KR102214248B1 - 미세 기계 컴포넌트용 전극 어레이 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세 기계 컴포넌트(100)용 전극 어레이에 관한 것으로서, 이 전극 어레이는,
내부에 전극(11, 11', 12)이 형성된 하나 이상의 제1 기능층(10 EP)과,
하나 이상의 제2 기능층(20 VP)과,
전기 도체 레일로서 사용될 수 있는 하나 이상의 제3 기능층(30 FP)을 포함하며, 상기 제3 기능층(30)은 적어도 국부적으로 산화물 재료(40)가 완전히 제거되는 것을 특징으로 한다.

Description

미세 기계 컴포넌트용 전극 어레이{ELECTRODE ARRAY FOR A MICROMECHANICAL COMPONENT}

본 발명은 미세 기계 컴포넌트용 전극 어레이에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 미세 기계 컴포넌트용 전극 어레이를 제조하기 위한 방법과도 관련이 있다.

자동차 및 소비자 장치 분야에서 다양한 애플리케이션을 위해 가속도 및 요 레이트(yaw rate)를 측정하기 위한 미세 기계 관성 센서가 공지되어 있다. 이러한 센서들은 특히 표면 미세 기계 층을 포함하며, 이 층의 두께는 통상 약 10㎛ 내지 약 30㎛의 범위 내에 놓인다. 가동 구조물들의 유연한 배선 및 콘택팅을 위해, 이들 구조물 아래에 배치된 얇은 도체 레일 평면이 이용되며, 이 평면의 두께는 통상 약 200nm 내지 약 1000nm의 범위 내에 놓인다.

상기 2개의 기능층은 산화물 재료를 통해 상호 분리되는데, 이 경우 산화물 재료의 개방에 의해 콘택트 홀이 형성되고, 이 콘택트 홀은 2개의 기능층 중 하나가 다른 하나에 기계/전기적으로 브리징되는 것을 보장한다.

독일 공개 특허 출원서 DE 10 2012 200 740 A1호는 미세 기계 컴포넌트 및 미세 기계 컴포넌트 제조 방법을 개시한다. 여기에는 일 기능층의 좁은 도체 레일이 타 기능층이 폐쇄된 상태에서 언더컷(underetching)되는 것을 방지하기 위한 보호물이 개시되어 있다.

독일 공개 특허 출원서 DE 10 2009 045 391 A1호는 미세 기계 구조물 및 미세 기계 구조물 제조 방법을 개시한다. 이 문서에서는, 타 기능층의 고정된 개별 전극들이 배치된 전극 캐리어를 실현하기 위한 일 미세 기계 기능층을 볼 수 있으며, 이때 전극 캐리어는 부분적으로 상기 타 기능층의 추가 전극 코움(electrode comb) 하부에서 연장되며 상기 전극 코움을 브리징한다. 이러한 방식으로 패키징 응력과 그에 기인하는 기판 변형의 양호한 분리가 달성된다고 기술되어 있다.

본 발명의 과제는, 개선된 미세 기계 컴포넌트용 전극 어레이를 제공하는 것이다.

상기 과제는 제1 양태에 따라,

내부에 전극들이 형성된 하나 이상의 제1 기능층과,

하나 이상의 제2 기능층과,

전기 도체 레일로서 사용될 수 있는 하나 이상의 제3 기능층을 포함하는, 미세 기계 컴포넌트용 전극 어레이에 의해 해결되며, 상기 제3 기능층은 적어도 국부적으로 산화물 재료가 완전히 제거되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 제3 기능층 형태의 추가 배선층이 제공된다. 제3 기능층이 상대적으로 강성으로 두껍게 형성된다는 사실에 근거하여, 상기 제3 기능층은 바람직하게 적어도 국부적으로 산화물 재료가 완전히 제거될 수 있다. 이러한 방식으로, 도체 레일 평면으로서 형성된 제3 기능층의 기생 커패시턴스를 최소화할 수 있다. 또한, 제3 기능층의 도체 레일 평면을 더 두껍게 형성함으로써, 그리고 이와 연관된 높은 기계적인 안정성으로 인해, 표면적으로 볼 때 전극 어레이의 전체 배선의 콤팩트한 구성이 획득되는데, 그 이유는 도체 레일이 비교적 좁게 구현될 수 있기 때문이다.

또 다른 한 양태에 따라 상기 과제는,

제1 기능층을 제공하는 단계와,

제1 기능층 내부에 전극을 형성하는 단계와,

제2 기능층을 제공하는 단계와,

전기 도체 레일로서 사용될 수 있도록 그 두께가 형성된 제3 기능층을 제공하는 단계와,

상기 제3 기능층으로부터 적어도 부분적으로 산화물 재료를 완전히 제거하는 단계를 포함하는, 미세 기계 컴포넌트용 전극 어레이를 제조하기 위한 방법에 의해 해결된다.

본 발명에 따른 전극 어레이 및 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예들은 종속 청구항들의 대상이다.

본 발명에 따른 전극 어레이의 한 바람직한 실시예에 따르면, 제3 기능층의 두께는 제2 기능층의 두께보다 적어도 약 4배 더 크다. 이러한 제3 기능층의 특수 형상으로 인해, 제3 기능층은 전기 도체 레일로서 충분히 지지 능력이 있고, 완전히 언더컷될 수 있으며, 유리한 기계적 특성을 갖는다.

본 발명에 따른 전극 어레이의 또 다른 한 바람직한 실시예에서는, 제3 기능층이 실질적으로 제1 기능층과 제2 기능층 사이에 배치된다. 그럼으로써, 미세 기계 컴포넌트용 도체 레일 구조물의 높은 설계 자유도 혹은 설계 유연성이 지원된다.

본 발명에 따른 전극 어레이의 또 다른 한 바람직한 실시예에 따라, 제2 기능층의 하나 이상의 도체 레일과 제3 기능층의 하나 이상의 도체 레일은 교차되어 배치되며, 이 경우 교차부는 제1 기능층 아래에 배치된다. 그럼으로써, 바람직하게는 제1 기능층의 가동 구조물 아래에 배치되어 상기 방식으로 컴포넌트의 콤팩트한 구조적 형상을 가능케 하는, 제2 기능층과 제3 기능층의 브리징이 가능해진다.

본 발명에 따른 전극 어레이의 또 다른 한 바람직한 실시예에서는, 제3 기능층의 폭이 적어도 국부적으로 상이하게 형성된다. 이러한 방식으로 바람직하게 에칭 공정의 진행 중에 산화물 재료가 계속 잔존해야 하는지의 여부가 결정될 수 있다. 나아가, 그 결과 제3 기능층의 구조물들이 상호 오프셋되어 배치될 수 있고, 그로 인해 결과적으로 배선 면적이 절약될 수 있다. 이는 예를 들어 복수의 상이한 전위를 전극으로 유도하는 요 레이트 센서를 위해 바람직한데, 그 이유는 이러한 사실로 인해 배선 문제가 유연하게 해결될 수 있기 때문이다. 결과적으로, 이는 더 많은 배선 옵션 및 그로 인한 설계 자유도의 이득을 의미한다. 또한, 제3 기능층의 도체 레일 평면의 작은 면적으로 인해, 바람직하게는 원치 않는 기생 커패시턴스가 적게 발생한다. 이러한 방식으로, 미세 기계 컴포넌트에 의해 발생하는 신호의 신호 품질이 바람직하게 높아질 수 있다.

본 발명에 따른 전극 어레이의 한 바람직한 개선예에서는, 기능층들 사이에 배치된 산화물 재료가 에칭 공정에 의해 구조화될 수 있다. 특히 이러한 목적으로 모든 산화물 층에 균일하게 작용하는 기상 에칭이 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 전극 어레이의 또 다른 한 바람직한 실시예에 따라, 제3 기능층은 에칭제의 접근을 위한 홀을 구비한다. 이러한 방식으로 바람직하게 기능층들 사이에 혹은 기능층들 아래에 배치된 전체 산화물 재료가 완전히 단기간 내에 제거될 수 있게 된다.

본 발명에 따른 전극 어레이의 또 다른 한 바람직한 실시예는, 기능층들 중 하나에 대한 전도성 콘택이 형성되는 지점에서만 산화물 재료가 구조화되는 것을 특징으로 한다. 이러한 방식으로, 기능층들 사이에 유리한 형태의 콘택 가능성이 제공된다.

본 발명에 따른 전극 어레이의 또 다른 한 바람직한 실시예에서는, 제2 기능층과 제3 기능층이 기계적으로 그리고/또는 전기적으로 서로 연결될 수 있다. 이러한 방식으로, 미세 기계 컴포넌트 내부에서 기능층들의 다양한 사용이 지원된다.

본 발명은 하기에서 복수의 도면을 토대로 또 다른 특징들 및 장점들과 관련하여 상세하게 설명된다. 이 경우, 기술된 또는 도시된 모든 특징은, 특허 청구항들 또는 이들의 인용 항들에 기재된 내용과 무관하게, 그리고 상세한 설명 부분의 기재 형식 또는 도면들의 도해와 무관하게, 그 자체로 또는 임의의 조합 형태로 본 발명의 대상을 형성한다. 동일하거나 기능적으로 동일한 요소들에는 동일한 도면 부호를 부여하였다.

도 1은 관성 센서의 종래의 전극 어레이의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 종래의 전극 어레이를 다른 정밀도(level of detail)로 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2의 단면 A-B를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 2의 단면 C-D를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전극 어레이의 일 실시예의 평면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 전극 어레이를 다른 정밀도로 도시한 평면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 전극 어레이를 다른 정밀도로 도시한 평면도다.
도 8은 도 7의 단면 A-B를 도시한 단면도이다.
도 9는 도 7의 단면 A'-B'를 도시한 단면도이다.
도 10은 도 7의 단면 C-D를 도시한 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 방법의 일 실시예를 도시한 기본 흐름도이다.
도 12는 본 발명에 따른 전극 어레이를 구비한 미세 기계 컴포넌트의 개략도이다.

도 1에 도시된 평면도는 기판 평면에 대하여 평행한 물리적 가속도를 측정할 수 있는 미세 기계 횡 가속도 센서(100)의 원리적인 형상을 보여준다. 프레임 구조물(13)로서 배치되며 가동 전극(12)을 구비한 진동 질량(seismic mass)이 가속 시 편향되고, 이때 기하학적 편향은 제1 고정 전극(11) 및 제2 고정 전극(11')에 대한 가동 전극(12)의 간극 변동을 통해 측정된다. 고정 전극(11, 11')은 콘택트 홀을 통해 제2 미세 기계 기능층(20)에 연결된다.

제1 미세 기계 기능층(10)의 MEMS 구조물은 제1 기능층(10)과 제2 기능층(20) 사이의 희생 산화물 혹은 산화물 재료(40)(도 1에는 도시되지 않음)의 제거를 통해 형성된다. 이때 산화물 재료(40)는 통상 가스 상태의 HF를 이용해서 에칭된다. 이 공정은 시간 제어 방식으로 진행되며, 이것이 의미하는 바는, 에칭 공정이 더 오래 지속될수록 HF에 의해 침식되지 않는, 기능층(10, 20)의 실리콘 구조물의 언더컷 부분이 그만큼 더 넓어진다는 점이다. 가동 구조물 하부의 산화물 재료(40)를 원하는 만큼 제거하는 것 외에, 상기와 같은 방식에 의해 Si 구조물이 특히 제2 기능층(20)의 가장자리에서 기판(1)과 단단히 연결된 상태로 유지되어야 하는 지점들에서 산화물 재료(40)의 원치 않은 에칭도 이루어진다.

도 2는 도 1에 도시된 가속도 센서(100)의 전극 어레이를 다른 정밀도로 도시한 평면도를 보여준다. 이제 본 도면에서는, 전술한 기상 에칭 후에 제2 기능층(20) 하부에 남아 있는 산화물 재료(40) 그리고 제1 기능층(10)의 가동 구조물이 기계적으로 매달려 있는 부분 아래에서 제2 기능층(10)과 제3 기능층(30) 사이에 있는 산화물 재료(40)를 볼 수 있다.

상기와 같은 종래 어레이의 한 가지 단점은, 도체 레일로서 작용하는 제2 기능층(20)을 위한 공간 수요도가 높다는 점이다. 제2 기능층의 완전한 언더컷을 확실하게 방지하기 위해, 제2 기능층(20)은 통상 적어도 약 30㎛ 내지 약 40㎛의 폭으로 구현되어야만 한다. 완전히 언더컷된 도체 레일은 상황에 따라 이미 짧은 길이에 걸쳐 현저히 융기될 수 있고, 좌굴(buckling)의 경향을 나타낼 수 있으며, 또한 충돌 시 움직인 물리적 질량이 높은 기계 하중으로써 도체 레일에 작용하는 경우 상기 도체 레일은 파손에 대하여 매우 민감하다.

제2 기능층(20)의 도체 레일은 자체의 큰 폭으로 인해 기판(1)에 대하여 높은 기생 커패시턴스를 가지며, 이와 같은 높은 기생 커패시턴스는 다른 무엇보다도 미세 기계 센서의 신호 대 잡음 간격, 선형성, 과도 진동 시간 또는 전력 소비에 강하고도 부정적인 영향을 미치며, 이로써 센서의 신호가 변조될 수 있다. 전술한 종래 기술의 한 가지 추가 단점은, 도체 레일들의 전기 브리징 혹은 교차를 위한 공간 수요도가 높다는 점이다. 말하자면, 제1 기능층(10) 및 제2 기능층(20)의 형태로 형성된 종래의 단 2개의 전도성 층이 사용되기 때문에, 브리지는 항시 제1 기능층(10) 내에서 구현되고, 그에 따라 측면에 그리고 이로써 가동 구조물들 옆에 공간 집약적으로 배치되어야 한다.

도 1 및 도 2의 상부 영역에서 제1 기능층(10)의 상응하는 브리지를 볼 수 있으며, 이 브리지는 그 아래에 놓인 제2 기능층(20)의 도체 레일과 교차된다.

도 3 및 도 4는 종래 기술에 대한 이해를 돕기 위해 도 2의 절단선 A-B를 따라 잘라낸 횡단면(도 3) 혹은 C-D를 따라 잘라낸 횡단면(도 4)을 보여준다.

도 3에서는, 기판(1) 상에 배치된, 산화물 재료(40) 및 제2 기능층(20)을 구비한 종래 기술에 따른 구조물과, 제1 기능층(10) 내 미세 기계식 가동 구조물을 볼 수 있다. 제1 기능층(10)의 전극(11)을 제2 기능층(20)에 걸기 위해 콘택트 홀(14)이 제공되어 있다. 본 도면에서는, 도체 레일로서 작용하는 제2 기능층(20)이 가장자리 영역에서 부분적으로 심하게 언더컷되어 있음을 알 수 있으며, 이는 결과적으로 도체 레일들의 가장자리가 부분적으로 노출되거나 돌출하게 된다. 이는 도체 레일의 기계적 불안정성을 의미할 수 있는 단점이 있다.

도 4에서는, 스프링 영역, 프레임 영역 혹은 전극 영역으로서 형성된 제1 기능층(10)의 우측 영역 아래에서 제2 기능층(20)의 도체 레일 하부에 실질적으로 전체가 산화물 재료(40)로 덮여 있음을 알 수 있다. 이는 높은 기생 커패시턴스를 야기하며, 신호 품질과 관련하여 전술한 불리한 효과를 초래할 수 있다는 단점이 있다.

선행 기술에는 칩 주변 장치의 기생 효과를 줄여주는 도체 레일을 제2 기능층(20) 대신 제1 기능층(10) 내부에 부분적으로 형성하는 방법이 공지되어 있다. 이는 기생 효과를 감소시키기는 하나, 이 경우 제1 기능층(10)의 가동 구조물 옆에 브리지뿐만 아니라 공급 도체 레일도 배치되어야 하기 때문에, 필요 면적이 증가하는 단점이 있다.

또한, 상기 방법은 예를 들어 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 센서의 폐쇄된 프레임 질량 내부에 놓이는 개별 고정 전극을 콘택팅하기에 부적합하다. 이를 위해서는 항상 제1 기능층(10)의 평면 하부에 또는 경우에 따라 상부에 추가 배선 평면이 필요하다. 이 경우 종래 기술에서는 그에 상응하게 가동 센서 코어의 영역에도 제2 기능층(20)의 추가 배선 평면이 사용된다.

이제 본 발명에 따라, 제3 미세 기계 기능층(30)에 의해 기생 커패시턴스의 감소 그리고 표면 미세 기계 컴포넌트의 배선을 위한 콤팩트한 배치 혹은 구성의 제공이 소개된다. 여기서 미세 기계 컴포넌트는 미세 기계 센서로서, 예를 들면 요 레이트 센서 또는 가속도 센서 형태의 관성 센서로서 형성될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 전극 어레이의 일 실시예에 대한 기본 평면도를 보여준다. 제1 기능층(10) 내 걸림부 및 고정 전극을 포함한 가동 센서 구조물의 배열 상태는 도 1 및 도 2에 도시된 배열 상태와 동일하다. 차이점은 전기 배선의 컨셉에 있다.

본 발명에 따라, 제2 기능층(20)보다 더 두껍게 형성된 추가 기능층(30)(도 5에서는 외곽으로 알 수 있음)이 제공된다. 상기 제3 기능층(30)에 의해 특히 배선 기능이 제공되며, 이 경우 전체 배선은 바람직하게 2개의 기능층(20, 30)을 통해 실현된다. 모든 기능층(10, 20, 30)은 바람직하게 다결정 실리콘으로 형성되며, 이 경우 기능층들(10, 20, 30)의 상이한 두께를 형성하기 위해 상이한 증착법이 사용된다.

도면을 통해 제2 기능층(20)과 제3 기능층(30) 사이에 있는 콘택트 홀(21) 및 제1 기능층(10)과 제3 기능층(30) 사이에 있는 콘택트 홀(31)을 확인할 수 있다. 여기서도 전극(11, 11')을 위한 도체 레일의 공급은 우측에서 아래쪽으로부터 제2 기능층(20)의 레일을 통해 이루어지지만, 이 경우 상기 제2 기능층의 레일은 도 1 및 도 2에 도시된 어레이의 레일보다 훨씬 더 좁게 형성되었음을 알 수 있다. 더 좁은 폭은, 상기 레일이 그 위에 놓인 제3 기능층(30)의 평면에 의해 기상 에칭시의 언더컷에 대하여 전반적으로 차폐됨으로써 가능하다. 에칭 홀(32)은 바람직하게 제3 기능층(30)의 도체 레일의 의도한 언더컷을 실행하기 위해 제3 기능층(30) 내에 좁은 슬롯으로서 형성되었다.

제2 기능층(20)에 비해 제3 기능층(30)의 층 두께가 훨씬 증가함으로써, 예를 들면 제2 기능층(20)보다 약 4배 더 두껍게 형성됨으로써, 제3 기능층(30)의 도체 레일은 훨씬 더 큰 구간에 걸쳐서도 완전히 언더컷된다. 이러한 결과가 의미하는 바는, 제3 기능층(30)의 도체 레일이 실질적으로 융기될 수 없기 때문에 기계적으로 안정되게 형성된다는 점이다. 따라서, 상기 도체 레일은 또한 종래의 제2 기능층(20)의 도체 레일보다 훨씬 더 좁게 형성될 수 있고, 하부에 적어도 국부적으로 산화물 재료(40)가 존재하지 않음으로 인해, 종래의 제2 기능층(20)의 도체 레일보다 훨씬 더 적은 기생 커패시턴스와 결부된다. 따라서, 폭이 더 좁음에도 전체 배선의 전기 저항은 크게 증가하지 않는데, 그 이유는 제3 기능층(30)의 도체 레일의 두께가 상대적으로 더 커짐에 따라 횡단면 및 그와 더불어 전기 저항이 실질적으로 변동되지 않은 수준으로 유지될 수 있기 때문이다.

도 5의 상부 영역에서는 제3 기능층(30)의 평면에 대한 제2 기능층(20)의 도체 레일의 콘택팅이 수행되며, 이 영역에서는 제3 기능층(30)의 도체 레일과 제2 기능층(20)의 도체 레일의 교차도 실현된다. 따라서, 상기 영역은 바람직하게 도 1 및 도 2에 도시된 어레이의 종래 브리지 구조물과 달리 이미 제1 기능층(10)의 유효 구조물을 위해서 재차 사용될 수 있다.

그럼으로써, 제1 기능층(10)의 스파이럴 스프링(15)은 부분적으로 제2 기능층(20) 및 제3 기능층(30)으로 구성된 브리지 상부에 놓이게 된다. 센서 코어 영역에 있는 고정 전극은 도 5에 도시된 어레이에서 제3 기능층(30)의 도체 레일에 의해 지지된다. 상기 도체 레일은 전술된 여러 가지 이유에서 훨씬 더 좁게, 예를 들면 약 5㎛ 내지 약 20㎛로 형성될 수 있다. 상기 도체 레일은 또한 기생 커패시턴스를 감소시킬 목적으로 제3 기능층(30) 내에 형성된 좁은 에칭 홀 혹은 추가 슬롯(32)을 통해 의도한 대로 언더컷될 수 있다.

하지만, 완전히 언더컷된 도체 레일 영역의 크기는 임의로 정할 수 없으며, 오히려 실질적으로 제3 기능층(30)의 두께 및 상기 제3 기능층에 고정된 제1 기능층(10)의 구조물의 질량에 따라 좌우된다. 제3 기능층(30)의 층 두께가 약 2㎛로 비교적 얇은 경우, 100㎛ 이상의 길이를 갖는 완전히 언더컷된 영역들이 구현될 수 있다.

도체 레일의 길이가 더 긴 경우에는, 안정성의 이유에서 제3 기능층(30)의 도체 레일을 위해 산화물 재료(40)로 이루어진 중간 지지부가 배치되어야 한다. 그렇기 때문에, 이와 같은 방식으로 완전한 언더컷을 국부적으로 방지하고 산화물 재료(40)를 이용하여 기판(1)에 대한 제3 기능층(30)의 기계적 연결을 보장하기 위해, 도 5에 도시된 어레이에서 각각 중간 고정 전극의 영역에서는 제3 기능층(30)의 도체 레일 폭이 확대되었다. 이러한 선택적인 국부적 연결에 의해, 도체 레일 구조물의 강성이 바람직하게는 대폭 증대될 수 있다. 물론, 센서 구조물의 크기가 상대적으로 더 큰 경우에는 복수의 연결점이 예컨대 규칙적인 간격으로 배치될 수도 있다. 그와 달리, 센서 구조물의 크기가 상대적으로 작고/작거나 제3 기능층(30)이 두껍게 형성된 경우에는 상황에 따라 그러한 연결이 전혀 불필요하다.

제3 기능층(30)이 국부적으로 완전히 언더컷된 사실로 인해, 도체 레일의 좁은 폭 및 그와 더불어 작은 면적이 실현될 수 있으며, 이는 다시 커패시턴스 공식에 따라 바람직하게 기생 커패시턴스를 감소시키는 결과를 낳는다. 이러한 방식으로 바람직하게 센서 구조물의 전극들로부터 탭핑된 전기 신호의 품질 혹은 신호 대 잡음 비율이 상당히 개선될 수 있다.

도 5에 도시된 제3 기능층(30)의 본래 도체 레일은 제3 기능층(30)의 인접 구조물들에 대한 좁은 간격으로 인해 외곽선을 통해서만 어렵게 확인할 수 있기 때문에, 도 6에 도시된 평면도는 제1 기능층(10)의 고정 전극을 지지하는 제3 기능층(30)의 2개의 도체 레일이 더 잘 보일 수 있도록 빗금 표시로 강조하였다.

도 7에 도시된 본 발명에 따른 전극 어레이의 평면도는 도 5에 추가로, 제3 기능층(30)의 평면 아래에서 제2 기능층(20)의 평면 위에 있는 산화물 재료(40)를 보여주며, 이 산화물 재료는 제3 기능층(30)의 도체 레일의 기계적 고정을 위한 앵커 포인트(anchor point)를 형성하는 데 이용된다. 센서 코어 영역 내에서 제3 기능층(30)의 도체 레일들 사이에 특히 완전히 언더컷된 영역들, 그리고 센서 구조물의 중앙에 그리고 스파이럴 스프링(15)의 상부 및 하부에 있는 언더컷되지 않은 영역을 확인할 수 있다.

도 8 내지 도 10은 프로세스 시뮬레이션에 기초한 평면도 혹은 도 7의 횡단면을 보여주고, 도 5 내지 도 7에 도시된 평면도의 더 나은 이해를 돕기 위해 이용된다. 3개의 층 내에 배치된 산화물 재료(40)의 에칭 및 기능층(10, 20, 30)의 인접 실리콘 평면들 사이의 콘택트 홀을 각각 제대로 볼 수 있다.

도 8은 도 7의 절단선 A-B를 따라서 절단한 평면도를 보여준다. 제3 기능층(30)에 의해 구현되었고 단지 부분적으로만 언더컷된 중간 지지부 영역에 있는 넓은 도체 레일 섹션들을 제대로 확인할 수 있다.

도 9는 도 7의 절단선 A'-B'를 따라서 절단한 횡단면을 보여준다. 본 섹션에서는 제3 기능층(30)에 의해 실현된 도체 레일이 좁게 형성됨에 따라 완전히 언더컷되었다.

도 10은 도 7의 절단선 C-D를 따라서 절단한 횡단면도를 보여준다. 중앙 전극 구조물 하부에 있는 제3 기능층(30)의 도체 레일 영역에는 전반적으로 산화물 재료(40)가 존재하지 않음을 도면을 통해 확인할 수 있으며, 이는 도체 레일의 작은 기생 커패시턴스를 야기한다. 좌측 도면 영역에 도시된, 제2 기능층(20)과 제3 기능층(30)의 전기 콘택팅 그리고 제2 기능층(20) 상측의 제3 기능층(30)의 절연 교차부(33)도 확인할 수 있다. 제3 기능층(30)과 제2 기능층(20)의 다양한 콘택팅 가능성 혹은 교차 가능성으로 인해, 바람직하게는 특히 제1 기능층(10)의 가동 MEMS 구조물 아래에서 도체 레일 가이드의 높은 설계 자유도가 지원된다.

도 11은 본 발명에 따른 방법의 일 실시예의 기본 절차를 보여준다.

제1 단계(S1)에서는 제1 기능층(10)이 제공된다.

제2 단계(S2)에서는 제1 기능층(10) 내부에 전극이 형성된다.

제3 단계(S3)에서는 제2 기능층(20)이 제공된다.

제4 단계(S4)에서는 제3 기능층(30)이 제공되며, 이때 제3 기능층(30)의 두께는 상기 제3 기능층(30)이 전기 도체 레일로서 사용될 수 있도록 형성된다.

마지막으로 제5 단계(S5)에서는 제3 기능층(30)으로부터 적어도 부분적으로 산화물 재료(40)가 완전히 제거된다.

본 발명에 따른 전극 어레이의 전술한 실시예는 편의상 가속도 센서(100)와 관련하여 기술되었지만, 본 발명은 가동 미세 기계 MEMS 구조물을 이용하여 측정 신호를 검출하는 모든 미세 기계 컴포넌트(예컨대 공진기, 요 레이트 센서, 압력 센서 등)를 위해서도 당연히 사용될 수 있다.

요약하면, 본 발명에 의해 미세 기계 컴포넌트의 전극 어레이를 위한 장치 및 방법이 제안된다. 본 발명에 따라, 배선의 목적으로 자체 두께로 인해 적어도 국부적으로 완전히 언더컷될 수 있고, 그로 인해 산화물 재료가 제거될 수 있는 제3 기능층이 사용된다.

이러한 방식으로, 컴포넌트 구조물 내부의 전기 배선이 견고하고, 다양하고, 유연하게 그리고 공간 절약적으로 실현될 수 있다. 또한, 제3 기능층 내에 구현된 도체 레일이 상기 제3 기능층의 두께로 인해 좁고 견고하게 형성될 수 있음으로써, 완전한 언더컷이 가능하고, 이는 바람직하게 배선의 기생 없는 형성을 지원한다. 그로 인해 결과적으로 미세 기계 컴포넌트를 위한, 콤팩트하면서 기생 없는 전극 어레이가 구현될 수 있다.

본 발명에 따른 전극 어레이에 의해서는 바람직하게 높은 설계 자유도가 가능해지며, 이 경우 상이한 전기 전위를 갖는 복수의 도체 레일 평면이 센서 구조물 내부에서 가변적으로 가이드되거나 배치될 수 있다. 이는 제2 및 제3 기능층의 도체 레일들이 공간적으로 상호 오프셋되어 배치됨에 따라 센서 구조물의 공간 자원이 최대로 양호하게 활용됨으로써 달성된다. 본 발명에 따른 전극 어레이의 한 변형예에서는 바람직하게 제1, 제2 및 제3 기능층(10, 20, 30)으로 구성된 도시된 층 어레이를 미세 기계 컴포넌트 내부에 여러 번 거의 적층 형태로 제공하는 것도 가능하다(도면에는 도시되지 않음).

당업자는 본 발명의 핵심을 벗어나지 않는 범위 내에서 전술한 특징들을 적절히 변형하거나 서로 조합할 수 있다.

Claims (11)

1. 내부에 전극(11, 11', 12)이 형성된 하나 이상의 제1 기능층(10)과,
   하나 이상의 제2 기능층(20)과,
   전기 도체 레일로서 사용될 수 있는 하나 이상의 제3 기능층(30)을 포함하는, 미세 기계 컴포넌트(100)용 전극 어레이에 있어서,
   상기 제3 기능층(30)은 적어도 국부적으로 산화물 재료(40)가 완전히 제거되고,
   제3 기능층(30)은 실질적으로 제1 기능층과 제2 기능층 사이에 배치되고,
   제2 기능층(20)의 하나 이상의 도체 레일과 제3 기능층(30)의 하나 이상의 도체 레일이 교차로 배치되어 교차부를 형성하고, 상기 교차부는 제1 기능층(10) 아래에 배치되는 것을 특징으로 하는, 미세 기계 컴포넌트용 전극 어레이.
2. 제1항에 있어서, 제3 기능층(30)의 두께는 제2 기능층(20)의 두께보다 적어도 4배 더 큰 것을 특징으로 하는, 미세 기계 컴포넌트용 전극 어레이.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제3 기능층(30)의 폭이 적어도 국부적으로 상이하게 형성되는 것을 특징으로 하는, 미세 기계 컴포넌트용 전극 어레이.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기능층들(10, 20, 30) 사이에 배치된 산화물 재료(40)가 에칭 공정에 의해 구조화될 수 있는 것을 특징으로 하는, 미세 기계 컴포넌트용 전극 어레이.
7. 제6항에 있어서, 제3 기능층(30)은 에칭제의 접근을 위한 홀(32)을 구비한 것을 특징으로 하는, 미세 기계 컴포넌트용 전극 어레이.
8. 제6항에 있어서, 산화물 재료(40)는 기능층들(10, 20, 30) 중 하나에 대한 전도성 콘택이 형성되는 지점에서만 구조화되는 것을 특징으로 하는, 미세 기계 컴포넌트용 전극 어레이.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 기능층(20)과 제3 기능층(30)이 기계적으로 또는 전기적으로, 또는 두 방식 모두로 서로 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는, 미세 기계 컴포넌트용 전극 어레이.
10. 제1항 또는 제2항에 따른 전극 어레이를 구비한 미세 기계 컴포넌트(100).
11. 미세 기계 컴포넌트(100)용 전극 어레이를 제조하기 위한 방법이며,
    제1 기능층(10)을 제공하는 단계와,
    상기 제1 기능층(10) 내부에 전극을 형성하는 단계와,
    제2 기능층(20)을 제공하는 단계와,
    제3 기능층(30)을 제공하는 단계로서, 제3 기능층(30)이 전기 도체 레일로서 사용될 수 있도록 상기 제3 기능층(30)의 두께를 형성하는 단계와,
    상기 제3 기능층(30)으로부터 적어도 부분적으로 산화물 재료(40)를 완전히 제거하는 단계를 포함하고,
    제3 기능층(30)은 실질적으로 제1 기능층과 제2 기능층 사이에 배치되고,
    제2 기능층(20)의 하나 이상의 도체 레일과 제3 기능층(30)의 하나 이상의 도체 레일이 교차로 배치되어 교차부를 형성하고, 상기 교차부는 제1 기능층(10) 아래에 배치되는, 미세 기계 컴포넌트용 전극 어레이의 제조 방법.

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