.

금속막은 제1전극의 하면, 제1전극의 상면, 제2전극의 하면, 및 제2전극의 상면 중 적어도 한 곳에 형성될 수 있다. 이때, 금속막은 제1 및 제2전극 중 적어도 하나의 활성영역 부분을 에워싸는 띠 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 선택적으로, 금속막은 띠 형태의 중간을 따라 형성된 적어도 하나의 홈 및 관통홀을 구비할 수 있다.

금속막은 공진부의 제1 및 제2전극을 외부회로와 전기적으로 연결하는 전극패드의 형성시 전극패드와 동일한 금속이나 제1 및 제2전극과 동일한 금속으로 형성된 것이 바람직하다.

또, 금속막은 금(Au), 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 백금(Pt), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 또는 니켈(Ni)로 형성된 것이 바람직하다.

선택적으로, 금속막은 제1 및 제2전극 중 적어도 하나의 활성영역 부분의 외곽부가 활성영역 부분의 중심부 보다 더 큰 두께를 가지도록 활성영역 부분의 외곽부에서도 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시양태에 따른 공진기의 제조방법은, 기판상에 제1전극, 압전막 및 제2전극을 차례로 적층하여 공진부를 형성하는 단계, 및 제1 및 제2전극 중 적어도 하나의 비활성영역 부분의 적어도 일부에 금속막을 형성하는 단계를 포 함하는 것을 특징으로 한다.

공진부를 형성하는 단계는 기판상에 희생층을 형성하는 단계, 희생층상에 멤브레인을 형성하는 단계, 멤브레인상에 제1전극, 압전막, 및 제2전극을 차례로 형성하는 단계, 및 희생층을 제거하는 단계로 수행될 수 있다.

금속막을 형성하는 단계는 금속층을 형성하는 단계, 및 금속층을 소정패턴으로 패터닝하는 단계로 수행될 수 있다.

금속층을 형성하는 단계는 멤브레인을 형성한 후, 제1전극을 형성한 후, 압전막을 형성한 후, 및 제2전극을 형성한 후 중 적어도 한 시점에서 수행되는 것이 바람직하다. 이때, 금속층을 형성하는 단계가 제2전극을 형성한 후 수행될 경우, 금속막은 제1 및 제2전극을 외부회로와 전기적으로 연결하는 전극패드와 함께 전극패드와 동일한 금속이나 제1 및 제2전극과 동일한 금속으로 형성되는 것이 바람직하다. 또, 금속층은 금(Au), 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 백금(Pt), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 또는 니켈(Ni)로 형성된 것이 바람직하다.

금속층을 소정패턴으로 패터닝하는 단계는 금속층을 제1 및 제2전극 중 적어도 하나의 활성영역 부분을 에워싸는 띠 형태로 패터닝하는 것으로 수행하는 것이 바람직하다. 이때, 띠 형태는 중간을 따라 형성된 적어도 하나의 홈 및 관통홀 중의 하나를 구비할 수 있다.

희생층을 제거하는 단계는 금속층을 소정패턴으로 패터닝하는 단계후에 수행된다.

선택적으로, 본 발명의 공진기의 제조방법은 제1 및 제2전극 중 적어도 하나 의 활성영역 부분의 외곽부에 금속막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 공진기 및 그 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.

도 1는 본 발명의 일실시예에 따른 공진기로써 박막 벌크 음향 공진기(Film Bulk Acoustic Resonator : 이하 "FBAR"이라 함)를 예시하는 평면도이고, 도 2는 도 1의 선 I-I을 따라 도시한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 FBAR(100)은 기판(110), 절연층(120), 에어 캐비티(112), 및 공진부(135)를 구비한다.

기판(110)은 통상의 실리콘 기판으로 구성된다.

기판(110)의 상면에는 기판(110)에 대해 공진부(135)를 전기적으로 격리시키는 절연층(120)이 마련된다. 절연층(120)은 이산화규소(SiO₂)나 산화알루미늄(Al₂O₂)을 화학 기상 증착법(Chemical vapor deposition), RF 마그네트론 스퍼터링(RF Magnetron Sputtering)법, 또는 에바포레이션(Evaporation) 법으로 기판(110) 상에 증착하는 것에 의해 형성된다.

절연층(120)상에는 에어 캐비티(112)가 배치된다. 에어 캐비티(112)는 공진부(135)가 소정 방향으로 진동할 수 있도록 공진부(135)의 하부에 위치한다. 에어 캐비티(112)는 후술하는 바와 같이 절연층(123)상에 에어 캐비티 희생층 패턴(111; 도 3b 참조)을 형성한 다음 에어 캐비티 희생층 패턴(111)상에 멤브레인(130)을 형성한 후 에어 캐비티 희생층 패턴(111)을 에칭하여 제거하는 공정에 의해 형성된 다.

공진부(135)는 에어 캐비티(112)의 상부에 위치되도록 차례로 적층된 제1전극(140), 압전막(150) 및 제2전극(160)을 구비한다.

제1전극(140)은 에어 캐비티(112)를 구성하는 멤브레인(130)의 상면에 배치된다. 제1전극(140)은 금속과 같은 통상의 도전성 물질로 형성된다. 구체적으로, 제1전극(140)은 금(Au), 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 백금(Pt), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 또는 니켈(Ni)로 구성될 수 있다.

압전막(150)은 절연층(120), 멤브레인(130) 및 제1전극(140)의 상면을 덮도록 배치된다. 압전막(150)은 전기적 에너지를 탄성파 형태의 기계적 에너지로 변환하는 압전효과를 일으키는 부분으로, 질화알루미늄(AlN), 산화아연(ZnO), 납 지르코늄 티타늄 산화물(PZT; PbZrTiO) 등으로 형성된다.

제2전극(160)은 압전막(150)상에 배치된다. 제2전극(160)은 제1전극(140)과 마찬가지로, 금(Au), 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 백금(Pt), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 또는 니켈(Ni)과 같은 도전성 물질로 형성된다.

이러한 공진부(135)는 활성영역과 비활성영역으로 구분된다. 도 2에 도시한 바와 같이, 공진부(135)의 활성영역은 제1 및 2전극(140, 160)에 RF(Radio Frequency) 신호와 같은 전기에너지가 인가되어 압전막(150) 내에 전계가 유기될 때 압전 현상에 의해 소정 방향으로 진동하여 공진하는 영역으로, 에어 캐비티(112) 위쪽에서 제1전극(140), 압전막(150) 및 제2전극(160)이 모두 수직방향으로 겹쳐진 부분이다. 즉, 도 2에 도시한 실시예에서, 공진부(135)의 활성영역의 오른쪽 부분은 제1전극(140)의 오른쪽 단부에 의해 규정되고, 왼쪽 부분은 에어 캐비티(112)의 왼쪽단부에 의해 규정된다. 공진부(135)의 비활성영역은 제1 및 2전극(140, 160)에 전기에너지가 인가되더라도 압전 현상에 의해 공진하지 않는 영역으로, 활성영역 밖에서 압전막(150) 및 제2전극(160)만 겹쳐지는 부분이다.

이와 같이 구성된 공진부(135)는 상술한 압전막(150)의 압전(piezo electric) 효과를 이용하여 특정주파수의 무선신호를 필터링한다. 즉, 제2전극(160)을 통해 인가되는 RF신호는 공진부(135)를 거쳐 제1전극(140) 방향으로 출력될 수 있다. 이 경우, 공진부(135)는 압전막(150)에 발생하는 진동에 따른 일정한 공진주파수를 가지므로, 입력된 RF 신호 중 공진부(135)의 공진 주파수와 일치하는 신호만이 출력되게 된다.

그러나, 이러한 공진부(135)는 종래기술의 설명에서 언급한 바와 같이, 동작시 측방향 모드형태로 변환된 음향파 형태의 에너지가 활성영역 바깥쪽이나 기판(110)으로 유출되어 손실을 발생한다.

이러한 손실을 방지하기 위하여, 공진부(135)의 비활성영역에 위치한 제2전극(160)상에는 금속막(170)이 배치된다. 도 1에 도시한 바와 같이, 금속막(170)은 제2 전극(160)의 활성영역 부분을 에워싸는 소정 폭을 갖는 폐곡선 띠 형태로 형성된다. 또, 금속막(170)은 전기전도도가 높은 금속, 예를들면 금(Au), 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 백금(Pt), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 또는 니켈(Ni)로 형성된다.

금속막(170)은 공진부(135)의 제1 및 제2전극(140, 160)을 외부 회로에 연결 하는 전극패드(180; 도 1 참조)의 형성시 전극패드(180)와 함께 전극패드(180)와 동일한 금속으로 형성될 수 있다. 이때, 전극패드(180)는 위에서 설명한 금속막(170)의 재료와 동일한 재료로 형성된다.

이와 같이 구성된 금속막(170)은 제2전극(160)의 비활성영역 부분의 두께가 활성영역 부분의 두께보다 더 크도록 함으로써, 공진부(135)의 공진시 활성영역과 비활성영역 사이에서 주파수 차이를 발생한다. 그 결과, 측방향 모드형태로 변환된 음향파가 공진부(135)의 활성영역 바깥쪽으로 유출되는 것이 방지되며, 이에 따라 활성영역에서는 균일한 공진이 발생하게 된다.

또, 금속막(170)은 제2전극(160)에 접촉하여 배치되므로 제2전극(160)의 두께를 증가시키는 효과를 제공할 뿐 아니라, 전기전도도가 높은 금속으로 형성되므로 특정한 재질, 예를들면 금(Au), 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 백금(Pt), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 또는 니켈(Ni)로 형성된 제2전극(160)과 결합하여 제2전극(160)의 전기전도도를 개선하는 역할을 한다. 그 결과, 제2전극(160)의 두께와 재질에 따라 불가피하게 발생되었던 전기저항에 의한 삽입손실이 개선되게 된다.

본 출원인의 실험결과에 따르면, 도 6에 예시한 바와 같이, 본 발명에 따라 금속막(170)을 형성한 경우 공진부(135)의 통과특성(S21)은 금속막(170)을 형성하지 않는 경우의 공진부의 통과특성(S21') 보다 스미스 챠트(Smith's chart)상의 원에서부터 덜 벗어나는 개선된 결과를 나타냄을 알 수 있다.

이상에서, 금속막(170)은 제2전극(160)의 상면에 배치된 것으로, 예시 및 설 명하였지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 예를들면, 금속막(170')은, 음향파가 활성영역 바깥쪽으로 유출되는 것을 방지하고 전기저항에 의한 삽입손실을 개선할 수 있는 위치, 즉 공진부(135)의 비활성영역에서 제1전극(140)의 하면(도시하지 않음), 제1전극(140)의 상면(170'; 도 4 참조), 또는 제2전극(160)의 하면(도시하지 않음)에 배치될 수도 있다.

또, 금속막(170)은 제2전극(160)의 비활성영역 부분에만 배치된 것으로 예시 및 설명하였지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 예를들면, 도 5에 도시한 바와 같이, 금속막(170")은 제2전극(160; 또는 제1전극)의 비활성영역 부분에 배치됨과 동시에, 위에서 설명한 공진특성 및 삽입손실 개선효과를 저하시키지 않는 범위에서 제2전극(160; 또는 제1전극)의 활성영역 부분의 외곽부(Edge) 까지도 더 연장되도록 형성될 수 있다.

또한, 금속막(170)은 균일한 두께를 갖는 평편한 폐곡선 띠 형태로 구성된 것으로 예시 및 설명하였지만, 도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이, 금속막(170"', 170"")은 폐곡선 띠 형태의 중간을 따라 형성된 적어도 하나의 폐곡선 형태의 홈(171) 또는 관통홀(172)을 구비할 수 있다. 홈(171) 또는 관통홀(172)은 공진시 금속막이 형성된 부분에서의 주파수 특성을 변화시킴으로써, 측방향 모드형태로 변환된 음향파가 공진부(135)의 활성영역 바깥쪽으로 유출되는 것을 이중으로 방지하는 역할을 한다. 따라서, 이 경우 FBAR의 삽입손실은 홈(171) 또는 관통홀(172)을 형성하지 않은 금속막을 구비하는 FBAR 보다 더 감소될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 FBAR(100)은 공진부(135)의 활 성영역과 비활성영역에서의 제1 또는 제2전극(140, 또는 160)의 부분의 두께를 서로 다르게 하는 추가 금속막(170, 170', 170", 170"', 또는 170"")을 형성함으로써, 공진부(135)의 공진특성을 향상시키고 입력손실을 줄일 수 있게 된다.

다음으로, 이상과 같이 구성된 도 1 및 도 2에 도시한 FBAR(100)를 제조하는 방법을 도 1 내지 도 3g 를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이, 기판(110)의 상면에는 이산화규소(SiO₂) 또는 산화알루미늄(Al₂O₂)로 이루어진 절연층(120)이 증착된다.

이어서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 에어 캐비티 희생층 패턴(111)을 형성하기 위해, 절연층(120)상에는 희생층(도시하지 않음)이 형성된다. 희생층은 추후 에어 캐비티 희생층 패턴(111)이 에칭공정으로 제거될 수 있도록, 후속 전극 및 압전막의 성막이 용이하고 에칭이 용이한 폴리 실리콘과 같은 물질로 형성된다. 희생층은 포토리소그래피 공정으로 형성된 에어 캐비티(112)의 패턴을 갖는 희생층 마스크패턴(도시하지 않음)을 마스크로 사용하여 에칭되고, 희생층 마스크패턴은 제거된다. 그 결과, 기판(110)의 절연층(120)상에는 에어 캐비티 희생층 패턴(111)이 형성된다. 에어 캐비티 희생층 패턴(111)는 추후 에칭공정으로 제거되어 에어 캐비티(112)의 내면의 형태를 규정한다.

그후, 에어 캐비티 희생층 패턴(111)이 형성된 기판(110)상에는 도 3c에 도시한 바와 같이, 멤브레인(130)이 신축성 유전체 물질인 실리콘 질화막, 또는 실리콘 산화막으로 형성된다.

멤브레인(130)에 형성된 후, 도 3d 내지 도 3f에 도시된 바와 같이, 멤브레인(130) 상에는 제1전극(140), 압전막(150) 및 제2전극(160)가 차례로 적층되어 공진부(135)가 형성된다.

보다 상세히 설명하면, 먼저, 멤브레인(130)의 상부표면 전면에 걸쳐서 금(Au), 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 백금(Pt), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 또는 니켈(Ni)과 같은 도전성 물질로 이루어진 제1금속층(도시하지 않음)이 소정 두께로 증착된다. 제1금속층은 포토리소그래피 공정으로 형성된, 제1전극(140)의 패턴을 갖는 제1전극 패턴(도시하지 않음)을 마스크로 사용하여 에칭하거나, 레이저 트리밍 방법으로 패터닝되고, 그 결과, 도 3d에 도시한 바와 같이, 멤브레인(130)과 절연층(120)의 일정영역을 노출하는 제1전극(140)이 형성된다.

그 다음, 노출된 멤브레인(130)과 절연층(120) 및 제1전극(140)의 상부표면에 질화알루미늄(AlN), 산화아연(ZnO), 또는 납 지르코늄 티타늄 산화물(PZT)로 이루어진 압전층(도시하지 않음)이 소정 두께로 증착된다. 압전층은 제1전극(140)과 마찬가지로 에칭 공정이나 레이저 트리밍 방법으로 패터닝되고, 그 결과, 도 1 및 도 3e에 도시한 바와 같이, 추후 전극패드(180)를 형성할 제1전극(140)의 일정영역 및 절연층(120)을 노출하는 압전막(150)이 형성된다.

그후, 압전막(150)의 상면 전면에 금(Au), 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 백금(Pt), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 또는 니켈(Ni)과 같은 도전성 물질로 이루어진 제2금속층(도시하지 않음)이 증착된다. 제2금속층은 제1전극(140)과 마찬가지로 에칭 공정이나 레이저 트리밍 방법으로 패터닝되고, 그 결 과, 도 3f에 도시한 바와 같이, 전극패드(180)를 형성할 제1전극(140)의 일정영역과 압전막(150) 및 절연층(120)의 소정 영역을 노출하는 제2전극(160)이 형성된다.

이와 같이, 공진부(135)가 형성된 후, 금속막(170)과 전극패드(180)를 형성하기 위해, 제2전극(160)이 형성된 기판(110)의 전면에는 금(Au), 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 백금(Pt), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 또는 니켈(Ni)와 같은 전기전도도가 높은 금속으로 이루어진 제3금속층이 소정 두께로 증착된다. 제3금속층은 포토리소그래피 공정으로 형성된, 금속막(170)과 전극패드(180)의 패턴을 갖는 금속막/전극패드 패턴(도시하지 않음)을 마스크로 사용하는 에칭 공정이나, 리프트 오프(Lift off) 방법으로 패터닝된다. 그 결과, 도 1 및 도 3g에 도시한 바와 같이, 기판(110)상에는 금속막(180)과 전극패드(170)가 형성된다.

다음으로, 에어 캐비티(112)를 형성하기 위해, 에어 캐비티 희생층 패턴(111)은 에어 캐비티 희상층 패턴(111)의 희생층 물질에 관하여 에칭 선택성을 갖는 용매를 사용하는 습식에칭, 또는 XeF₂ 가스를 이용한 에칭공정으로 제거된다. 이때, 에어 캐비티 희생층 패턴(111)은 기판(110)에 형성된 에칭 통로(도시하지 않음)를 통해 제거될 수 있다. 그 결과, 기판(110)상에는 에어 캐비티(112)가 형성되고, FBAR(100)을 제조하는 공정은 완료된다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 공진기 및 그 제조방법은 공진 이 발생하는 활성영역과 공진이 발생하지 않는 비활성영역에서의 전극의 두께를 다르게 하는 추가 금속박막을 형성함으로써, 공진부의 공진특성을 향상시키고 입력손실을 줄이는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 공진기 및 그 제조방법은 공진이 발생하는 활성영역외의 전극의 부분에 금속막을 추가 형성함으로써, 전극의 두께를 증가시키거나 전극을 전기전도도가 높은 고가의 재질로 형성하지 않고도 전극의 전기저항에 따른 입력손실을 줄일 수 있는 효과를 제공한다.

이상에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어 져서는 안 될 것이다.

Claims

기판; 및

상기 기판상에 차례로 적층된 제1전극, 압전막 및 제2전극을 구비하고, 공진을 발생하는 활성영역과 공진을 발생하지 않은 비활성영역으로 구분된 공진부를 포함하며,

상기 압전막은 상기 제1전극의 상면 전체를 덮도록 배치되며,

상기 제1 및 제2전극 중 적어도 하나는 비활성영역 부분의 적어도 일부가 활성영역 부분 보다 큰 두께를 가지도록 상기 비활성영역 부분의 상기 적어도 일부에 형성된 금속막을 포함하며,

상기 금속막은 상기 제1 및 제2전극 중 상기 적어도 하나의 상기 활성영역 부분을 에워싸는 폐곡선 띠 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 공진기.
삭제
제1항에 있어서, 상기 금속막은 상기 제1전극의 하면, 상기 제1전극의 상면, 상기 제2전극의 하면, 및 상기 제2전극의 상면 중 적어도 한 곳에 형성된 것을 특징으로 하는 공진기.
삭제
제1항에 있어서, 상기 금속막은 상기 폐곡선 띠 형태의 중간을 따라 형성된 적어도 하나의 홈 및 적어도 하나의 관통홀 중의 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진기.
제1항에 있어서, 상기 금속막은 상기 공진부의 상기 제1 및 제2전극을 외부회로와 전기적으로 연결하는 전극패드의 형성시 상기 전극패드와 동일한 금속 및 상기 제1 및 제2 금속과 동일한 금속 중 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 공진기.
제1항에 있어서. 상기 금속막은 금(Au), 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 백금(Pt), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 및 니켈(Ni) 중의 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 공진기.
제1항에 있어서, 상기 금속막은 상기 제1 및 제2전극 중 상기 적어도 하나의 상기 활성영역 부분의 외곽부가 상기 활성영역 부분의 중심부 보다 더 큰 두께를 가지도록 상기 활성영역 부분의 상기 외곽부에도 형성된 것을 특징으로 하는 공진기.
기판상에 제1전극, 압전막 및 제2전극을 차례로 적층하여 공진부를 형성하는 단계; 및

상기 제1 및 제2전극 중 적어도 하나의 비활성영역 부분의 적어도 일부에 금속막을 형성하는 단계를 포함하며,

상기 압전막은 상기 제1전극의 상면 전체를 덮도록 배치되며,

상기 금속막을 형성하는 단계는,

금속층을 형성하는 단계; 및

상기 금속층을 상기 제1 및 제2전극 중 적어도 하나의 활성영역 부분을 에워싸는 폐곡선 띠 형태로 패터닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진기의 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 공진부를 형성하는 단계는,

상기 기판상에 희생층을 형성하는 단계;

상기 희생층상에 멤브레인을 형성하는 단계;

상기 멤브레인상에 상기 제1전극, 상기 압전막, 및 상기 제2전극을 차례로 형성하는 단계; 및

상기 희생층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진기의 제조방법.
삭제
제10항에 있어서, 상기 금속층을 형성하는 단계는 상기 멤브레인을 형성한 후, 상기 제1전극을 형성한 후, 상기 압전막을 형성한 후, 및 상기 제2전극을 형성한 후 중 적어도 한 시점에서 수행되는 것을 특징으로 하는 공진기의 제조방법.
제12항에 있어서, 상기 금속층을 형성하는 단계가 상기 제2전극을 형성한 후 수행될 경우, 상기 금속막은 상기 공진부의 상기 제1 및 제2전극을 외부회로와 전기적으로 연결하는 전극패드와 함께 상기 전극패드와 동일한 금속 및 상기 제1 및 제2 금속과 동일한 금속 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 공진기의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 금속층은 금(Au), 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 백금(Pt), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 및 니켈(Ni) 중의 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 공진기의 제조방법.
삭제
제10항에 있어서, 상기 폐곡선 띠 형태는 중간을 따라 형성된 적어도 하나의 홈 및 관통홀 중의 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진기의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 희생층을 제거하는 단계는 상기 금속층을 소정패턴으로 패터닝하는 단계 후 수행되는 것을 특징으로 하는 공진기의 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2전극 중 상기 적어도 하나의 상기 활성영역 부분의 외곽부에 금속막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공진기의 제조방법.