ZnO Film Deposition on Aluminum Bottom Electrode for FBAR Filter Applications and Effects of Deposition Temperature on ZnO Crystal Growth

In this paper, an investigation on the ZnO film deposition using radio-frequency magnetic sputtering techniques on aluminum bottom electrode for film bulk acoustic wave resonator (FBAR) filter applications and the temperature effects on the ZnO film growth is presented. The investigation on how much impact the actual process temperature may have on the crystal growth is more meaningful if it is considered that the piezoelectricity property of ZnO films plays a dominant role in determining the resonance characteristics of FBAR devices and the piezoelectricity is determined by the degree of the c-axis preferred orientation of the deposited ZnO films. In this experiment, it was found that the growth of ZnO crystals has a strong dependence on the deposition temperature ranged from room temperature to $350^{\circ}C$ regardless of the RF powers applied and there exist 3 temperature regions divided by 2 critical temperatures according to the degree of the c-axis preferred orientation. Overall, below $200^{\circ}C$, ZnO deposition results in columnar grains with a highly preferred c-axis orientation. With this ZnO film, a multilayered FBAR structure could be realized successfully.

FBAR 필터 응용을 위한 Al 하부전극 상에서 ZnO 박막 증착 및 온도가 ZnO 결정의 성장에 미치는 영향

본 논문에서는 FBAR(film bulk acoustic wave resonator) 필터 응용을 위해 Al 하부전극 상에서 RF magnetron sputtering 기술을 이용한 ZnO 박막 증착 및 공정온도가 ZnO 결정성장에 미치는 영향에 대한 연구결과를 발표한다 ZnO 박막의 압전특성은 FBAR 소자의 공진특성을 결정하는 가장 중요한 요소이고 압전성은 증착된 ZnO박막의 c축 우선배향성의 정도에 의해 결정된다는 사실을 고려한다면 ZnO 결정성장에 미치는 공정온도에 관한 연구는 매우 의미 있는 일이다. 본 실험을 통하여 ZnO 박막의 성장특성은 상온에서부터 35$0^{\circ}C$까지의 실험조건에서 c축 우선배향성의 정도에 따라 RF power에 관계없이 온도를 2개의 임계온도에 의해 나눠진 3개의 온도구간으로 구분할 수 있었다. 결과적으로 20$0^{\circ}C$ 이하의 공정온도에서는 주상형 결정립을 가진 c축 우선배향의 ZnO 박막을 얻을 수 있었다. 이렇게 얻은 ZnO박막을 사용하여 FBAR 다층박막 구조를 구현하였다.