KR100465914B1 - 미소 구동기 제조방법 - Google Patents

미소 구동기 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 빗 형상의 미소 구동기 제조방법에 있어서, 기판을 마련하는 단계와; 상기 기판 상에 복수 개의 핑거를 갖는 상기 제 1전극을 형성하는 단계와; 상기 식각으로 노출된 상기 제 1전극의 측면에 측면 산화막을 형성하는 단계와; 상기 제 1산화막이 노출된 영역 상에 상기 제 1전극의 핑거들 각각과 서로 대응하는 상기 제 2전극의 핑거들 각각이 맞물리는 형상으로 패턴을 형성하고, 상기 제 2전극의 패턴에 따라 상기 제 4산화막 및 상기 제 2실리콘막을 식각하여 상기 제 1산화막이 노출되도록 상기 제 2전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1산화막, 상기 제 2산화막, 상기 측면 산화막, 상기 제 4산화막 및 상기 질화막을 제거하여 미소 구동기를 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 산화막 및 질화막을 증착하여 화학적 또는 기계적 식각만으로 빗 형상의 전극들이 미세 간격 갖게 되어 더욱 큰 정전기력을 발생함으로써, 낮은 동작 전압으로도 구동 가능한 효과가 있다.

Description

미소 구동기 제조방법{Micro-actuator fabrication method}
본 발명은 정전기력을 이용한 미소 구동기 제조방법에 관한 것으로서, 특히 전극 사이의 간격을 미세하게 형성하는 정전기력을 이용한 미소 구동기에 관한 것이다.
반도체 기술을 이용하는 미소기전집적시스템(Micro Electro Mechanical System, 이하 MEMS라고 한다)에서, 많이 이용하는 정전기력(electrostatic force)은 전압 및 작용 면적에 비례하고 전극간의 거리에 반비례한다. 정전기력을 향상하기 위해 인가 전압을 높이는 것은 고비용을 창출하는 단점이 있다. 그래서, MEMS분야에서는 웨이퍼 전면적을 사용하여 높은 종횡비(aspect ratio)를 가지게 함으로써 정전기력 면적을 넓혀 정전기력을 높이는 방법에 중점을 두었다. 그러나, 이것은 웨이퍼 전체를 가공해야하므로 생산성이 떨어지는 단점이 있다.
최근에는 상대적인 커패시턴스의 변화가 커짐으로써 더욱 큰 정전기력을 얻을 수 있는 방법으로 전극 사이의 간격을 줄이는 방법에 관한 연구가 활발하다. 여기서, 전극 사이의 간격을 줄이기 위해 구동기는 복수 개의 핑거들을 가진 빗 형상으로 이루어지며, 빗 형상의 전극 두 개가 서로 마주 보면 맞물려 있는 형상을 이룬다. 이러한 빗 형상의 구동기를 제조하는 방법에는 다결정 실리콘막을 열 산화 공정을 거쳐서 넓은 간격과 좁은 간격을 형성하고, 넓은 간격에 위치하고 있는 핑거들을 좁은 간격에 넣은 후에 동작시키는 방법이 있는데, 이 방법은 넓은 간격에 있는 핑거를 좁은 간격을 갖는 핑거들 사이에 위치시켜야 하는 공정이 추가되며, 동작 특성이 비선형적인 단점이 있다. 또, 다른 방법으로는 다결정 실리콘막으로 다소 넓은 간격을 가지는 빗 형상 구동기를 제작한 후, 다결정 실리콘막을 증착하여 넓은 간격을 좁히는 방법이다. 이 방법으로는 각각의 핑거들 사이사이에 다결정 실리콘을 균일하게 증착하여 그 간격이 일정해야만 균일한 정전기력을 얻을 수 있게 되는 데, 다결정 실리콘을 균일하게 증착하는 것은 매우 어렵다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 낮은 동작 전압 특성을 갖는 빗 형상으로 이루어지는 미소 구동기 제조방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 미소 구동기 제조방법을 설명하기 위한 블록도이고,
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 미소 구동기 제조방법에 있어서의 실시예에서 기판 상에 제 1전극을 형성하는 단계를 설명하기 위한 개략도들이며,
도 3은 본 발명에 따른 실시예에 있어서 제 1전극의 측면에 측면 산화막을 형성하는 단계를 설명하기 위한 사시도이며,
도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 따른 실시예에 있어서의 제 1전극이 형성된 기판 상에 제 2전극을 형성하는 단계를 설명하기 위한 개략도들이며,
도 5는 본 발명에 따른 실시예에 있어서의 미소 구동기를 완성하는 단계를 설명하기 위한 개략도이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 미소 구동기는, 복수 개의 핑거를 갖는 빗 형상의 제 1전극 및 제 2전극으로 이루어지되, 상기 제 1전극의 핑거들 각각과 서로 대응하는 상기 제 2전극의 핑거들 각각이 맞물리는 형상으로 이루어지는 미소 구동기 제조방법에 있어서,
기판을 마련하는 단계와; 상기 기판 상에 제 1산화막, 제 1실리콘막, 제 2산화막, 질화막, 및 제 3산화막을 순차적으로 증착한 다음, 상기 제 3산화막 상에 감광막으로 상기 제 1전극의 패턴을 형성하고, 상기 제 1전극의 패턴에 따라 상기 제 3산화막, 상기 질화막, 상기 제 2산화막 및 상기 제 1실리콘막을 상기 제 1산화막이 노출되도록 식각하여 복수 개의 핑거를 갖는 상기 제 1전극을 형성하는 단계와; 상기 식각으로 노출된 상기 제 1전극의 측면에 측면 산화막을 형성하는 단계와; 상기 제 1산화막이 노출된 영역 상에 제 2실리콘막을 상기 제 1실리콘막의 두께로 형성하고, 상기 제 1전극 상의 상기 제 3산화막을 제거하고, 상기 제 2실리콘막 상에 제 4산화막을 형성한 다음, 상기 제 4산화막 상에 감광막으로 상기 제 2전극의 패턴을 형성하고, 상기 제 2전극의 패턴에 따라 상기 제 4산화막 및 상기 제 2실리콘막을 식각하여 상기 제 1산화막이 노출되도록 상기 제 2전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1산화막, 상기 제 2산화막, 상기 측면 산화막, 상기 제 4산화막 및 상기 질화막을 제거하여 미소 구동기를 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제 1실리콘막 및 상기 제 2실리콘막은 다결정 실리콘막으로 이루어지고, 상기 측면 산화막 또는 상기 제 4산화막은 열산화 방법으로 형성된다.
나아가, 상기 제 2전극을 형성하는 단계와 상기 미소 구동기를 완성하는 단계 사이에, 상기 제 1전극의 핑거들 각각을 식각하여 상기 제 1전극이 수평 이동할 수 있는 공간을 마련하는 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 상기 제 2전극을 형성하는 단계는, 상기 제 1산화막이 노출된 영역 상에 상기 제 2실리콘막을 형성 시, 상기 제 2실리콘막을 상기 제 1실리콘막의 두께 이상으로 증착한 다음에 화학적 또는 기계적으로 연마하여 상기 제 1실리콘막의 두께와 같게 형성하는 것이 바람직하다.
이하에서, 본 발명에 따라 빗 형상으로 이루어지는 미소 구동기 제조방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 미소 구동기 제조방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 미소 구동기 제조방법에는 기판을 마련하는 단계, 제 1전극을 형성하는 단계, 측면 산화막을 형성하는 단계, 제 2전극을 형성하는 단계, 및 미소 구동기를 완성하는 단계를 순차적으로 진행되어 이루어진다.
다음에서는, 본 발명에 따른 미소 구동기 제조방법의 각 단계로 순차 진행되는 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
[실시예]
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 미소 구동기 제조방법에 있어서의 실시예에서 기판 상에 제 1전극을 형성하는 단계를 설명하기 위한 개략도들이다. 이때, 도 2a는 마련된 기판 상에 제 1산화막, 제 1실리콘막, 제 2산화막, 질화막, 및 제 3산화막이 순차 적층된 기판을 나타내기 위한 사시도이고, 도 2b는 도 2a에 따른 기판 상에 제 1전극의 형상으로 패턴이 형성된 것을 나타내기 위한 사시도이며, 도 2c는 도 2b에 따른 패턴으로 식각된 제 1전극을 나타내기 위한 사시도이다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 먼저, 실리콘 기판(100)을 마련한 다음, 실리콘 기판(100) 상에 형성된 전극들의 부유를 위한 희생층으로 제 1산화막(210)을 화학 기상 증착 등의 방법으로 증착한다.
이어서, 제 1산화막(210)이 증착된 기판(100) 상에 제 1전극의 본 구조체를 형성하기 위한 제 1실리콘막(300)으로서 다결정 실리콘막을 증착한다. 그리고 다시 화학 기상 증착 등의 방법으로 제 2산화막(220), 질화막(400), 제 3산화막(230)을 순차적으로 적층한다.
다음에, 상기 제 3산화막(230) 상에 감광막으로 복수 개의 핑거들을 갖는 빗 형상으로 제 1전극의 패턴을 형성한다.
그 다음에, 순차적으로 적층된 제 2산화막(220), 질화막(400), 제 3산화막 (230) 및 제 1실리콘막(300)을 차례대로, 제 1전극의 패턴에 따라서 수직식각(unisotropic etching)하고, 제 1산화막(210)이 노출되도록 수평 식각(isotropic etching)하여 남아있는 제 2산화막(220), 질화막(400), 제 3산화막 (230) 및 제 1실리콘막(300)이 제 1 전극의 패턴 형상으로 순차 적층되어 있게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예에 있어서 제 1전극의 측면에 측면 산화막을 형성하는 단계를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3을 참조하면, 상술한 바와 같이 제 1산화막(210)이 증착된 기판(100) 상에 제 1실리콘막, 제 2산화막(220), 질화막(400) 및 제 3산화막(230)이 제 1전극의 형상으로 식각 형성되어 있다. 다음으로, 상기 수직 식각으로 노출된 제 1전극으로서의 제 1실리콘막의 측면 부분을 보호하고 전극과 전극 사이에 미세 간격을 형성하기 위한 측면 산화막(240)을 열산화(thermal oxidation)방법으로 형성한다. 여기서, 제 3산화막(230) 및 질화막(400)이 형성된 부분에서는 열산화 방법에 의한 산화막이 형성되지 않으므로 제 1실리콘막이 노출된 측면 부분에서만 산화막이 형성되게 되는 것이다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 따른 실시예에 있어서의 제 1전극이 형성된 기판 상에 제 2전극을 형성하는 단계를 설명하기 위한 개략도들이다. 도 4a는 제 1실리콘의 두께와 동일하게 제 2실리콘을 형성한 것을 나타내기 위한 사시도이고, 도 4b는 도 4a에 따른 기판 상에 질화막을 산화 방지막으로서 이용하여 제 4산화막을 부분 증착한 것을 나타내기 위한 사시도이며, 도 4c는 도 4b에 따른 제 4산화막 상에 제 2전극의 패턴을 형성한 것을 나타내기 위한 사시도이고, 도 4d는 도 4c에따른 패턴으로 식각된 제 2전극을 나타내기 위한 사시도이고, 도 4e는 도 4d에 따른 패턴에 있어서의 제 1전극의 수평 이동 공간을 형성하기 위한 감광막 현상을 나타낸 사시도이고, 도 4f의 (1)은 도 4e에 따라 식각으로 제 1전극의 수평 이동 공간이 형성된 것을 나타내기 위한 사시도이며, 도 4f의 (2)는 도 4e에 따라 식각으로 제 1전극의 수평 이동 공간이 형성된 것을 나타내기 위한 평면도이다.
도 4a 내지 도 4f를 참조하면, 상기와 같이 기판(100) 상에 노출된 제 1산화막(210) 상에 제 2실리콘막(310)으로서 다결정 실리콘막을 제 1실리콘막보다 두껍게 증착한 다음에, 화학적 또는 기계적으로 상술한 측면 산화막(240)이 드러날 때까지 연마하여 제 1실리콘막의 두께와 같게 이루어지도록 한다. 이때, 증착만으로는 제 2실리콘막(310)을 제 1실리콘막의 두께로 형성하기가 어렵기 때문에 제 2실리콘막(310)을 두껍게 증착하여 연마하는 것이 보다 쉽다.
다음에, 제 1 전극의 패턴으로 형성되어 있는 제 3산화막(230)을 제거하고, 연마된 제 2실리콘막(310) 상에 열산화 방법으로 식각 방지막으로서 제 4산화막(250)을 상술한 제 2산화막(220)보다 두껍게 형성한다. 이때, 제 3산화막(230)이 제거되면 질화막(400)이 노출되고, 질화막(400)에는 열산화에 의한 산화막은 형성되지 않으므로 제 1전극 부분을 제외한 부분에서만 열산화막이 형성된다.
그 다음에, 도 4d를 참조하면, 제 4산화막(250) 상에 감광막으로 상기 제 1전극의 핑거들 각각과 서로 대응하는 자신의 복수 개의 핑거 각각이 맞물리되, 상기 제 1전극과 후술하는 식각에 의하여 형성되어지게 되는 제 2전극이 소정 간격 이격되도록 제 2전극의 패턴을 형성한다. 그리고, 식각 방지막으로서 제 1전극 패턴 형상의 질화막(400) 및 제 4산화막(250)을 이용하여 제 2전극의 패턴에 따라 수직 식각하고 제 1산화막(210)이 노출되도록 수평 식각하면, 남아있는 제 4산화막(250) 및 제 2실리콘막(310)이 제 2전극의 패턴 형상으로 순차 적층되어 있는 모양이 형성된다. 이때, 제 1전극이 움직일 수 있는 공간을 형성하기 위한 공정은 다음과 같다. 먼저 도 4e를 참조하면, 질화막에 있어서 핑거들 끝부분을 포함한 소정영역을 감광막(60)으로 현상하고 현상된 질화막을 식각함으로써 제 1전극의 제 2산화막의 소정영역을 노출시킨다. 다음에, 식각후 존재하는 질화막을 식각 방지막으로 하여 제 1실리콘막은 노출되지만 제 2실리콘막은 노출되지 않도록 제 2산화막에 있어서 노출된 영역과 상기 제 4산화막을 식각한다. 이것은, 제 4산화막이 제 2산화막보다 두꺼우므로 가능하다. 이어서, 식각 후 존재하는 제 4산화막을 식각 방지막으로 하여 노출된 제 1실리콘막을 식각하면, 도 4f와 같이 상기 제 1전극이 수평 이동할 수 있는 공간이 마련된다.
도 5는 본 발명에 따른 실시예에 있어서의 미소 구동기를 완성하는 단계를 설명하기 위한 개략도이다. 이때, 도 5의 (1)은 본 실시예에 따라 완성된 미소 구동기를 나타낸 사시도이며, 도 5의 (2)는 본 실시예에 따라 완성된 미소 구동기를 나타낸 평면도이다.
도 5를 참조하면, 제 1실리콘막(300) 및 제 2실리콘막(310) 상에 있는 질화막, 제 1산화막, 제 2산화막, 제 4산화막, 측면 산화막을 습식 또는 건식 식각 방법으로 제거함으로써, 제 1실리콘막(300)으로 형성된 제 1전극과 제 2실리콘막(310)으로 형성된 제 2전극이 측면 산화막 두께만큼의 미세 간격을 가지고 자유 자재로 수평 이동이 가능한 빗 형상의 구동기가 완성된다. 이때, 희생층인 제 1산화막을 수평 식각하여 제거하면 각각의 전극들이 기판(100)에서 부유된다. 여기서, 측면 산화막을 수직 식각할 때에는 앵커(anchor) 부분이 남도록 적당히 하는 것이 좋다.
이상과 같이, 본 실시예에서는 제 1전극 및 제 2전극을 형성하는 데 제 1실리콘막 및 제 2실리콘막으로서 다결정 실리콘을 증착하였지만, 이에 한정하는 것은아니므로 단결정 실리콘으로 증착하여도 좋다.
상술한 바와 같이 본 발명의 미소 구동기 제조방법에 의하면, 산화막 및 질화막을 증착하여 화학적 또는 기계적 식각만으로 빗 형상의 전극들이 보다 미세한 간격을 갖게 되어 더욱 큰 정전기력을 발생함으로써, 낮은 동작 전압으로도 구동 가능한 효과가 있다.
또한, 이러한 낮은 동작 전압을 이용하는 미소 구동기를 보다 간단한 공정 과정으로 얻을 수 있으므로, MEMS분야의 발전에 기여할 수 있는 효과도 있다.
본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (5)

  1. 복수 개의 핑거를 갖는 빗 형상의 제 1전극 및 제 2전극으로 이루어지되, 상기 제 1전극의 핑거들 각각과 서로 대응하는 상기 제 2전극의 핑거들 각각이 맞물리는 형상으로 이루어지는 미소 구동기 제조방법에 있어서,
    기판을 마련하는 단계와;
    상기 기판 상에 제 1산화막, 제 1실리콘막, 제 2산화막, 질화막, 및 제 3산화막을 순차적으로 증착한 다음, 상기 제 3산화막 상에 감광막으로 상기 제 1전극의 패턴을 형성하고, 상기 제 1전극의 패턴에 따라 상기 제 3산화막, 상기 질화막, 상기 제 2산화막 및 상기 제 1실리콘막을 상기 제 1산화막이 노출되도록 식각하여 복수 개의 핑거를 갖는 상기 제 1전극을 형성하는 단계와;
    상기 식각으로 노출된 상기 제 1전극의 측면에 측면 산화막을 형성하는 단계와;
    상기 제 1산화막이 노출된 영역 상에 제 2실리콘막을 상기 제 1실리콘막의 두께로 형성하고, 상기 제 1전극 상의 상기 제 3산화막을 제거하고, 상기 제 2실리콘막 상에 제 4산화막을 형성한 다음, 상기 제 4산화막 상에 감광막으로 상기 제 2전극의 패턴을 형성하고, 상기 제 2전극의 패턴에 따라 상기 제 4산화막 및 상기 제 2실리콘막을 식각하여 상기 제 1산화막이 노출되도록 상기 제 2전극을 형성하는 단계와;
    상기 제 1산화막, 상기 제 2산화막, 상기 측면 산화막, 상기 제 4산화막 및상기 질화막을 제거하여 미소 구동기를 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미소 구동기 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1실리콘막 및 상기 제 2실리콘막은 다결정 실리콘막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미소 구동기 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 측면 산화막 또는 상기 제 4산화막은 열산화 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 미소 구동기 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제 2전극을 형성하는 단계와 상기 미소 구동기를 완성하는 단계 사이에, 상기 제 1전극의 핑거들 각각을 식각하여 상기 제 1전극이 수평 이동할 수 있는 공간을 마련하는 것을 특징으로 하는 미소 구동기 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제 2전극을 형성하는 단계는, 상기 제 1산화막이 노출된 영역 상에 상기 제 2실리콘막을 형성 시, 상기 제 2실리콘막을 상기 제 1실리콘막의 두께이상으로 증착한 다음에 화학적 또는 기계적으로 연마하여 상기 제 1실리콘막의 두께와 같게 형성하는 것을 특징으로 하는 미소 구동기 제조방법.
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