KR20130092995A

KR20130092995A - 막을 갖는 멤스 장치 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20130092995A
Application number: KR1020127030472A
Authority: KR
Inventors: 데니스 모르텐센; 모르텐 긴네루프
Original assignee: 에프코스 아게
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2013-08-21
Also published as: WO2011131249A1; KR101703379B1; CN102834347B; CN102834347A

Abstract

본 발명은 마이크로 머시닝 벌크 바디(BB) 및 그에 고정되는 막(MM)을 포함하는 MEMS 장치에 관한 것이다. 바람직하게, 상기 막은 편평한 금속 시트로부터 레이저에 의해 절단되고 벌크 바디에 결합된다.

Description

막을 갖는 멤스 장치 및 그 제조 방법{MEMS DEVICE HAVING A MEMBRANE AND METHOD OF MANUFACTURING}

막을 갖는 MEMS 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

막(membrane)을 포함하는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 장치는 여러 가지 다른 응용에 사용된다. 예를 들어, 마이크로폰, 센서, 커패시터, 스위치 및 다른 종류의 장치에서 유연한 막이 수동적 방식이나 능동적 방식으로 사용된다.

보통 MEMS 장치는 평면 처리 및 벌크 마이크로머시닝(bulk micromachining) 기술을 사용하여 실리콘 또는 세라믹 기판 상에 제조된다. 이러한 기술은 물리적 및 화학적 에칭 단계, 박막층의 증착 단계, 도체 라인을 형성하는 단계, 쓰루 컨덕트(through-conducts)를 형성하는 단계를 포함하고, 광택이나 연마와 같은 기계적인 방법도 또한 포함한다. 또한, 마이크로 구조 형성은 두 장의 웨이퍼가 각각의 방법에 의해 결합하는 결합 단계를 포함할 수 있다.

막을 갖는 MEMS 장치는 자유 공간이 막의 양측에 형성되는 구조 방법이 필요하다. 기판측의 자유 공간은 예를 들어 막의 아래에 증착된 희생층을 에칭하여 형성될 수 있다. 이러한 기술은 수평면과 수직면의 가로 세로 비(aspect ratio)가 너무 커질 때 대부분의 막 구조에 문제를 일으킨다. 그리고 나서, 희생층의 제거는 점점 더 어려워진다. 더욱, 희생층과 영구층 사이의 높은 선택성은 얻기 어려울 수 있고, 잠재적으로 설계에 추가적인 제약을 부과할 것이다. 결국, 이전 층들이 돌출부이나 함몰부 같은 부분을 갖는 형태일 경우 막을 도포하기 위한 평면 영역을 생산하기 어려울 것이다.

본 발명의 목적은 상기 언급된 문제들을 건너뛸 수 있는 막을 갖는 MEMS 장치를 제공하는 것이다.

이 문제는 제1항에 따른 MEMS 장치에 의해 해결된다. 마이크로 미케니컬(micro-mechanical) 장치를 제조하는 방법뿐만 아니라 본 발명의 다른 실시예들이 다른 청구항들에 의해 주어진다.

도 1은 벌크 바디의 상부에 장착된 막의 횡단면도를 도시한다.
도 2는 막의 평면도를 도시한다.
도 3은 막을 갖는 장치의 횡단면을 도시한다.
도 4는 처리 프레임을 도시한다.
도 5는 막을 갖는 다른 장치의 개략적인 횡단면을 도시한다.
도 6은 평면도에서 다른 형상을 갖는 서스펜션 아암을 갖는 막을 도시한다.

마이크로 머시닝 벌크 바디(micro-machined bulk body) 및 이에 고정된 막을 포함하는 MEMS 장치가 제공된다. 막은 증착 또는 스퍼터링되는 것이 아니라, 편평한 금속 포일(foil)로부터 잘라 구성된다. 막으로 사용할 수 있는 금속 포일은 논의되는 MEMS 장치의 표면을 직접적으로 자르기보다는 다른 곳을 잘라 구조화될 것이다. 이것은 막을 구성하는 처리가 벌크 바디를 구성하는 처리로부터 완전히 독립되어 있음을 의미한다. 이런 이유로, 마이크로 구조의 벌크 바디를 처리하는 동안 발생하는 문제는 막을 형성하는 처리에 어떠한 영향도 주지 않는다. 또한, 막은 어떠한 문제도 없고 막이 다음 단계에서 장착될 마이크로 머시닝 벌크 바디의 표면의 지형을 고려할 필요 없이 임의의 2차원 형상 내의 한 단계에서 형성될 것이다.

막의 재료는 모든 적절한 금속 포일 중에서 선택할 수 있다. 따라서, 금속의 선택은 공지된 방법에서와 같이 에칭 선택성을 형성하는 요구에 의해 제한되지 않는다. 금속 포일의 두께에 제한이 없으므로 막의 두께에도 제한이 없다. 어떠한 문제도 없이, 금속 포일은 이러한 막을 사용하는 대부분의 장치의 요구를 충족시키는 1μm 내지 50μm 사이의 두께를 갖는 것이 사용될 수 있다. 어떤 경우에, 더 작은 두께 또는 주어진 범위를 넘는 두께를 갖는 금속 포일이 또한 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 막은 평면 부재를 포함한다. MEMS 장치의 대부분의 응용에서, 평면 부재는 장치의 평면 전극으로 제공한다. 따라서, 평면 부재의 영역은 MEMS 장치의 특성 및 전기적 파라미터를 정의하는데 중요하다.

MEMS 장치의 제2 전극은 일반적으로 고정 전극이고 벌크 바디에 집적되거나 고정된다.

다른 실시예에서, 평면 부재로부터 측면으로 연장된 서스펜션 아암(suspension arm)이 제공된다. 최외측단에서, 서스펜션 아암은 벌크 바디 상에서 서스펜션 아암을 각 접촉 패드에 고정하는데 사용되는 서스펜션 아암 패드로 넓어진다.

서스펜션 아암은 임의의 수로 존재한다. 3개의 서스펜션 아암은 비교적 안정적은 위치에서 벌크 바디의 표면에 평행하도록 막을 고정시키는데 충분하다. 마이크로 미케니컬 장치의 작동 모드에 따라, 서스펜션 아암의 수는 3개를 넘어 4개 이상이 될 것이다.

보통 서스펜션 아암은 충분한 유연성을 제공하기에 충분한 작은 폭을 가진다. 폭은 시작 위치에서 막을 고정하기에 충분한 기계적인 강도를 제공하기에 충분한 서스펜션 아암의 단면적을 제공하기 위해 선택된다.

다른 실시예에서, 서스펜션 아암은 평면 부재의 면의 위/아래로 연장될 수 있게 구부러진다. 또한, 서스펜션 아암은 평면 부재의 면에서 구부러지거나 기울어질 것이다. 이에 따라, 면 내에서 막의 병진 움직임을 보상하거나 수평 방향에서 작용하는 압력을 보상하는데 사용될 수 있는 추가적인 길이를 제공한다. 서스펜션 아암은 곡선부 뿐만 아니라 직선부를 포함한다.

절단 처리는 큰 면적의 금속 포일로부터 하나의 막을 구조화하고 분리하는데 사용된다. 평면 부재, 서스펜션 아암 및 서스펜션 아암 패드를 포함하는 막의 완성 구조는 금속 포일로부터 하나의 조각으로 절단된다.

실시예에서, 막은 벌크 바디의 상부에 형성된 앵커(anchor) 수단들 사이에 위치한다. 평면 부재 자체 또는 서스펜션 아암이 대신 벌크 바디 상의 앵커 수단에 고정될 것이다. 이 실시예에서, 막은 평면 부재의 면 위에 연장됨이 없이 편평할 수 있다.

앵커 수단에서 막의 서스펜션은 기계적인 고정과 전기적 접촉 또한 포함한다. 앵커 수단은 구조화된 말미층(Back-end layer)으로부터 형성될 수 있고 이 경우 벌크 바디의 일부분이다.

모든 실시예에서, 막을 고려하지 않으면, MEMS 장치는 공지의 MEMS 또는 CMOS 장치와 같이 형성될 것이다. 벌크 바디는 반도체 바디 내에 집적된 집적 회로를 갖거나 갖지 않는 반도체를 포함할 것이다. 실시예에서, 벌크 바디는 세라믹 바디일 것이다.

말미층은 반도체 또는 세라믹 바디의 상부에 증착되어, 막의 반대편에 배열된 도전층이 되거나 막에 의해 형성된 제1 전극과 함께 작동하는 후방 전극으로 기능한다.

집적 회로는 후방 전극과 전기적으로 접촉하고 말미층을 통한 각각의 쓰루-컨택(through-contacts)에 의해 막과 전기적으로 접촉한다. 또한 쓰루-컨택 외에 전기적 접속 라인은 각 전기적 접속의 일부분일 것이다.

벌크 바디는 반도체나 세라믹 바디 및 그 위에 증착된 말미층을 포함한다. 말미층은 동일하거나 다른 재료의 층의 스택(stack)을 포함한다. 이 재료들은 기계적으로 안정층, 전기적으로 도전층 및 전기적으로 고립층(isolating layers)으로부터 선택될 것이다. 말미층을 위한 바람직한 층은 CMOS 장치로 알려져 있는 것으로, 예를 들어, 전기적으로 고립시키고 주어진 3차원 형상을 형성하기 위한 규소 산화물 또는 질화 규소, 및 마이크로 구조화 처리를 위해 가장 바람직한 금속으로 알루미늄과 텅스텐을 포함하는 금속층이다. 다른 절연체, 폴리실리콘 및 금속들 또한 사용될 것이다.

말미층을 통한 쓰루-컨택은 고립 말미층에서 쓰루-컨택을 위해 생산된 홀(hole)을 채우는데 사용되는 다른 재료들을 또한 포함할 것이다. 텅스텐은 큰 가로 세로 비를 갖는 홀의 바닥 및 측벽에 증착될 수 있어 쓰루-컨택을 형성하기 위한 바람직한 재료이다.

특정 실시예에서 MEMS 장치는 마이크로폰으로 설계되고 사용된다. 따라서, 막은 벌크 바디에 고정되고 어쿠스틱 사운드(acoustic sound)에 의해 진동되거나 방향을 바꿀 것이다. 최상의 동작을 위해, 공명 공간(back volume)이 장치에서 제공된다.

뒤판은 막과 뒤판 사이의 감쇠(damping)을 줄이기 위해 뒤판 홀로 구멍이 나 있다. 뒤판의 바로 아래에 백볼륨 또는 캐비티(cavity)가 벌크 바디에 형성될 수 있다. 뒤판 홀 및 캐비티는 마이크로 머시닝 수단에 의해 구조화되어 있다. 백볼륨은 덮개에 의해 바닥에 근접한 홀 또는 오목부(recess)를 통해 가도록 형성될 수 있다. 벌크 바디에서, 뒤판의 바로 아래를 제외한 임의의 위치에서 집적 회로(IC)는 반도체 벌크 바디가 사용된다면 집적될 수 있다. 막 및 뒤판은 전기적으로 IC에 연결될 수 있어, 모놀리식(monolithic) 마이크로폰 설계를 창조한다.

막과 뒤판 사이의 공극 거리는 말미층의 상부 상의 스탠드 오프(stand-off) 구조에 의해 정의될 수 있다. 스탠드 오프 구조는 뒤판의 가장자리에서 스탠드 오프 림(rim)을 형성하는 폐환(circular closed) 또는 부분적으로 닫힌 림을 구성할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 개구가 스탠드 오프 림에 만들어진다면, 정압 차이를 동일하게 하는 환기 홀로 사용될 수 있다. 환기 홀은 또한 막에서 구조화될 수 있다.

상술한 MEMS 장치를 제조하기 위한 방법은 이하의 단계를 포함할 것이다:

금속 포일을 제공하는 단계;

레이저를 제공하는 단계;

막을 얻기 위해 레이저로 포일을 절단하는 단계;

장치를 위해 마이크로 머시닝 벌크 바디를 제공하는 단계; 및

설계된 막을 갖는 포일을 벌크 바디로 전송하여 고정하는 단계.

대신에, 레이저 절단 및 막을 장치에 결합하는 동안 롤-투-롤(roll-to-roll) 기술이 포일을 처리하는데 사용될 수 있다. 레이저는 금속 포일로부터 절단되도록 막의 주위를 따라 안내된다. 제어 수단은 포일의 표면에 걸쳐 레이저의 스캔을 제어한다.

스캔 속도는 포일을 절단하는데 필요한 면적당 파워 양(W/cm²)에 따라 선택된다.

레이저가 금속 포일에 초점을 맞출 때의 스팟 지름은 후막(later membrane)에서 절단 엣지의 바람직한 평활도에 따라 선택된다. 1μm 내지 30μm의 스팟 지름이 적절하다. 바람직한 지름은 5μm 내지 20μm 사이이다.

금속 포일은 기계적 강도, 탄력성 및 전기적 전도도와 같은 바람직한 특성을 제공하는 적절한 금속으로부터 선택될 것이다. 대부분의 응용에서, 알루미늄이 금속 포일에 바람직한 재료이다. 금속 포일은 바람직하게는 1μm 내지 20μm 사이의 두께를 가지나, 더 두꺼운 시트 또한 사용될 수 있다.

마이크로 머시닝 벌크 바디는 바람직하게는 CMOS 장치와 같은 집적 회로를 포함할 수 있는 반도체나 세라믹 바디이다. 집적 회로는 MEMS 장치의 동작을 위해 필요한 전자적 기능을 제공할 수 있다. 이 기능들은 전압, 커패시티, 저항, 전류와 같은 전기적 파라미터 또는 각종 다른 전기적 파라미터를 검출하고 측정하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 집적 회로는 막과 뒤판에 가해지는 전압을 제공할 것이다.

다른 응용에서, 집적 회로는 장치의 전극에 적용되는 주파수, RF 주파수 또는 어쿠스틱 주파수로부터 선택되는 주파수를 제공할 수 있다. 논리 회로는 마이크로 미케니컬 장치의 동작 모드를 통제하도록 집적될 수 있다. 증폭기가 상술한 바와 같은 측정된 파라미터를 증폭하기 위해 포함될 것이다. MEMS 장치 또는 그 주변의 동작을 위해 필요한 다른 컴퓨터를 사용한 연산이 벌크 바디 내의 IC 내에 시행될 수 있다.

다른 실시예에서, 막을 벌크 바디에 고정하는 단계는 초음파 접착에 의해 이루어질 것이다. 이 단계에 의해, 막은 벌크 바디의 상면 상에 배열된 접촉 패드와 전기적으로 접촉된다. 막 상의 접착 위치는 평면 부재 또는 평면 부재로부터 연장된 서스펜션 아암 위가 될 수 있고, 바람직하게는 서스펜션 아암의 최외단에서 서스펜션 아암 패드에 위치하는 것이다.

실시예에서, MEMS 장치를 제조하는 방법은 이하의 단계를 포함한다:

절단 전에 포일을 처리 프레임에 고정하고 누르는 단계;

포일이 처리 프레임에 고정되어 있는 동안 절단을 수행하는 단계;

처리 프레임의 도움으로 막이 벌크 바디로 이동하는 단계;

막이 벌크 바디에 고정되는 단계;

처리 프레임이 막으로부터 떨어지고 막이 막의 부분이 아닌 어떤 잔여 포일로부터 절단되고 분리되는 단계.

이 실시예에서, 금속 포일을 절단 전에 처리 프레임에 고정하고 누른다. 바람직하게, 고정은 다음 단계에서 막이 쉽게 떨어질 수 있는 방식으로 이루어진다. 프레임은 금속 포일로부터 한 단계에서 구조화된 막의 어레이뿐만 아니라 하나의 막을 처리하는데 사용된다.

절단은 포일이 처리 프레임에 고정되어 있는 동안 행해진다. 이 단계에서, 막은 순차적으로 절단되고 막은 잔여 포일로부터 적어도 부분적으로 절단된다. 잔여 고정 구조는 절단 막을 잔여 포일에 고정하고 그리고 나서 처리 프레임으로 고정하는 것이 바람직하다. 이것은 처리 프레임의 도움으로 막의 벌크 바디로의 이동을 쉽게 해준다. 처리 프레임에 연결되어 있는 동안 막은 벌크 바디에 고정된다.

마지막 단계에서, 막은 처리 프레임으로부터 떨어진다. 이 단계에서 여전히 존재하는 연결 구조는 절단되거나 부숴지고, 따라서 막은 막의 부분이 아닌 어떤 잔여 포일로부터 분리된다.

처리 프레임은 유리나 금속과 같은 경질 재료(hard material)의 판을 포함한다. 판은 바람직하게 개구들의 어레이이고, 각각의 개구는 단지 하나의 막을 수용하는 영역을 제공한다. 개구는 컷-아웃(cut-outs)이거나 한정된 깊이를 가질 것이다.

실시예에 따라, 마이크로 미케니컬 장치는 집적 IC를 갖는 아주 작은 마이크로폰으로 사용되고 설계된다. 이 응용에서, 막은 들어오는 소리에 의한 음향 진동으로 여기된다(excited). 진동은 막의 진동에 의해 변하는 전기적 파라미터를 측정하여 검출한다. 이 파라미터는 두 개의 전극 사이의 전압 또는 커패시턴스가 될 것이고, 제1 전극은 막에 존재하고 제2 전극은 뒤판에 집적된다.

다른 실시예에서, 마이크로 미케니컬 장치는 가변 커패시터(tunable capacitor)로 설계되고 사용된다. 이 응용에서, 막은 평면 부재의 표면에 수직한 방향을 따라 이동할 수 있고 뒤판에 집적된 제2 전극에서 멀어지는 방향으로 이동할 수 있는 이동 가능한 전극으로 기능하도록 구성된다. 막의 이동은 2개의 전극에 가해지는 전압에 의해 발생하는 정전기력에 의해 개시될 수 있다.

가변 커패시터는 적어도 2개의 다른 커패시턴스를 갖도록 조정될 수 있고, 그 중 하나는 막에 영향을 주는 힘이 없는 기본 커패시턴스이다. 제2 커패시턴스는 막이 움직이고 현재 뒤판에 집적된 상대 전극(counter electrode)에 가장 가까운 위치에 있는 상태일 것이다. 가변 커패시턴스가 연속적으로 조정되어 두 극단 위치 사이의 임의의 위치가 가변 커패시턴스의 바람직한 커패시턴스를 제공하기 위해 사용될 수도 있다. 스탠드 오프 구조의 하나 이상의 세트가 막과 뒤판 사이의 벌크 바디 내에 형성될 수 있다. 막과 뒤판 사이의 전압이 증가함에 따라, 막은 스탠드 오프의 다른 세트 위로 무너질 수 있고, 이에 따라 여러 개의 불연속형(discrete) 커패시턴스를 얻는다.

다른 실시예에서, 장치는 스위치로 설계되고 사용된다. 여기서, 막의 이동이 또한 사용될 수 있다. 이동의 끝에서, 벌크 바디 상의 접촉점에서 막 사이의 접촉이 이루어진다.

모든 응용에서, 뒤판에 집적된 제2 전극이 제2 전극 상의 적어도 하나의 분리층에 의해 막에 대해 전기적으로 분리되는 것이 바람직하다.

이하에서, 실시예의 설명 및 첨부된 도면에 의해 본 발명을 더욱 자세히 설명한다. 도면은 오직 도시를 위한 목적이므로 개략적으로 도시되었다. 어떤 치수는 왜곡될 수 있다. 따라서, 도면으로부터 바로 임의의 치수나 크기의 비를 얻는 것은 불가능하다.

도 1은 벌크 바디(BB) 및 그 상부에 장착된 막(MM)을 포함하는 MEMS 장치의 개략적인 횡단면을 도시한다. 도면에서, 벌크 바디(BB)는 편평한 표면을 갖지만 본 발명에 따른 장치에서 필수적인 것은 아니다. 막(MM)은 주어진 응용에 필요한 바람직한 형상으로 레이저 절단된 금속 포일이다. 막은 주로 큰 면적의 부재를 갖고 벌크 바디(BB)의 표면에 병렬로 배열된 평면 부재(PM)를 포함한다.

막(MM)의 주변 영역에서 서스펜션 아암 패드 또는 막 자체의 평면 부재는 막 연결점(MCP)에서 벌크 바디에 고정된다.

도 1에서, 막 연결점은 벌크 바디(BB)의 표면으로부터 돌출된 앵커 수단(AN)의 상부에 위치한다. 막 연결점은 벌크 바디(BB)의 표면과 같은 높이 레벨에 있다.

도 2는 막 구조를 보다 구체적으로 보여주는 막 상부에서의 개략적인 평면도를 도시한다. 막(MM)의 평면 부재(PM)는 여기서 원형 영역으로 도시되지만 이 형상으로 제한되는 것은 아니다.

평면 부재(PM)의 둘레에 연결되는 서스펜션 아암(SA)이 제공된다. 서스펜션 아암은 구부러짐 및/또는 평면 부재(PM)의 면 내에 위치하는 스트립(strips)으로 형성될 수 있다. 도 2에서, 서스펜션 아암은 3 개의 선형 부분으로 형성되고, 각 두 부분 사이의 각도를 둘러싸 3 개 부분에 의해 문자 "Z"를 형성한다. 서스펜션 아암은 또한 모서리 없는 둥근 부분을 포함할 것이다.

서스펜션 아암(SA)은 평면 부재(PM)와 서스펜션 아암을 벌크 바디(BB)에 고정하는데 사용되는 서스펜션 아암 패드(SP) 사이에 유연한 연결을 제공한다. 서스펜션 아암(SA)는 또한 평면 부재의 유연한 연결을 제공하는 스프링으로 기능할 것이다. 스프링은 벌크 바디의 표면에 관하여 기본 위치에서 평면 부재(PM)에 힘을 가하고 유지할 것이다.

서스펜션 아암(SA)은 가능한 짧으나 유연성을 제공하기에는 충분히 길고 평면 부재(PM)의 고정에 충분하게 만들어질 수 있다. 모든 서스펜션 아암의 끝에서 서스펜션 아암 패드(SP)는 각 서스펜션 아암 패드(SP)의 확실한 결합 처리를 각 막 연결점(MCP)에서 벌크 바디(BB)의 표면에 허용하는 충분한 영역을 제공하는 너비를 갖는 아암의 넓어진 부분일 수 있다.

도 3은 마이크로폰으로 구현된 마이크로 미케니컬 장치를 도시한다. 이 실시예에서, 벌크 바디는 말미층(BL)의 스택이 강성 구조를 형성하기 위해 증착된 상부에 반도체 바디(SB)를 포함한다. 말미층(BL)은 반도체 바디(SB)에 집적된 CMOS 장치의 상부에 필수적으로 존재하는 층일 것이다. 그렇지 않으면, 말미층(BL)은 오직 전기적 도체 라인과 영역을 포함하는 적절한 기계적 강성(stiff) 구조를 형성하기 위해 제공된다.

반도체 바디(SB) 내에서, 집적 회로(IC)가 형성된다. 말미층(BL)은 주로 산화물 또는 질화물 또는 임의의 다른 절연 무기물 재료와 같은 절연 재료의 층 및 공지의 방법으로 증착되고 구조화될 수 있는 금속을 포함한다. 적어도 하나의 쓰루-컨택(TC)은 IC의 단자로부터 말미층(BL) 상부의 표면 상의 접촉 패드로 전기적 도전 접속을 제공하는 말미층을 통해 형성된다. 다른 구조들은 말미층(BL)에 배열되고 패턴화된 전도성 또는 절연성 구조일 것이다.

말미층 및 반도체나 세라믹 바디(SB)를 포함하는 전체 벌크 바디(BB)는 반도체 바디(SB)에 함몰부를 형성하도록 구조화된다. 함몰부의 바닥은 반도체 또는 세라믹 재료 또는 도면에 도시된 바와 같이 벌크 바디의 반대측으로부터 함몰부를 닫거나 덮는 덮개 부재(LM)에 의해 형성된다.

뒤판 부분(SP)은 복수의 말미층(BL)에 의해 형성된다. 이 숫자는 뒤판 부분 이외의 부분에서 말미층의 숫자보다 작아, 뒤판 부분의 두께를 더 작게 할 것이다. 말미층의 상부 표면에서 제1 오목부의 깊이는 뒤판 부분에서 누락된 층의 숫자에 따를 수 있다.

뒤판 부분(BP)에서, 뒤판 홀(VH)은 반도체 바디의 제2 오목부를 뒤판 부분 위의 자유 영역과 연결하도록 배열된다. 뒤판 부분에서, 적어도 하나의 전기적 도전층(CL)이 배열되고, 바람직하게는 뒤판의 상부 표면 근처이나 절연층에 의해 뒤판 부분의 표면에 대해 분리되도록 배열된다. 도전층(CL)은 마이크로폰의 전극을 형성하고 바람직하게는 도전 라인 및 쓰루-컨택(TC)과 같은 각 전기 연결에 의해 반도체 바디(SB)에서 집적 회로(IC)에 연결된다.

공명 공간(BV)이 말미층(BL), 뒤판(BP) 및 반도체 바디(SB)의 함몰부 사이에 형성되고, 덮개 부재(LM)에 의해 바닥이 덮여질 것이다.

절단막(MM)은 말미층(BL)의 상부에 고정되어 막(MM)의 평면 부재(PM)가 뒤판 부분의 위에 거리를 두고 배열된다. 막은 서스펜션 아암 패드(SP)를 말미층의 표면 상의 각 금속성 패드를 결합하는 것에 의해 고정된다. 도시된 바와 같이 마이크로폰에서 작동하는 막(MM)은, 바람직하게는, 공명 공간(BV)과 평면 부재(PM) 위의 대기 사이의 정압 차이를 동일하게 하기 위한 환기 홀을 포함한다. 그러나, 이 개구는 생략되어 통기(venting)가 막이 스탠드-오프 구조에 의해 지지되는 영역에서 수행된다.

도 4는 절단 동안 금속 포일을 유지하고 절단 후에 절단 막을 복수의 MEMS 장치가 수행되는 웨이퍼로 전송하는 처리 프레임(HF)을 위에서 본 평면도를 도시한다. 처리 프레임(HF)은 복수의 개구(OP)를 포함하고, 각각의 개구는 막의 직경보다 약간 더 큰 직경을 갖는다. 개구의 직경은 1mm 내지 3mm 일 것이다.

금속 포일(MF)은 예를 들어 접착제를 사용하여 결합에 의해 고정점(FP)에서 처리 프레임에(HF) 풀어질 수 있게 고정될 수 있다. 금속 포일의 레이저 절단은, 예를 들어 접착제를 사용하여, 금속 포일이 처리 프레임에 고정되어 있는 동안 행해질 것이다. 막에서 벌크 바디의 정렬은, 매칭 홀 또는 오목부(recesses)가 벌크 바디(bb)에 구조화되어 있다면, 정렬 돌출부(FP)에 의해 용이해질 수 있다.

도 5는 스위치로 사용되도록 설계된 마이크로 미케니컬 장치의 개략적인 횡단면을 도시한다. 여기서 다시, MEMS 장치는 벌크 바디(BB) 및 막, 도면에서 도시된 평면 부재(PM)를 포함한다. 평면 부재(PM)는 서스펜션 아암(예를 들어, 도 2 참조)에 의해 형성된 스프링 소자(SE)에 의해 벌크 바디(BB)의 표면에 배열된 앵커 수단(AN)에 고정된다. 벌크 바디(BB)에서, 하나 이상의 도전층이 전기적으로 뒤판(BP)의 상면 또는 바닥면에 배열된 단자(T2)에 연결된 뒤판(BP)을 형성하는데 사용된다. 평면 부재(PM)는 장치의 임의의 위치, 바람직하게는 앵커 수단(AN)의 상부나 벌크 바디(BB)의 상부에 배열된 다른 단자(T1)에 연결된다. 바람직하게는, 도전층(CL) 및 평면 부재(PM) 모두 각 접촉 라인 및 쓰루-컨택에 의해 전기적으로 각각 벌크 바디(BB)의 동일 표면의 접촉 영역에 연결된다. 평면 부재(PM) 및 도전층(CL)은 전압이 가해질 두 개의 전극을 형성한다.

벌크 바디의 표면에 대해 유연하게 고정된 평면 부재(PM)의 움직임과 그에 따른 도전층(CL)에 대해 유연하게 고정된 평면 부재(PM)의 움직임은 정전기력을 유도한다. 평면 부재(PM)가 벌크 바디(BB)에 대해 움직일 경우, 각 평면 부재 상의 접촉점(CP1) 및 벌크 바디의 표면 상의 접촉점(CP2)이 접촉되고, 이에 따라 평면 부재(PM)와 벌크 바디(BB)의 표면 상의 다른 접촉점(CP2)과 접촉접(CP2)에 연결된 제3 단자(T3) 사이의 전기적 연결을 제공하여 스위치를 닫는다.

도 5에 도시되지 않은 다른 실시예에서, 평면 부재(PM)의 바닥면 상의 접촉점(CP1)은 평면 부재에 전기적으로 분리될 것이나 앵커 수단(AN)이나 벌크 바디의 표면 상의 각 접촉 패드(미도시)에 전기적으로 연결될 것이다.

도 6은 직선부 및 곡선부를 포함하는 서스펜션 아암(SA)을 갖는 막(MM)의 다른 실시예를 도시한다. 서스펜션 아암의 수는 3개로 한정되지 않고 더 많거나 작을 수 있음은 물론이다.

본 발명에 따른 MEMS 장치는 도면에 도시되거나 이에 대해 설명한 어떠한 실시예에 제한되지 않는다. 발명 장치는 실제 구조나 실제 차원에서 상술한 실시예와 달라질 수 있다. 절단 막의 예외와 함께, 마이크로 미케니컬 장치는 당업계에서 알려진 임의의 장치이며, 막을 제외하고 공지의 장치와 동일할 것이다. 본 발명은 마이크로 미케니컬 구조와 절단 막을 조합하여 상술한 바와 같은 이점을 얻을 수 있다.

AM: 앵커 수단
BB: 벌크 바디
BL: 말미층
BP: 뒤판
BV: 공명 공간
CL: 도전층
CP: 접촉점
FP:: 배열 돌출부
HF: 처리 프레임
IC: 집적 회로
MCP: 막 접촉점
MM: 막
OP: 개구
FM: 평면 부재
SA: 서스펜션 아암
SB: 반도체 바디
SP: 서스펜션 아암 패드
T1 ~ T3: 단자들
TC: 쓰루-컨택
TL: 단자 라인
VH: 뒤판 홀

Claims

마이크로 머시닝 벌크 바디(BB); 및
상기 벌크 바디에 고정된 막(MM)을 포함하고,
상기 막은 금속의 편평한 시트로부터 레이저 절단되고 상기 벌크 바디에 결합되는 것을 특징으로 하는 멤스 장치.
제1항에 있어서, 상기 막은,
평면 부재(PM); 및
상기 평면 부재로부터 옆으로 연장된 서스펜션 아암(SA)을 포함하고,
상기 서스펜션 아암은 상기 벌크 바디와 결합된 서스펜션 아암 패드(SP)에서 끝나는 것을 특징으로 하는 멤스 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
집적 회로(IC)가 집적되거나 집적 회로를 갖지 않는 반도체 바디 또는 세라믹 바디(SB);
상기 반도체 바디의 상부에 증착된 말미층(BL)의 스택; 및
상기 말미층들 중 하나로 상기 막의 반대편에 배열된 도전성 후방 전극(CL)을 더 포함하고,
상기 벌크 바디는 상기 말미층 및 상기 반도체 바디에 의해 형성되고, 상기 집적 회로는 각각 상기 말미층을 통한 쓰루-컨택(TC)을 통해 후방 전극 및 막에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 멤스 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 말미층(BL)의 스택의 상부 표면에 위치하고, 상기 막(MM)에 의해 덮이는 제1 함몰부;
상기 제1 함몰부와 나란히 상기 반도체 바디(SB)에 위치하고, 공명 공간(BV)을 형성하는 제2 함몰부; 및
상기 말미층을 통해 안내되고 상기 공명 공간을 상기 뒤판 위의 공간과 연결하는 마이크로 머시닝 뒤판 홀(VH)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 장치.
막과 함께 작동하여 멤스 장치를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로,
금속 포일을 제공하는 단계;
편평한 막(MM)을 생산하기 위해 상기 포일을 레이저 절단하는 단계;
상기 장치를 위해 마이크로 머시닝 벌크 바디(BB)를 제공하는 단계; 및
상기 막을 상기 벌크 바디로 전송하고 상기 막을 상기 벌크 바디에 고정하는 단계를 포함하는 멤스 장치의 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 막을 상기 벌크 바디에 고정하는 단계는, 상기 막을 상기 벌크 바디(BB)의 상부 표면에 배열된 접촉 패드와 초음파 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 장치의 제조 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 포일은 절단 전에 처리 프레임(HF)에 고정되고 저지되고,
상기 절단은 상기 포일이 상기 처리 프레임에 고정되어 있는 동안 행해지고,
상기 막은 상기 처리 프레임의 도움으로 상기 벌크 바디로 전송되고,
상기 막은 상기 벌크 바디에 고정되며,
상기 처리 프레임은 상기 막으로부터 분리되어 상기 막은 상기 막의 부분이 되지 않는 임의의 잔여 포일로부터 절단되고 분리되는 것을 특징으로 하는 멤스 장치의 제조 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 처리 프레임(HF)은 유리나 금속과 같은 경질 재료의 판을 포함하고, 상기 판은 각각 하나의 막을 위한 영역을 제공하는 개구(OP)의 어레이를 갖는 것을 특징으로 하는 멤스 장치의 제조 방법.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저는 상기 금속 포일의 표면 상에 1μm 내지 50μm 의 스팟 직경으로 초점이 맞춰지는 것을 특징으로 하는 멤스 장치의 제조 방법.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
1μm 내지 50μm의 두께를 갖는 금속 포일이 사용되는 것을 특징으로 하는 멤스 장치의 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 멤스 장치는, 집적된 IC와 함께 초소형 마이크로폰으로 사용되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 멤스 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 멤스 장치는, 조정 가능한 커패시터로 사용되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 멤스 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 멤스 장치는, 스위치로 사용되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 멤스 장치.