KR101506789B1 - Ｍｅｍｓ 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 MEMS 소자는 멤브레인과, 상기 멤브레인에 연결된 질량체와, 상기 멤브레인에 연결되고 상기 질량체를 변위가능하도록 부유상태로 지지하는 지지부를 포함하고, 상기 멤브레인은 절연 접합층을 중심으로 일측에 상부전극 및 상부 압전체가 배치되고, 타측으로 하부전극 및 하부 압전체가 배치된다.

Description

ＭＥＭＳ 소자 및 그 제조방법 {Micro Electro Mechanical Systems Component and Manufacturing Method of the same}
본 발명은 MEMS 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems; 미세전자기계시스템)란 실리콘이나 수정, 유리 등을 가공해 초고밀도 집적회로, 관성센서, 압력센서, 오실레이터(Oscillator) 등의 초미세 기계구조물을 만드는 기술이다. MEMS 소자는 마이크로미터(100만분의 1 미터) 이하의 정밀도를 갖고, 구조적으로는 증착과 에칭 등의 과정을 반복하는 반도체 미세공정기술을 적용해 저렴한 비용으로 초소형 제품의 대량생산이 가능하다.
MEMS 소자 중, 관성센서는 인공위성, 미사일, 무인 항공기 등의 군수용으로부터 에어백(Air Bag), ESC(Electronic Stability Control), 차량용 블랙박스(Black Box) 등 차량용, 캠코더의 손떨림 방지용, 핸드폰이나 게임기의 모션 센싱용, 네비게이션용 등 다양한 용도로 사용되고 있다.
이러한 관성센서는 가속도와 각속도를 측정하기 위해서, 일반적으로 멤브레인(Membrane) 등의 탄성 기판에 질량체를 접착시킨 구성을 채용하고 있다. 상기 구성을 통해서, 관성센서는 질량체에 인가되는 관성력을 측정하여 가속도를 산출하거나, 질량체에 인가되는 코리올리힘을 측정하여 각속도를 산출할 수 있는 것이다.
구체적으로, 관성센서를 이용하여 가속도와 각속도를 측정하는 방식을 살펴보면 다음과 같다. 우선, 가속도는 뉴턴의 운동법칙 "F=ma" 식에 의해 구할 수 있으며, 여기서, "F"는 질량체에 작용하는 관성력, "m"은 질량체의 질량, "a"는 측정하고자 하는 가속도이다. 이중, 질량체에 작용하는 관성력(F)을 감지하여 일정값인 질량체의 질량(m)으로 나누면, 가속도(a)를 구할 수 있다. 또한, 각속도는 코리올리힘(Coriolis Force) "F=2mΩ×v" 식에 의해 구할 수 있으며, 여기서 "F"는 질량체에 작용하는 코리올리힘, "m"은 질량체의 질량, "Ω"는 측정하고자 하는 각속도, "v"는 질량체의 운동속도이다. 이중, 질량체의 운동속도(v)와 질량체의 질량(m)은 이미 인지하고 있는 값이므로, 질량체에 작용하는 코리올리힘(F)을 감지하면 각속도(Ω)를 구할 수 있다.
한편, 하기의 선행기술문헌과 같이 종래기술에 따른 MEMS 소자 중에서 관성센서는 질량체를 구동시키거나 질량체의 변위를 감지하기 위해서 멤브레인(다이어프램)의 상부에 압전체가 구비된다. 하지만, 멤브레인의 상부에 구비되는 압전체는 단층이므로, 전압을 인가하였을 때 질량체를 구동시키는 힘이 상대적으로 약한 문제점이 존재한다. 뿐만 아니라, 질량체의 변위를 감지할 때 상대적으로 낮은 전하가 출력되므로, 관성센서의 감도가 떨어지는 문제점이 존재한다.
US 5,488,862
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 제1 관점은 압전체를 2층으로 형성함으로써, 2배의 감도 및 2배의 구동변위를 제공할 수 있는 MEMS 소자 및 그의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 제2 관점은 압전체를 2층으로 형성함으로써, 상대적으로 낮은 전압을 인가하여도 질량체를 구동시킬 수 있고, 질량체의 변위를 감지할 때 상대적으로 높은 전하가 출력될 수 있어, 소형 경량화로 구현가능한 MEMS 소자 및 그의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 제3 관점은 멤브레인의 상단부 및 하단부에 압전체를 배치함에 따라 감도가 향상된 MEMS 소자 및 그의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 MEMS 소자는 멤브레인과, 상기 멤브레인에 연결된 질량체와, 상기 멤브레인에 연결되고 상기 질량체를 변위가능하도록 부유상태로 지지하는 지지부를 포함하고, 상기 멤브레인은 절연 접합층을 중심으로 일측에 상부전극 및 상부 압전체가 배치되고, 타측으로 하부전극 및 하부 압전체가 배치된다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 MEMS 소자에 있어서, 상기 멤브레인은 상기 질량체에 멤브레인이 결합된 적층방향에 대하여, 상기 질량체에 인접한 하부 압전체와, 상기 하부 압전체에 연결된 하부전극과, 상기 하부 압전체 및 하부전극 상부에 배치된 절연 접합층과, 상기 절연 접합층의 상부에 배치된 상부 압전체와 상기 상부 압전체에 연결된 상부전극을 포함한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 MEMS 소자에 있어서, 상기 하부전극 및 상부전극은 멤브레인의 외부로 노출된다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 MEMS 소자에 있어서, 상기 멤브레인은 상기 질량체 및 지지부와 결합되는 절연층을 더 포함한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 MEMS 소자에 있어서, 상기 상부전극은 상기 상부 압전체에 비아가 형성되고, 상기 비아에 충전되고 패터닝된다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 MEMS 소자에 있어서, 상기 하부전극은 상기 하부 압전체에 비아가 형성되고, 상기 비아에 충전되고 패터닝된다.
본 발명에 따른 MEMS 소자를 제조하는 일실시예에 따른 제조방법은 (A) 제1 웨이퍼 및 제2 웨이퍼를 마련하고, 상기 제1 웨이퍼에 제1 압전체 및 제1 전극을 형성시키고, 상기 제2 웨이퍼에 제2 압전체 및 제2 전극을 형성하는 압전체 및 전극 형성단계와, (B) 상기 제 1,2 압전체 및 제 1,2 전극이 서로 대향되도록 상기 제1 웨이퍼 및 제2 웨이퍼를 결합시키는 제1 웨이퍼 및 제2 웨이퍼 접합단계와, (C) 상기 제1 웨이퍼 또는 제2 웨이퍼를 제거하고, 제1전극 및 제2 전극을 오픈시키는 식각 및 전극 오픈단계를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 MEMS 소자를 제조하는 일실시예에 따른 제조방법에 있어서, 상기 (A) 단계에서, 상기 제1 웨이퍼에 하부전극을 성막하고, 상기 하부전극의 상부에 제1 압전체를 성막하고, 상기 제1 압전체에 비아를 형성 후 상부전극의 성막을 수행하여 제1 전극을 형성시킨다.
또한, 본 발명에 따른 MEMS 소자를 제조하는 일실시예에 따른 제조방법에 있어서, 상기 (A) 단계에서, 상기 제2 웨이퍼에 하부전극을 성막하고, 상기 하부전극의 상부에 제2 압전체를 성막하고, 상기 제2 압전체에 비아를 형성 후 상부전극의 성막을 수행하여 제2 전극을 형성시킨다.
또한, 본 발명에 따른 MEMS 소자를 제조하는 일실시예에 따른 제조방법에 있어서, 상기 (A) 단계에서, 상기 제1 웨이퍼 및 제2 웨이퍼는 Si 웨이퍼로 이루어진다.
또한, 본 발명에 따른 MEMS 소자를 제조하는 일실시예에 따른 제조방법에 있어서, 상기 (B) 단계에서, 상기 제1 웨이퍼와 상기 제2 웨이퍼는 절연 접합재를 이용하여 결합시키고, 상기 절연 접합재를 중심으로 양측에 제1 웨이퍼의 제1 전극과 제2 웨이퍼의 제2 전극이 배치되도록 결합시킨다.
또한, 본 발명에 따른 MEMS 소자를 제조하는 일실시예에 따른 제조방법에 있어서, 상기 (C) 단계 이후, (D) 제거되지 않은 제1 웨이퍼 또는 제2 웨이퍼를 식각하여 지지부와 질량체를 형성시키는 질량체 및 지지부 형성단계를 더 포함한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 의하면 압전체를 2층으로 형성함으로써, 2배의 감도 및 2배의 구동변위를 제공할 수 있고, 상대적으로 낮은 전압을 인가하여도 질량체를 구동시킬 수 있고, 질량체의 변위를 감지할 때 상대적으로 높은 전압이 출력될 수 있어, 소형 경량화로 구현가능하고, 멤브레인의 상단부 및 하단부에 압전체를 배치함에 따라 감도가 향상된 MEMS 소자 및 그의 제조방법을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 MEMS 소자를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2a 내지 도 2e는 도 1에 도시한 MEMS 소자의 제조방법을 개략적으로 도시한 공정도.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 MEMS 소자를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도시한 바와 같이, 상기 MEMS 소자(100)는 멤브레인(110), 질량체(120) 및 지지부(130)를 포함한다.
그리고 상기 멤브레인(110)는 판상으로 형성되고, 상기 질량체(120)가 변위를 일으킬 수 있도록 탄성을 갖는 가요성 기판으로 이루어진다.
그리고 상기 질량체(120)는 멤브레인(110)의 일면에 결합되고, 관성력, 외력, 코리올리힘, 구동력등에 의해 변위가 발생된다.
그리고 상기 지지부(130)는 멤브레인의 일면에 결합되고, 상기 질량체(120)가 변위가능하도록 부상상태로 지지된다.
이때, 상기 질량체(120)는 멤브레인(110)의 중앙부에 위치되고, 상기 지지부(130)는 중공(中空)형으로 형성되어, 상기 질량체(120)가 변위가능하도록 중공부에 위치된다. 그리고 상기 지지부(130)는 멤브레인(110)의 테두리부에 위치됨에 따라, 상기 질량체(120)가 변위를 일으킬 수 있는 공간을 확보해준다.
또한, 상기 질량체(120)는 원기둥 형상으로 형성될 수 있고, 상기 지지부(130)는 원기둥 또는 사각기둥형상으로 이루어질 수 있다. 아울러, 상기 질량체(120) 및 지지부(130)의 형상은 이에 한정되지 않고, 당업계에 공지된 모든 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 상술한 멤브레인(110), 질량체(120) 및 지지부(130)는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 공정이 용이한 Si 웨이퍼를 선택적으로 식각하여 형성할 수 있다.
따라서, 질량체(120)와 멤브레인(110) 사이와, 지지부(130)와 멤브레인(110) 사이에는 절연층(116)이 형성될 수 있다. 다만, 멤브레인(110), 질량체(120) 및 지지부(130)는 반드시 Si 기판을 식각하여 형성하여야 하는 것은 아니고, 일반적인 글래스 기판 등을 식각하여 형성할 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 MEMS 소자에 있어서, 멤브레인의 기술구성, 형상, 유기적 결합 및 작용효과에 대하여 보다 자세히 기술한다.
상기 멤브레인(110)은 상부전극(111), 상부 압전체(112), 하부전극(113), 하부 압전체(114), 절연 접합층(115) 및 절연층(116)으로 이루어진다.
또한, 적층순서에 따라 상기 질량체(120)가 결합되는 상기 멤브레인(110)의 하단부에는 절연층(116)이 배치되고, 상기 절연층(116)의 상부에는 하부 전극(113) 및 하부 압전체(114)가 배치되고, 상기 하부전극(113)의 상부에 절연 접합층(115)이 배치되고, 상기 절연 접합층(115)의 상부에는 상부전극(111)이 외부로 노출되도록 상부전극(111)과 상부 압전체(112)가 배치된다.
상기한 바와 같이 이루어짐에 따라, 상기 멤브레인(110)은 상부 압전체(112) 및 하부 압전체(114)를 동시에 포함함에 따라 2층인 복층구조로 이루어지고, 이에 따라 2배의 전하 출력을 얻을 수 있다.
보다 구체적으로, 상부 압전체(112) 및 하부 압전체(114)는 각각 상기 상부전극(111) 및 하부전극(113)에 연결되어 상기 질량체(120)를 구동시키거나 질량체(120)의 변위를 감지하는 역할을 한다.
또한, 상기 상부 압전체(112) 및 하부 압전체(114)는 PZT(Lead zirconate titanate), 티탄산 바륨(BaTiO3), 티탄산연(PbTiO3), 니오브산리튬(LiNbO3) 또는 수정(Quartz) 등으로 형성될 수 있다.
그리고 전술한 바와 같이, 상기 상부전극(111)은 상부 압전체(112)와 전기적으로 연결되고, 멤브레인(110)의 상부에 노출되도록 형성된다. 이는 와이어 본딩 등으로 외부와 전기적으로 연결시키기 위한 것이다.
또한, 상기 하부전극(113)은 상기 하부 압전체(114)와 전기적으로 연결되고, 멤브레인(110)의 외부로 노출되도록 형성된다. 이는 상부전극과 마찬가지로 와이어 본딩 등으로 외부와 전기적으로 연결시키기 위한 것이다.
이와 같이 이루어지고, 상기 상부전극(111) 및 하부전극(113)을 통해 상기 상부 압전체(112) 및 하부 압전체(114)에 각각 전압이 인가되면, 상기 상부 압전체(112) 및 하부 압전체(114)는 팽창 및 축소되는 역압전효과가 발생하고, 이러한 역압전효과를 이용하여, 멤브레인(110)의 하부에 결합된 상기 질량체(120)를 구동시킬 수 있다.
반대로, 상기 상부 압전체(112) 및 하부 압전체(114)에 응력이 가해지면, 이에 각각 연결된 상부전극(111) 및 하부전극(113)에 전하이 발생하는 압전효과가 발생하고, 이러한 압전효과를 이용하여 멤브레인(110)의 하부에 구비된 질량체(120)의 변위를 감지할 수 있다.
또한, 도 1에 도시한 바와 같이 상기 상부 압전체(112)에 비아(Via)가 형성되고, 상기 상부전극(111)은 상기 비아에 충전되고, 멤브레인의 상부로 노출되고, 패터닝 될 수 있다.
또한, 상기 상부 압전체(112)는 적층방향을 기준으로 상기 멤브레인(110)의 상부에 형성되고, 상기 하부 압전체(114)는 상기 멤브레인(110)의 하부에 형성된다. 이는 상기 멤브레인(110)에 변위가 발생될 경우, 멤브레인의 상부 및 하부에서 스트레스가 가장 많이 발생되는 것을 고려한 것이다.
그리고 이를 위해 상기 상부 압전체(112) 및 상기 하부 압전체(114)에 비아(Via)가 형성되고, 상기 비아를 통해 상기 상부전극은 멤브레인의 상부에 위치되고, 상기 하부전극은 멤브레인의 하부에 위치된다.
그리고 전술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 MEMS 소자(100)에 있어서, 절연층(116)은 제거될 수 있다.
이와 같이 이루어짐에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 MEMS 소자는 멤브레인(110)의 상부 및 하부에 각각 상부 압전체(112)와 하부 압전체(114)가 형성됨에 따라, 상하면에서 동시에 압전 출력을 얻을 수 있어 센서 감도가 2배로 향상되고, 구동변위 또한 2배로 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 소형 및 경량화로 구현가능하다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 MEMS 소자의 제조방법에 대하여 자세히 기술한다.
도 2a는 압전체 및 전극 형성단계를 도시한 것이다. 보다 구체적으로, 제1 웨이퍼(WF1) 및 제2 웨이퍼(WF2)를 마련한다. 그리고 상기 제1 웨이퍼(WF1)에 제 1 압전체(20a) 및 제1 전극(10a, 30a)를 성막하고, 제2 웨이퍼(WF2)에 제2 압전체(20b) 및 제2 전극(10b, 30b)을 성막한다.
또한, 전기 절연층(40)를 포함하지 않고 제2 압전체(20b) 및 제2 전극(10b, 30b)만이 성막될 수도 있다.
또한, 제1 전극(10a, 30a)은 제1 하부전극(10a)과 제1 상부전극(30a)으로 이루어진다. 이를 위해 우선 상기 제1 웨이퍼(WF1)에 제1 하부전극(10a)을 성막하고, 상기 하부전극(10a)의 상부에 제1 압전체(20a)를 성막하고, 다음으로 상기 제1 압전체(20a)에 비아를 형성한 후 이에 대한 필링 및 패터닝을 통해 제1 상부전극(30a)의 성막을 수행한다.
또한, 상기 제2 전극(10b, 30b)는 제2 하부전극(10b) 및 제2 상부전극(30b)으로 이루어진다. 그리고 이를 위해 우선 상기 제2 웨이퍼(WF2)에도 상기 제1 웨이퍼(WF1)와 마찬가지로 하부전극(10b)을 성막하고, 상기 하부전극(10b)의 상부에 제2 압전체(20b)를 성막하고, 상기 압전체(20a)에 비아를 형성한 후 이에 대한 필링 및 패터닝을 통해 제2 상부전극(30b)의 성막을 수행한다.
또한, 상기 제1 웨이퍼(WF1) 및 제2 웨이퍼(WF2)는 SOI 웨이퍼 대신 Si 웨이퍼 또는 글래스 웨이퍼로 이루어질 수 있으며, 이 경우 생산비용이 절감될 수 있다.
다음으로, 도 2b 및 도 2c는 제1 웨이퍼(WF1) 및 제2 웨이퍼(WF2)의 접합단계를 도시한 것이다.
보다 구체적으로, 도 2a에 도시한 바와 같이 제1 압전체(20a) 및 제1 전극(10a, 30a)이 형성된 제1 웨이퍼(WF1)와 제2 압전체(20b) 및 제2 전극(10b, 30b)이 형성된 제2 웨이퍼(WF2)를 절연 접합재(50)를 이용하여 결합시킨다.
이때, 상기 절연 접합재(50)를 중심으로 상기 제1 웨이퍼(WF1)의 제1 압전체(20a) 및 제1 전극(10a, 30a)과 상기 제2 웨이퍼(WF2)의 제2 압전체(20b) 및 제2 전극(10b, 30b)이 서로 대향되도록 위치시키고, 상기 제2 웨이퍼(WF2), 제2 압전체(20b) 및 제2 전극(10b, 30b), 절연 접합재(50), 제1 압전체(20a) 및 제1 전극(10a, 30a), 제1 웨이퍼(WF1) 순으로 적층되도록 결합시킨다.
이에 따라 복층의 전극 및 압전체를 중심으로 양측으로 웨이퍼가 배치되어 다층 압전 구조체(MP)가 형성된다.
그리고 도 2d는 식각 및 전극 오픈단계를 도시한 것이다.
보다 구체적으로, 도 2c에 도시한 다층 압전 구조체(MP)에 있어서, 일측의 웨이퍼를 제거하고, 전극을 오픈시킨다.
즉, 상기 다층기판 구조체(MP)에서, 제1 웨이퍼(WF1)를 제거하여, 제1 상부 전극(30a)를 오픈시킨다. 그리고 제2 압전체(20b), 제1 하부 전극(10a), 절연 접합재(50)를 제거하여 제2 상부 전극(30b)을 오픈시켜, 다층 압전 구조체(MP')가 형성된다.
이에 따라, 상기 다층 압전 구조체(MP)는 제1 압전체(20a)에 연결된 제1 전극(10a,30a)와 제2 압전체(20b)에 연결된 제2 전극(10b,30b)이 외부로 각각 오픈됨에 따라 와이어 본딩 등으로 외부와 전기적으로 연결될 수 있다.
그리고 도 2e는 질량체 및 지지부 형성단계를 도시한 것이다.
보다 구체적으로, 도 2d에 도시한 다층 압전 구조체(MP')에 있어서, 제거되지 않은 일측의 웨이퍼를 식각하여 지지부 및 질량체를 형성시킨다. 도 2e는 제2 웨이퍼(WF2)를 식각하여 지지부(60)와 질량체(70)를 형성시킨 일실시예를 도시한 것이다.
상기한 도 2a 내지 도 2e의 제조방법으로, 도 1에 도시한 복층 압전체를 갖는 MEMS 소자를 얻을 수 있고, 제1 압전체(20a)는 상부 압전체로, 제2 압전체(20b)는 하부 압전체로 구현되고, 제1 전극(10a, 30a)은 상부 압전체의 전극으로, 제2 전극(10b, 30b)는 하부 압전체의 전극으로 구현되어, 복층 압전체를 갖는 MEMS 소자로 구현된다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다. 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100 : MEMS 소자 110: 멤브레인
111 : 상부전극 112 : 상부 압전체
113 : 하부전극 114 : 하부 압전체
115 : 절연 접합층 116 : 절연층
120 : 질량체 130 : 지지부
WF1 : 제 웨이퍼 WF2 : 제2 웨이퍼
제1 전극 : 10a, 30a 10a : 제1 하부전극
20a : 제1 압전체 30a : 제1 상부전극
제2 전극 : 10b, 30b 10b : 제2 하부전극
20b : 제2 압전체 30b : 제2 상부전극
40 : 절연층 50 : 절연 접합재
60 : 지지부 70 : 질량체
MP, MP': 다층 압전 구조체

Claims (12)

  1. 멤브레인;
    상기 멤브레인에 연결된 질량체; 및
    상기 멤브레인에 연결되고 상기 질량체를 변위가능하도록 부유상태로 지지하는 지지부를 포함하고,
    상기 멤브레인은 절연 접합층을 중심으로 일측에 상부전극 및 상부 압전체가 배치되고, 타측으로 하부전극 및 하부 압전체가 배치되고,
    상기 멤브레인은 상기 질량체에 멤브레인이 결합된 적층방향에 대하여,
    상기 질량체에 인접한 하부 압전체;
    상기 하부 압전체에 연결된 하부전극;
    상기 하부 압전체 및 하부전극 상부에 배치된 절연 접합층;
    상기 절연 접합층의 상부에 배치된 상부 압전체; 및
    상기 상부 압전체에 연결된 상부전극을 포함하고,
    상기 절연 접합층의 내부에 상기 상부전극과 하부전극은 각각 일측 및 타측으로 내재되고, 상기 상부전극에 상부 압전체가 연결되고, 상기 하부전극에 하부 압전체가 연결된 MEMS 소자.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부전극 및 상부전극은 멤브레인의 외부로 노출된 것을 특징으로 하는 MEMS 소자.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 멤브레인은
    상기 질량체 및 지지부와 결합되는 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 소자.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부전극은
    상기 상부 압전체에 비아가 형성되고, 상기 비아에 충전되고 패터닝된 것을 특징으로 하는 MEMS 소자.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부전극은
    상기 하부 압전체에 비아가 형성되고, 상기 비아에 충전되고 패터닝된 것을 특징으로 하는 MEMS 소자.
  7. (A) 제1 웨이퍼 및 제2 웨이퍼를 마련하고, 상기 제1 웨이퍼에 제1 압전체 및 제1 전극을 형성시키고, 상기 제2 웨이퍼에 제2 압전체 및 제2 전극을 형성하는 압전체 및 전극 형성단계;
    (B) 상기 제 1,2 압전체 및 제 1,2 전극이 서로 대향되도록 상기 제1 웨이퍼 및 제2 웨이퍼를 결합시키는 제1 웨이퍼 및 제2 웨이퍼 접합단계; 및
    (C) 상기 제1 웨이퍼 또는 제2 웨이퍼를 제거하고, 제1전극 및 제2 전극을 오픈시키는 식각 및 전극 오픈단계를 포함하는 MEMS 소자 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 (A) 단계에서,
    상기 제1 웨이퍼에 하부전극을 성막하고, 상기 하부전극의 상부에 제1 압전체를 성막하고, 상기 제1 압전체에 비아를 형성 후 상부전극의 성막을 수행하여 제1 전극을 형성시킨 것을 특징으로 하는 MEMS 소자 제조방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 (A) 단계에서,
    상기 제2 웨이퍼에 하부전극을 성막하고, 상기 하부전극의 상부에 제2 압전체를 성막하고, 상기 제2 압전체에 비아를 형성 후 상부전극의 성막을 수행하여 제2 전극을 형성시킨 것을 특징으로 하는 MEMS 소자 제조방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 (A) 단계에서,
    상기 제1 웨이퍼 및 제2 웨이퍼는 Si 웨이퍼로 이루어진 것을 특징으로 하는 MEMS 소자 제조방법.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 (B) 단계에서,
    상기 제1 웨이퍼와 상기 제2 웨이퍼는 절연 접합재를 이용하여 결합시키고, 상기 절연 접합재를 중심으로 양측에 제1 웨이퍼의 제1 전극과 제2 웨이퍼의 제2 전극이 배치되도록 결합시킨 것을 특징으로 하는 MEMS 소자 제조방법.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 (C) 단계 이후,
    (D) 제거되지 않은 제1 웨이퍼 또는 제2 웨이퍼를 식각하여 지지부와 질량체를 형성시키는 질량체 및 지지부 형성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 소자 제조방법.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7031745B2 (ja) * 2018-07-30 2022-03-08 株式会社村田製作所 Ｍｅｍｓデバイス
CN110113025B (zh) * 2019-04-28 2021-05-18 清华大学 一种便于射频前端集成的温度补偿声表面波器件及其制备方法与应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030013130A (ko) * 2001-08-07 2003-02-14 한국과학기술연구원 고감도 초소형 캔틸레버 센서 및 제조 방법
JP2003130648A (ja) * 2002-08-08 2003-05-08 Kazuhiro Okada 角速度センサ
JP2005051840A (ja) * 2003-07-29 2005-02-24 Kyocera Corp 圧電アクチュエータの製造方法及び印刷ヘッドの製造方法
JP2011220765A (ja) 2010-04-07 2011-11-04 Japan Science & Technology Agency 慣性センサ及びその製造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2563527A2 (en) * 2010-04-29 2013-03-06 Research Triangle Institute Methods for forming a connection with a micromachined ultrasonic transducer, and associated apparatuses
JP5876500B2 (ja) * 2010-12-03 2016-03-02 リサーチ・トライアングル・インスティチュート 超音波振動子の形成方法、ならびに関連する装置
JP4796657B1 (ja) * 2010-12-03 2011-10-19 株式会社アドバンテスト スイッチ装置および試験装置
JP5394435B2 (ja) * 2011-05-13 2014-01-22 株式会社アドバンテスト 製造方法、スイッチ装置、伝送路切り替え装置、および試験装置
JP2013118234A (ja) * 2011-12-02 2013-06-13 Taiyo Yuden Co Ltd 圧電アクチュエータ及びその製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030013130A (ko) * 2001-08-07 2003-02-14 한국과학기술연구원 고감도 초소형 캔틸레버 센서 및 제조 방법
JP2003130648A (ja) * 2002-08-08 2003-05-08 Kazuhiro Okada 角速度センサ
JP2005051840A (ja) * 2003-07-29 2005-02-24 Kyocera Corp 圧電アクチュエータの製造方法及び印刷ヘッドの製造方法
JP2011220765A (ja) 2010-04-07 2011-11-04 Japan Science & Technology Agency 慣性センサ及びその製造方法

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