KR101055029B1 - 박막 및 웨이퍼-접합된 캡슐화된 마이크로전자기계시스템용 점착-방지 기술 - Google Patents

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Abstract

본원에는 여러가지 발명이 개시 및 도시되어 있다. 일 태양에서, 본 발명은 박막 또는 웨이퍼 캡슐화된 MEMS, 및 본 발명의 점착방지 기술을 채용한 박막 또는 웨이퍼 캡슐화된 MEMS의 제작 또는 제조 기술에 관한 것이다. 일 실시예에서는, MEMS의 캡슐화 이후, 점착-방지 채널이 형성됨으로써 MEMS의 기계 구조물의 능동 부재 또는 전극의 일부 또는 전부를 수용하는 챔버에 대한 "접근"을 제공한다. 이후, 점착-방지 채널을 통해서 점착-방지 유체(예를 들면, 가스 또는 가스-증기)가 챔버 내로 도입된다. 점착-방지 유체는 기계 구조물의 능동 부재 또는 전극의 하나, 일부 또는 전부에 증착됨으로써, 그러한 부재 또는 전극 상에 점착-방지층(예를 들면, 단일층 코팅 또는 자기집합된 단일층) 및/또는 가스방출 분자를 제공한다. 점착-방지 유체의 도입 및/또는 적용 이후, 점착-방지 채널은 챔버 내의 기계적 감쇠 환경을 한정 및 제어하기 위해 밀봉, 캐핑, 플러깅 및/또는 폐쇄될 수 있다. 이와 관련하여, 챔버의 밀봉, 캐핑 및/또는 폐쇄는 기계 구조물을 수납 및/또는 수용하는 환경을 챔버 내에 형성한다. 이 환경은 기계 구조물의 소정의, 소망의 및/또는 선택된 기계적 감쇠뿐 아니라 적절한 밀폐성을 제공한다. 기계 구조물이 작동되는 최종 캡슐화된 유체(예를 들면, 가스 또는 가스 증기)의 변수(예를 들면, 압력)는 소망의 및/또는 소정의 작동 환경을 제공하도록 제어, 선택 및/또는 설계될 수 있다.
캡슐화 층, 밀봉 챔버, 점착-방지 채널, 점착-방지 유체, 이방성 에칭, 점착-방지 플러그, 트렌치, 절연층, 확산 배리어, 양극 접합, 캡 웨이퍼, 트랩

Description

박막 및 웨이퍼-접합된 캡슐화된 마이크로전자기계 시스템용 점착-방지 기술{ANTI-STICTION TECHNIQUE FOR THIN FILM AND WAFER-BONDED ENCAPSULATED MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS}
본 발명은 전자기계 시스템, 및 마이크로전자기계 및/또는 나노전자기계 시스템을 제조하기 위한 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 일 실시예에서, 박막 또는 웨이퍼 접합 캡슐화(encapsulation) 기술을 사용하여 캡슐화되는 기계 구조물을 가지며 적합한 점착-방지(anti-stiction) 특징을 갖는 마이크로전자기계 및 나노전자기계 시스템의 제작 또는 제조에 관한 것이다.
예를 들어, 자이로스코프, 공진기 및 가속도계와 같은 마이크로전자기계 시스템("MEMS: Microelectromechanical systems")은, 기계 부품을 마이크로전자기기에 비견될 수 있는 스케일로 축소시키기 위해 미세가공(micromachining) 기술(즉, 리소그래픽(lithographic: 석판인쇄) 및 기타 정밀 제작 기술)을 사용한다. MEMS는 통상 미세가공 기술을 사용하여 예를 들어 실리콘 기판으로부터 또는 실리콘 기판 상에 제조되는 기계 구조물을 구비한다.
MEMS는 종종, 기계 구조물의 고정(stationary or fixed) 전극에 대한 특정 요소 또는 전극의 이동을 통해서 작동한다. 이러한 이동은 이동 전극과 고정 전극 사이의 간극(예를 들면, 대향 전극 사이의 간극)을 변화시킨다(예를 들어, 미국 특허 제6,240,782호, 제6,450,029호, 제6,500,348호, 제6,577,040호, 제6,624,726호, 및 미국 특허출원 제2003/0089394호, 제2003/0160539호, 및 제2003/0173864호 참조). 예를 들면, MEMS는 고정 전극에 대한 기계 구조물의 편향가능하거나 이동가능한 전극의 위치에 기초할 수 있다.
기계 구조물은 통상 챔버 내에 밀봉된다. 민감한 기계 구조물은 예를 들어 밀폐된 금속 콘테이너에 밀봉되거나(예를 들면, 미국 특허 제6,307,815호에 개시된 TO-8 "캔" 참조), 기계 구조물을 수납, 수용 또는 커버하기 위해 챔버를 갖는 반도체 또는 글래스형 기판에 접합되거나(예를 들면, 미국 특허 제6,146,917호, 제6,352,935호, 제6,477,901호, 및 제6,507,082호 참조), 예를 들어 기계 구조물의 웨이퍼 레벨 패키징 도중에 미세가공 기술을 사용하는 박막에 의해 캡슐화될 수 있다(예를 들면, WO 01/77008 A1 및 WO 01/77009A1 참조).
밀폐된 금속 콘테이너와 관련하여, 기계 구조물이 그 위에 또는 그 내부에 위치하는 기판은 금속 콘테이너의 내부에 배치되거나 금속 콘테이너에 고정될 수 있다. 밀폐된 금속 콘테이너는 또한 일차(primary) 패키지로서도 작용한다.
반도체 또는 글래스형 기판 패키징 기술과 관련하여, 기계 구조물의 기판은 다른 기판에 접합됨으로써 접합된 기판이 그 내부에 기계 구조물이 위치하는 챔버를 형성할 수 있다. 이런 식으로, 기계 구조물의 작동 환경이 제어될 수 있으며 구조물 자체는 예를 들어 우발적인 접촉으로부터 보호될 수 있다. 두 개의 접합된 기판은 또한 MEMS용 일차 패키지이거나 또는 그렇지 않을 수 있다.
박막 웨이퍼 레벨 패키징은 예를 들어 종래 기술(즉, 저온 기술(LTO), 테트라에톡시실란(TEOS) 등을 이용한 산화)을 사용하여 증착 또는 형성되는 종래의 산화물(SiO2)을 사용하여 기계 구조물을 챔버 내에 캡슐화하기 위한 미세가공 기술을 채용하고 있다(예를 들면, WO 01/77008 A1, 도2 내지 도4 참조). 이 기술을 실시할 때, 기계 구조물은 집적 회로와 함께 패키징 및/또는 통합되기 전에 캡슐화된다.
예를 들어 작동 도중과 같은 특정 조건 하에서, 편향 또는 이동가능한 전극은 고정 전극과 접촉할 수 있고, 이들 전극은 점착될 수 있다. 이는 예를 들어 MEMS의 신속, 급속 및/또는 난폭한 이동의 결과일 수 있다. 기계 구조물의 전극이 점착되면, 이는 일반적으로 점착(stiction)으로 알려져 있다. 점착은 MEMS에 있어서 통상적이며, 예를 들면, 반데르발스(van der Waals)력, 냉간 압접, 아크방전, 분자 또는 원자 결합, 접촉부에 형성된 액체의 표면 장력, 및/또는 표면 대전에 의한 정전력에 의해 초래될 수 있다. 점착은 통상 MEMS를 작동불능 상태로 만든다.
점착의 열화 작용을 해소, 최소화, 극복, 및/또는 회피하기 위한 여러가지 상이하고 다양한 기술/방법이 존재한다(예를 들면, 미국 특허 제6,621,392호, 제6,625,047호, 제6,625,342호 및 미국 특허출원 제2003/0155643호 및 제2003/0178635호 참조). 한가지 방법은 가동 전극 및 고정 전극을 포함하는 기계 구조물 상에 예를 들어 퍼플루오로데칸산("PFDA: perfluorodecanoic acid")과 같은 윤활제 또는 활성화 층을 도포하는 것이다. 이와 관련하여, PFDA는 통상 기상 증 착을 통해서 단일층 상에 증착될 수 있으며, 극히 낮은 에너지 표면을 형성한다(예를 들면, 미국 특허출원 제2003/0161949호 참조). 이 방법은 기판 패키징 기술에 있어서 상당히 일반적인 것이다.
그러나 기계 구조물의 웨이퍼 레벨 패키징에 있어서, 캡슐화 박막은 종종 고온으로 증착된다. 또한, MEMS를 전자 회로와 통합하는 것과 같은 추가적인 처리는 (예를 들면 집적 회로의 형성 또는 제작 중에) 종종 고온 처리의 사용을 요한다. 종래의 윤활제 또는 활성화 층은 박막 캡슐화 또는 집적 회로를 제조하는데 요구되는 온도에 노출될 때 파괴되기 쉽다. 따라서, 캡슐화 이후, 기계 구조물은 기계 구조물 후처리의 결과로서 보다 점착되기 쉽다.
무엇보다도, 박막 캡슐화 및/또는 웨이퍼 접합 기술과 양립할 수 있고 종래 점착-방지 기술의 단점을 하나, 일부 또는 전부 극복하는 점착-방지 기술을 채용하는 MEMS가 요구되고 있다. 무엇보다도, 기계 구조물을 구비하고, 박막 캡슐화 및/또는 웨이퍼 접합 기술을 사용하여 캡슐화되며, 적절한 점착-방지 기술을 소유하고 종래 점착-방지 기술의 비용, 설계, 작동 및/또는 제조 결점을 극복하는 MEMS가 요구되고 있다. 웨이퍼 레벨 박막 및/또는 웨이퍼 접합 캡슐화 기술을 사용하여 캡슐화되는 낮은 접착 에너지 기계 구조물을 갖는 MEMS가 요구되고 있다.
본원에는 여러가지 발명이 개시 및 도시되어 있다. 제1 주요 태양에서, 본 발명은 캡슐화 층에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 밀봉 챔버 내에 배치되는 기계 구조물을 갖는 전자기계 장치의 제조 방법이다. 상기 방법은, 상기 캡슐화 층을 통해서 적어도 하나의 점착-방지 채널을 형성하는 단계와, 상기 점착-방지 채널을 통해서 챔버 내에 점착-방지 유체(예를 들면, DDMS, OTS, PFOTCS, PFDA, FDTS, PFPE 또는 FOTS)를 도입하는 단계를 포함하며, 상기 점착-방지 유체는 기계 구조물의 적어도 일 부분에 단일층 또는 자기집합된(self-assembled) 층을 형성한다. 상기 방법은, 챔버를 재밀봉하기 위해 상기 점착-방지 채널의 위에 또는 내부에 점착-방지 플러그(예를 들면, 스핀-온(spin-on) 폴리머, SOG 또는 금속 재료)를 증착하는 단계를 추가로 포함한다.
상기 점착-방지 채널은 이방성 에칭을 사용하여(예를 들면, 반응성 이온 에칭을 사용하여) 형성될 수 있다. 상기 점착-방지 플러그는 실크 스크리닝, 새도우 마스크 기술, 또는 분산된 시일-글래스(seal-glass), 플라스틱 또는 에폭시를 사용하여 증착될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전자기계 장치는 접촉 영역을 추가로 구비하며, 상기 방법은, 챔버 외부에 적어도 부분적으로 배치되는 접촉 영역의 주위에 트렌치를 형성하는 단계, 및 상기 트렌치에 제1 절연 재료를 증착하여 접촉 영역을 전기적으로 절연시키는 단계를 추가로 포함한다. 상기 방법은, 상기 트렌치의 적어도 일 부분 위에 제2 절연층을 증착하는 단계, 및 캡슐화 층을 통해서 적어도 하나의 점착-방지 채널을 형성하기 전에 상기 제2 절연층에 점착-방지 창을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 접촉 영역 상에 또한 제2 절연층 위에 고전도성 재료를 증착하여 접촉 영역에 대한 전기적 연결을 제공할 수 있으며, 상기 점착-방지 플러그의 적어도 일 부분은 고전도성 재료로 이루어진다.
일 실시예에서, 상기 방법은 점착-방지 플러그 상에 확산 배리어를 증착하는 단계를 포함한다. 상기 확산 배리어는 폴리실리콘, 게르마늄, 실리콘/게르마늄, 이산화 실리콘, 질화 실리콘, BPSG, PSG, SOG 또는 금속 지지(metal bearing) 재료로 이루어진다. 실제로, 상기 접촉 영역 상에 또한 제2 절연층과 점착-방지 플러그 위에 증착되는 고전도성 재료는 챔버에 확산 배리어를 제공하고 접촉 영역에 전기적 상호연결을 제공할 수 있다.
상기 트렌치는 캡슐화 층을 통한 적어도 하나의 점착-방지 채널 형성과 동시에 형성될 수도 있음을 알아야 한다.
제2 주요 태양에서, 본 발명은, 캡슐화 구조물에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 밀봉 챔버 내에서 기판 위에 배치되는 기계 구조물을 갖는 전자기계 장치의 제조 방법이다. 상기 방법은, 상기 기판을 통해서 (예를 들어, 이방성 에칭을 사용하여) 적어도 하나의 점착-방지 채널을 형성하는 단계와, 상기 적어도 하나의 점착-방지 채널을 통해서 챔버 내에 점착-방지 유체(예를 들면, DDMS, OTS, PFOTCS, PFDA, FDTS, PFPE 또는 FOTS)를 도입하는 단계를 포함하며, 상기 점착-방지 유체는 기계 구조물의 적어도 일 부분에 단일층 또는 자기집합된 층을 형성한다. 본 발명의 이 태양의 방법은, 챔버를 재밀봉하기 위해 상기 점착-방지 채널의 위에 또는 내부에 점착-방지 플러그(예를 들면, 스핀-온 폴리머, SOG 또는 금속 재료)를 증착하는 단계를 추가로 포함한다.
상기 방법은, 양극 접합을 사용하여 상기 기계 구조물 위에 캡슐화 구조물을 고정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 캡슐화 구조물은 양극 실드, 및 캡 웨이퍼 상에 배치되는 절연층을 구비한다. 상기 양극 실드는 절연층 상에 배치될 수 있다.
상기 점착-방지 플러그는 실크 스크리닝, 새도우 마스크 기술, 또는 분산된 시일-글래스, 플라스틱 및/또는 에폭시를 사용하여 증착될 수 있다.
본 발명의 이 태양의 일 실시예에서, 상기 전자기계 장치는 접촉 영역을 구비할 수 있으며, 상기 방법은, 챔버 외부에 적어도 부분적으로 배치되는 접촉 영역의 주위에 트렌치를 형성하는 단계, 및 상기 트렌치에 제1 절연 재료를 증착하여 접촉 영역을 전기적으로 절연시키는 단계를 추가로 포함한다. 상기 방법은, 트렌치의 적어도 일 부분 위에 제2 절연층을 증착하는 단계, 및 캡슐화 층을 통해서 적어도 하나의 점착-방지 채널을 형성하기 전에 상기 절연층에 점착-방지 창을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 접촉 영역 상에 또한 제2 절연층 위에 고전도성 재료를 증착하여 접촉 영역에 대한 전기적 연결을 제공할 수 있으며, 상기 점착-방지 플러그의 적어도 일 부분은 고전도성 재료로 이루어진다.
일 실시예에서, 상기 방법은 점착-방지 플러그 상에 확산 배리어를 증착하는 단계를 포함한다. 상기 확산 배리어는 예를 들어 폴리실리콘, 게르마늄, 실리콘/게르마늄, 이산화 실리콘, 질화 실리콘, BPSG, PSG, SOG 또는 금속 지지 재료로 이루어진다. 실제로, 접촉 영역 상에 또한 제2 절연층과 점착-방지 플러그 위에 증착되는 고전도성 재료는 챔버에 확산 배리어를 제공하고 접촉 영역에 전기적 상호연결을 제공할 수 있다.
제3 주요 태양에서, 본 발명은 기판, 상기 기판 위에 배치되고 그 적어도 일 부분에는 단일층 또는 자기집합된 층이 배치되는 기계 구조물, 및 챔버를 형성하고 밀봉하도록 상기 기계 구조물 위에 배치되는 필름 캡슐화 구조물을 포함하는 전자기계 장치이다. 또한, 상기 전자기계 장치는, 챔버 내에 배치되는 기계 구조물의 적어도 일 부분에 대한 접근을 제공하기 위해 상기 필름 캡슐화 구조물 내에 에칭되는 점착-방지 채널, 및 챔버를 재밀봉하기 위해 상기 점착-방지 채널 위에 또는 내부에 배치되는 점착-방지 플러그(예를 들면, 스핀-온 폴리머, SOG 또는 금속 재료)를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 필름 캡슐화 구조물은 제1 및 제2 캡슐화 층을 포함할 수 있다. 상기 제1 캡슐화 층은 다결정 실리콘, 다공성 다결정 실리콘, 비정질 실리콘, 탄화 실리콘, 질화 실리콘, 실리콘/게르마늄, 게르마늄 또는 갈륨 비소로 이루어질 수 있다. 상기 제2 캡슐화 층은 다결정 실리콘, 다공성 다결정 실리콘, 비정질 실리콘, 게르마늄, 실리콘/게르마늄, 갈륨 비소 또는 탄화 실리콘으로 이루어질 수 있다.
다른 실시예에서, 전자기계 장치는 상기 점착-방지 채널과 기계 구조물 사이에 배치되는 트랩을 추가로 포함할 수 있다. 상기 트랩은 실질적으로 수직한 트랩 또는 실질적으로 수평한 트랩일 수 있다.
상기 전자기계 장치는 점착-방지 플러그 위에 배치되는 확산 배리어를 추가로 포함할 수 있다. 상기 확산 배리어는 금속 재료로 이루어질 수 있다.
제4 주요 태양에서, 본 발명은, 기판, 상기 기판 위에 배치되고 그 적어도 일 부분에는 단일층 또는 자기집합된 층이 배치되는 기계 구조물, 및 챔버를 형성하고 밀봉하도록 상기 기계 구조물 위에 배치되는 웨이퍼 접합(wafer bonded) 캡슐화 구조물을 포함하는 전자기계 장치이다. 본 발명의 이 태양의 전자기계 장치는, 챔버 내에 배치되는 기계 구조물의 적어도 일 부분에 대한 접근을 제공하기 위해 상기 기판 내에 에칭되는 점착-방지 채널, 및 챔버를 재밀봉하기 위해 상기 점착-방지 채널 위에 또는 내부에 배치되는 점착-방지 플러그(예를 들면, 스핀-온 폴리머, SOG 또는 금속 재료)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 캡슐화 구조물은 양극 접합을 사용하여 기계 구조물 위에 고정될 수 있다. 따라서, 상기 캡슐화 구조물은 양극 실드를 구비할 수 있다. 더욱이, 상기 캡슐화 구조물은 캡 웨이퍼 상에 배치되는 절연층을 구비할 수 있으며, 상기 양극 실드는 절연층 상에 배치된다.
일 실시예에서, 이 태양의 전자기계 장치는 상기 점착-방지 채널과 기계 구조물 사이에 배치되는 트랩을 포함할 수 있다. 상기 트랩은 실질적으로 수직한 트랩 또는 실질적으로 수평한 트랩일 수 있다.
상기 전자기계 장치는 상기 점착-방지 플러그 위에 배치되는 확산 배리어를 추가로 포함할 수 있다. 상기 확산 배리어는 금속 재료로 이루어질 수 있다.
다시, 본원에는 여러가지 발명이 개시 및 도시되어 있다. 본 발명의 개요는 본 발명의 범위를 포괄하지 않는다. 또한, 본 개요는 본 발명을 제한하지 않으며, 그렇게 해석되어서는 안된다. 상기 개요에서 본 발명의 특정 실시예, 특징, 속성, 및 장점을 설명하였으나, 후술하는 상세한 설명 및 청구범위에서 명백한 본 발명의 다르거나 및/또는 유사한 실시예, 특징, 속성 및/또는 장점이 여러가지 있을 수 있음을 알아야 한다.
후술하는 상세한 설명에서는 첨부도면을 참조하게 된다. 이들 도면은 본 발명의 다른 태양들을 도시하며, 적절한 경우 다른 도면에서 유사한 구조물, 성분, 재료, 및/또는 요소를 나타내는 도면부호는 유사하게 병기된다. 특정하게 도시된 것 이외의 구조물, 성분, 재료 및/또는 요소의 다양한 조합이 고려될 수도 있으며 이 또한 본 발명의 범위에 포함되는 것을 알아야 한다.
도1은 예를 들어, 특히 접촉 영역과 관련한, 가속도계의 맞물림 또는 빗살형 핑거 전극 어레이에 있어서 "가동" 전극과 "고정" 전극을 갖는 부분과 같은 미시적 기계 구조물의 일 부분의 평면도이다.
도2는 본 발명의 특정 태양에 따른, 점착-방지 플러그 또는 캡과 관련한, 도1의 맞물림 또는 빗살형 핑거 전극 어레이의 일 부분, 접촉 영역, 및 트렌치 격리 접점의 (도1의 점선 a-a'를 따라서 취한) 단면도이다.
도3a 내지 도3l은 본 발명의 특정 태양에 따른, 도2의 점착-방지 플러그 또는 캡을 포함하는 MEMS의 제조를 공정의 다양한 스테이지에서 도시한 단면도이다.
도4는 본 발명의 특정 태양에 따른, 도2의 미세가공된 구조물에 증착되는 점착-방지층의 단면도이다.
도5는 본 발명의 특정 태양에 따른, 트랩과 점착-방지 플러그 또는 캡과 관련한, 맞물림 또는 빗살형 핑거 전극 어레이, 접촉 영역 및 트렌치 격리 접점의 부분의 (도1의 점선 a-a'를 따라서 취한) 단면도이다.
도6a 내지 도6l은 본 발명의 특정 태양에 따른, 도5의 점착-방지 플러그 또는 캡의 제조를 공정의 다양한 스테이지에서 도시한 단면도이다.
도7a 및 도7b는 본 발명의 특정 태양에 따른, 트랩에 의해 "캡처된" 점착-방지 플러그의 재료와 관련한, 도5의 단면도이다.
도8a 및 도8b는 본 발명의 특정 태양에 따른, 확산 배리어를 포함하는 점착-방지 플러그 또는 캡과 미세구조 제조의 단면도이다.
도9는 특히 복수의 접촉 영역과 관련한, 가속도계의 맞물림 또는 빗살형 핑거 전극에 있어서 "가동" 전극과 "고정" 전극을 구비하는 부분과 같은, 다른 미세가공된 구조물의 일 부분의 평면도이다.
도10a 내지 도10c 및 도11a 내지 도11c는 본 발명의 특정 태양에 따른, 특히 점착-방지 플러그 또는 캡과 관련한, 도1의 맞물림 또는 빗살형 핑거 전극 어레이의 일 부분, 접촉 영역의 (도1의 점선 a-a'를 따라서 취한) 단면도이다.
도12는 인터페이스 회로 및 데이터 처리 전자기기와 관련한, 기판에 배치된 마이크로전자기계 시스템의 블록선도이다.
도13a 및 도13b는 공통 기판 상에 배치되거나 그 내부에 집적되는 미세가공된 기계 구조물 부분과 집적 회로 부분을 구비하는 본 발명의 특정 태양에 따른 MEMS의 단면도이다.
도14는 본 발명의 특정 태양에 따른, 점착-방지 플러그 또는 캡 및 웨이퍼 접합 캡슐화 구조물과 관련한, 도1의 맞물림 또는 빗살형 핑거 전극 어레이의 부분과 접촉 영역의 (도1의 점선 a-a'를 따라서 취한) 단면도이다.
도15a 내지 도15f는 본 발명의 특정 태양에 따른, 도14의 점착-방지 플러그 또는 캡을 포함하는 MEMS의 제조를 공정의 다양한 스테이지에서 도시한 단면도이다.
도16a 내지 도16f는 본 발명의 다른 태양에 따른, 점착-방지 플러그 또는 캡과 관련한, 맞물림 또는 빗살형 핑거 전극 어레이의 부분, 접촉 영역 및 트렌치 격리 접점을 공정의 다양한 스테이지에서 도시한 (도1의 점선 a-a'를 따라서 취한) 단면도이다.
도17a 내지 도17e는 본 발명의 다른 태양에 따른, 점착-방지 플러그 또는 캡과 관련한, 맞물림 또는 빗살형 핑거 전극 어레이의 부분, 접촉 영역 및 트렌치 격리 접점을 공정의 다양한 스테이지에서 도시한 (도1의 점선 a-a'를 따라서 취한) 단면도이다.
도18은 본 발명의 다른 태양에 따른, 접촉 영역의 위에 접촉하여 배치되는 전도층과 동일한 재료로 구성되는 점착-방지 플러그 또는 캡과 관련한, 맞물림 또는 빗살형 핑거 전극 어레이, 접촉 영역 및 트렌치 격리 접점의 단면도이다.
도19a 및 도19b는 본 발명의 특정 실시예에 따른, 트랩과 관련한, 도18의 단면도이다.
도20a는 본 발명의 특정 실시예에 따른, 실질적으로 수평한 트랩과 관련한, 맞물림 또는 빗살형 핑거 전극 어레이의 부분의 (도1의 점선 a-a'를 따라서 취한) 부분 단면도이다.
도20b는 실질적으로 수평한 트랩의 지그재그 형상을 도시하는 도20a의 (점선 A-A'를 따라서 취한) 횡단면도이다.
도21a 및 도21b는 본 발명에 따른, MEMS의 기판 상에 또는 그 내부에 모놀리식으로 집적되는 접점과 복수의 미세구조물을 갖는 마이크로기계 구조물의 단면도이다.
본원에는 여러가지 발명이 개시 및 도시되어 있다. 일 태양에서, 본 발명은 박막 또는 웨이퍼 캡슐화된 MEMS, 및 본 발명의 점착-방지 기술을 채용한 박막 또는 웨이퍼 캡슐화된 MEMS 제조 방법에 관한 것이다. 일 실시예에서, MEMS의 캡슐화 이후, 캡슐화 층 및/또는 기판에 점착-방지 채널이 형성됨으로써 MEMS의 기계 구조물의 능동 부재 또는 전극의 일부 또는 전부를 포함하는 챔버에 대한 "접근"이 제공된다. 이후, 점착-방지 채널을 통해서 상기 챔버에 점착-방지 유체(예를 들면, 가스 또는 가스-증기)가 도입된다. 점착-방지 유체는 기계 구조물의 능동 부재 또는 전극의 하나, 일부 또는 전부에 증착됨으로써 그러한 부재 또는 전극에 점착-방지층(예를 들면, 단일층 코팅 또는 자기집합된 단일층) 및/또는 가스방출 분자를 제공한다. 이런 식으로, 기계 구조물은 적절한 점착-방지 특징을 갖는다.
점착-방지 유체의 도입 및/또는 적용 이후, 점착-방지 채널은 챔버 내에 기계적 감쇠(damping) 환경을 형성하여 제어하기 위해 밀봉, 캐핑(cap), 플러깅, 및/또는 폐쇄될 수 있다. 이와 관련하여, 챔버의 밀봉, 캐핑, 및/또는 폐쇄는 챔버 내에 기계 구조물을 수납 및/또는 수용하는 환경을 형성한다. 이러한 환경은 적절한 밀봉성 뿐 아니라 기계 구조물의 소정의, 소망의(desired) 및/또는 선택적인 기 계적 감쇠를 제공한다. 기계 구조물이 작동하게 되는 최종 캡슐화된 유체(예를 들면, 가스 또는 가스 증기)의 변수(예를 들면, 압력)는 소망의 및/또는 소정의 작동 환경을 제공하도록 제어, 선택, 및/또는 설계될 수 있다.
도1을 참조하면, 예시적인 일 실시예에서, MEMS(10)는 기판(14)상에 배치되는 미세가공된 기계 구조물(12), 예를 들어 비도프(undoped: 혼입물이 첨가되지 않은) 반도체형 재료, 유리형 재료, 또는 절연체형 재료를 구비한다. 상기 미세가공된 기계 구조물(12)은 가속도계, 자이로스코프, 및/또는 기타 검출기(예를 들면, 압력 센서, 스트레인 센서, 촉각 센서, 자기 센서 및/또는 온도 센서), 필터 및/또는 공진기일 수 있다. 미세가공된 기계 구조물(12)은 또한 예를 들어 하나 이상의 가속도계, 자이로스코프, 압력 센서, 촉각 센서, 및 온도 센서를 포함하는 다수의 검출기 또는 센서의 기계 구조물을 포함할 수 있다.
도2를 참조하면, 일 실시예에서, 미세가공된 기계 구조물(12)은 기판(14) 상에, 위에, 및/또는 내에 배치되는 기계 구조물(16a 내지 16d)을 구비한다. 특히, 기계 구조물(16a, 16c, 16d)은 "가동(movable)" 기계적 부재(18a, 18b)의 "가동" 전극일 수 있다. 기계 구조물(16b)은 "고정(fixed)" 기계적 부재(20)의 "고정" 전극일 수 있다. 미세가공된 기계 구조물(12)이 가속도계인 경우, 기계 구조물(16a 내지 16d)은 가속도계의 감지 특징을 포함하는 상호맞물림형 또는 빗살형(comb-like) 핑거 전극 어레이의 일부일 수 있다(예를 들어, 미국 특허 제6,122,964호 참조).
기계 구조물(16a 내지 16d)은 예를 들어, 실리콘, 게르마늄, 탄소와 같은 주 기율표의 Ⅳ족 재료; 실리콘 게르마늄 또는 탄화 실리콘과 같은 상기 재료의 조합물; 갈륨 인, 알루미늄 갈륨 인과 같은 Ⅲ-Ⅴ화합물 또는 다른 Ⅲ-Ⅴ조합물; 질화 실리콘, 산화 실리콘, 탄화 알루미늄 또는 산화 알루미늄과 같은 Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ, 또는 Ⅵ재료의 조합물; 규화 니켈, 규화 코발트, 탄화 텅스텐, 또는 규화 백금 게르마늄과 같은 금속 규화물, 게르마늄화물, 및 탄화물; 인, 비소, 안티몬, 붕소, 또는 알루미늄 첨가(doped) 실리콘 또는 게르마늄, 탄소, 또는 실리콘 게르마늄과 같은 조합물을 포함하는 첨가 변화물; 단결정, 다결정, 나노결정, 또는 비정질을 포함하는 다양한 결정 구조를 갖는 이들 재료; 예를 들어 단결정 및 다결정 구조(도프형 또는 비도프형) 영역을 갖는 결정 구조의 조합물로 이루어질 수 있다.
도2를 계속 참조하면, 미세가공된 기계 구조물(12)은 기판(14) 상에 또는 기판 내에 배치되는 필드 영역(22) 및 접촉 영역(24)을 추가로 구비할 수 있다. 필드 영역(22)은 전자 또는 전기 부품 또는 내장 회로(예를 들면, 트랜지스터, 레지스터, 커패시터, 인덕터 및 기타 수동 또는 능동 소자)용 기판 재료를 제공할 수 있다. 접촉 영역(24)은 미세가공된 기계 구조물(12)과 내장 또는 외장 전자기기, 집적 인터페이스 회로, 및/또는 외부 기기(도시되지 않음) 사이에 전기적 경로를 제공할 수 있다. 접촉 영역(24)은 예를 들어 실리콘(도프형 또는 비도프형), 게르마늄, 실리콘/게르마늄, 탄화 실리콘, 및 갈륨 비소와, 그 조합물 및/또는 치환물로 이루어질 수 있다.
미세가공된 기계 구조물(12)은 내부에 "수용되는" 분위기(28)를 갖는 챔버(26)를 추가로 구비한다. 상기 챔버(26)는 적어도 부분적으로 캡슐화 층(30)에 의 해 형성된다. 이와 관련하여, MEMS(10)는 종래의 박막 캡슐화 기술 및 구조물을 사용하여 챔버(26)내에 밀봉될 수 있다(예를 들어, WO 01/77008 A1 및 WO 01/77009 A1 참조). 다른 박막 캡슐화 기술도 적합하다. 실제로, 모든 박막 캡슐화 기술은 현재 공지된 것이든 추후 개발된 것이든 간에 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 간주된다.
예를 들어, 2003년 6월 4일자로 출원되어 양도되었으며, 발명의 명칭이 "트렌치 격리 접점을 갖는 마이크로전자기계 시스템 및 그 제조 방법"인 정규 특허출원 제10/455,555호(이하 "트렌치 격리 접점을 갖는 마이크로전자기계 시스템 특허출원"으로 지칭함)에 개시 및 도시된 캡슐화 기술은 본 발명의 점착-방지 기술과 더불어 사용될 수 있다. 간략함을 위해, 본원에 개시 및 도시된 발명과 더불어 실시되는 트렌치 격리 접점을 갖는 마이크로전자기계 시스템 특허출원에 개시 및 도시된 발명은 반복되지 않고 단지 요약 설명될 것이다. 그러나, 예를 들어 본 발명의 모든 특징, 속성, 대안, 재료, 기술, 장점을 포함하는 트렌치 격리 접점을 갖는 마이크로전자기계 시스템 특허출원의 전체 내용은 본원에 참조로 원용되는 것을 명확히 알아야 한다.
본 발명의 미세가공된 기계 구조물(12)은 또한, 캡슐화 공정(즉, 캡슐화 층(30)의 증착, 형성 및/또는 성장) 완료후 챔버(26) 내의 기계 구조물(16a 내지 16d)과의 유체 연통을 용이하게 하거나 및/또는 그에 대한 접근 또는 경로를 제공하기 위해 예를 들어 캡슐화 층(30)을 통해서 형성되는 점착-방지 채널(32)을 구비한다. 이와 관련하여, 기계 구조물(16a 내지 16d)의 캡슐화 및 챔버(26)의 형성 이후, 예를 들어 이방성 에칭 기술(예를 들면, 딥(deep) 반응성 이온 에칭)을 사용하여 점착-방지 채널(32)이 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 점착-방지 채널(32)의 "직경" 또는 "폭"은 100nm 내지 50㎛일 수 있으며, 200nm 내지 10㎛인 것이 바람직하다. 점착-방지 채널(32)의 "직경" 또는 "폭"은 캡슐화 층(30)의 두께에 종속될 수 있음을 알아야 한다.
이후, 챔버(26) 내에는 예를 들어 기상 증착(예를 들면, APCVD, LPCVD, 또는 PECVD)에 의해 점착-방지 유체(예를 들면, 디클로르디메틸실란("DDMS"), 옥타데실트리클로르실란("OTS"), 퍼를루오르옥틸트리클로르실란("PFOTCS"), 퍼플루오로데카노익산("PFDA"), 퍼플루오로데실-트리클로로실란("FDTS"), 퍼플루오로 폴리에테르("PFPE") 및/또는 플루오로알킬실란("FOTS"))가 도입될 수 있다. 점착-방지 유체는 MEMS(12)의 기계 구조물(16a 내지 16d)의 하나, 일부 또는 전부에 증착됨으로써 기계 구조물 상에 예를 들어 단일층 코팅과 같은 점착-방지층 및/또는 가스방출 분자를 제공한다. 이런 식으로, 기계 구조물(16a 내지 16d)은 적합한 접착-방지 특성을 갖는다.
점착-방지 유체 도입의 변수는 예를 들어 기계 구조물(16a 내지 16d) 상의 점착-방지층(예를 들면, 단일층 또는 자기집합된 단일층)의 특징에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 고온의 점착-방지 유체 도입은 유체의 확산성을 향상시킬 수 있는 반면에, 저온의 점착-방지 유체 도입은 유체의 점착-방지 특성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 점착-방지 유체는 20℃ 내지 600℃의 온도로 도입되며, 바람직하게는 100℃ 내지 300℃의 온도로 도입된다.
더욱이, 점착-방지 유체의 고압 도입은 기계 구조물(16a 내지 16d) 상으로의 점착-방지층(예를 들면, 단일층 또는 자기집합된 단일층)의 증착 속도를 향상시킬 수 있다. 대조적으로, 낮은 압력은 점착-방지 채널(32)을 통한 분자의 평균 자유 경로가 커짐으로 인해 챔버(26) 내로 더 하강 진입하는 분자의 수를 증가시킬 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 점착-방지 유체는 100μTorr 내지 1 Torr의 압력으로 도입된다.
점착-방지층을 보다 등각적으로(conformally) 제공하거나 형성하는 점착-방지층의 증착 변수를 채용하는 것이 유익할 수 있다. 이런 식으로, 기계 구조물(16a 내지 16d) 상에 충분한 점착-방지층이 형성되기 전에, 점착-방지 채널(32) 내에 또는 위에 점착-방지 재료가 "축적(build-up)"되므로 점착-방지 채널(32)은 덜 폐쇄될 것 같다. 점착-방지 유체는 기계 구조물(16a 내지 16d)의 예를 들면 표면의 비반응 및/또는 비접착 특성을 향상시키는 임의의 재료일 수 있음을 알아야 한다.
점착-방지 채널(32)은 채널 플러그(34)를 통해서 "폐쇄" 및/또는 "밀봉"될 수 있다. 이와 관련하여, 채널 플러그(34)는 점착-방지 채널(32)을 밀봉, 플러깅 및/또는 폐쇄하는 임의의 재료일 수 있다. 예를 들어, 채널 플러그(34)는 스핀-온 폴리머, 스핀-온 글래스("SOG"), 금속 재료(예를 들면, 스퍼터링되고 필요한 경우 패터닝되는 금속)일 수 있다. 또한, 채널 플러그(34)는 분산된 시일-글래스, 플라스틱 및/또는 에폭시의 실크 스크리닝을 사용하여/실크 스크리닝으로부터 형성될 수 있다. 또한, 점착-방지 채널(32)을 밀봉, 플러깅 및/또는 폐쇄하기 위해 새도 우 마스크 기술이 사용될 수 있다. 실제로, 일 실시예에서 챔버(26) 내에 적절한 환경을 유지하기 위해 배리어를 제공하고, (1) 점착-방지 유체에 의해 제공되는 점착-방지 작용을 파괴 및/또는 삭제(예를 들면, 기계 구조물 상의 단일층 코팅의 파괴)하거나, 및/또는 (2) 본 발명의 점착-방지 기술에 의해 적합한 점착-방지 특징이 제공되는 것을 방지하지 않는 변수(예를 들면, 온도)를 사용하여 형성, 적용 및/또는 성장되는 임의의 재료(및 대응하는 제조 기술)가 사용될 수 있다. 이런 식으로, 점착-방지 채널(32)을 밀봉 및/또는 폐쇄한 후, 기계 구조물(16a 내지 16d)은 적절한 점착-방지 특징 및/또는 특성을 유지한다.
전술했듯이, 트렌치 격리 접점을 갖는 마이크로전자기계 시스템 특허출원에는 박막 캡슐화된 MEMS(10)를 제조하는 예시적인 방법이 개시 및 도시되어 있다. 간략함을 위해, 그 설명 및 도시는 반복하지만 단지 요약될 것이다. 그러나, 예를 들어 본 발명의 특징, 속성, 대안, 재료, 기술, 장점을 포함하는 트렌치 격리 접점을 갖는 마이크로전자기계 시스템 특허출원의 전체 내용은 본원에 참조로 원용되는 것을 명확히 알아야 한다.
도3a를 참조하면, MEMS(10)는 제1 희생층(36), 예를 들면 이산화 실리콘 또는 질화 실리콘에 배치되는 기계 구조물(16a 내지 16d) 및 접촉 영역(24)을 갖는 SOI 기판 부분 형성 장치로 시작될 수 있다. 기계 구조물(16a 내지 16d) 및 접촉 영역(24)은 공지의 증착, 리소그래픽, 에칭 및/또는 도핑(doping) 기술을 사용해서뿐 아니라 공지의 재료(예를 들어, 실리콘, 게르마늄, 실리콘-게르마늄 또는 갈륨 비소와 같은 반도체)로 형성될 수 있다. 더욱이, 필드 영역(22)과 제1 희생층(36) 은 공지의 SOI(silicon-on-insulator) 제조 기술(도3a)을 사용하여 형성되거나, 표준 또는 특대 크기의("두꺼운") 웨이퍼(도시되지 않음)를 사용한 공지의 형성, 리소그래픽, 에칭 및/또는 증착 기술을 사용하여 형성된다.
도3b를 참조하면, 기계 구조물(16a 내지 16d)과 접촉 영역(24)의 형성에 이어서, 캡슐화 공정을 포함하는 후속 처리 중에 기계 구조물(16a 내지 16d)을 고정, 이격 및/또는 보호하기 위해 예를 들어 이산화 실리콘 또는 질화 실리콘과 같은 제2 희생층(38)이 증착 및/또는 형성될 수 있다. 또한, 전기 접점의 후속 형성을 제공하기 위해 제2 희생층(38)에는 구멍(40)이 에칭 및/또는 형성될 수 있다. 상기 구멍(40)은 제2 희생층(38)의 증착 및/또는 형성 이전 및 도중에는 예를 들어 (질화물 마스크와 같은)공지의 마스킹 기술을 사용하여 제공될 수 있고, 제2 희생층(38)의 증착 및/또는 형성 이후에는 공지의 리소그래픽 기술 및 에칭 기술을 사용하여 제공될 수 있다.
도3c, 3d, 3e를 참조하면, 이후 제2 희생층(38) 위에는 제1 캡슐화 층(30a)이 증착, 형성 및/또는 성장될 수 있다(도3c 참조). 일 실시예에서, 제2 희생층(38) 위에 놓이는 영역에서의 제1 캡슐화 층(30a)의 두께는 0.1㎛ 내지 5.0㎛일 수 있다. 제2 희생층(38) 에칭 이후 제1 캡슐화 층(30a)의 내부 응력 및 그것에 대한 외부 환경 응력은 제1 캡슐화 층(30a)의 두께에 영향을 줄 수 있다. 약간 인장성인 필름은 좌굴(buckle)될 수 있는 압축성 필름보다 양호하게 자기 지지할 수 있다.
제1 캡슐화 층(30a)은 통로 또는 통풍구(vents)(42)를 형성하도록 에칭될 수 있다(도3d 참조). 예시적인 일 실시예에서, 통풍구(42)는 0.1㎛ 내지 2㎛ 사이의 직경 또는 개구 크기를 갖는다. 통풍구(42)는 제1 및 제2 희생층(36, 38)의 적어도 선택된 부분의 에칭 및/또는 제거를 각각 허용한다(도3e 참조).
트렌치 격리 접점을 갖는 마이크로전자기계 시스템 특허출원에 기재되어 있듯이, 접점(24)은 제1 및 제2 희생층(36 및/또는 38)의 부분에 의해 부분적으로, 거의 또는 완전히 둘러싸인 상태로 있을 수 있다. 예를 들어, 도3e를 참조하면, 기계 구조물(20a 내지 20d)이 그 각각의 아래에 위치하는 산화물 칼럼으로부터 해제되는 동안, 희생층(38)의 일부(즉, 병렬배치된 전기 접촉 영역(24))는 제2 희생층(38)의 에칭 또는 제거 이후에도 남아있을 수 있다.
도3f를 참조하면, 기계 요소(16a 내지 16d)의 해제 이후, 제2 캡슐화 층(30b)이 증착, 형성 및/또는 성장될 수 있다. 제2 캡슐화 층(30b)은 예를 들어 에피택셜(epitaxial), 스퍼터링 또는 CVD-기초 반응장치(예를 들면, APCVD, LPCVD 또는 PECVD)를 사용하여 증착되는 실리콘-기초 재료(예를 들면, 다결정 실리콘 또는 실리콘-게르마늄)일 수 있다. 증착, 형성 및/또는 성장은 등각 공정 또는 비등각 공정에 의해 이루어질 수 있다. 재료는 제1 캡슐화 층(30a)과 동일하거나 다를 수 있다.
이후, 미세가공된 기계 구조물의 접촉 영역(24)은 둘러싸는 전도체 및/또는 반도체 층으로부터 절연 격리된다. 도3g 및 도3h를 참조하면, 트렌치(46a, 46b)가 에칭될 수 있다. 트렌치(46a, 46b)는 절연 격리 구역(48a, 48b)의 형성을 촉진하기 위해 약간의 테이퍼를 갖는다. 이와 관련하여, 트렌치(46a, 46b)에는 절연 격 리 구역(48a, 48b)을 각각 형성하기 위해 절연 재료가 증착될 수 있다. 절연 재료는 예를 들어, 이산화 실리콘, 질화 실리콘, BPSG, PSG, 또는 SOG일 수 있다.
절연층(50)은 다양한 주위 전도성 및/또는 반도체 층과 후속 전도층 사이에 절연을 제공하기 위해 제2 캡슐화 층(30b)의 노출된 표면에 증착, 형성 및/또는 성장될 수 있다. 따라서, 절연층(50)의 증착, 형성 및/또는 성장 중에, 트렌치는 또한 절연 격리 구역(48a, 48b)을 형성하도록 충전될 수 있다(도3h 참조). 이후, 접촉 영역(24)에 대한 전기적 연결을 촉진하기 위해 접촉 구멍(52)이 에칭될 수 있다. 이후, 접촉 영역(24)에 대한 적절한 전기적 연결을 제공하기 위해 전도층(54)이 증착 및/또는 형성될 수 있다(도3i 참조).
이후, 도3k를 참조하면, 점착-방지 채널(32)의 위치를 한정하기 위해, 종래의 에칭 기술을 사용하여, 절연층(50)에 점착-방지 채널 창(56)이 형성 및/또는 에칭될 수 있다. 기계 구조물(16a 내지 16d)에 대한 접근을 제공하기 위해 점착-방지 채널(32)이 캡슐화 층(30)을 통해서 형성된다(도3k 참조). 점착-방지 채널(32)은 예를 들어, 공지의 이방성 에칭 기술(예를 들면, 딥 반응성 이온 에칭)을 사용하여 형성될 수 있다.
점착-방지 채널(32)의 형성 이후, 점착-방지 유체가 챔버(26) 내에 도입될 수 있다. 점착-방지 유체는 예를 들어, DDMS, OTS, PFOTCS, PFDA, FDTS, PFPE, 및/또는 FOTS일 수 있다. 실제로, 후속 공정이 점착-방지 특징을 파괴하거나 및/또는 MEMS(12)의 기계 구조물(16a 내지 16d)에서의 점착-방지 증착을 파괴 또는 삭제한다면 임의의 점착-방지 유체가 사용될 수 있다. 이런 식으로, 점착-방지층(58), 예를 들어 기계 구조물(16a 내지 16d)에 형성된 단일층 코팅은 비교적 손상되지 않은 상태로 유지되며, 기계 구조물(16a 내지 16d)은 MEMS(10)에서의 인접 구조물 또는 요소의 접착력을 극복하기 위한 적절한 점착-방지 특성을 갖는다.
도3l을 참조하면, 점착-방지 채널(32)은 채널 플러그(34)를 통해서 폐쇄될 수 있다. 이와 관련하여, 채널 플러그(34)는 점착-방지 채널(32)을 밀봉, 플러깅 및/또는 폐쇄하는 임의의 재료일 수 있다. 예를 들어, 채널 플러그(34)는 스퍼터링 및 (필요할 경우) 패터닝되는 스핀-온 폴리머, 스핀-온 글래스("SOG"), 및 금속 재료일 수 있다. 또한, 채널 플러그(34)는 시일-글래스, 플라스틱 및/또는 에폭시의 실크 스크리닝을 사용하여 형성되고/실크 스크리닝으로부터 형성될 수 있다. 또한, 점착-방지 채널(32)을 밀봉, 플러깅 및/또는 폐쇄하기 위해 새도우 마스크 기술이 사용될 수 있다. 실제로, 채널 플러그(34) 형성 공정이 (1) 점착-방지 유체에 의해 제공되는 점착-방지 작용을 파괴 및/또는 삭제(예를 들면, 기계 구조물 상의 단일층 코팅의 파괴)하거나, 및/또는 (2) 본 발명의 점착-방지 기술에 의해 적합한 점착-방지 또는 접착 방지 특징이 제공되는 것을 방지하지 않는 변수(예를 들면, 온도)를 사용하면, 채널 플러그(34)를 형성하기 위해 임의의 재료(및 대응하는 제조 기술)가 사용될 수 있다.
점착-방지 유체는 채널 플러그(34)의 형성 중에 사용되는 재료의 가스 또는 가스 증기일 수 있음을 알아야 한다. 실제로, 점착-방지 유체는 채널 플러그(34)의 형성 중에 사용되는 재료의 가스 또는 가스 증기와 MEMS(10)의 재료의 반응의 부산물일 수 있는 바, 예를 들면 DDMS와 같은 적절한 분자를 가스방출하는 폴리머 및/또는 용제의 혼합물일 수 있다.
채널 플러그(34)의 증착 및/또는 형성 이후 챔버(26)내 유체의 상태(예를 들면, 압력)는 종래의 기술을 사용하여, 및/또는 2003년 3월 20일자로 출원되어 양도되었으며, 발명의 명칭이 "제어된 분위기를 갖는 전자기계 시스템 및 그 제조 방법"인 정규 특허출원 제10/392,528호(이하 "제어된 분위기를 갖는 전자기계 시스템 특허출원"으로 지칭함)에 개시 및 도시된 기술을 사용하여 결정될 수 있다. 간략함을 위해, 제어된 분위기를 갖는 전자기계 시스템 특허출원에 개시 및 도시된 챔버(26)내 분위기 제어에 관한 모든 발명은 여기에서 반복되지 않을 것이다. 그러나, 예를 들어 모든 발명의 특징, 속성, 대안, 재료, 기술, 장점을 포함하는 제어된 분위기를 갖는 전자기계 시스템 특허출원의 전체 내용은 본원에 참조로 원용되는 것을 명확히 알아야 한다.
도4를 참조하면, 특정 실시예에서는, 기계 구조물(16a 내지 16d) 상에 점착-방지 유체의 도입 및/또는 채널 플러그(34)의 형성의 결과로서 예를 들어 얇은 코팅 및/또는 단일층 코팅과 같은 점착-방지층(58)이 형성된다. 상기 얇은 코팅 및/또는 단일층 코팅은 MEMS(10)에서의 인접한 구조물 또는 요소의 접착력을 극복하는 적절한 점착-방지 특성을 제공한다. 예를 들어 얇은 코팅 및/또는 단일층 코팅과 같은 점착-방지층(58)은 MEMS(10)의 기계 구조물(12)의 작동에 유해한 영향을 끼치지 않음을 알아야 한다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 점착-방지 채널(32)의 부근에 수직 및/또는 수평 트랩이 형성된다. 트랩(60)은 점착-방지 채널(32)과 기계 구조물(16a 내지 16d) 사이에 배치될 수 있다. 이런 식으로, 점착-방지 채널(32)로부터 이탈할 수 있는 점착-방지 채널(32)을 밀봉, 플러깅 및/또는 폐쇄하기 위해 특정 재료(즉, 채널 플러그(34)를 형성하는데 사용되는 재료)가 사용되는 경우, 트랩(60)은 기계 구조물(16a 내지 16d)이 존재하는 챔버(26) 부분에 진입하기 전에 그 재료를 "캡처" 또는 "캐치"한다. 이 상황 하에서, 챔버(26)에 진입하는 채널 플러그 재료는 기계 구조물(16a 내지 16d)로부터 송출되며, 따라서 기계 구조물(16a 내지 16d)에 접촉하거나 및/또는 그 작동에 악영향을 미치는 것이 방지된다. 예를 들어, 도5를 참조하면, 트랩(60)은 점착-방지 채널(32)과 기계 구조물(16a 내지 16d) 사이에 위치하는 실질적으로 수직한 트랩일 수 있다.
도6a를 참조하면, 트랩(60)을 갖는 MEMS(10)의 예시적인 실시예는 예를 들어 이산화 실리콘 또는 질화 실리콘과 같은 제1 희생층(36) 상에 배치되는 기계 구조물(16a 내지 16d), 접촉 영역(24), 및 트랩(60)을 포함하는 SOI 기판 부분 형성 장치로 시작될 수 있다. 상기 기계 구조물(16a 내지 16d), 접촉 영역(24), 및 트랩(60)은 공지의 증착, 리소그래픽, 에칭 및 도핑 기술을 사용하여 형성될 뿐 아니라 공지의 재료(예를 들면, 실리콘, 게르마늄, 실리콘-게르마늄 또는 갈륨-비소와 같은 반도체)로 형성될 수 있다.
이후, 트랩(60)을 갖는 MEMS(10)의 처리는 도3b 내지 도3l에 관하여 전술한 것과 동일한 방식으로 이루어질 수 있다. 이와 관련하여, 트랩(60)을 갖는 MEMS(10)의 예시적인 제조 공정이 도6b 내지 도6l에 도시되어 있다. 이 공정이 도3b 내지 도3l에 관한 상기 논의와 거의 동일하므로, 간략함을 위해, 그 논의는 반 복하지 않는다.
전술했듯이, 도5의 트랩(60)은 점착-방지 채널(32)을 밀봉, 플러깅 및/또는 폐쇄하기 위해 증착되는 재료가 기계 구조물(16a 내지 16d)의 작동에 악영향을 미치지 않도록 설계된다. 도7a 및 도7b를 참조하면, 일 실시예에서는, 채널 플러그(34)의 증착 및/또는 형성 중에 점착-방지 채널(32)로부터 누설 및/또는 이탈될 수 있는 재료(62)를 기계 구조물(16a 내지 16d)로부터 멀리 송출하도록 트랩(60)이 위치 및/또는 설치된다. 이와 관련하여, 트랩(60)은 재료(62)가 기계 구조물(16a 내지 16d)이 존재하는 챔버(26) 부분에 진입하기 전에 이 재료를 "캡처"한다. 이 상황 하에서, 챔버(26)에 진입하는 재료(62)는 기계 구조물(16a 내지 16d)에 접촉하거나 및/또는 그 작동에 악영향을 미치는 것이 방지된다.
도8a 및 도8b를 참조하면, 다른 실시예에서는, 채널 플러그(34)의 제조 이후에, 점착-방지 채널(32)의 "밀봉"을 향상시킴으로써 챔버(26) 내부(또는 외부)에서의 유체 확산 차단을 향상(예를 들면, MEMS(10)의 밀봉성을 향상)시키기 위해 점착-방지 채널(32) 및/또는 채널 플러그(34) 위에 확산 배리어(64)가 증착 및/또는 형성될 수 있다. 따라서, 확산 배리어(64) 단독으로 또는 채널 플러그(34)와 조합적으로, 챔버(26) 내에서 (선택된, 소망의 및/또는 소정의 상태를 갖는) 유체를 "트랩"한다.
확산 배리어(64)는 예를 들어, 반도체 재료(예를 들면, 폴리실리콘, 게르마늄, 또는 실리콘/게르마늄), 절연체 재료(예를 들면, 이산화 실리콘, 질화 실리콘, BPSG, PSG, 또는 SOG) 또는 금속 지지 재료(예를 들면, 규화물)일 수 있다. 확산 배리어(64)는 예를 들어 에피택셜, 스퍼터링 또는 CVD-기초 반응장치(예를 들면, APCVD, LPCVD 또는 PECVD)를 사용하여 예를 들면 증착, 형성 또는 성장될 수 있다. 상기 증착, 형성 및/또는 성장은 등각 공정 또는 비등각 공정에 의해 이루어질 수 있다. 확산 배리어(64)를 포함하는 재료는 채널 플러그(34)와 동일하거나 다를 수 있다. 그러나, 본 발명의 점착-방지 제조 공정에 의해 제공되는 점착-방지 배리어, 층 및/또는 작용을 보존 및/또는 보호하기 위해 저온 증착 공정(및 그러한 증착 기술에 영향을 받기 쉬운 재료)을 채용하는 것이 유리할 수 있다.
확산 배리어(64)는 전도층(54)의 형성 및/또는 증착 이전에, 전도층(54)의 형성 및/또는 증착 도중에(예를 들면, 도8a 참조) 또는 전도층(54)의 형성 및/또는 증착 이후에(예를 들면, 도8b 참조) 형성 및/또는 증착될 수 있다.
확산 배리어(64)는 본원에 개시된 실시예들중 임의의 실시예, 예를 들면 도3a 내지 도3l에 도시된 실시예에서 사용될 수 있음을 알아야 한다. 간략함을 위해, 이에 대한 논의는 반복 또는 재개되지 않을 것이다.
전술했듯이, 본 발명은, 2003년 6월 4일자로 출원되어 양도되었으며, 발명의 명칭이 "마이크로전자기계 시스템과 그 캡슐화 및 제조 방법"인 정규 특허출원 제10/454,867호(이하 "마이크로전자기계 시스템 및 캡슐화 방법 특허출원"으로 지칭함)에 개시 및 도시된 캡슐화 기술을 포함하는 다양한 박막 기술과 더불어 실시될 수 있다. 이와 관련하여, 본원에 개시된 임의의 및 모든 실시예는 마이크로전자기계 시스템 및 캡슐화 방법 특허출원의 MEMS(10)에 포함될 수 있다(예를 들면, 도9, 도10a 내지 도10c, 및 도11a 내지 도11c 참조). 간략함을 위해, 본원에 개시 및 도시된 발명과 더불어 실시되는, 마이크로전자기계 시스템 및 캡슐화 방법 특허출원에 개시 및 도시된 발명은 반복되지 않을 것이다. 그러나, 예를 들어 모든 실시예 및/또는 발명의 특징, 속성, 대안, 재료, 기술, 장점을 포함하는, 마이크로전자기계 시스템 및 캡슐화 방법 특허출원의 전체 내용은 본원에 참조로 원용되는 것을 명확히 알아야 한다.
본 발명은 미세가공된 기계 구조물뿐 아니라 데이터 처리 전자기기 및/또는 인터페이스 회로를 포함하는 MEMS에서 실시될 수 있음을 알아야 한다. 도12를 참조하면, 예시적인 일 실시예에서, MEMS(10)는 예를 들어 비도프 반도체형 재료, 유리형 재료, 또는 절연체형 재료와 같은 기판(14)에 배치되는 미세가공된 기계 구조물(12)을 포함한다. MEMS(10)는 미세가공된 기계 구조물(12)의 작동에 의해 발생한 정보를 처리하여 분석하거나 및/또는 제어 또는 감시하기 위한 데이터 처리 전자기기(16)를 추가로 포함할 수 있다. 또한, MEMS(10)는 미세가공된 기계 구조물(12) 및/또는 데이터 처리 전자기기(16)로부터 예를 들어 컴퓨터, 지시계/디스플레이 및/또는 센서와 같은 외부 장치(도시되지 않음)로 정보를 제공하기 위해 인터페이스 회로(18)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 데이터 처리 전자기기(70) 및/또는 인터페이스 회로(72)는 기판(14) 내에 또는 기판 상에 집적될 수 있다. 이와 관련하여, MEMS(10)는 기계 구조물(10), 데이터 처리 전자기기(70), 및 인터페이스 회로(72)를 포함하는 모놀리식(monolithic) 구조물일 수 있다. 상기 데이터 처리 전자기기(70) 및/또는 인터페이스 회로(72)는 또한 제조후 기판(14)에 또는 기판 상에 접합되는 별도의 개별 기 판 상에 존재할 수 있다.
예를 들어, 도13a 및 도13b를 참조하면, 예를 들어 마이크로전자기계 시스템 및 캡슐화 방법 특허출원 및/또는 트렌치 격리 접점을 갖는 마이크로전자기계 시스템 특허출원에 개시 및 도시된 기술(예를 들면, 도13b 참조)을 사용하여 기계 구조물(12)을 형성한 후 종래의 기술을 사용하여 집적 회로(74)가 제조될 수 있다. 이와 관련하여, 기계 구조물(12)의 제조 및 캡슐화 이후, 집적 회로(74)는 종래의 기술을 사용하여 제조될 수 있고, 전도층(54)에 의해 접촉 영역(24)에 상호연결될 수 있다. 특히, 마이크로전자기계 시스템 및 캡슐화 방법 특허출원(예를 들면, 도12a 내지 도12c) 및/또는 트렌치 격리 접점을 갖는 마이크로전자기계 시스템 특허출원(예를 들면, 도14a 내지 도14e)에 개시 및 도시된 바와 같이, 접촉 영역은 양호한 전기적 연결을 촉진하는 저 저항 전기 경로(즉, 전도층(54))를 통해서 집적 회로(74)에 의해 직접 접근된다. 절연층(50)이 증착, 형성 및/또는 성장되고 패터닝된 후, 전도층(54)(예를 들면, 고농도 도핑된 폴리실리콘 또는 알루미늄, 크롬, 금, 은, 몰리브덴, 백금, 팔라듐, 텅스텐, 티타늄, 및/또는 구리와 같은 금속)이 형성된다.
도13a 및 도13b를 계속해서 참조하면, 이후 본 발명의 점착-방지 기술이 실시될 수 있다. 즉, 절연층(50)에 점착-방지 채널 창(56)이 에칭 및/또는 형성될 수 있으며, 캡슐화 층(30)에 점착-방지 채널(32)이 에칭 및/또는 형성될 수 있다. 점착-방지 채널(32)을 통해서 챔버(26)내에 점착-방지 유체가 도입됨으로써 기계 구조물(16) 상에 예를 들어 점착-방지층(58)을 형성할 수 있다. 이후에 또는 그와 동시에, 점착-방지 채널(32)은 채널 플러그(34) 및/또는 확산 배리어(64)에 의해 폐쇄 및/또는 밀봉될 수 있다.
점착-방지 공정이 절연층(50) 및 전도층(54)의 증착 및/또는 형성 이후에 실시되는 것으로 기술되었지만, 도13a 및 도13b에 도시된 MEMS(10)의 점착-방지 공정은 다른 순서로 실시될 수도 있음을 알아야 한다. 즉, 접촉 구멍(52) 및 점착-방지 채널 창(56)은 연속적으로 또는 동시에 제조될 수도 있다. 더욱이, 점착-방지 제조/공정은 전도층(54)의 증착 이후에 또는 전도층(54)의 제조 또는 증착 이전에 이루어질 수도 있다. 또한, 채널 플러그(34)는 전도층(54)의 형성 및/또는 증착과 동시에 형성 및/또는 증착될 수 있다.
다른 태양에서, 본 발명은 전술한 점착-방지 기술과 더불어, 웨이퍼-접합 캡슐화 기술을 채용한다. 이와 관련하여, 도14를 참조하면, 일 실시예에서, MEMS(10)는 미세가공된 기계 구조물(12) 및 웨이퍼 접합 캡슐화 구조물(76)을 구비한다. 미세가공된 기계 구조물(12)은 본원에 개시 및 도시된 기술중 임의의 기술을 사용하여 또는 종래의 기술을 사용하여 제조될 수 있다.
웨이퍼 접합 캡슐화 구조물(76)은 예를 들어 양극 접합을 사용하여 접합 및/또는 "부착"될 수 있다. 일 실시예에서, 웨이퍼 접합 캡슐화 구조물(76)은 캡 웨이퍼(78)(예를 들면, 실리콘), 절연층(80)(예를 들면, SOG 또는 Pyrex), 및 양극 실드(82)(예를 들면, 금속)를 포함한다. 웨이퍼 접합 캡슐화 구조물(76)은 종래 기술을 사용하여 접합 및/또는 "부착"될 수도 있음을 알아야 한다.
일 실시예에서, 상기 개시 및 도시된 점착-방지 기술은 기판(14)의 노출면에 "적용"된다. 이와 관련하여, 기판(14)에 점착-방지 채널(32)이 형성된 후, 전술했듯이 챔버(26) 내에 점착-방지 유체가 도입된다. 이후 챔버(26)를 "재밀봉"하기 위해 점착-방지 플러그(34)가 증착 및/또는 형성된다.
예를 들어, 도15a를 참조하면, MEMS(10)는 예를 들어 이산화 실리콘 또는 질화 실리콘과 같은 제1 희생층(36) 상에 부분적으로 배치되는 "해제된" 기계 구조물(16a 내지 16d) 및 접촉 영역(24)을 포함하는 SOI 기판 부분 형성 장치로 시작될 수 있다. 미세가공된 기계 구조물(12)의 구조의 제작 및/또는 형성은 본원에 개시 및 도시된 기술을 사용하여 또는 임의의 종래 기술을 사용하여 달성될 수 있다. 실제로, 기계 구조물(12)을 제조 및/또는 형성하는데 사용되는 모든 기술 및 재료는 현재 공지된 것이든 추후 개발된 것이든 간에 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 간주된다.
도15b를 참조하면, 이후, 웨이퍼 접합 캡슐화 구조물(76)은 미세가공된 기계 구조물(12)에 "적용" 및/또는 접합될 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에서, 웨이퍼 접합 캡슐화 구조물(76)은 양극 기술을 사용하여 접합된다. 웨이퍼 접합 캡슐화 구조물(76)은 종래 기술을 사용하여 미세가공된 기계 구조물(12)에 "접합"될 수도 있음을 알아야 한다. 또한, 웨이퍼 접합 캡슐화 구조물(76)을 제조 및/또는 형성하는데 사용되는 모든 기술 및 재료는 현재 공지된 것이든 추후 개발된 것이든 간에 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 간주된다.
도15c 및 도15d를 참조하면, 기판(14)은 접촉 영역(24)에 대한 접촉 또는 상호연결을 촉진하기 위해 (예를 들면, 20㎛ 내지 200㎛의 두께로) 얇아질 수 있다. 이와 관련하여, 접촉 영역(24)은 상세히 전술한 바와 같이 이방성 에칭 기술을 사용하여 트렌치(46a, 46b)를 거쳐서 격리될 수 있다(도15c 참조). 이후, 접촉 영역(24)을 예를 들어 내장 또는 외장 전자기기 및/또는 회로와 상호연결하기 위해 전기 경로가 증착 및/또는 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 절연층(50)의 증착 이후 전도층(54)이 증착 및/또는 형성될 수 있다(도15d 참조).
도15e 및 도15f를 참조하면, 점착-방지 채널(32)이 형성될 수 있고(도15e 참조), 챔버(26) 내에 점착-방지 유체가 도입될 수 있다. 상기에 개시 및 도시된 기술이 여기에 적용될 수 있다. 점착-방지 유체의 도입 이후에(또는 도입과 동시에), 점착-방지 채널(32)을 "밀봉"하기 위해 채널 플러그(34)가 증착 및/또는 형성될 수 있다. 전술했듯이, 채널 플러그(34)는 스핀-온 폴리머, SOG, 금속 재료일 수 있다. 더욱이, 채널 플러그(34)는 분산된 시일-글래스, 플라스틱 및/또는 에폭시의 실크 스크리닝을 사용하여/실크 스크리닝으로부터 형성될 수 있다. 실제로, 일 실시예에서 챔버(26) 내에 적절한 환경을 유지하기 위해 배리어를 제공하고, (1) 점착-방지 유체에 의해 제공되는 점착-방지 작용을 파괴 및/또는 삭제(예를 들면, 기계 구조물 상의 단일층 코팅의 파괴)하거나, 및/또는 (2) 본 발명의 점착-방지 기술에 의해 적합한 점착-방지 특징이 제공되는 것을 방지하지 않는 변수(예를 들면, 온도)를 사용하여 형성, 적용 및/또는 성장되는 임의의 재료(및 대응하는 제조 기술)가 사용될 수 있다.
전술했듯이, 챔버(26)의 "밀봉"을 향상시키기 위해 확산 배리어가 포함될 수 있음을 알아야 한다. 확산 배리어 단독으로 또는 채널 플러그(34)와 조합적으로, 챔버(26) 내에서 (선택된, 소망의 및/또는 소정의 상태를 갖는) 유체를 "트랩"한다. 따라서, 점착-방지 채널(32)을 밀봉 및/또는 폐쇄한 후, 기계 구조물(16a 내지 16d)은 적합한 점착-방지 특징 및/또는 특성을 유지한다.
박막 웨이퍼 제조와 관련하여 개시 및 도시된 점착-방지 기술 모두(예를 들면, 도2, 5, 8a, 8b)가 웨이퍼 접합 캡슐화 실시예에 적용될 수 있다는 것도 알아야 한다. 간략함을 위해, 그에 대한 논의는 반복하지 않는다.
본원에는 여러가지 발명이 개시 및 도시되어 있다. 본 발명의 특정 실시예, 특징, 재료, 구성, 속성, 및 장점을 개시 및 도시하였으나, 명세서, 도면 및 청구범위로부터는 본 발명의 다른 및/또는 유사한 실시예, 특징, 재료, 구성, 속성, 구조 및 장점뿐 아니라 여러가지 다른 것이 있을 수 있음을 알아야 한다. 따라서, 본원에 개시 및 도시된 실시예, 특징, 재료, 구성, 속성, 구조, 및 장점은 포괄적이지 않으며, 본 발명의 그러한 다른, 유사할 뿐 아니라 상이한 실시예, 특징, 재료, 구성, 속성, 구조, 및 장점은 본 발명의 범위에 포함되는 것임을 알아야 한다.
예를 들면, 본 발명의 예시적인 실시예 및/또는 방법을 특정 순서에 따라 설명했지만, 그 순서가 제한적인 것으로 해석되어서는 안된다. 예를 들면, 접촉 구멍(52)과 점착-방지 채널 창(56)은 연속적으로(예를 들면, 도3i 내지 도3k 및 도16b 내지 도16e 참조) 또는 동시에(예를 들면, 도20b 참조) 제조될 수 있다. 더욱이, 점착-방지 제조/공정은 전도층(54)의 증착 이후에 실시되거나(예를 들면, 도3j 내지 3l 참조) 전도층(54)의 증착 이전에 실시(예를 들면, 도17a 내지 도17f 참조)될 수 있다.
실제로, 점착-방지 채널(32)은 기판(14), 캡슐화 층(30) 및/또는 웨이퍼 접합 캡슐화 구조물(76)에 에칭 형성되는 복수의 채널로 이루어질 수 있다. 챔버 내에 점착-방지 유체를 보다 효과적으로, 완전하게 및/또는 균일하게 제공하고 그로 인해 미세가공된 기계 구조물(12) 상에 점착-방지층(예를 들면, 단일층 코팅 또는 자기집합된 단일층)을 보다 효과적으로, 완전하게 및/또는 균일하게 제공하기 위해 상기 채널은 선택된 장소에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 점착-방지 채널(32)은 예를 들어 기판(14), 캡슐화 층(30) 및/또는 웨이퍼 접합 캡슐화 구조물(76) 주위에 균일하게 분포 또는 배치되거나, 또는 구조물(16)의 상대 밀도에 따라 분포될 수 있다(예를 들어, 기계 구조물의 고밀도 구역 또는 영역에는 많은 수의 채널(32)이 집중되고 기계 구조물의 저밀도 구역 또는 영역에는 보다 적은 수의 채널(32)이 집중된다).
또한, 기계 구조물이 미세가공된 기계 구조물(12)의 다른 구조 또는 요소와 접촉할 가능성이 있거나 및/또는 점착 효과가 약화되기 쉬운 구역 또는 영역에 따라 점착-방지 채널(32)을 배치하는 것이 유리할 수도 있다. 이런 식으로, 점착-방지 유체는 미세가공된 기계 구조물(12)의 그러한 기계 구조상에 점착-방지층(예를 들면, 단일층 코팅 또는 자기집합된 단일층)을 보다 효과적으로, 완전하게 및/또는 균일하게/등각적으로 제공할 수 있을 것이다.
또한, 전도층(54)의 형성 및/또는 증착과 동시에 채널 플러그(34)가 형성 및/또는 증착될 수 있다. 이 실시예에서, 채널 플러그(34)는 금속이거나 고농도 도핑된 반도체 재료(예를 들면, 고농도 도핑된 폴리실리콘)일 수 있다(예를 들어, 도 18 참조). 채널 플러그(34)가 금속으로 이루어진 예에서는, 금속 재료가 챔버926)에 진입하는 경우 미세가공된 기계 구조물(12)을 "보호"하기 위해 트랩(60)을 사용하는 것이 유리할 수 있다(예를 들면, 도19a 및 도19b 참조).
더욱이, 트랩(60)은 미세가공된 기계 구조물(12)의 층들중 하나 이상에 있어서 임의의 수직 및/또는 수평 형상을 취할 수 있다. 예를 들면, 트랩(60)은 챔버(26)에 접근하기 전에 지그재그 형상을 갖는 실질적으로 수평적인 트랩으로서 캡슐화 층(30) 내에 형성될 수도 있다(예를 들면, 도20a 및 도20b 참조).
또한, 전술했듯이, 본원에 개시된 점착-방지 기술은, 마이크로전자기계 시스템 및 캡슐화 방법 특허출원 및/또는 트렌치 격리 접점을 갖는 마이크로전자기계 시스템 특허출원에 개시된 바와 같이 수직으로 및/또는 측방으로 적층 또는 상호연결되는 복수의 층을 가질 수 있는 하나 이상의 변환기를 구비하는 미세가공된 기계 구조물(12)과 더불어 수행될 수 있다. 따라서, 본원에 개시 및 도시된 임의의 및 모든 점착-방지 발명 및/또는 실시예는, 수직으로 및/또는 측방으로 적층 또는 상호연결되는 기계 구조물, 접촉 영역 및 매립 접점의 복수 층을 구비하는 마이크로전자기계 시스템 및 캡슐화 방법 특허출원 및/또는 트렌치 격리 접점을 갖는 마이크로전자기계 시스템 특허출원의 실시예에서 수행될 수 있다(예를 들면, 마이크로전자기계 시스템 및 캡슐화 방법 특허출원의 도11b, 11c, 11d의 미세가공된 기계 구조물(12) 및/또는 트렌치 격리 접점을 갖는 마이크로전자기계 시스템 특허출원의 도13b, 13c, 13d의 미세가공된 기계 구조물(12) 참조). 이 상황 하에서, MEMS는, 기계 구조물이 수직으로 및/또는 측방으로 적층 및/또는 상호연결되는 복수 층을 제공하기 위해 하나 이상의 처리 단계를 갖는 본원에 개시된 점착-방지 기술을 사용하여 제조될 수 있다(예를 들어, 도21a 및 도21b 참조).
따라서, 마이크로전자기계 시스템 및 캡슐화 방법 특허출원 및/또는 트렌치 격리 접점을 갖는 마이크로전자기계 시스템 특허출원에 개시되어 있는 미세가공된 기계 구조물(12)을 제조 및/또는 캡슐화하는 기술, 재료 및/또는 실시예중 어느 것이든 본원에 개시된 실시예 및/또는 발명과 함께 사용될 수 있다.
더욱이, 본 발명은, 2003년 7월 25일자로 출원되어 양도되었으며, 발명의 명칭이 "SOI 기판을 갖는 마이크로전자기계 시스템용 고정자 및 그 제조 방법"인 출원 제10/627,237호(이하 "마이크로전자기게 시스템용 고정자 특허출원"으로 지칭함)에 개시 및 도시된, 기계 구조물(16)을 기판(14)에 고정하는 고정자(anchor) 및 고정 기술을 실시할 수 있다. 이와 관련하여, 도19a 및 도19b를 참조하면, 일 실시예에서, 고정자(66 및/또는 68)는 기계 구조물의 해제 공정에 의해 상대적으로 영향받지 않는 재료로 이루어질 수 있다. 이와 관련하여, 에치 해제 공정은 고정자(68)를 포함하는 재료에 관하여 기계 구조물(16)을 고정하는 재료에 대해 선택적 또는 선호적이다. 더욱이, 고정자(66 및/또는 68)는, 절연층(50)의 제거가 기판(14)에 대한 기계 구조물(16) 고정에 거의 영향을 미치지 않도록 기판(14)에 고정될 수도 있다.
본원에 개시된 실시예는 마이크로전자기계 시스템용 고정자 특허출원에 개시 및 도시된 MEMS(10)에 포함될 수 있음을 알아야 한다. 간략함을 위해, 본원에 개시 및 도시된 점착-방지 발명과 함께 실시되는, 마이크로전자기계 시스템용 고정자 특허출원에 개시 및 도시된 발명 및/또는 실시예는 반복하지 않는다. 그러나, 예를 들어 모든 실시예 및/또는 발명의 특징, 속성, 대안, 재료, 기술 및 장점을 포함하는 마이크로전자기계 시스템용 고정자 특허출원의 전체 내용은 본원에 참조로 포함되는 것을 명확히 알아야 한다.
청구범위에 있어서 "증착" 및 다른 형태(즉, 증착하다, 증착 및 증착된)의 용어는 예를 들어 반응장치(예를 들어 에피택셜, 스퍼터링 또는 (APCVD, LPCVD, 또는 PECVD와 같은) CVD-기초 반응장치)를 사용하여 재료의 층을 증착, 생성, 형성 및/또는 성장하는 것을 의미한다.
또한, 청구범위에서, "접촉"이란 용어는 챔버 외부에 부분적으로 또는 전체적으로 배치되는 전도성 구역, 예를 들어 접촉 영역 및/또는 접촉 비아(via)를 의미한다.
본 발명은 미시적 기계 구조물 또는 요소를 포함하는 마이크로전자기계 시스템을 배경으로 기술되었지만, 이에 관하여 한정되지 않는다는 것도 알아야 한다. 오히려, 본원에 개시된 발명은 예를 들어 나노전자기계 시스템을 포함하는 다른 전자기계 시스템에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 기계적 부품들을 마이크로전자기기에 비견될 수 있는 스케일로 감소시키는, 리소그래픽 및 기타 정밀 제조 기술과 같은 제조 기술에 따라 제조되는, 예를 들어 자이로스코프, 공진기, 온도 센서 및/또는 가속도계와 같은 전자기계 시스템에 관한 것이다. 실제로, 박막 패키징 또는 웨이퍼 접합 기술을 사용함으로써 캡슐화되고 이어서 "개방"되며, 점착-방지 유체의 적용 또는 도입 이후 "재밀봉"되는 임의의 MEMS 구조물은 본 발명의 범 위에 포함되는 것이다.
최종적으로, 전술했듯이, 본원에 개시 및 도시된 본 발명의 모든 실시예들은 마이크로전자기계 시스템 및 캡슐화 방법 특허출원 및/또는 트렌치 격리 접점을 갖는 마이크로전자기계 시스템 특허출원 및/또는 마이크로전자기계 시스템용 고정자 특허출원의 실시예에서 실시될 수 있다. 간략함을 위해, 그 치환 및 조합은 반복되지 않을 것이며, 본원에 참조로 원용된다.

Claims (62)

  1. 캡슐화 층에 의해 형성되는 밀봉 챔버 내에 배치되는 기계 구조물을 갖는 전자기계 장치의 제조 방법이며,
    상기 캡슐화 층 또는 기판을 통해서 적어도 하나의 점착-방지 채널을 형성하는 단계와,
    상기 점착-방지 채널을 통해서 챔버 내에 점착-방지 유체를 도입하여 기계 구조물에 점착-방지 층을 형성하는 단계, 및
    챔버 또는 기판을 재밀봉하기 위해 상기 점착-방지 채널의 위에 또는 내부에 플러그를 증착하는 단계를 포함하고,
    상기 플러그는 상기 점착-방지 유체와는 상이한 물질로 형성되는, 전자기계 장치 제조 방법.
  2. 캡슐화 층에 의해 형성되는 밀봉 챔버 내에 배치되는 기계 구조물을 갖는 전자기계 장치의 제조 방법이며,
    상기 캡슐화 층 또는 기판을 통해서 적어도 하나의 점착-방지 채널을 형성하는 단계와,
    상기 점착-방지 채널을 통해서 챔버 내에 점착-방지 유체를 도입하여 기계 구조물에 점착-방지 층을 형성하는 단계, 및
    챔버 또는 기판을 재밀봉하기 위해 상기 점착-방지 채널의 위에 또는 내부에 플러그를 증착하는 단계를 포함하고,
    상기 점착-방지 유체는 DDMS, OTS, PFOTCS, PFDA, FDTS, PFPE 또는 FOTS를 포함하는 전자기계 장치 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 점착-방지 채널은 이방성 에칭을 사용하여 캡슐화 층을 통해서 형성되는 전자기계 장치 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 점착-방지 채널은 반응성 이온 에칭을 사용하여 캡슐화 층을 통해서 형성되는 전자기계 장치 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 플러그는 스핀-온 폴리머, SOG 또는 금속 재료를 포함하는 전자기계 장치 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 플러그는 실크 스크리닝을 사용하여 증착되는 스핀-온 폴리머 또는 SOG를 포함하는 전자기계 장치 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 플러그는 분산된 시일-글래스, 플라스틱 또는 에폭시를 사용하여 증착되는 스핀-온 폴리머 또는 SOG를 포함하는 전자기계 장치 제조 방법.
  8. 캡슐화 층에 의해 형성되는 밀봉 챔버 내에 배치되는 기계 구조물을 갖는 전자기계 장치의 제조 방법이며,
    상기 캡슐화 층 또는 기판을 통해서 적어도 하나의 점착-방지 채널을 형성하는 단계와,
    상기 점착-방지 채널을 통해서 챔버 내에 점착-방지 유체를 도입하여 기계 구조물에 점착-방지 층을 형성하는 단계, 및
    챔버 또는 기판을 재밀봉하기 위해 상기 점착-방지 채널의 위에 또는 내부에 플러그를 증착하는 단계를 포함하고,
    상기 전자기계 장치는 접촉 영역을 추가로 구비하며,
    상기 방법은,
    챔버 외부에 적어도 부분적으로 배치되는 접촉 영역의 주위에 트렌치를 형성하는 단계, 및
    상기 트렌치에 제1 절연 재료를 증착하여 접촉 영역을 전기적으로 절연시키는 단계를 추가로 포함하는 전자기계 장치 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 트렌치의 적어도 일 부분 위에 제2 절연층을 증착하는 단계, 및
    상기 접촉 영역 상에 또한 제2 절연층 위에 고전도성 재료를 증착하여 접촉 영역에 대한 전기적 연결을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 전자기계 장치 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 트렌치의 적어도 일 부분 위에 제2 절연층을 증착하는 단계, 및
    캡슐화 층을 통해서 적어도 하나의 점착-방지 채널을 형성하기 전에 상기 제2 절연층에 점착-방지 창을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 전자기계 장치 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 접촉 영역 상에 또한 제2 절연층 위에 고전도성 재료를 증착하여 접촉 영역에 대한 전기적 연결을 제공하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 플러그의 적어도 일 부분은 고전도성 재료로 이루어지는 전자기계 장치 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 플러그 상에 확산 배리어를 증착하는 단계를 추가로 포함하는 전자기계 장치 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 확산 배리어는 폴리실리콘, 게르마늄, 실리콘/게르마늄, 이산화 실리콘, 질화 실리콘, BPSG, PSG, SOG 또는 금속 지지 재료로 이루어지는 전자기계 장치 제조 방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 접촉 영역 상에 또한 제2 절연층과 플러그 위에 고전도성 재료를 증착하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 고전도성 재료는 챔버에 확산 배리어를 제공하고 접촉 영역에 전기적 상호연결을 제공하는 전자기계 장치 제조 방법.
  15. 제8항에 있어서, 상기 트렌치는 캡슐화 층을 통한 적어도 하나의 점착-방지 채널 형성과 동시에 형성되는 전자기계 장치 제조 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 점착-방지 층은 단일층 또는 자기집합된 층인 전자기계 장치 제조 방법.
  17. 기판,
    상기 기판 위에 배치되고, 점착-방지 층이 배치되는 기계 구조물,
    챔버를 형성하도록 상기 기계 구조물 위에 배치되는 필름 캡슐화 구조물,
    챔버 내에 배치되는 기계 구조물에 대한 접근을 위해 상기 필름 캡슐화 구조물 또는 기판 내에 에칭되는 점착-방지 채널, 및
    챔버를 재밀봉하기 위해 상기 점착-방지 채널 위에 또는 내부에 배치되는 플러그를 포함하고,
    상기 플러그는 상기 점착-방지 유체와는 상이한 물질로 형성되는, 전자기계 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 필름 캡슐화 구조물은 제1 및 제2 캡슐화 층을 포함하는 전자기계 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제1 캡슐화 층은 다결정 실리콘, 다공성 다결정 실리콘, 비정질 실리콘, 탄화 실리콘, 질화 실리콘, 실리콘/게르마늄, 게르마늄 또는 갈륨 비소로 이루어지는 전자기계 장치.
  20. 제18항에 있어서, 상기 제2 캡슐화 층은 다결정 실리콘, 다공성 다결정 실리콘, 비정질 실리콘, 게르마늄, 실리콘/게르마늄, 갈륨 비소 또는 탄화 실리콘으로 이루어지는 전자기계 장치.
  21. 제17항에 있어서, 상기 플러그는 스핀-온 폴리머, SOG 또는 금속 재료를 포함하는 전자기계 장치.
  22. 제17항에 있어서, 상기 플러그는 실크 스크리닝을 사용하여 증착되는 스핀-온 폴리머 또는 SOG를 포함하는 전자기계 장치.
  23. 제17항에 있어서, 상기 플러그는 분산된 시일-글래스, 플라스틱 또는 에폭시, 또는 이들의 조합을 사용하여 증착되는 스핀-온 폴리머 또는 SOG를 포함하는 전자기계 장치.
  24. 제17항에 있어서, 상기 플러그는 새도우 마스크 기술을 사용하여 증착되는 전자기계 장치.
  25. 제17항에 있어서, 상기 점착-방지 채널과 기계 구조물 사이에 배치되는 트랩을 추가로 포함하는 전자기계 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 트랩은 실질적으로 수직한 트랩인 전자기계 장치.
  27. 제25항에 있어서, 상기 트랩은 실질적으로 수평한 트랩인 전자기계 장치.
  28. 제17항에 있어서, 상기 플러그 위에 배치되는 확산 배리어를 추가로 포함하는 전자기계 장치.
  29. 제28항에 있어서, 상기 확산 배리어는 금속 재료로 이루어지는 전자기계 장치.
  30. 제17항에 있어서, 상기 점착-방지 채널이 기판 내에 에칭되고, 상기 캡슐화 구조물은 양극 접합을 사용하여 기계 구조물 위에 고정되는 전자기계 장치.
  31. 제30항에 있어서, 상기 캡슐화 구조물은 양극 실드를 구비하는 전자기계 장치.
  32. 제30항에 있어서, 상기 캡슐화 구조물은 캡 웨이퍼 상에 배치되는 절연층을 구비하는 전자기계 장치.
  33. 제30항에 있어서, 상기 양극 실드는 절연층 상에 배치되는 전자기계 장치.
  34. 제17항에 있어서, 상기 점착-방지 층은 단일층 또는 자기집합된 층인 전자기계 장치.
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