KR102491292B1 - 마이크로기계 장치 및 상응하는 제조 방법 - Google Patents

마이크로기계 장치 및 상응하는 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 마이크로기계 장치 및 상응하는 제조 방법에 관한 것이다. 마이크로기계 장치는, 전면(V) 및 후면(R)을 갖는 베이스 기판(2) 및 캡 기판(2a)을 포함하며, 이 경우 베이스 기판(2)의 전면(V)에 비평탄 측벽들(3a)을 갖는 하나 이상의 주변 트렌치(3)가 형성되고, 베이스 기판(2)의 전면(V) 및 트렌치(3)는 하나 이상의 금속 층(4, 4a)으로 코팅되며, 이 경우 트렌치(3)의 비평탄 측벽들(3a)이 금속(4, 4a)에 의해 비호환적으로(non-compliant) 덮임으로써, 전면(V)에 대해 수직으로 연장되는 방향에서는 상기 측벽이 전류 경로를 형성하지 않으며, 트렌치(3)의 영역에는 폐쇄 수단, 특히 밀봉 유리 폐쇄부(5)가 베이스 기판(2)과 캡 기판(2a) 사이에 형성된다.

Description

마이크로기계 장치 및 상응하는 제조 방법
본 발명은, 마이크로기계 장치 및 상응하는 제조 방법에 관한 것이다.
임의의 마이크로기계 부품도 사용될 수 있지만, 본 발명 및 본 발명의 기초가 되는 문제점은 마이크로 칩을 구비한 부품을 토대로 설명된다.
마이크로 칩에는 밀봉성과 관련하여 높은 수준의 요건이 제기된다. 예컨대, 이와 같은 소위 습기 테스트를, 예를 들어 산화·환원 반응에 의해 예컨대 칩의 톱 면(saw facet)에서 노출된 알루미늄-은 금속 스택의 금속 간 부식(intermetallic corrosion)과 같은 부식이 유발되지 않는 조건에서, 견뎌내야 한다. 금속 스택은 연속적이며, 다시 말해 전체 칩 표면의 전면에 걸쳐 증착되며, 이로써 예컨대 DE 10 2005 040 789 A1호로부터 공지되어 있는 밀봉 유리 연결부의 베이스이기도 하다. 이와 같은 금속 스택이 수분의 영향하에 부식되면, 밀봉 유리 연결부로부터 워시 프라이머(wash primer)가 제거되어 충분한 밀봉성이 손상될 가능성이 있다. 종래 기술에 따른 대책은, 예컨대 DE 103 42 155 A1호에 기술된 바와 같이, 칩 외부 영역에 있는 금속을 국소적으로 제거하는 것이다.
본 발명은, 청구항 1에 따른 마이크로기계 장치 및 청구항 8에 따른 상응하는 제조 방법을 개시한다.
마이크로기계 장치는 캡 기판을 포함하며, 이 경우 베이스 기판의 전면에 비평탄 측벽들을 갖는 하나 이상의 주변 트렌치가 형성되고, 베이스 기판의 전면 및 트렌치는 하나 이상의 금속 층으로 코팅되며, 트렌치의 비평탄 측벽들이 금속에 의해 비호환적으로(non-compliant) 덮임으로써, 전면에 대해 수직으로 연장되는 방향에서는 상기 측벽이 전류 경로를 형성하지 않으며, 이 경우 트렌치의 영역에서는 폐쇄 수단, 특히 밀봉 유리 폐쇄부가 베이스 기판과 캡 기판 사이에 형성된다.
바람직한 개선예들은 개별 종속 청구항들의 대상이다.
본 발명은, 주변과 캡슐화된 내부 사이의 금속 부식 경로(전류 경로)가 트렌치 구조에 의해 단속됨에 따라, 금속 층을 별도로 구조화할 필요 없이 주변과 캡슐화된 내부가 갈바닉 분리되는, 민감도가 감소된 마이크로기계 장치를 제조할 수 있는 가능성을 제공한다. 이로써, 금속 층은 내부에서 온전히 유지되고, 트렌치의 비평탄 측벽들에서 단속된다. 이로 인해, 마이크로기계 장치의 습기 및 다양한 환경 영향에 대한 내구성이 특히 바람직하게 증대될 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로기계 장치의 바람직한 일 개선예에 따르면, 금속 층은 알루미늄, 은 및 금으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함한다. 이와 같은 금속에 의해, 마이크로기계 장치에 제기되는 수많은 기능적 과제들이 특히 바람직하게 해결될 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로기계 장치의 바람직한 일 개선예에 따르면, 베이스 기판의 전면 및 트렌치가 2개의 상이한 금속 층으로 코팅된다. 이로 인해, 많은 추가 적용 분야가 생성되고, 은/알루미늄과 같이 매우 상이한 전기 화학적 전위를 갖는 금속이 사용되는 적용 분야에서 발생할 수 있는 금속 간 부식이 방지된다.
본 발명에 따른 마이크로기계 장치의 바람직한 일 개선예에 따르면, 베이스 기판 및 트렌치가 은으로 이루어진 금속 층으로 코팅되고, 상기 금속 층 상에 알루미늄으로 이루어진 금속 층이 적층된다. 이로 인해, 마이크로 칩을 갖는 마이크로기계 장치에 제기되는 많은 과제들이 특히 바람직하게 해결될 수 있는 한편, 금속 간 부식이 방지될 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로기계 장치의 바람직한 일 개선예에 따르면, 트렌치는 10마이크로미터 내지 100마이크로미터의 폭 및 20마이크로미터 내지 200마이크로미터의 깊이를 갖는다. 이와 같은 치수의 선택을 통해, 트렌치의 양 측면 사이의 전류 경로가 효과적으로 단속될 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로기계 장치의 바람직한 일 개선예에 따르면, 트렌치의 비평탄 측벽은 바람직하게 1마이크로미터 내지 10마이크로미터의 깊이를 갖는 복수의 절개부를 포함한다. 이로 인해, 트렌치의 양 측면 사이의 전류 경로가 매우 신뢰성 있게 단속될 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로기계 장치의 또 다른 바람직한 일 개선예에 따르면, 밀봉 유리 폐쇄부가 트렌치를 완전히 덮는다.
본 발명은, 도면부의 개략적인 도면들에 도시된 실시예들을 참조하여 이하에서 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로기계 장치를 설명하기 위한 개략적 횡단면도이다.
도 2는 캡 기판 없이 도시된, 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로기계 장치를 설명하기 위한 개략적 평면도이다.
도 3은 제2 실시예에 따른 마이크로기계 장치를 제조하기 위한 방법을 설명하기 위한 개략적 흐름도이다.
각각의 도면에서, 동일한 참조 부호들은 동일하거나 기능적으로 동일한 요소들을 지시한다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로기계 장치를 설명하기 위한 개략적 횡단면도이다.
도 1에서, 참조 부호 "1"은, 전면(V) 및 후면(R)을 갖는 베이스 기판(2)을 구비한 마이크로기계 장치를 지시한다. 참조 부호 "2a"는 캡 기판을 지시하고, "3"은 주변 트렌치를 지시하며, "3a"는 트렌치(3)의 비평탄 측벽을 지시하고, "4"는 제1 금속 층을 그리고 "4a"는 제2 금속 층을 지시하며, "5"는 밀봉 유리 폐쇄부를 그리고 "6"은 금속 층(4, 4a)의 비호환적인(non-compliant) 형상으로 인해 비평탄 측벽(3a) 상에서 단속된 전류 경로를 지시한다.
하나의 금속 층 및/또는 복수의 금속 층의 갈바닉 분리를 위한 공지된 방법은, 특정 영역에서 금속을 선택적으로 제거하는 것, 다시 말해 예컨대 리소그래피 및 후속 에칭을 이용한 금속의 구조화이다.
본 실시예의 핵심은, 베이스 기판(2)의 전면(V)에 제1 금속 층(4) 및 추가 금속 층(4a)을 도포하기 전에 미리 비평탄 측벽들(3a)을 가진 주변 트렌치(3)를 형성하되, 비평탄 측벽들(3a)이 제1 금속 층(4) 및 추가 금속 층(4a)의 후속 증착 동안 비호환적으로 덮이게 함으로써, 상기와 같은 리소그래피 단계 및 에칭 단계를 피하는 것이다. 예컨대, 35 마이크로미터의 폭 및 90마이크로미터의 깊이를 갖는 트렌치(3)가 베이스 기판(2)의 전면(V) 영역의 둘레에서 소위 트렌칭 또는 DRIE에 의해 실리콘 내로 에칭된다.
상기 트렌치(3)의 측벽들(3a)은, 상기 트렌치 공정에서 전형적인 절개부들을 갖는다. 이와 같은 국소 절개부들 내에는, 스퍼터링 공정을 통해 제공된 제1 금속(4) 및 제2 금속(4a)이 비호환적으로 증착되는데, 즉, 절개부들의 하부에서만 동일하게 증착된다. 이러한 방식으로, 주변과 캡슐화된 내부 사이의 전류 경로(6)가 단속되고, 이로써 예컨대 금속 간 부식을 야기하는 산화·환원 반응이 내부에서 진행될 수 없다.
베이스 기판(2)의 이러한 예비 구조화의 장점은, 래커링(lacquering), 노광, 현상, 공정 중 제어, 가열과 같은, 래커 마스크의 제조를 위해 필요한 작업 과정들의 생략; 공정 비용을 절약하는, 금속 에칭 필요성의 제거; 산소 플라즈마 내에서의 소각, 특수 습식 세정, 공정 중 제어 또는 가열과 같이, 래커 마스크의 제거를 위해 필요한 작업 과정들의 생략;이다. 전술한 공정 단계들의 생략은 결과적으로 금속 층의 응력 감소를 유도한다. 이로 인해, 오탁, 표면 거칠기 증가, 국소 에칭, 오염, 광학적 특성 변화, 온도 부하, 스크래치, 예컨대 래커 마스크의 소각 중에 발생하는 산소 라디칼의 공격에 의한 화학적 특성 변화 등이 방지될 수 있다. 그리고 베이스 기판(2)의 대부분의 공정 상태에서 리소그래피가 불가능함에 따라 상기와 같은 금속 구조화의 필요성이 완전히 제거된다.
심도 반응성 이온 에칭(DRIE) 또는 트렌칭 공정에 의해 제조된 트렌치(3)가 그 측벽들(3a)에 마이크로 스케일의 국소 절개부들을 가지며, 이들 절개부는 캐소드 분무(cathode atomizing) 또는 스퍼터링에 의한 상이한 금속(4 및 4a)의 증착 시 채워지지 않는다. 이로 인해, 트렌치(3)의 양 측면 사이의 전류 경로가 단속되거나 하이 임피던스 상태가 된다. 상응하는 저항 측정들은, 트렌치(3)가 없는 경우의 2옴에 비해, 트렌치 구조의 대략 600킬로옴의 전기 저항을 보여준다.
도 2는, 캡 기판 없이 도시된, 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로기계 장치를 설명하기 위한 개략적 평면도이다.
본 발명은, 환경 영향에 노출된 주변과 기밀 포장된 내부 사이의 전류 경로를 분리하기 위해 전술한 트렌치(3)의 기능을 이용한다. 은-알루미늄 스택에서와 같이 제1 금속이 제1 금속 층(4)으로서 증착되고 제2 금속이 제2 금속 층(4a)으로서 증착될 때, 예를 들어 NaCl 용액과 같은 전해질 함유 매질과 베이스 기판(2)의 접촉이 예컨대 금속 간 부식을 야기할 수 있다. 따라서 내부에서는 금속 간 부식이 더 이상 발생할 수 없는데, 그 이유는 이를 위해 필요한 전자 이동이 차단되었기 때문이다. 전기 화학적 의미에서의 부식은, 다른 무엇보다 물, 염 용액 및 산의 영향 하에서 그리고 상이한 금속들 사이에서 발생하는 금속의 산화·환원 반응이다.
주변에 대한 내부의 기밀 밀봉을 구현하기 위해 예컨대 밀봉 유리 폐쇄 부(5)가 사용되며, 이 밀봉 유리 폐쇄부는 접합 공정 중에 응집력에 의해 트렌치(3) 내로 당겨지고, 이와 동시에 방습 밀폐부를 형성한다.
도 3은, 제2 실시예에 따른, 금속 부식에 대한 민감도가 감소된 마이크로 칩을 가진 마이크로기계 장치를 제조하기 위한 방법을 설명하기 위한 개략적 흐름도이다.
단계 "S01"에서 베이스 기판(2)이 제공된다. 단계 "S02"에서, 상기 베이스 기판(2) 내에 비평탄 측벽들(3a)을 갖는 하나 이상의 주변 트렌치(3)가 형성되고, 단계 "S03"에서, 베이스 기판(2) 및 트렌치(3)가 예컨대 은으로 이루어진 제1 금속 층(4)으로 코팅된다. 단계 "S04"에서는, 제1 금속 층(4)의 금속과 상이한 금속(예컨대 알루미늄)을 갖는 하나 이상의 또 다른 금속 층(4a)이 추가로 코팅될 수 있으며, 그 다음 단계 "S05"에서는, 트렌치(3)의 영역에 밀봉 유리 폐쇄부(5)가 이미 공지된 방식으로 형성된다.
본 발명은 바람직한 실시예들을 참조해서 기술되었지만, 본 발명이 이들 실시예로 한정되지는 않는다. 특히, 언급된 재료 및 토폴로지는 예시적인 것일 뿐이며, 설명된 예들에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 마이크로기계 장치의 매우 바람직한 또 다른 용례들은, 예를 들어 환경 영향 또는 화학 반응 분위기들이 심화된 용례들이다.

Claims (8)

  1. 전면(V) 및 후면(R)을 갖는 베이스 기판(2), 및 캡 기판(2a)을 포함하는 마이크로기계 장치(1)로서,
    베이스 기판(2)의 전면(V)에 비평탄 측벽들(3a)을 갖는 하나 이상의 주변 트렌치(3)가 형성되고,
    베이스 기판(2)의 전면(V) 및 트렌치(3)는 하나 이상의 금속 층(4, 4a)으로 코팅되며,
    트렌치(3)의 비평탄 측벽들(3a)이 금속(4, 4a)에 의해 불연속적으로 덮임으로써, 전면(V)에 대해 수직으로 연장되는 방향에서는 상기 측벽이 전류 경로를 형성하지 않으며,
    베이스 기판(2)의 전면(V) 상의 트렌치(3)의 영역에서는 밀봉 유리 폐쇄부(5)가 베이스 기판(2)과 캡 기판(2a) 사이에 형성되고,
    밀봉 유리 폐쇄부(5)는 트렌치(3a)를 완전히 덮는, 마이크로기계 장치(1).
  2. 제1항에 있어서, 금속 층(4, 4a)이 알루미늄, 은 및 금으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는, 마이크로기계 장치(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 베이스 기판(2)의 전면 및 트렌치(3)가 2개의 상이한 금속 층(4, 4a)으로 코팅되는, 마이크로기계 장치(1).
  4. 제3항에 있어서, 베이스 기판(2) 및 트렌치(3)가 은으로 이루어진 금속 층(4)으로 코팅되고, 상기 금속 층 상에 알루미늄으로 이루어진 금속 층(4a)이 적층되는, 마이크로기계 장치(1).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 트렌치(3)가 10마이크로미터 내지 100마이크로미터의 폭과, 20마이크로미터 내지 200마이크로미터의 깊이를 갖는, 마이크로기계 장치(1).
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 트렌치(3)의 비평탄 측벽(3a)이 복수의 절개부를 포함하는, 마이크로기계 장치(1).
  7. 마이크로기계 장치(1)를 제조하기 위한 방법으로서,
    전면(V) 및 후면(R)을 가진 베이스 기판(2)을 제공하는 단계, 및
    캡 기판(2a)을 제공하는 단계를 포함하며,
    베이스 기판(2)의 전면(V)에는 비평탄 측벽들(3a)을 갖는 하나 이상의 주변 트렌치(3)가 형성되며,
    베이스 기판(2)의 전면(V) 및 트렌치(3)는 하나 이상의 금속 층(4, 4a)으로 코팅되며,
    트렌치(3)의 비평탄 측벽(3a)이 금속(4, 4a)에 의해 불연속적으로 덮임으로써, 전면(V)에 대해 수직으로 연장되는 방향에서는 상기 측벽이 전류 경로를 형성하지 않으며,
    베이스 기판(2)의 전면(V) 상의 트렌치(3)의 영역에는 밀봉 유리 폐쇄부(5)가 베이스 기판(2)과 캡 기판(2a) 사이에 형성되고, 밀봉 유리 폐쇄부(5)는 트렌치(3a)를 완전히 덮는, 마이크로기계 장치의 제조 방법.
  8. 삭제
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