박막 벌크 음향파 공진기（ＦＢＡＲ）장치, 서스펜션형 장치 및 서스펜션형 장치를 제조하는 방법 document_id A220623017189

적어도 하나의 박막 벌크 음향파 공진기(film bulk acoustic resonator; 이하 FBAR이라 함)를 갖는 FBAR 장치는 다양한 전자 제품, 특히 무선 제품의 일부를 구성한다. 예를 들면, 현재 셀룰러 폰은 각각의 대역 통과 필터가 래더(ladder) 회로를 갖는 듀플렉서를 포함한다. 여기서, 래더 회로의 각 구성 요소는 FBAR이다. FBAR들을 갖는 듀플렉서는 "Duplexer Incorporating Thin-film Bulk Acoustic Resonators(FBARs)"라는 제목으로 발명자 브래드리에게 허여되고 본 출원인에게 양도된 미합중국 특허 제 6,262,637 호에 개시되어 있으며, 이는 참조로서 인용된다. 이러한 듀플렉서는 송신기 대역 통과 필터 및 수신기 대역 통과 필터로 구성된다. 상기 송신기 대역 통과 필터는 송신기의 출력과 안테나 사이에 연결된다. 상기 수신기 대역 통과 필터는 상기 안테나와 수신기의 입력 사이에서 90도의 위상 변위를 가지면서 직렬 연결된다. 상기 송신기 대역 통과 필터 및 상기 수신기 대역 통과 필터의 통과 대역의 중심 주파수는 각자로부터 오프셋된다(offset). FBAR들을 기초로 한 래더 필터는 또한 다른 분야에 응용될 수 있다. FBAR은 대향 평면 전극들 및 상기 전극들 사이의 압전 소자로 이루어진다. 상기 FBAR은 기판에 형성된 공동(cavity) 위에 서스펜션된다. 이것은 상기 FBAR이 상기 전극들 사이에 인가된 전기 신호에 응답하여 기계적으로 공진할 수 있도록 한다. 본 출원인에게 양도된 라손 3세에 의한 미합중국 특허 출원 제 10/699,289 호에는 디커플링 스택형 벌크 음향파 공진기(decoupled stacked bulk acoustic resonator; 이하 DSBAR이라 함)를 갖는 대역 통과 필터가 개시되어 있으며, 이 특허 출원은 본 명세서에서 참조로서 인용된다. 상기 DSBAR은 하부 FBAR, 상부 FBAR, 및 상기 하부 FBAR 및 상기 상부 FBAR 사이에 스택된 음향파 디커플러(decoupler)로 이루어진다. 각각의 FBAR는 상술한 바와 같이 구성된다. 전기 입력 신호가 FBAR 중의 하나의 전극들 사이에 인가되고, 다른 FBAR는 그 전극들 사이에 대역 통과 필터링된 전기 출력 신호를 제공한다. 본 출원인에게 양도된 라손 3세에 의한 미합중국 특허 출원 제 10/699,481 호에는 2개의 디커플링 스택형 벌크 음향파 공진기들로 이루어진 박막 음향파 결합된 트랜스포머(FACT:film acoustically-coupled transformer)가 개시되어 있다. 제 1 전기 회로는 DSBR의 하부 FBAR들을 상호 직렬 또는 병렬 연결시킨다. 제 2 전기 회로는 DSBR의 상부 FBAR들을 상호 직렬 또는 병렬 연결시킨다. 1:1 또는 1:4의 임피던스 변압비를 갖는 균형 또는 불균형 FACT의 실시예가 상기 전기 회로의 구조에 따라 얻어질 수 있다. 이러한 FACT는 또한 제 1 전기 회로와 제 2 전기 회로 사이의 갈바니 절연(galvanic isolation)을 제공한다. 적어도 하나의 FBAR를 갖는 FBAR들 및 장치들, 예를 들어 래더 필터들, DSBAR들, FACT들 및 대역 통과 필터들은 본 명세서에서 일반적으로 FBAR 장치로 지칭될 것이다. 대부분의 FBAR 장치들은 중심 주파수에 의해 특징지어진 대역 통과 특성을 갖는 주파수 응답을 가진다. 상기 FBAR들은 공진 주파수에 의해 특징지어진 주파수 응답 특성을 갖는다. 압전 소자의 재료는 질화알루미늄(AlN)이고, 전극들의 재료는 몰리브덴(Mo)인 현재 FBAR 장치의 실시예에서, 각 FBAR의 공진 주파수는 -20 ppm/℃ 내지 -35 ppm/℃ 범위의 온도 계수를 갖는다. 상기 공진 주파수의 온도 계수는 상기 FBAR를 갖는 상기 FBAR 장치가 통과 대역 폭 사양에 맞는 온도 범위를 감소시킨다. 상기 공진 주파수의 온도 계수는 제조 수율을 부가적으로 감소시킨다. 왜냐하면, FBAR 장치가 테스트되는 상기 통과 대역 폭 제한이, FBAR 장치가 전체 동작 온도 범위에 걸친 통과 대역 폭 사양을 만족하도록 하는 통과 대역 폭 사양으로부터 삽입되어야 하기 때문이다. 본 출원인에게 양도된 라손 3세에 의한 미합중국 특허 출원 제 10/977,398 호에는 FBAR 장치의 통과 대역 폭의 온도 계수를 효과적으로 감소시키는 온도 보상 소자를 갖는 FBAR 장치가 개시되어 있으며, 이는 본 명세서에서 참조로서 인용된다. 하지만, 상기 특허 출원에 개시된 온도 보상 소자는 FBAR 장치를 제조하는데 통상적으로 사용되는 반도체 제조 기반 공정에 일반적으로 사용되지 않는 재료로 이루어진다. 상기 온도 보상 소자를 형성하기 위하여 유일한 처리를 행하는 것은 경제적으로 불리하다. Lakin 등에 의한 Temperature Compensated Bulk Acoustic Thin Film Resonator, 2000 IEE ULTRSONICS SYSPOSIUM, 855-858에는, 이산화실리콘(SiO2)이 20℃ 내지 80 ℃의 온도 범위에서 양의 온도 계수를 갖는다 라는 것을 개시하고 있다. SiO2의 양의 온도 계수는 일반적으로 FBAR에 사용되는 재료인 질화알루미늄 및 몰리브덴의 극성과는 반대이다. SiO2 온도 보상 소자는 상기 FBAR의 공진 주파수의 온도 계수를 보상되지 않은 FBAR의 온도 계수의 1/2로 감소시킨다. 보상 소자의 재료로 SiO2를 사용하는 것은, SiO2 증착 및 패터닝이 잘 확립된 표준 반도체 제조 공정이라는 부가적인 이유 때문에 매력이 있다. Lakin 등은 견고하게 장착된 공진기와 관련된 SiO2의 사용을 개시하고 있다. 하지만, FBAR를 포함하는 서스펜션된 FBAR 스택이 기판에 형성된 얕은 공동 위에 서스펜션되는 서스펜션형 FBAR 장치는 견고하게 장착된 공진기 보다 더 좋은 성능을 갖는다. 서스펜션된 FBAR 스택은 공동을 충진하는 희생 재료, 일반적으로 규산인 (phosphosilicate) 유리로 이루어진 지지층의 표면 상에 제조된다. FBAR 스택이 제조된 후, 릴리스 에칭이 수행되어 상기 희생 재료를 상기 FBAR 스택 아래로부터 제거한다. 이것은 상기 공동 위에 서스펜션된 FBAR 스택은 남게 한다. 상기 릴리스 에칭에서는 묽은 불화수소산 (HF)이 사용된다. 하지만, HF는 SiO2를 더욱더 공격한다. 따라서, SiO2 층으로 이루어진 온도 보상 소자는 상기 FBAR 스택이 제조된 후에 행해지는 릴리스 에칭과는 호환성이 없다. 따라서, 서스펜션된 FBAR 스택이 제조된 후에 행해지는 릴리스 에칭과 호환성이 없는 물질 예를 들어 SiO2를 FBAR 스택이 포함하는 서스펜션된 FBAR 장치를 제조하는 방법이 필요하게 되었다. 서스펜션형 장치 구조가 얕은 공동 위에 서스펜션된 많은 다른 형식의 서스펜션형 장치는, 상기 서스펜션형 장치 구조가 제조된 후에 행해지는 릴리스 에칭에서 상기 서스펜션형 장치 구조 아래로부터 제거되는 지지층 상에 제조된다. 상기 서스펜션형 장치 구조가 제조된 후에 상기 릴리스 에칭을 수행하는 것은 상기 서스펜션형 장치 구조에 사용될 수 있는 상기 재료들을 릴리스 에칭액(release etchant)과 조화될 수 있는 재료로 제한한다. 이러한 제한은 문제가 될 수 있다. 따라서, 상기 서스펜션형 장치 구조가 상기 릴리스 에칭액과 호환성이 없는 재료를 포함하는 서스펜션형 장치를 제조하는 방법이 부가적으로 필요하게 되었다.