Fabrication of FBAR (SMR) using Reflector

반사층을 이용한 FBAR(SMR)의 제조

An FBAR(Solidly Mounted Resonator) was fabricated using reflector layers which prohibit the penetration of bulk acoustic wave into substrate. The SMR consisted of top and bottom electrodes(Al films), a piezoelectric layer (ZnO film), reflector layers(W/$Si_2$ films) and Si substrate. The electrodes were deposited by dc sputtering. The piezoelectric layer and the reflector layers were deposited by rf magnetron sputtering. The control of crystallinity, microstructures and electric properties of each layer was essential for attaining the optimum FBAR characteristics. Under the best deposition conditions for FBAR devices, the ZnO films had highly c-axis preferred orientation(${\sigma}=2.17^{\circ}$), resistivity of $10^4\;{\omega}cm$, and surface roughness of 10.6 ${\AA}$. On the other hand, the surface roughness of W and $Si_2$ films was 16 ${\AA}$ and 33 ${\AA}$, respectively, and the resistivity of Al film was $5.1{\times}10^{-6}\;{\Omega}cm$. The SMR devices were fabricated by the conventional semiconductor processes. In the resonance conditions of the SMR, the series resonance frequency (fs) and the parallel resonance frequency(fp) were 1.244 GHz and 1.251 GHz, respectively and the quality factor(Q) was 1200.

본 실험에서는 반사층(reflector)을 이용한 FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator) 즉, SMR (Solidly Mounted Resonator) 제조에 필요한 재료들의 최적 증착 조건을 설정하여, 이를 바탕으로 제조한 SMR의 특성을 보여주었다. SMR은 상하부 전극층, 압전 박막층, 반사층, 기판으로 구성된다. 상하부 전극으로 알루미늄(Al) 금속 박막을 사용하였고 압전 박막층으로 산화아연(ZnO) 박막을 사용하였다. 실리콘(Si) 기판과 하부 전극 사이에 위치하는 반사층은 5층의 이산화규소 ($Si_2$)와 텅스텐(W) 박막으로 구성되었다. 상하부 전극은 dc 스퍼터링 방법으로 증착아였으며 반사층과 압전 박막층은 rf 스퍼터링 방법으로 증착하였다. 최적 증착 조건에서 증착된 산화아연 (ZnO) 박막은 rocking curve에서 표준편차가 $2.17^{\circ}$의 우수한 c축 우선배향성, 비저항은 $10^4\;{\Omega}cm$이상, 막 표면 거칠기(rms roughness)는 10.6${\AA}$의 특성을 나타내었다. 최적 증착 조건에서 증착된 텅스텐(W)과 이산화규소($Si_2$) 박막의 특성은 박막 거칠기 (rms roughness)가 각각 16 ${\AA}$, 33 ${\AA}$을 나타내었다. 또한 증착된 알루미늄 금속 박막의 비저항은 $5.1{\times}10^{-6}\;{\Omega}cm$이었다. 반도체 기본 공정을 이용하여 면적 $250{\times}250\;{\mu}m^2$의 SMR 소자를 만들고, 네트웍 분석기로 SMR 소자의 공진 특성을 분석하였다. 공진특성은 1.244 GHz에서 직렬공진, 1.251 GHz에서 병렬공진을 나타내었다. SMR 소자의 공진특성에서 공진기의 Q값은 1200이었다.