KR20010074906A - 마이크로 기계 부품 및 그의 제조 방법 - Google Patents

마이크로 기계 부품 및 그의 제조 방법 Download PDF

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KR20010074906A
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Abstract

본 발명은 기판 표면에 배치된 마이크로 기계 부품에 관한 것이다. 공동부(H) 아래에는 예를 들어 하부 도전층의 제 1 부분인, 하나의 셀의 커패시터의 대응 전극이 배치된다. 공동부(H) 위에는 예를 들어 커패시터 전극으로서 사용되는 원형 박막이 배치된다. 상기 박막은 균일하면서도 실제로 동일한 형태의 두께를 갖는다. 박막은 예를 들어, 바람직하게는 하부 도전층의 제 2 부분상에 올려지는 상부 도전층의 부분이다. 공동부(H)를 형성하기 위한 목적으로 희생층을 제거하기 위해 사용되는 에칭 채널(A)이 상기 공동부(H)의 측면에 연결된다. 상기 에칭 채널(A)은 공동부(H)의 수직 치수와 동일한 수직 치수를 갖는다. 폐쇄부(V)가 위로부터 에칭 채널(A)에 인접하여 박막 외부에 배치된다. 본 발명에 따른 부품은 압력 센서로서 적합하다. 다수의 셀이 존재할 수 있으며, 이 경우에는 하나의 셀이 이웃하는 6개의 셀에 인접한다.

Description

마이크로 기계 부품 및 그의 제조 방법 {MICROMECHANICAL COMPONENT AND ITS PRODUCTION METHOD}
회로의 속도가 점점 더 빨라지고 크기가 소형화됨에 따라, 전자 회로를 예컨대 센서 또는 작동기와 같은 마이크로 기계 부품과 함께 단 하나의 칩 내부에 통합하려는 노력이 강구되었다.
『T. Scheiter et al, "Full integration of a pressure sensor system into a standard BiCMCOS-Process", Eurosensor XI, 11thEuropean Conference on Solid State Transducers, Warsaw, Poland (1997) 1595』에는, Standard BiCMCOS-Process에서 실리콘 기판의 표면에서 형성되는 압력 센서가 기술되어 있다. 압력 센서를 형성하기 위해 기판의 표면에는 도핑 영역이 형성되는데, 이 영역은 커패시터의 제 1 커패시터 전극으로서 사용된다. 상기 도핑 영역 위에서는, 희생층으로서 이용되는 600nm 두께의 필드 산화물이 형성된다. 희생층 위에는 폴리실리콘으로 이루어진 400nm 두께의 층이 디포짓된다. 폴리실리콘으로 이루어진 층내에서는 개구가 형성된다. 그 다음에 상기 개구에 의해서 희생층의 일부분이 에칭 제거됨으로써,폴리실리콘으로 이루어진 층 아래에 공동부가 형성된다. 상기 개구는 디포짓된 추가 층에 의해서 폐쇄된다. 그 다음에 상기 추가 층은, 폴리실리콘으로 이루어진 층의 부분, 즉 공동부 위에 배치된 부분이 노출되도록 구조화된다. 폴리실리콘으로 이루어진 층의 부분에 의해서 및 각각 공동부 위에 배치된 추가 층의 부분에 의해서 박막이 형성된다. 상기 박막은 개구 영역에 팽창 부분을 가지고 있으며, 이 팽창 부분에서는 박막이 플렉시블하지 않다. 박막의 부분이기도 한 폴리실리콘으로 이루어진 층의 부분은 커패시터의 제 2 커패시터 전극으로서 사용된다. 압력으로 인한 박막의 휨에 의해서 상기 제 1 커패시터 전극과 제 2 커패시터 전극 사이의 간격이 변동되고, 그럼으로써 압력에 대한 크기인 커패시터의 용량이 변동된다. 폴리실리콘으로 이루어진 층의 노출된 부분의 표면 크기, 즉 박막의 변형 가능한 영역이 박막의 강도를 결정한다. 측정될 압력 범위가 높으면 높을수록, 상기 변형 가능한 영역은 더 작아져야 한다. 이 경우의 단점은, 휨에 의해서 야기된 기계적인 하중이 실제로는 다만 박막의 변형 가능한 부분에만 분배된다는 것이다. 대략 20 bar 이상의 압력에 대해서는 상기와 같은 압력 센서가 적합하지 않은데, 그 이유는 변형 가능한 박막 영역의 기계적인 하중이 파괴 한계 근처에 있기 때문이다. 그밖에, 예를 들어 리소그래피 에러와 같은 프로세스 변동은 변형 가능한 영역이 작음으로 인해, 박막의 강도에 저지할 수 없이 큰 영향을 미친다.
『G. Ehrler, "Piezoresistive Silizium-Elementardrucksensoren", Sensormagazin 1/92, 10 』에는, 피에조 저항 효과를 이용하여 압력을 측정하는 압력 센서가 기술되어 있다. 실리콘 기판의 표면에서는,휘트스톤-브리지(Wheatstone-Bridge)에 접속되는 4개의 확산 구역이 형성된다. 상기 확산 구역 위에는 패시베이션층이 배치된다. 기판의 후면에서는 개구가 형성되며, 상기 개구는 확산 구역까지 뻗는다. 상기 홈은, 절대 압력 센서를 위해 진공 상태에 있고 하부로부터 폐쇄되는 압력 챔버를 형성한다. 확산 구역이 그 내부에 배치되어 있으며 압력 챔버 위에 배치된 기판 층은 압력 센서의 박막으로서 사용된다. 패시베이션층에 작용하는 압력이 박막을 휘게 함으로써, 박막내에는 응력이 형성된다. 상기 응력은 피에조 효과로 인해 상기 기판 층의 도전성을 변동시키고, 그와 더불어 압력의 크기인 확산 구역의 저항값을 변동시킨다. 상기와 같은 센서는 고압력 센서로서 적합하다. 그러나 특히 실리콘 기판의 전면 및 후면 처리로 인해, 상기와 같은 센서를 형성하기 위한 제조 비용은 매우 높다.
『H. Dudaicevc et al., "A fully integrated surface micromachined pressure sensor with low temperature dependence", Transducers '95 Eurosensors IX (1995) 616』에는, 실리콘 기판의 표면에서 도핑 구역으로 구현된 하나의 셀이 하나의 커패시터의 제 1 전극을 포함하는 압력 센서가 기술되어 있다. 표면에는 질화실리콘으로 이루어진 절연층이 디포짓된다. 상기 절연층 위에는 산화물로 이루어진 희생층이 디포짓되며, 상기 희생층은 이 층이 대략 100㎛의 직경으로 형성될 공동부를 채울 수 있도록 구조화된다. 그 다음에 얇은 산화물층이 디포짓되며, 상기 산화물층은 희생층의 측면에 산화물로 이루어진 돌출부가 연결될 수 있도록 구조화된다. 이어서 폴리실리콘으로 이루어진 층이 디포짓되며, 상기 층은 이 층이 희생층 및 상기 돌출부의 일부분을 커버링하도록 구조화된다. 산화물을 폴리실리콘 및 질화실리콘에 대해 선택적으로 에칭함으로써 얇은 산화물층 및 희생층이 제거되며, 이 때에는 상기 돌출부가 에칭 채널로서 사용된다. 폴리실리콘으로 이루어진 층 아래에는 공동부가 형성된다. 폴리실리콘으로 이루어진 상기 층은 질화실리콘으로 이루어진 층상에 올려진다. 공동부를 밀봉시키기 위해, 에칭 채널의 측면을 폐쇄하는 산화물이 디포짓된다. 상기 에칭 채널이 완전히 커버링되도록 하기 위해서는, 얇은 산화물층이 지나치게 두껍지 않은 것이 중요하다. 그러나 이것은 결과적으로 에칭 프로세스를 느리면서도 불완전하게끔 만든다. 또한 사용된 에칭 재료의 세척은 다만 어렵게만 이루어질 수 있다. 다수의 동일한 셀은 하나의 x-y-래스터내에 배치되어 서로 평행하게 접속된다.
본 발명은 마이크로 기계 부품 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1은 구조화된 하부 도전층이 도시된 기판의 평면도이며,
도 2는 공동부 및 폐쇄부가 도시된 기판의 평면도이고,
도 3은 압력 센서가 형성된 후의 기판의 횡단면도이며,
도 4는 압력 센서가 형성된 후에 기판을 도 3의 횡단면에 대해 수직으로 절단한 횡단면도이다.
본 발명의 목적은, 고압력 센서로서 형성될 수 있고, 선행 기술에 비해 더 적은 제조 비용으로 제조될 수 있거나 또는 더 높은 제조 안전성으로 제조될 수 있는 마이크로 기계 부품을 제공하는 것이다. 본 발명의 목적은 또한 상기 방식의 마이크로 기계 부품을 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 셀의 하나의 커패시터의 전극으로서 사용되고 실제로 동일한 형태의 두께로 상기 셀의 공동부 위에 배치된 박막을 갖는 하나 이상의 셀을 포함하는 마이크로 기계 부품에 의해서 달성된다. 공동부 아래에는 상기 커패시터의 대응 전극이 배치되어 있다. 하나 이상의 에칭 채널은 상기 공동부의 측면에 연결된다. 상기 에칭 채널은 공동부의 수직 치수와 동일한 수직 치수를 갖는다. 폐쇄부는 위로부터 에칭 채널에 인접한다.
상기 목적은 또한, 상기 부품의 하나의 셀의 하나의 커패시터의 대응 전극 위에 희생층을 형성하며, 이 희생층이 상기 셀의 형성될 공동부의 한 영역 및 상기 공동부의 측면에 연결되는 에칭 채널의 한 영역을 완전히 채울 정도로 상기 희생층을 구조화하는, 마이크로 기계 부품의 형성 방법에 의해서 달성된다. 상기 희생층 위에는 전도성 재료가 동일한 형태로 디포짓된다. 상기 에칭 채널 위에는 희생층 위까지 뻗는 개구가 형성된다. 상기 희생층이 한 단계의 에칭 단계로 제거됨으로써, 공동부가 형성되고 상기 전도성 재료의 공동부 위에 배치된 일부분은 휘어질 수 있게 되며, 상기 부분은 셀의 박막으로서 및 커패시터 전극으로서 사용될 수 있다. 에칭 채널은 개구 영역에서 위로부터 폐쇄부에 의해서 폐쇄된다.
상기 방법은 CMOS-프로세스 기술과 양립할 수 있다.
마이크로 기계 부품은 용량성 측정 원리를 기초로 한다. 공동부의 적어도 일부분은 하나의 커패시터의 공기 갭으로 형성된 커패시터 유전체의 부분이며, 상기 커패시터의 용량이 박막상에 가해지는 압력에 대한 크기이다. 따라서 상기 마이크로 기계 부품은 예를 들어 압력 센서 또는 마이크로폰으로 사용될 수 있다.
희생층이 제공되고, 상기 희생층의 제거에 의해서 공동부가 형성되기 때문에, 마이크로 기계 부품은 기판 표면에 배치될 수 있다. 그렇기 때문에 기판 후면의 제조가 필요없게 되고, 따라서 제조 비용은 G. Ehrler(상기 참조)에 따른 압력 센서에 비해 더 적어진다. 위에서 인용된 T. Scheiter et al.의 문서에 따른 압력 센서와 달리 상기 박막은 압력에 의해서 쉽게 파괴될 수 있는 특히 얇은 장소를 가지고 있지 않다. 상기 박막은 또한, 그 에지에서 압력이 국부적인 부하 최고점을형성하여 박막의 파괴를 야기할 수도 있는 팽창 부분을 가지고 있지 않다. 박막의 두께가 실제로 균일하기 때문에 압력도 균일하게 박막상에 분배되고, 따라서 박막은 T. Scheiter et al.에 따른 박막보다 더 안정적이다. 희생층을 에칭하기 위해 사용되는 에칭 재료를 제거할 때에는 큰 모세관 인력이 박막상에 작용한다. 박막이 T. Scheiter et al.의 상기 인용된 문서에 따른 압력 센서에서와 같이 특히 얇은 박막 부분, 즉 약한 박막 부분을 가진다면, 이 박막 부분이 공동부의 바닥에 접착될 수 있다. 따라서 균일한 두께의 박막을 제공하는 장점은, 제조 과정 동안에도 박막이 기계적으로 매우 안정적이라는 것이다.
폐쇄부가 위로부터 에칭 채널에 인접하기 때문에, H. Dudaicevs et al.(상기 참조)에 따른 압력 센서와 달리 에칭 채널의 수직 치수가 크다는 점이 공동부의 밀봉에 장애물이 되지 않는다. 에칭 프로세스는 신속하게 진행되고, 에칭 재료의 세척은 더 용이해진다. H. Dudaicevs et al.(상기 참조)에 따른 압력 센서와 달리 상기 마이크로 기계 부품은 더 높은 프로세스 안전성으로 형성될 수 있다.
희생층의 측면에 연결되는 에칭 채널이 제공되기 때문에, 박막 내부에 개구를 형성할 필요없이 희생층이 제거될 수 있다. 따라서 박막은 균일하면서도 실제로 동일한 두께로 형성될 수 있다. 폐쇄부는 박막 외부에 배치된다.
박막은 위로부터 및 공동부의 측면에 인접하는 상부 도전층의 부분일 수 있다. 이를 위해 희생층은 전표면적으로 디포짓된 다음에 마스킹 에칭에 의해서 구조화된다. 이어서 상부 도전층이 디포짓됨으로써, 상기 층은 희생층을 커버링하여 측면에서 감싸게 된다. 에칭 채널이 공동부에 인접하게 되는 영역 위까지 공동부는 상부 도전층에 의해서 감싸진다.
대안적으로 공동부의 측면은 다른 재료에 의해서 감싸질 수도 있다. 희생층은 예를 들어 다른 재료의 홈내에서 형성될 수 있다. 대안적으로는 희생층이 마스킹 에칭에 의해서 구조화된 다음에 다른 재료가 디포짓 및 평탄화된다. 상부 도전층이 그 위에 제공된다.
대응 전극은 기판내에서 도핑 영역으로 구현될 수 있다.
p-n-천이부 및 그와 연결된 배리어층의 커패시턴스 그리고 응력 제한을 피하기 위해서는, 상기 대응 전극이 제 1 절연층 위에 배치되어 구조화된 하부 도전층의 제 1 부분이 되고, 상기 제 1 절연층이 재차 기판 표면에 배치되는 것이 바람직하다. 제 1 절연층은, 대응 전극 및 기판에 의해서 형성되는 커패시턴스가 작게 유지될 수 있는 정도의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
상부 도전층은 바람직하게, 구조화된 하부 도전층의 제 2 부분상에 올려진다. 구조화된 하부 도전층의 제 2 부분은 희생층을 구조화할 때 에칭 차단부로서 사용된다. 상기 구조화된 하부 도전층의 제 2 부분은, 전극으로서 사용되는 박막이 대응 전극과 전기적으로 접속되지 않도록 하기 위해 대응 전극으로부터 분리되어 있다. 대응 전극은 에칭 채널 아래에서 확장될 수 있지만, 그렇지 않은 경우에는 공동부보다 더 작은 면을 차지하게 된다. 즉, 셀의 영역에서는 대응 전극의 수평 횡단면이 공동부의 수평 횡단면보다 더 작다. 셀의 커패시터 용량이 가급적 크도록 하기 위해서 대응 전극은 가급적 많은 면을 차지하게 된다. 즉, 대응 전극이 차지하는 면은 공동부의 면과 동일한 형태를 가지며, 거의 공동부의 에지까지 이른다.
상기 제 1 절연층 및 희생층이 예컨대 SiO2와 같은 동일한 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
희생층 및 제 1 절연층이 동일한 재료로 이루어지면, 구조화된 하부 도전층의 제 2 부분과 대응 전극 사이의 영역에서 희생층이 제 1 절연 구조물에 직접 인접하지 않는 것이 바람직한데, 그 이유는 그렇지 않으면 제 1 절연 구조물도 마찬가지로 침식되기 때문이다. 희생층에 대해 및 제 1 절연층에 대해 선택적으로 에칭 가능하고 그 위에서 희생층이 형성되는 제 2 절연층을 구조화된 제 1 도전층 위에 형성하는 것이 바람직하다. 상기 제 2 절연층은 희생층과 유사하게 구조화된다. 구조화된 하부 도전층의 제 2 부분과 대응 전극 사이의 영역에서는 상기 제 2 절연층이 제 1 절연층에 직접 인접하게 되어, 희생층을 제거할 때에 상기 제 1 절연층을 보호한다.
박막의 전기적인 접속은 구조화된 하부 도전층의 제 2 부분을 통해 셀의 외부에서 이루어질 수 있다.
박막이 실제로 원형의 횡단면을 갖는 것이 바람직하다. 각이 형성된 횡단면에 비해 원형의 박막상에는 압력이 더 균일하게 분배되기 때문에, 결과적으로 박막은 더 안정적이다.
외부 압력이 큰 면에 가해질 수 있도록 하기 위해서는, 마이크로 기계 부품이 소수의 동일한 셀을 포함하는 것이 바람직하다. 셀의 공동부가 바람직하게 에칭 채널을 통해 서로 연결됨으로써, 공동부내에서의 공기 압력은 실제로 일치하게 된다. 이것은 또한 박막 손상의 진단을 용이하게 한다.
폐쇄부가 더 조밀하게 나란히 배치되면 될수록, 희생층의 제거는 더 용이하게 이루어질 수 있다. 따라서, 박막의 직경은 예를 들어 10㎛ 내지 30㎛에 달할 정도로 작은 것이 바람직하다. 이것은 또한 결과적으로 박막의 매우 높은 안정성을 보장해 준다. 박막의 직경이 작은 경우에 휘어짐이 더 어렵기 때문에, 마이크로 기계 부품은 고압력 센서로서 적합하다.
셀을 가급적 조밀하게 서로 나란히 배치하는 것이 바람직한데, 그 이유는 마이크로 기계 부품의 면이 동일할 때 상기 마이크로 기계 부품의 감도가 상승되기 때문이다. 박막이 원형의 횡단면을 가지면, 셀은 바람직하게 6각형의 래스터내에 배치된다. 각각 3개의 셀이 서로 인접하게 되며, 이 때 상기 셀들의 중심은 3면이 동일한 3각형의 모서리에 놓이게 된다. 결과적으로 하나의 셀은 상기 셀 둘레에 링 형태로 배치된 6개의 셀에 인접하게 된다. 상기 셀은 3개의 에칭 채널을 포함하며, 이 채널들은 서로 동일한 간격을 갖는다. 상이한 셀들의 각각 3개의 에칭 채널들이 하나의 영역에서 서로 맞붙게 되는데, 상기 영역 위에는 폐쇄부가 배치되고 이 영역은 상기 셀들 사이에 있다.
셀들을 서로 인접시키는 대신에 서로 이격시킬 수도 있다.
셀은 또한 다른 3개의 에칭 채널도 포함할 수 있다.
셀의 대응 전극은 에칭 채널내에서 뻗는 전도성 브리지를 통해 서로 연결되고, 상기 브리지와 함께 구조화된 제 1 도전층의 제 1 부분을 형성한다. 이 경우구조화된 하부 층의 제 1 부분은 셀의 공통의 대응 전극으로서 사용된다.
압력 센서의 압력 범위는 박막 두께의 선택 및 박막의 수평 횡단면 크기의 선택을 통해서 결정될 수 있다. 40 bar 내지 200 bar의 압력 범위에 대해서 박막의 반경은 13㎛ 내지 7㎛에 달하는 것이 바람직하다.
희생층이 얇으면 얇을수록, 압력 변동시 커패시턴스의 변동은 더 커진다. 바람직한 희생층의 두께는 200nm 내지 500nm이다.
폐쇄부는 예를 들어 BPSG(붕인규산-유리; Borophosphorsilicate-glass)의 디포지션 및 슬립핑(slipping)에 의해서 형성된다.
폐쇄부 또는 상부 도전층을 형성하기 위해서, 상이한 재료로 이루어진 다수의 층이 디포짓될 수도 있다.
하부 도전층은 마이크로 기계 부품의 주변에 있는 커패시터의 상부 전극과 동시에 또는 기판의 다른 부분에 있는 커패시터의 상부 커패시터 전극과 동시에 형성될 수 있다.
제 1 절연층 및 희생층은 예를 들어 SiO2를 함유한다. 그러나 다른 절연 재료의 사용도 마찬가지로 본 발명의 범주에 속한다. 제 2 절연층은 예를 들어 질화실리콘을 함유한다. 그러나 다른 절연 재료의 사용도 마찬가지로 본 발명의 범주에 속한다. 상부 도전층 및 하부 도전층은 예를 들어 도핑된 폴리실리콘 또는 예컨대 금속과 같은 다른 전도성 재료를 함유한다. SiO2는 열적으로 에피택셜 성장되거나 디포짓될 수 있다. 주변 환경의 영향으로부터 박막을 보호해주는, 질화실리콘 또는 질화티탄으로 이루어진 코팅층을 박막 위에 제공하면 바람직하다.
도면에 도시된 본 발명의 실시예는 하기에서 자세히 설명된다.
실리콘으로 이루어진 기판(1)의 표면에서는 SiO2의 디포지션에 의해 두께가 대략 60nm인 제 1 절연층(I1)이 형성된다(도 3 참조).
그 다음에 도전층(L)을 형성하기 위해서 폴리실리콘이 대략 200nm의 두께로 디포짓 및 주입된다.
상기 도전층(L)은 플라즈마 에칭에 의해서 구조화된다. 이 때, 커패시터의 원형 대응 전극(2) 및 브리지(3)를 감싸는 도전층(L)의 제 1 부분이 형성된다. 대응 전극(2)은 대략 10㎛의 직경을 가지며, 직접 인접한 대응 전극(2)을 각각 6개씩 가진다. 각각의 대응 전극(2)에는 3개의 브리지(3)가 접하며, 이 3개의 브리지는 서로 동일한 간격을 갖는다(도 1 참조). 상기 3개의 브리지 각각은 서로 맞붙는다.
도전층(L)의 제 1 부분의 외부에는 도전층(L)의 제 2 부분(4)이 배치되며, 상기 제 2 부분은 도전층(L)의 제 1 부분으로부터 분리된다(도 1 참조).
제 2 절연층(I2)을 형성하기 위해 질화실리콘이 대략 30nm의 두께로 디포짓된다. 제 2 절연층(I2) 위에는 희생층을 형성하기 위해 SiO2가 대략 300nm의 두께로 디포짓된다(도 3 참조).
상기 희생층 및 제 2 절연층(I2)은 건식 에칭에 의해서 구조화된다. 상기 구조화는 도전층(L)을 구조화하기 위한 방법과 유사하게 이루어지지만, 도전층(L)의 제 1 부분과 형태는 동일하나 크기가 더 커서 도전층(L)의 제 1 부분을 커버링하는 희생층의 일부분이 형성되도록 치수가 선택된다는 점에서 차이를 나타낸다. 그에 따르면 희생층의 상기 부분도 마찬가지로 원형의 영역 및 브리지를 포함한다. 상기 희생층 부분의 원형 영역의 반경은 대략 8㎛에 달한다(도 2 참조). 희생층 및 제 2 절연층(I2)의 구조화에 의해서 하부 도전층(L)의 제 2 부분(4)이 노출된다.
그 다음에, 도펀트의 농도가 약 1018㎝-3에 달할 때까지 폴리실리콘으로 이루어진 상부 도전층(F)이 대략 1㎛의 두께로 디포짓 및 주입된다.
희생층의 부분의 브리지가 서로 맞붙는 영역에서는, 희생층이 노출될 때까지 마스킹 에칭에 의해서 상기 층(F)내에 개구가 형성된다.
예를 들어 에칭 재료로서 사용되는 완충된 불화수소산의 도움으로 상기 희생층의 부분이 제거된다. 이 때 희생층 부분의 브리지는 에칭 채널(A)로서 사용된다. 상기 희생층 부분의 원형 영역내에서는 공동부(H)가 형성된다(도 2, 3 및 4 참조). 제 2 절연층(I2)은, 희생층이 하부 도전층(L)에 인접하지 않는 장소에서 상기 희생층을 제거할 때 제 1 절연층(I1)을 보호한다(도 3 참조). 상부 도전층(F)은 하부 도전층(L)의 제 2 부분(4)상에 올려진다.
BPSG를 대략 800nm의 두께로 디포짓 및 슬립핑 처리함으로써 공동부(H) 및 에칭 채널(A)이 밀봉된다. 상기 개구내에서는, 위로부터 에칭 채널(A)에 인접하는 폐쇄부(V)가 형성된다(도 2 및 도 4 참조). 그 다음에 대략 40nm 두께의 코팅-층(도시되지 않음)이 디포짓된다.
공동부(H) 위에 배치된 상부 도전층(F)의 부분은 압력 센서의 원형 박막으로서 사용된다. 상기 박막은 커패시터 전극으로서 사용된다.
마찬가지로 본 발명의 범주내에 속하는 여러가지로 변형된 실시예도 또한 생각할 수 있다. 따라서 영역, 층, 브리지 및 폐쇄부의 치수는 개별적인 요구 사항에 매칭될 수 있다.
폴리실리콘은 주입에 의한 방법 대신 인시투(in-situ) 방법 또는 도펀트 소스로부터의 확산에 의해서도 도핑될 수 있다.
코팅-층 대신에 예컨대 두께가 1㎛인 패시베이션층이 디포짓될 수 있다.

Claims (9)

1개 이상의 셀을 포함하는 마이크로 기계 부품으로서,
- 상기 셀이 박막을 포함하며, 상기 박막이 상기 셀의 하나의 커패시터의 전극으로서 사용되고, 상기 셀의 공동부(H) 위에 실제로 동일한 형태의 두께로 균일하게 배치되며,
- 상기 공동부(H) 아래에 커패시터의 대응 전극(2)이 배치되고,
- 1개 이상의 에칭 채널(A)이 공통부(H)의 측면에 연결되며,
- 상기 에칭 채널(A)이 공동부(H)의 수직 치수와 동일한 수직 치수를 가지고,
- 폐쇄부(V)가 위로부터 에칭 채널(A)에 인접하면서 박막 외부에 배치되는 마이크로 기계 부품.
제 1항에 있어서,
- 상기 박막이 상부 도전층(F)의 부분이고,
- 상기 상부 도전층(F)이 위로부터 및 공동부(H)의 측면에 인접하는 마이크로 기계 부품.
제 2항에 있어서,
- 제 1 절연층(I1)이 기판(1)의 표면에 배치되며,
- 구조화된 하부 도전층(L)이 상기 제 1 절연층(I1)에 배치되고,
- 상기 구조화된 하부 도전층(L)의 제 1 부분이 대응 전극(2)이며,
- 상부 도전층(F)이 구조화된 하부 도전층(L)의 제 2 부분(4)상에 올려지고, 상기 제 2 부분이 구조화된 하부 도전층(L)의 제 1 부분으로부터 절연되는 마이크로 기계 부품.
제 3항에 있어서,
- 제 2 절연층(I2)이 구조화된 하부 도전층(L)상에 배치되며,
- 상기 공동부(H)가 하부로부터 제 2 절연층(I2)에 의해서 제한되는 마이크로 기계 부품.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 박막이 실제로 원형의 횡단면을 가지며,
- 상기 셀이 3개 이상의 에칭 채널(A)을 가지고, 상기 채널이 서로 동일한 간격을 가지며,
- 다수의 동일한 셀을 포함하며,
- 각각 3개의 셀이 서로 인접하고, 상기 셀의 중심이 면이 동일한 3각형의 에지에 배치되며,
- 상이한 셀의 각각 3개의 에칭 채널(A)이 하나의 영역에서 서로 맞붙으며, 폐쇄부(V)가 상기 영역 위에 배치되어 상기 셀 사이에 놓이는 마이크로 기계 부품.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
셀의 대응 전극(2)이 에칭 채널(A)내에서 진행하는 도전성 브리지(3)를 통해 서로 연결되고, 브리지(3)와 함께 구조화된 하부 도전층(L)의 제 1 부분을 형성하는 마이크로 기계 부품.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 박막의 직경이 30㎛ 미만이며, 상기 기계 부품이 40 bar 이상의 압력을 측정하기 위한 고압력 센서로서 사용되는 마이크로 기계 부품.
마이크로 기계 부품의 제조 방법으로서,
- 하나의 셀의 하나의 커패시터의 대응 전극(2) 위에 희생층을 형성하고, 상기 희생층이 상기 셀의 형성될 공동부(H) 영역 및 그 측면에 연결되는 에칭 채널(A)의 영역을 채우도록 상기 희생층을 구조화하며,
- 상기 희생층 위에 상부 도전층(F)을 동일한 모양으로 디포짓하며,
- 상기 에칭 채널(A) 위에서 상부 도전층(F) 내부로 개구를 형성하여 상기 개구가 희생층 위까지 도달하게 되며,
- 상기 희생층을 에칭에 의해 제거함으로써 공동부(H)를 형성하며, 상기 공동부(H) 위에 배치된 상부 도전층(F)의 일부분은 휘어질 수 있고, 셀의 박막으로서 및 커패시터 전극으로서 사용될 수 있으며,
- 상기 에칭 채널(A)을 상부 개구 영역에서 폐쇄부(V)를 이용하여 폐쇄하는 방법.
제 8항에 있어서,
- 기판(1)상에 제 1 절연층(I1)을 형성하며,
- 상기 제 1 절연층(I1) 위에서 하부 도전층(L)을 디포짓 및 구조화함으로써, 대응 전극(2)을 형성하는 하부 도전층(L)의 제 1 부분 및 상기 부분으로부터 분리된 상기 하부 도전층(L)의 제 2 부분(4)을 형성하며,
- 상기 하부 도전층(L) 위에서 제 2 절연층(I2)을 형성하며,
- 상기 제 2 절연층(I2) 위에서 희생층을 형성하고, 상기 희생층을 제 2 절연층(I2)에 대해 선택적으로 에칭할 수 있으며,
- 제 2 절연층(I2) 및 희생층은 서로 유사하며, 상기 제 2 절연층(I2)이 하부 도전층(L)의 제 1 부분을 완전히 커버링하고 하부 도전층(L)의 제 2 부분(4)이 에칭 차단부로서 사용되며,
- 상기 희생층 위에 상부 도전층(F)을 형성함으로써, 상기 상부 도전층을 희생층의 측면에 부분적으로 인접시키는 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101302066B1 (ko) * 2005-09-06 2013-09-05 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 미소 전기 기계식 장치 및 그 제조 방법

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6448604B1 (en) * 2000-09-12 2002-09-10 Robert Bosch Gmbh Integrated adjustable capacitor
US6741709B2 (en) 2000-12-20 2004-05-25 Shure Incorporated Condenser microphone assembly
US6790699B2 (en) 2002-07-10 2004-09-14 Robert Bosch Gmbh Method for manufacturing a semiconductor device
US6968744B1 (en) * 2004-10-18 2005-11-29 Silverbrook Research Pty Ltd Capacitative pressure sensor with close electrodes
EP1860417B1 (en) * 2006-05-23 2011-05-25 Sensirion Holding AG A pressure sensor having a chamber and a method for fabricating the same
US7437936B1 (en) * 2007-06-27 2008-10-21 Ashcroft, Inc. Window for measuring device
EP2871455B1 (en) 2013-11-06 2020-03-04 Invensense, Inc. Pressure sensor
EP2871456B1 (en) 2013-11-06 2018-10-10 Invensense, Inc. Pressure sensor and method for manufacturing a pressure sensor
EP3076146B1 (en) 2015-04-02 2020-05-06 Invensense, Inc. Pressure sensor
US11225409B2 (en) 2018-09-17 2022-01-18 Invensense, Inc. Sensor with integrated heater
DE102018222738A1 (de) 2018-12-21 2020-06-25 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Drucksensorvorrichtung und ein entsprechendes Herstellungsverfahren
US11326972B2 (en) 2019-05-17 2022-05-10 Invensense, Inc. Pressure sensor with improve hermeticity
JP2022049511A (ja) * 2020-09-16 2022-03-29 株式会社ジャパンディスプレイ 圧力センサ

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5177661A (en) * 1989-01-13 1993-01-05 Kopin Corporation SOI diaphgram sensor
DE4004179A1 (de) * 1990-02-12 1991-08-14 Fraunhofer Ges Forschung Integrierbarer, kapazitiver drucksensor und verfahren zum herstellen desselben
US5189777A (en) * 1990-12-07 1993-03-02 Wisconsin Alumni Research Foundation Method of producing micromachined differential pressure transducers
US5583296A (en) * 1993-01-19 1996-12-10 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E. V. Layered diaphragm pressure sensor with connecting channel
US5698112A (en) * 1994-11-24 1997-12-16 Siemens Aktiengesellschaft Corrosion protection for micromechanical metal layers
EP0805985B1 (de) * 1995-01-24 2001-07-18 Infineon Technologies AG Mikromechanisches bauelement
DE19509868A1 (de) * 1995-03-17 1996-09-19 Siemens Ag Mikromechanisches Halbleiterbauelement
CA2176052A1 (en) * 1995-06-07 1996-12-08 James D. Seefeldt Transducer having a resonating silicon beam and method for forming same
DE19639946B4 (de) * 1996-09-27 2006-09-21 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauelement
DE19643893A1 (de) * 1996-10-30 1998-05-07 Siemens Ag Ultraschallwandler in Oberflächen-Mikromechanik
DE19648424C1 (de) * 1996-11-22 1998-06-25 Siemens Ag Mikromechanischer Sensor
JP2001504995A (ja) * 1996-11-28 2001-04-10 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト マイクロメカニカルセンサの製造方法
FR2762389B1 (fr) * 1997-04-17 1999-05-21 Commissariat Energie Atomique Microsysteme a membrane souple pour capteur de pression et procede de realisation
US6167761B1 (en) * 1998-03-31 2001-01-02 Hitachi, Ltd. And Hitachi Car Engineering Co., Ltd. Capacitance type pressure sensor with capacitive elements actuated by a diaphragm
DE19839122A1 (de) * 1998-08-27 2000-03-09 Siemens Ag Vor Umwelteinflüssen geschützter mikromechanischer Sensor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101302066B1 (ko) * 2005-09-06 2013-09-05 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 미소 전기 기계식 장치 및 그 제조 방법
US8552473B2 (en) 2005-09-06 2013-10-08 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Micro-electro-mechanical device and manufacturing method for the same

Also Published As

Publication number Publication date
US20010021538A1 (en) 2001-09-13
JP2002523252A (ja) 2002-07-30
WO2000012427A1 (de) 2000-03-09
EP1113981A1 (de) 2001-07-11
US6556418B2 (en) 2003-04-29
DE19839606C1 (de) 2000-04-27

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