KR101598294B1

KR101598294B1 - 음향 공진기 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101598294B1
Application number: KR1020140122339A
Authority: KR
Inventors: 손상욱; 김덕환; 신제식; 이영규; 김철수; 이문철; 박호수; 유지에
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2014-09-15
Filing date: 2014-09-15
Publication date: 2016-02-26
Anticipated expiration: 2034-09-15
Also published as: US20160079956A1; US9787280B2

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기는, 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 압전층을 포함하는 공진부 및 상기 공진부의 하부에 구비되는 기판을 포함하며, 상기 기판은 상기 기판을 관통하여 형성되는 적어도 하나의 비아 홀과, 상기 비아 홀 내에 형성되어 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극 중 적어도 하나와 연결되는 접속 도체를 포함할 수 있다. 이에 기판 내에 형성되는 접속 도체의 신뢰성을 확보할 수 있다.

Description

음향 공진기 및 그 제조 방법{ACOUSTIC RESONATOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 음향 공진기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

오늘날 통신기술이 급속도로 발전함에 따라 그에 상응하는 신호처리기술과 고주파(RF) 부품기술의 발전이 요구되고 있다.

특히 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.

이용분야로는 이동통신기기, 화학 및 바이오기기 등의 소형 경량필터, 오실레이터, 공진소자, 음향공진 질량센서 등이 있다.

한편, 벌크 음향 공진기의 특성을 높이기 위한 여러 가지 구조적 형상 및 기능에 대한 연구가 이루어지고 있으며, 또한 압전체를 외부와 전기적으로 연결하는 외부 전극의 다양한 구조나 제조 방법에 대해서도 연구가 요구되고 있다.

미국공개특허공보 제2008-0081398호

본 발명의 일 실시예에 따른 목적은, 접합 도체와 외부 전극을 용이하게 형성할 수 있는 음향 공진기 및 그 제조 방법을 제공하는 데에 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 높은 신뢰성을 갖는 접속 도체를 구비하는 음향 공진기 및 그 제조 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기는, 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 압전층을 포함하는 공진부 및 상기 공진부의 하부에 구비되는 기판을 포함하며, 상기 기판은 상기 기판을 관통하여 형성되는 적어도 하나의 비아 홀과, 상기 비아 홀 내에 형성되어 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극 중 적어도 하나와 연결되는 접속 도체를 포함할 수 있다.

여기서 상기 기판은 상부면에 부분적으로 도핑된 영역인 식각 저지부를 포함하며, 상기 비아 홀은 상기 식각 저지부를 관통하여 형성될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기 제조 방법은, 기판의 상부 표면에 식각 저지부를 형성하는 단계, 상기 기판 상에 공진부를 형성하는 단계, 상기 기판에 비아 홀을 형성하는 단계, 및 상기 비아 홀 내에 접속 도체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 기판은 실리콘(Si) 기판이고, 상기 식각 저지부는 보론(Boron) 이온을 상기 기판에 주입함으로써 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 음향 공진기 및 그 제조 방법은 기판 내에 형성되는 접속 도체의 신뢰성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 단면도이다.
도 2a 내지 도 2n은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 4는 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.

또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.

또한 방향에 대한 용어를 정의하면, 수평면은 기판의 상부면 또는 하부면과 평행한 면을 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 공진기(100)는 기판(110), 공진부(120)를 포함할 수 있다.

기판(110)과 공진부(120) 사이에는 에어 갭(130)이 형성되며, 공진부(120)는 멤브레인층(150) 상에 형성되어 에어 갭(130)을 통해 기판(110)과 이격되도록 형성된다.

기판(110)은 실리콘 기판 또는 SOI(Silicon On Insulator) 타입의 기판으로 형성될 수 있다.

기판(110)의 상부에는 식각 저지부(140)가 형성된다.

식각 저지부(140)는 후술되는 음향 공진기 제조 과정에서 습식 에칭의 에칭 스탑(etching stop) 기능을 한다.

본 실시예에 따른 식각 저지부(140)는 후술되는 비아 홀(112)이나 접속 도체(115a, 115b)의 끝단 크기에 대응하는 크기로 형성될 수 있다. 예를 들어, 식각 저지부(140)는 기판(110)의 상부면에 형성되는 비아 홀(112)의 크기보다 약간 더 크게 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 비아 홀(112)의 크기와 동일한 크기로 형성하는 것도 가능하다.

이러한 식각 저지부(140)는 기판(110)에 이온을 부분적으로 도핑(dopping)함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어 식각 저지부(100)는 기판(110)의 표면에 얇은 깊이(예컨데 0.1㎛ 이하)로 보론(Boron) 이온을 주입하여 형성할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.

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 적층되어 형성될 수 있다. 따라서 제1 전극(121)과 제2 전극(125) 사이에 압전층(123)이 배치될 수 있다.

공진부(120)는 멤브레인층(150) 상에 형성되므로, 결국 기판(110)의 상부에는 멤브레인층(150), 제1 전극(121), 압전층(123) 및 제2 전극(125)이 순서대로 형성된다.

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.

제1 전극(121) 및 제2 전극(125)은 금, 몰리브덴, 루테늄, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 크롬, 니켈 등과 같은 금속으로 형성될 수 있다.

공진부(120)는 압전층(123)의 음향파를 이용한다. 예를 들어, 제1 전극(121)과 제2 전극(125)에 신호가 인가되면, 압전층(123)의 두께 방향으로 기계적 진동이 발생되어 음향파가 생성된다.

여기서, 압전층(123)에는 산화 아연(ZnO), 질화 알루미늄(AlN) 및 쿼츠(Quartz) 등이 포함될 수 있다.

압전층(123)의 공진 현상은 인가된 신호 파장의 1/2이 압전층(123)의 두께와 일치할 때 발생한다. 공진 현상이 발생할 때, 전기적 임피던스가 급격하게 변하므로 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 공진기는 주파수를 선택할 수 있는 필터로 사용될 수 있다.

공진 주파수는 압전층(123)의 두께, 압전층(123)을 감싸고 있는 제1 전극(121)과 제2 전극(125) 및 압전층(123)의 고유 탄성파 속도 등에 의해 결정된다.

일 예로 압전층(123)의 두께가 얇으면 얇을수록 공진 주파수는 커지게 된다.

공진부(120)는 보호층(127)을 더 포함할 수 있다. 보호층(127)은 제2 전극(125)의 상부에 형성되어 제2 전극(125)이 외부 환경에 노출되는 것을 방지한다.

제1 전극(121)과 제2 전극(125)은 압전층(123)의 외측으로 연장 형성되고, 연장된 부분에 각각 제1 접속 전극(180)와 제2 접속 전극(190)가 연결된다.

제1 접속 전극(180)와 제2 접속 전극(190)는 공진기와 필터 특성을 확인하고 필요한 주파수 트리밍을 수행하기 위해 구비될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.

공진부(120)는 품질 계수(Quality Factor)를 향상시키기 위하여 에어 갭(130)을 통해 기판(110)과 이격 배치될 수 있다.

예를 들어, 공진부(120)와 기판(110) 사이에는 에어 갭(130)이 형성되어 압전층(123)에서 발생되는 음향파(Acoustic Wave)가 기판(110)의 영향을 받지 않도록 할 수 있다.

또한, 에어 갭(130)을 통하여 공진부(120)에서 발생하는 음향파의 반사특성이 향상될 수 있다. 에어 갭(130)은 빈 공간으로서 임피던스가 무한대에 가까우므로, 음향파는 에어 갭(130)으로 손실되지 않고, 공진부(120) 내에 잔존할 수 있다.

따라서, 에어 갭(130)을 통해 종 방향의 음향파의 손실을 감소시킴으로써 공진부(120)의 품질 계수(High Quality Factor) 값을 개선시킬 수 있다.

기판(110)의 하부면에는 기판(110)을 관통하는 비아 홀(112)이 다수 개 형성된다. 그리고 각 비아 홀(112)의 내부에는 접속 도체(115a, 115b)가 형성된다.

접속 도체(115a, 115b)는 비아 홀(112)의 내부면 즉 내벽(112a, 112b) 전체에 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한 접속 도체(115a, 115b)는 일단이 기판(110)의 하부면에 형성된 외부 전극(117)에 연결되고, 타단은 제1 전극(121) 또는 제2 전극(125)에 연결된다.

보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 제1 접속 도체(115a)는 제1 전극(121)과 외부 전극(117)을 전기적으로 연결하고, 제2 접속 도체(115b)는 제2 전극(125)과 외부 전극(117)을 전기적으로 연결한다.

따라서, 제1 접속 도체(115a)는 기판(110)과 멤브레인층(150)을 관통하여 제1 전극(121)에 전기적으로 연결되고, 제2 접속 도체(115a, 115b)는 기판(110)과 멤브레인층(150), 그리고 압전층(123)을 관통하여 제2 전극(125)에 전기적으로 연결될 수 있다.

또한 접속 도체(115a, 115b)는 식각 저지부(140)를 관통하는 형태로 형성된다 따라서 식각 저지부(140)는 접속 도체(115a, 115b)의 외주를 따라 배치될 수 있다.

한편 본 실시예에서는 2개의 비아 홀(112)과, 2개의 접속 도체(115a, 115b)만을 도시하여 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 더 많은 수의 비아 홀(112)과 접속 도체(115a, 115b)를 구비할 수 있다.

이어서 본 실시예에 따른 음향 공진기의 제조 방법을 설명한다.

도 2a 내지 도 2n은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

먼저 도 2a를 참조하면, 기판(110)의 상부에 식각 저지부(140)을 형성한다.

식각 저지부(140)는 기판(110)에 비아 홀(도 1의 112)을 형성할 때, 비아 홀(112) 이 과도하게 깊어지는 것을 방지하는 역할을 한다.

식각 저지부(140)는 기판(110)을 부분적으로 도핑하여 형성한다. 도핑된 실리콘(Si) 기판(110)은 Si 습식 에칭액에 의해 쉽게 에칭되지 않는 특성이 있다. 따라서 별도의 산화막이나 식각 저지층을 기판(110)의 표면에 형성하지 않더라도 습식 에칭을 통해 기판(110)에 비아 홀(112)을 형성할 수 있다.

식각 저지부(140)는 고저항 웨이퍼에 포토레지스트(photo resist)로 패터닝을 한 후, 이온 주입기를 이용해서 실리콘(Si) 기판(110) 표면에 얇은 깊이(예컨대 0.1㎛ 이하)로 보론(Boron) 이온을 주입하되 고농도(예컨대 1020/cm3 이하)로 주입하여 형성할 수 있다.

이후, 열처리를 통해 주입된 보론 이온을 활성화하고 손상된 Si 격자를 회복시킨다.

본 실시예에 따른 식각 저지부(140)는 포토리소그래피(Photolithography)와 도핑 방식으로 형성하므로 기판(110)의 일면 전체가 아닌, 전극 면적에 대응하여 필요한 부분만 형성할 수 있다.

이어서 도 2b에 도시된 바와 같이, 희생층(131)을 기판(110)의 상부에 형성한다.

희생층(131)은 추후의 식각 공정을 통해 제거되어 에어 갭(도 1의 130)을 형성한다. 희생층(131)은 폴리실리콘 또는 폴리머 등의 재질이 이용될 수 있다.

다음으로, 도 2c 내지 도 2d에 도시된 바와 같이, 희생층(131)의 상부에 멤브레인층(150) 및 제1 전극(121)을 순서대로 형성한다.

멤브레인층(150)은 에어 갭(130)의 상부에 위치하여 에어 갭(130)의 형상을 유지시키고, 공진부(120)의 구조를 지지하는 역할을 한다.

제1 전극(121)은 멤브레인층(150)의 상부에 도전층을 형성한 다음, 도전층의 상부에 포토레지스트를 증착하며, 포토리소그래피 공정을 통해 패터닝을 수행한 후, 패터닝 된 포토레지스트를 마스크로 하여 필요한 패턴으로 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서 제1 전극(121)은 몰리브덴(Mo) 재질로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 금, 루테늄, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 크롬, 니켈 등 다양한 금속이 이용될 수 있다.

다음으로, 도 2e에 도시된 바와 같이, 제1 전극(121)의 상부에 압전층(123)을 형성한다.

본 실시예에 있어서 압전층(123)은 질화 알루미늄(AlN)으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 산화 아연(ZnO)이나 쿼츠(Quartz) 등 다양한 압전 재질이 이용될 수 있다.

다음으로, 도 2f에 도시된 바와 같이, 압전층(123)의 상부에 제2 전극(125)을 형성한다.

제2 전극(125)은 압전층(123) 상에 도전층을 형성한 다음, 도전층의 상에 포토레지스트를 증착하고 포토리소그래피 공정을 통해 패터닝을 수행한 후, 패터닝 된 포토레지스트를 마스크로 하여 필요한 패턴으로 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서 제2 전극(125)은 루테늄(Ru)으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 금, 몰리브덴, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 크롬, 니켈 등 다양한 금속이 이용될 수 있다.

다음으로, 도 2g에 도시된 바와 같이, 제2 전극(125)과 압전층(123)의 상부에 보호층(127)을 형성한다.

보호층(127)은 절연 물질로 형성될 수 있다. 여기서 절연 물질로는 실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열의 물질이 포함될 수 있다.

이어서, 도 2h 및 도 2i에 도시된 바와 같이, 제1 전극(121)과 제2 전극(125)에 주파수 트리밍을 위한 접속 전극(이하 상부 전극)을 형성한다. 접속 전극(180 190)은 제1, 제2 전극(125)의 상부에 형성되며, 보호층(127)이나 압전층(123)을 관통하여 전극에 접합된다.

제1 접속 전극(190)은 식각을 통해 보호층(127)과 압전층(123)을 부분적으로 제거하여 구멍(129)을 형성함으로써 제1 전극(121)을 외부로 노출시킨 후, 금(Au) 또는 구리(Cu) 등을 제1 전극(121) 상에 증착하여 형성할 수 있다.

마찬가지로, 제2 접속 전극(190)은 식각을 통해 보호층(127)을 부분적으로 제거하여 구멍(129)을 형성하고 제2 전극(125)을 외부로 노출시킨 후, 금(Au) 또는 구리(Cu) 등을 제2 전극(125) 상에 증착하여 형성할 수 있다.

이후, 접속 전극들(180, 190)들을 이용하여 공진부(120)와 필터 특성을 확인하고 필요한 주파수 트리밍을 수행한 후, 도 2j에 도시된 바와 같이 에어 갭(130)을 형성한다.

에어 갭(130)은 희생층(도 2i의 131)을 제거함에 따라 형성되며, 이에 본 실시예에 따른 공진부(120)가 완성된다. 여기서 희생층(131)은 건식 식각을 통해 제거될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.

이어서, 도 2k에 도시된 바와 같이, 공진부(120)를 외부 환경으로부터 보호하기 위해 캡(150)을 형성한다. 캡(150)은 웨이퍼 레벨에서 웨이퍼 본딩을 통해 형성할 수 있다. 즉, 기판(110)이 다수개 배치된 기판 웨이퍼와 캡(150)이 다수개 배치된 캡 웨이퍼를 상호 접합함으로써 일체로 형성할 수 있다.

또한 상호 접합된 기판 웨이퍼와 캡 웨이퍼는 추후에 절단 공정을 통해 절단되어 다수의 개별 음향 공진기로 분리될 수 있다.

캡(150)은 공진부(120)가 수용되는 내부 공간을 구비하는 커버 형태로 형성될 수 있다.

본 실시예에 따른 캡(150)은 공융 본딩(eutectic bonding)에 의해 기판(110)에 접합될 수 있다. 이 경우, 기판(110)과 공융 본딩이 가능한 금속(160)을 기판(110) 상에 증착한 후, 기판 웨이퍼와 캡 웨이퍼를 가압, 가열해서 접합할 수 있다.

이어서, 접속 도체(115a, 115b)와 외부 전극(117)을 형성하는 단계가 수행된다.

이에 앞서, 필요에 따라 기판(110)의 두께를 줄이기 위해 기판(110)의 일면(예컨데 하부면)을 가공하는 공정이 수행될 수 있다.

접속 도체(115a, 115b)를 형성하는 단계는 먼저 비아 홀(112)을 형성하는 단계가 수행된다.

비아 홀(112)은 습식 에칭 또는 건식 에칭을 통해 형성될 수 있으며, 본 실시예에서는 습식 에칭과 건식 에칭을 순차적으로 진행하여 비아 홀(112)을 형성한다.

도 2k에 도시된 바와 같이, 먼저 기판(110)의 하부면에 마스크층(예컨대 SiO2)을 형성한 후, 패터닝하여 에칭 마스크(170)를 형성한다. 여기서 에칭 마스크(170)는 비아 홀(112)이 형성될 부분에만 구멍(171)이 형성될 수 있다.

이어서 도 2l에 도시된 바와 같이, 에칭액을 이용하여 습식 에칭을 진행한다. 이에 기판(110)에는 상기한 구멍(171)을 통해 에칭이 진행되며, 이에 점진적으로 비아 홀(112)이 형성된다.

에칭액이 기판(110)을 관통하여 기판(110)의 상부면과 인접하게 다다르면 식각 저지부(140)를 만나게 된다.

식각 저지부(140)는 에칭액에 의해 쉽게 제거되지 않는다. 따라서 습식 에칭은 식각 저지부(140)에 의해 더 이상 진행되지 않게 되며, 이에 습식 에칭이 완료된다.

습식 에칭을 통해 형성된 비아 홀(112)은 기판(100)의 하부로 갈수록 수평 단면적(또는 직경)이 증가하는 형태의 내벽(이하, 제2 내벽)을 갖는다. 다시 말하면, 제2 내벽은 식각 저지부(140) 외측에 형성되는 비아 홀(112)의 내벽을 의미할 수 있다.

이어서 도 2m에 도시된 바와 같이, 건식 에칭으로 식각 저지부(140)를 제거한다. 또한, 식각 저지부(140) 상에 배치된 멤브레인층(150)도 제거한다.

이에 따라, 제1 전극(121)의 일부가 비아 홀(112)을 통해 노출된다.

또한 제2 전극(125)을 노출시키기 위해, 제2 전극(125)에 대응하는 비아 홀(112)은 멤브레인층(150) 상에 배치된 압전층(123)도 제거한다.

이에 따라, 제2 전극(125)도 비아 홀(112)을 통해 노출된다.

건식 에칭을 통해 형성된 비아 홀(112)은 기판(110)의 하부로 갈수록 수평 단면적(또는 직경)이 동일하거나 증가하는 형태의 내벽(이하, 제1 내벽)을 갖는다. 다시 말하면, 제1 내벽은 식각 저지부(140)의 내부와 기판(110)의 외부(예컨대 멤브레인층, 압전층 등)에 형성되는 비아 홀(112)의 내벽을 의미할 수 있다.

여기서, 제1 내벽(112a)은 제2 내벽(112b)에 비해 기판(110)의 하부로 갈수록 수평 단면적이 증가하는 비율이 작게 형성될 수 있다. 또한 필요에 따라 제1 내벽(112a)은 전체적으로 동일한 수평 단면적을 갖도록 구성될 수도 있다.

이어서, 도 2n에 도시된 바와 같이, 비아 홀(112) 내에 접속 도체(115a, 115b)를 형성한다.

접속 도체(115a, 115b)는 비아 홀(112)의 내부면에 도전층을 형성함으로써 제조될 수 있다. 예를 들어, 접속 도체(115a, 115b)는 비아 홀(112)의 내벽(112a, 112b) 경사면을 따라 도전성 금속(예컨대 구리 등)을 증착하거나 도포, 또는 충전하여 형성할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 식각 저지부(140) 없이 습식 에칭을 진행하는 경우, 멤브레인층(150)이나 멤브레인층(150)과 접하는 기판(110)의 표면(즉 상부면)에서 오버 에칭(over etching)이 발생하여 전극(121, 125) 측으로 갈수록 비아 홀(112)의 직경이 더 커질 수 있다.

즉, 기판(110) 상부면에서 비아 홀(112)의 단면적(또는 직경)이 가장 작고, 상부나 하부로 갈수록 단면적이 커지는 형태로 비아 홀(112) 이 형성될 수 있다.

이러한 구조의 비아 홀(112) 내벽에 도전층을 형성하는 경우, 단면적이 가장 작은 부분에서 전극의 두께가 상대적으로 얇게 형성될 수 있으며, 이로 인해 해당 부분에서 RF 삽입 손실(Insertion Loss, IL)이 증가 할 수 있다. 또한 심한 경우 해당 부분에서 전극이 끊기는 현상이 발생될 수도 있다.

그러나 본 실시예에 따른 제조 방법은 도핑을 통해 식각 저지부(140)를 형성한 후, 식각 저지부(140)와 그 상부에 배치된 요소들(예컨대 멤브레인층, 압전층)은 건식 에칭으로 제거한다.

따라서, 식각 저지부(140)나 그 상부에 배치된 요소들은 모두 단면적이 동일하거나 상부로 갈수록 단면적이 좁아지는 형태로 비아 홀(112)이 형성되므로, 상기한 바와 같이 비아 홀(112)의 중간에 단면적이 가장 작은 부분이 형성되지 않는다.

이에 비아 홀(112)의 내벽에 형성되는 도전층을 균일한 두께로 형성할 수 있으므로, 상기한 문제들을 해소할 수 있다.

이어서, 기판(110)의 하부면에서 외부 전극(117)을 형성하여 도 1에 도시된 본 실시예에 따른 음향 공진기(100)를 완성한다.

외부 전극(117)은 기판의 하부면에서 비아 홀(112)의 둘레를 따라 형성될 수 있으며, 비아 홀(112)내에 형성된 접속 도체(115a, 115b)와 전기적으로 연결된다.

이와 같은 구성을 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 공진기 및 그 제조 방법은 기판 내에 형성되는 접속 도체의 신뢰성을 확보할 수 있다.

한편 본 발명에 따른 음향 공진기와 그 제조 방법은 전술한 실시예에 한정되지 않으며 다양한 변형이 가능하다.

예를 들어 전술한 실시예에서는 캡을 기판에 부착한 후, 접속 도체를 형성하는 경우를 예로 들었다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 먼저 접속 도체를 형성한 후, 캡을 기판에 부착하는 등 다양한 변형이 가능하다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 음향 공진기(200)는 식각 저지부를 포함하지 않는다.

본 실시예에 따른 음향 공진기(200)는, 제조 과정에서 식각 저지부를 비아 홀(112)의 크기와 동일한 크기로 형성한 후, 건식 에칭 과정에서 식각 저지부를 모두 제거함으로써 형성될 수 있다.

따라서 제조 과정에서는 식각 저지부를 형성하여 이용하나, 최종 제품에는 식각 저지부가 모두 제거되어 존재하지 않는다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 음향 공진기(300)는 식각 저지부(140)가 배선 패턴의 기능도 수행한다.

본 실시예에 따른 식각 저지부(140)는 보론 이온을 주입하므로 도전성을 갖는다. 따라서 식각 저지부(140)를 매개로 하여 접속 도체(115a)와 제3 접속 전극(185)을 전기적으로 연결하는 것도 가능하다.

여기서, 제3 접속 전극(185)은 전극(121)이 아닌, 식각 저지부(140)의 상부면에 직접 접촉하도록 형성될 수 있다.

이처럼 본 실시예에 따른 식각 저지부(140)는 필요에 따라 회로의 재배선(redistribution)으로도 이용될 수 있다.

따라서 하나의 음향 공진기 내에 다수의 공진부가 형성되고, 공진부 각각의 전극을 서로 전기적으로 연결해야 해는 경우, 본 실시예에 따른 식각 저지부(140)를 이용하는 등 다양한 응용이 가능하다.

상기에서는 본 발명에 따른 일 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.

100, 200, 300: 음향 공진기
110: 기판
112: 비아 홀 115a, 115b: 접속 도체
117: 외부 전극 120: 공진부
121: 제1 전극 123: 압전층
125: 제2 전극 127: 보호층
130: 에어 갭 131: 희생층
140: 식각 저지부 150: 멤브레인층
180: 제1 접속 전극
190: 제2 접속 전극

Claims

제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 압전층을 포함하는 공진부; 및
상기 공진부의 하부에 구비되는 기판;
을 포함하며,
상기 기판은,
상기 기판을 관통하여 형성되는 적어도 하나의 비아 홀과, 상기 비아 홀 내에 형성되어 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극 중 적어도 하나와 연결되는 접속 도체와, 상기 기판의 상부면에 부분적으로 도핑된 영역인 식각 저지부를 포함하고,
상기 비아 홀은 상기 식각 저지부를 관통하여 형성되는 음향 공진기.
삭제
제1항에 있어서, 상기 기판은 Si를 포함하는 기판이며, 상기 식각 저지부는 상기 기판에 보론(Boron) 이온이 도핑되어 형성되는 음향 공진기.
제1항에 있어서, 상기 비아 홀은,
상기 식각 저지부 내에 형성되는 제1 내벽과, 상기 식각 저지부 외측에 형성되는 제2 내벽을 포함하는 음향 공진기.
제4항에 있어서, 상기 제2 내벽은,
상기 기판의 하부로 갈수록 상기 비아 홀의 직경이 증가하는 형태로 형성되는 음향 공진기.
제4항에 있어서, 상기 제1 내벽은,
상기 비아 홀의 직경이 동일하게 형성되는 음향 공진기.
제1항에 있어서,
상기 기판의 하부면에 형성되어 상기 접속 도체와 전기적으로 연결되는 외부 전극을 더 포함하는 음향 공진기.
제7항에 있어서, 상기 외부 전극은,
상기 비아 홀의 둘레를 따라 형성되는 음향 공진기.
제1항에 있어서,
상기 식각 저지부의 상부면에 접합되는 접속 전극을 더 포함하며,
상기 접속 도체는 상기 식각 저지부를 매개로 상기 접속 전극과 전기적으로 연결되는 음향 공진기.
제1항에 있어서,
상기 공진부를 내부 공간에 수용하며 상기 기판에 결합되는 캡을 더 포함하는 음향 공진기.
삭제
기판의 상부 표면에 식각 저지부를 형성하는 단계;
상기 기판 상에 공진부를 형성하는 단계;
상기 기판에 비아 홀을 형성하는 단계; 및
상기 비아 홀 내에 접속 도체를 형성하는 단계;
를 포함하며,
상기 비아 홀을 형성하는 단계는,
상기 식각 저지부를 관통하며 상기 비아 홀을 형성하는 단계인 음향 공진기 제조 방법.
제12항에 있어서, 상기 식각 저지부를 형성하는 단계는,
상기 기판의 상부 표면을 부분적으로 도핑하여 상기 식각 저지부를 형성하는 단계인 음향 공진기 제조 방법.
제13항에 있어서,
상기 기판은 실리콘(Si) 기판이고, 상기 식각 저지부는 보론(Boron) 이온을 상기 기판에 주입함으로써 형성되는 음향 공진기 제조 방법.
삭제
제12항에 있어서, 상기 비아 홀을 형성하는 단계는,
상기 기판의 하부면에서 습식 에칭을 통해 상기 비아 홀의 일부를 형성하는 단계; 및
건식 에칭을 통해 상기 식각 저지부를 관통하며 상기 비아 홀의 나머지를 형성하는 단계;
를 포함하는 음향 공진기 제조 방법.
제16항에 있어서, 상기 습식 에칭을 통해 상기 비아 홀의 일부를 형성하는 단계는,
상기 식각 저지부에 의해 상기 습식 에칭이 저지되는 단계를 포함하는 음향 공진기 제조 방법.
제12항에 있어서, 상기 공진부를 형성하는 단계는,
상기 기판 상부에 제1 전극을 형성하는 단계;
상기 제1 전극의 상부에 압전층을 형성하는 단계; 및
상기 압전층의 상부에 제2 전극을 형성하는 단계;
를 포함하는 음향 공진기 제조 방법.
제18항에 있어서, 상기 접속 도체를 형성하는 단계는,
상기 비아 홀을 통해 일단이 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극에 접합되도록 상기 접속 도체를 형성하는 단계인 음향 공진기 제조 방법.
삭제
제18항에 있어서, 상기 제1 전극을 형성하는 단계 이전에,
상기 기판 상부에 희생층을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 제1 전극은 상기 희생층 상부에 형성되는 음향 공진기 제조 방법.
제21항에 있어서, 상기 제2 전극을 형성하는 단계 이후,
상기 희생층을 제거하여 에어 갭을 형성하는 단계를 더 포함하는 음향 공진기 제조 방법.