KR20150073946A - 가스 보유 간극을 포함하는 mems 고정 커패시터 및 이러한 커페시터를 제조하는 방법 - Google Patents

가스 보유 간극을 포함하는 mems 고정 커패시터 및 이러한 커페시터를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

MEMS 고정 커패시터(1)는 기판(S) 상에 형성된 저부 금속 전극(3)과, 저부 금속 전극 위에서 금속 지주부(5)에 의해 지지된 상단 금속 전극(2)과, 상기 상단 금속 전극(2)과 저부 금속 전극(3) 사이에서 비고체 유전체 층을 형성하는 가스 보유 간극(4)을 포함하며, 상기 상단 금속 전극(2)과 저부 금속 전극(3) 사이의 거리(D)는 1㎛ 이하이고, 상단 금속 전극(2)의 두께(E)는 1㎛ 이상이다.

Description

가스 보유 간극을 포함하는 MEMS 고정 커패시터 및 이러한 커페시터를 제조하는 방법 {MEMS FIXED CAPACITOR COMPRISING A GAS-CONTAINING GAP AND PROCESS FOR MANUFACTURING SAID CAPACITOR}
본 발명은 유전층을 형성하는 가스 보유 간극을 갖는 신규한 MEMS 고정 커패시터, 이런 신규한 MEMS 고정 커패시터를 내장한 적어도 하나의 전기적 상호접속 라인을 포함하는 집적 회로(IC) 및 상기 MEMS 고정 커패시터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
커패시터는 종래 기술에서 잘 알려져 있으며, 두 개의 금속 전극 사이에 유전 절연체 재료를 삽입함으로써 구현된다. 유전 재료의 품질은 커패시터의 품질 인자(Q)에 대한 매우 큰 영향을 갖는다. 100 이상의 높은 품질 인자를 갖는 마이크로웨이브 동작에 적합한 이산 커패시터 제품을 일상적으로 찾을 수 있다. 그러나, 이런 높은 값은 매우 높은 품질의 유전막을 사용하는 것을 필요로 하며, 이러한 매우 높은 품질의 유전막은 특수하고 잘 제어된 제조 방법을 필요로 한다.
마이크로-전자-기계 시스템(MEMS) 커패시터도 잘 알려져 있으며, 예로서, PCT 출원 WO 2006/063257 및 미국 특허 US 6,437,965에 설명되어 있다.
특히 본 명세서에서 "MEMS 고정 커패시터"라 지칭되고 실질적으로 고정된 커패시턴스 값을 갖는 MEMS 커패시터가 PCT 출원 WO 2006/063257에 개시되어 있다. 상기 MEMS 고정 커패시터(특히, 도 8a 참조)는 세 개의 금속 전극을 포함한다: 상단 전극(용량성 판 CP1), 저부 전극(용량성 판 CP2) 및 상기 상단 전극과 저부 전극 사이에 개재된 중간 전극(용량성 CP3). 상단 전극(CP1)은 저부 전극(CP2)에 전기적으로 연결된다. 저부 전극(CP2)은 기판(S) 상에 배치된 유전층(DE) 상에 형성된다. 중간 전극(CP3)은 중간 전극(CP3)과 저부 전극(CP2) 사이에 작은 두께(통상적으로 약 0.5㎛)의 공기 간극을 두고 저부 전극(CP2) 위에 형성된다. 상기 공기 간극은 유전 절연층을 형성하며, 두 전극(CP2, CP3) 사이에 이전에 형성되어 있는 희생층을 식각함으로써 얻어진다. 상단 전극(CP1)은 상단 전극(CP1)과 중간 전극(CP3) 사이에 개재된 두꺼운 비임 산화물 층(BOL) 상에 형성된다. 따라서, 상기 상단 전극(CP1)은 정전력 견인하에 실질적으로 변형되지 않는다. 이 두꺼운 비임 산화물 층(BOL)은 통상적으로 약 2㎛의 두께를 가지며, 이들 전극(CP1, CP3)에 필요한 기계적 강도를 제공한다. PCT 출원 WO 2006/063257의 이러한 변형에서, 두꺼운 비임 산화물 층(BOL)은 두 개의 용량성 판(CP2, CP3) 사이의 간극을 유지하기 위해 필요한 구조층이다. 그러나, 이 두꺼운 비임 산화물 층(BOL)은 제조 공정을 복잡하게 한다. 또한, 이 두꺼운 비임 산화물 층(BOL)은 유전 손실을 수반할 수 있으며, 이러한 유전 손실은 커패시터의 품질 인자를 감소시키고, 저부 전극(CP2)과 중간 전극(CP3) 사이에 형성된 공기 커패시터의 이득을 위태롭게하며, 높은 주파수에서, 상기 MEMS 고정 커패시터의 사용을 불리하게 제한한다.
가변 커패시턴스 값을 갖는 MEMS 커패시터도 알려져 있으며, 예로서, PCT 출원 WO 2009/57988 및 미국 특허 US 6,437,965에 개시되어 있다. US 6,437,965에 개시된 커패시터는 기판 상의 저부 용량성 전극과, 저부 용량성 전극 위에 현가된 상단 용량성 전극을 형성하는 가동성 브리지를 포함한다. 이런 브리지는 전기적 작용력하에서 하부 위치와 상부 위치 사이에서 변형 및 이동가능하여 고 및 저 선택가능 용량값을 제공한다.
가변 커패시턴스 값을 갖는 이런 MEMS 커패시터는 휴지 상태에서 저부 용량성 전극과 상단 용량성 전극 사이의 두꺼운 공기 간극과, 전기적 작용력 하에 쉽게 굴곡되도록 작은 두께의 상부 용량성 전극을 포함한다. 가변 커패시턴스 값을 갖는 MEMS 커패시터는 고유하게 아래의 단점을 갖는다:
- 유전체 점착,
- MEMS의 기계적 거동을 변화시키는 유전체 충전,
- 기계적 피로,
- 자가-작동(또는 자가-편향) 및 자가-유지(또는 래칭),
- 낮은 Con/Coff 비율(통상적으로 3 내지 10 사이),
- 표면 조면도에 기인한 Con 값의 낮은 정확도,
- 큰 접촉 영역.
본 발명의 목적은 신규한 MEMS 고정 커패시터, 즉, MEMS 공정을 사용하여 제조되고 실질적으로 고정된 커패시턴스 값을 가지며(즉, 정전력 견인 하에 실질적으로 변형되지 않는 상단 금속 전극을 구비), 높은 커패시턴스 밀도 및 높은 품질 인자를 가질 수 있는 커패시터를 제안하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 희생층(들)을 사용하는 MEMS 공정으로 제조될 수 있는 신규한 MEMS 고정 커패시터를 제안하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1의 MEMS 고정 커패시터에 의해 달성되며, 이는 기판 상에 형성된 저부 금속 전극과, 저부 금속 전극 위의 금속 지주부에 의해 지지된 상단 금속 전극과, 상기 상단 금속 전극과 저부 금속 전극 사이의 비고체 유전층을 형성하는 가스 보유 간극을 포함하고, 상단 금속 전극과 저부 금속 전극 사이의 거리(D)(즉, 가스 보유 간극의 두께)는 1㎛ 이하이고 상단 금속 전극의 두께(E)는 1㎛ 이상이다.
상단 전극과 저부 전극 사이에 강한 전위차가 존재할 때, 큰 정전력 견인 하에 상단 전극이 굴곡되어 MEMS 커패시터의 커패시턴스 값을 불리하게 변경할 위험이 있다. 이러한 현상은 전극의 표면이 커질 때, 그리고, 또한, 상단 전극과 저부 전극 사이의 거리가 감소할 때 명백히 증가한다.
본 출원인은 상단 전극과 저부 전극 사이의 거리의 증가는 커패시턴스 밀도를 불리하게 감소시키지만, 상단 전극과 저부 전극 사이의 더 작은 거리는 또한 상단 전극의 변형성을 불리하게 증가시킨다는 것을 입증하였다. 대신, 본 출원인은 상단 전극의 두께가 커패시터의 커패시턴스 밀도에 실질적으로 영향을 주지 않으며, 상단 전극이 두꺼울수록 상단 전극의 변형성 저감에 더 양호하다는 것을 입증하였다. 본 발명의 범주 내에서, 더 작은 상단 금속 전극과 저부 금속 전극 사이의 거리(즉, 1㎛ 이하)와 조합한 더 두꺼운 상단 금속 전극(1㎛ 이상)의 사용은 높은 커패시턴스 밀도를 유리하게 가지며 그 상단 전극이 정전력 견인 하에 쉽게 변형되지 않아 유리한 MEMS 고정 커패시터를 달성할 수 있게 한다.
또한, 본 발명에서 상단 전극과 저부 전극 사이에 고체 유전층 대신 가스 보유 간극을 사용하는 것과, 더 두꺼운 상단 금속 전극을 사용하는 것은 더 쉽게, 그리고, 더 낮은 제조 비용으로 광범위한 주파수 범위에서, 그리고, 통상적으로 저 주파수 용례로부터 수 기가헤르쯔 주파수 용례까지에 대해 높은 품질 인자를 가지는 커패시터를 달성할 수 있게 한다.
본 발명의 MEMS 고정 커패시터의 상단 전극의 변형성은 이하의 변형 파라미터(DEF)에 의해 규정될 수 있다.
DEF = △C/(V2·C0)
여기서,
- V는 상단 금속 전극과 저부 금속 전극 사이에 인가된 전압의 값이고,
- C0는 상단 금속 전극과 저부 금속 전극 사이에 어떠한 전압도 인가되지 않은 상태의 MEMS 고정 커패시터의 커패시턴스 값이고,
- △C는 전압(V)이 상단 금속 전극과 저부 금속 전극 사이에 인가될 때 커패시턴스 값의 변동, 즉, △C - C1 - C0이며, 여기서, C1은 전압(V)이 상단 금속 전극과 저부 금속 전극 사이에 인가될 때 MEMS 고정 커패시터의 커패시턴스 값이다.
본 발명의 양호한 실시예에서, MEMS 고정 커패시터는 적어도 45V까지, 더욱 바람직하게는, 적어도 100V까지의 전압(V)에 대하여 10-4 이하(즉, △C/(V2·C0) ≤ 10-4)인 변형 파라미터(DEF)를 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상술한 바와 같은 적어도 하나의 MEMS 고정 커패시터를 내장하는 적어도 하나의 전기 상호접속 라인을 포함하는 집적 회로(IC)에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 이하의 단계를 포함하는 MEMS 고정 커패시터를 제조하기 위한 신규한 방법에 관한 것이다.
(a) 기판 상에 저부 금속 층을 증착하는 단계,
(b) 저부 층에 적어도 하나의 저부 금속 전극을 생성하도록하는 방식으로 저부 금속 층을 패터닝하는 단계,
(c) 저부 금속 층과 기판 상에 희생층을 증착하는 단계,
(d) 희생층의 전체 두께를 통해 우물을 생성하는 방식으로 희생층을 패터닝하는 단계,
(e) 지지 지주부를 형성하기 위해 금속으로 희생층의 우물을 충전하는 단계,
(f) 희생층 상에 적어도 하나의 상단 금속 층을 증착하는 단계,
(g) 적어도 하나의 상단 금속 전극을 형성하도록 상단 금속 층(들)을 패터닝하는 단계,
(h) 전체 희생층을 제거하고 상단 금속 전극과 저부 금속 전극 사이에 공기 간극을 생성하도록 희생층을 식각하는 단계.
제1 변형예에서, 상술한 단계 (e) 및 (f)가 개별적으로, 그리고, 연속적으로 수행된다. 다른 변형예에서, 희생층에 이전에 형성된 우물을 또한 충전하는 방식으로 희생층 상에 적어도 하나의 상단 금속 층을 증착함으로써 상술한 단계 (e) 및 (f)가 동시에 수행된다.
또한, 식각 단계 (h) 이후에, 예로서, 초임계 CO2 같은 건조 가스를 송풍하는 것 또는 마란고니 효과를 실행하는 것 또는 알콜 승화에 의해 이미 그 자체가 공지되어 있는 최종 건조 단계 (i)가 수행될 수도 있다.
첨부 도면을 참조로 이하의 상세한 설명을 읽음으로써 본 발명의 특징 및 장점을 더 명확하게 알 수 있을 것이며, 이하의 상세한 설명은 실시예 모두를 설명하는 것은 아니며 비제한적인 실시예에 대해 이루어진다.
도 1은 본 발명의 MEMS 고정 커패시터(제1 변형예)의 상면도이다.
도 2는 평면 II-II에서의 도 1의 MEMS 고정 커패시터의 수직 단면의 모습이다.
도 3은 평면 III-III에서의 도 1의 MEMS 고정 커패시터의 수직 단면의 모습이다.
도 4 내지 도 11은 MEMS 고정 커패시터를 제조하기 위한 주된 다양한 연속적 단계들을 도시하는 수직 단면의 모습들이다.
도 12는 본 발명의 MEMS 고정 커패시터의 제2 변형예의 상면도이다.
도 13은 평면 XIII-XIII에서의 도 12의 MEMS 고정 커패시터의 수직 단면의 모습이다.
도 14는 XIV-XIV에서의 도 12의 MEMS 고정 커패시터의 수직 단면의 모습이다.
도 15는 본 발명의 MEMS 고정 커패시터의 제3 변형예의 수직 단면의 모습이다.
도 16은 본 발명의 MEMS 고정 커패시터의 제4 변형예의 수직 단면의 모습이다.
도 17은 본 발명의 MEMS 고정 커패시터의 제5 변형예의 수직 단면의 모습이다.
도 18은 상단 전극 두께의 함수로서 MEMS 고정 커패시터의 커패시턴스 밀도를 도시하는 그래프이다.
도 19는 상단 금속 전극과 저부 금속 전극 사이의 거리의 함수로서 MEMS 고정 커패시터의 커패시턴스 밀도를 도시하는 그래프이다.
도 20은 지지 금속 지주부들 사이의 거리의 함수로서 MEMS 고정 커패시터의 커패시턴스 밀도를 도시하는 그래프이다.
도 21은 상단 전극 두께의 함수로서 MEMS 고정 커패시터의 변형성(DEF)을 도시하는 그래프이다.
도 22는 상단 금속 전극과 저부 금속 전극 사이의 거리의 함수로서 MEMS 고정 커패시터의 변형성(DEF)을 도시하는 그래프이다.
도 23은 지지 금속 지주부 사이의 거리의 함수로서 MEMS 고정 커패시터의 변형성(DEF)을 도시하는 그래프이다.
도 24는 다수의 본 발명의 MEMS 고정 커패시터를 포함하는 디지털 커패시터 뱅크의 상면도이다.
도 25는 평면 XXV-XXV에서 도 24의 디지털 커패시터 뱅크의 수직 단면의 모습이다.
도 26은 도 24의 디지털 커패시터 뱅크의 전기적 등가 개략도이다.
도 1 내지 도 3의 변형예
도 1 내지 도 3의 변형예를 참조하면, MEMS 고정 커패시터(1)는 기판(S) 상에 증착된 세 개의 금속 층(L1, L2, L3), 즉, 기판(S) 바로 위에 증착된 저부 층(L1), 저부 금속 층 바로 위에 증착된 중간 금속 층(L2) 및 상단 금속 층(L3)으로 이루어진다. 기판(S)은 예로서, 실리콘, 실리콘-절연체(silicon-on-insulator), 실리콘-사파이어(silicon-on-sapphire), 갈륨-비소, 갈륨-니트라이드, 유리, 용융 실리카, 용융 석영, 알루미나 또는 반도체 및 마이크로전자 장치 제조를 위해 사용되는 임의의 다른 기판 재료일 수 있다.
MEMS 고정 커패시터(1)는 상단 금속 층(L3)에 형성된 일정한 두께(E)의 상단 금속 전극(2)과, 저부 금속 층(L1)에 형성된 저부 금속 전극(3)을 포함한다. 상단 전극(2)은 저부 금속 전극(3)과 접촉하지 않는 금속 지주부(5)에 의해서만 저부 금속 전극(3) 위에 지지된다. 본 특정 변형예에서, 금속 지주부(5)는 중간 금속 층(L2)에 형성된다.
상단 전극(2)과 저부 전극(3) 사이에 공기 간극(4)이 제공된다. 본 특정 변형예에서, 상단 전극(2)과 저부 전극(3) 사이의 거리(D)(즉, 공기 간극(4)의 두께)는 전극의 전체 표면에 걸쳐 일정하다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 금속 지지 지주부(5)로부터 저부 전극(3)을 격리 시키기 위해 저부 금속 층(L1) 내에 단절부(7)가 형성된다.
도 3을 참조하면, 저부 전극(3)은 각각 중간 금속 층(L2) 및 상단 금속 층(L3)의 두 부분(8a, 8b)으로 이루어진 금속성 연결부에 연결된다. 단절부(9)가 상단 금속 층(L3)에 제공되어 이 금속성 연결부(8)로부터 상단 전극(3)을 격리시킨다.
금속 층(L1, L2, L3)은 예로서, 금, 알루미늄, 구리 또는 임의의 전기 전도성 합금 같은 높은 전기 전도성을 갖는 임의의 금속으로 이루어질 수 있다.
도 12 내지 도 14의 변형예
도 12 내지 도 14의 변형예에서, MEMS 고정 커패시터는 상단 전극(2)을 지지하기 위해 추가적 원통형 지주부(5')를 포함한다. 지지 지주부(5, 5')는 정전력 견인 하에 상단 금속 전극(2)의 굴곡을 피하기 위해 상단 금속 전극의 전체 영역에 분포된다. 이들 추가적 지주부(5')는 큰 표면을 갖는 상단 전극(2)에 유용하다. 도 12의 특정 변형예에서, 추가적 지주부(5')의 횡단면은 원형이다. 그러나, 추가적 지주부(5')의 이러한 횡단면은 임의의 다른 형태로 이루어질 수 있으며, 특히, 임의의 다각형 형상(직사각형, 정사각형,...)을 가질 수 있다. 본 변형에서, 각 지주부(5')는 두 개의 인접한 지주부(5')와 정삼각형을 형성한다. 다른 변형예에서, 지주부(5')는 다르게 위치될 수 있다.
시뮬레이션 결과 - 도 18 내지 도 23
커패시턴스 밀도(Capacitance_Density)와 변형성(DEF)의 시뮬레이션이 금 층(L1, L2, L3)으로 이루어진 본 발명의 MEMS 고정 커패시터의 다양한 구조에 대해 수행되었다.
상단 전극(2)의 변형성을 특성화하기 위한 파라미터 DEF는 이미 앞서 정의되었다. 커패시턴스 밀도(Capacitance_Density)는 이하의 공식에 의해 주어진다.
Capacitance_Density = C/Stot
여기서,
- C는 커패시터의 커패시턴스이고,
- Stot는 특히 지주부를 포함하는 커패시터의 전체 표면이다.
명료성을 위해, 도 1 또는 도 12를 참조하면, 커패시터의 전체 표면(Stot)은 다음의 공식에 의해 제공된다: Stot = a x b.
특히, 도 12 내지 도 14의 구조에 대해 수행된 시뮬레이션의 결과가 도 18 내지 도 23에 나타나 있다.
- 도 18 및 도 21: 상단 전극(2)의 두께(E)가 1㎛ 내지 5㎛ 변함,
- 도 19 및 도 22: 상단 전극(2)과 저부 전극(3) 사이의 공기 간극(4)의 두께(D)가 0.1㎛ 내지 0.4㎛ 변함,
- 도 20 및 도 23: 추가적 지주부(5') 사이의 거리(d)가 25㎛ 내지 50㎛ 변함.
각 파라미터 세트에 대하여, 커패시턴스 밀도(도 18 내지 도 20) 및 상단 전극의 변형성(도 21 내지 도 23)이 15V와 같은 전압(V)에 대해 계산되었다.
도 18 및 도 21에 대하여, 공기 간극(4)의 거리(D)는 200 nm으로 설정되었으며, 지주부(5) 사이의 거리(d)는 35㎛으로 설정되었고, 도 19 및 도 22의 그래프에 대하여, 상단 전극(2)의 두께는 2㎛으로 설정되었고 지주부(5) 사이의 거리(d)는 35㎛으로 설정되었으며, 도 20 및 도 23의 그래프에 대하여, 공기 간극(4)의 거리(D)는 200 nm으로 설정되었고 상단 전극(2)의 두께는 2㎛으로 설정되었다.
도 19 및 도 22는 상단 전극(2)과 저부 전극(3) 사이의 거리(D)의 증가가 커패시턴스 밀도를 불리하게 감소시키지만, 상단 전극(2)과 저부 전극(3) 사이의 더 높은 거리는 또한 상단 전극의 변형성을 불리하게 감소시킨다는 것을 보여준다. 대신, 도 18은 상단 전극(2)의 두께(E)는 커패시터의 커패시턴스에 실제로 영향을 주지 않는다는 것을 보여주며, 도 21은 상단 전극(2)이 두꺼울수록 상단 전극의 변형성 감소에 더 양호하다는 것을 보여준다.
본 발명의 범주에서, 정전력 견인 하에 유리하게 실질적으로 변형되지 않는 상단 전극(2)을 갖는 MEMS 고정 커패시터를 달성하기 위해, 파라미터 DEF는 바람직하게는 적어도 45V까지의 전압, 더욱 바람직하게는 적어도 100V까지의 전압에 대하여 10-4 이하이다.
특히, 정전력 견인하에 유리하게 실질적으로 변형되지않는 상단 전극(2)을 갖는 고 커패시턴스 밀도의 MEMS 고정 커패시터를 달성하기 위해, 상단 전극(2)의 두께(E)는 1㎛ 이상이고, 바람직하게는 1.5㎛ 이상이며, 더 더욱 바람직하게는 2㎛이상이고, 상단 전극(2)과 저부 전극(3) 사이의 거리(D)는 바람직하게는 1㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 0.4㎛ 이하이며, 또한, 바람직하게는 0.15㎛ 이상이다.
도 20 및 도 23은 도 12의 변형예의 지주부(5') 사이의 거리(d)의 증가는 커패시턴스 밀도를 증가시키지만(도 20), 대신, 또한, 상단 전극(2)의 변형성을 더욱 강하게 증가시킨다는 것(도 23)을 보여준다. 바람직하게는, 추가적 지주부(5')를 갖는 도 12의 변형예에서, 추가적 지주부(5) 사이의 거리(d)는 25㎛과 50㎛ 사이의 값으로 설정된다.
본 발명에서, 상단 전극과 저부 전극 사이에 고체 유전 층 대신 가스 보유 간극(4)을 사용하는 것은 넓은 주파수 범위에서, 그리고, 통상적으로 저 주파수 용례 내지 수 기가헤르쯔 용례까지에 대하여 높은 품질 인자를 갖는 커패시터를 달성할 수 있게 한다. 특히, 본 발명에서, 매우 높은 주파수에서, 그리고, 통상적으로 700MHz보다 높은 주파수, 더욱 바람직하게는 2GHz보다 높은 주파수에서 예로서, 100보다 큰 품질 인자, 심지어 1000보다 큰 품질 인자를 갖는 고정 MEMS 커패시터를 제조할 수 있다.
본 발명의 범주에서, 상기 사스 보유 간극(4)은 유전 가스를 보유하는 간극일 수 있다. 비록, 공기가 제조의 용이성을 위해 유전 가스로서 바람직하지만, 본 발명은 공기 간극에 한정되지 않으며, 간극(4)은 예로서, 질소, 아르곤을 포함하는 임의의 다른 유전 가스로 채워질 수 있다. 변형예에서, 간극(4)은 또한 부분 진공하에서 가스, 특히, 공기를 보유할 수 있다.
제조 방법 - 도 4 내지 도 11
본 발명의 MEMS 고정 커패시터(1 또는 1')는 도 4 내지 도 11을 참조로 이제 설명되는 연속적 제조 단계를 수행함으로써 쉽게 저비용으로 제조될 수 있다.
단계 1/8 - 도 4
금속의 제1 층(저부 층)(L1)이 기판(S) 상에 증착된다. 층(L1)의 금속은 예로서, 금이며, 기판(S)은 예로서, 실리콘으로 이루어진다.
단계 2/8 - 도 5
층(L1)은 저부 층(L1)에서 적어도 하나의 저부 전극(3)과 단절부(7)를 형성하는 방식으로 패터닝된다.
단계 3/8 - 도 6
희생 층(SL)이 저부 층(L1) 및 기판(S) 상에 증착된다. 이 희생 층(SL)은 단일층일 수 있거나 다중층, 특히, 예로서 크롬과 실리콘 디옥사이드(SiO2)로 각각 이루어진 두 개의 중첩된 층으로 이루어지는 2겹 층일 수 있다. 희생 층(SL)은 또한 예로서, 구리, 크롬... 같은 재로로 이루어질 수 있다. 희생 층(SL)은 또한 예로서, PMGI(Polydimethylglutarimide), AZ1518,... 같은 마이크로전자장치에 사용되는 임의의 감광성 수지로 이루어질 수 있다.
단계 4/8 - 도 7
희생 층(SL)의 전체 두께를 통해 우물을 생성하는 방식으로 희생 층(SL)이 패터닝된다. 상기 우물은 추후 지주부(5)의 구성(그리고, 또한, 도 12의 변형예에서 추가적 지주부(5')의 구성)을 위해 사용된다.
단계 5/8 - 도 8
예로서, 금 같은 금속으로 우물(W)을 채우기 위해 전기도금에 의해 제2 금속 증착 단계(중간 층(L2))가 수행된다.
단계 6/8 - 도 9
희생 층(SL)의 상단 표면을 덮는 상단 금속 층(L3)을 형성하기 위해 희생 층(SL) 상에 제3 금속 층(예로서, 금 층)이 증착된다.
단계 7/8 - 도 10
상단 금속 전극(2)과 단절부(9)를 형성하도록 상단 금속 층(L3)이 패턴화된다.
단계 8/8 - 도 11
전체 희생 층(SL)을 제거하고, 특히, 상단 전극(2)과 저부 전극(3) 사이에 공기 간극(4)을 형성하도록 희생 층(SL)을 식각하는 것에 의해 최종 제거 단계가 수행된다.
식각 단계 8/8 이후, 예로서, 초임계 CO2 같은 건조 가스의 송풍 또는 마란고니 효과의 실행 또는 알콜 승화에 의해 그 자체가 이미 잘 알려져 있는 최종 건조 단계가 수행될 수도 있다.
도 15의 변형예
도 15의 변형예에서, 상단 전극은 두 개의 별개의 금속 층(L3a, L3b)으로 이루어진다. 상부 층(L3b)은 기계적 특성에 따라 하부 층(L3a)의 전체 또는 일부를 덮을 수 있다.
도 16의 변형예
도 16의 변형예에서, 상단 전극(2)과 저부 전극(3) 사이의 공기 간극의 두께(D)를 감소시키기 위해 상단 층(L3)에 부싱(bushing) 단계가 수행된다.
도 17의 변형예
본 변형예에서, 단지 두 개의 금속 층(L1, L3)이 사용되며, 지주부(5)는 상단 전극(2)과 동시에, 그리고, 동일한 금속 층(L1)으로부터 가공 및 형성된다.
표준 집적 회로(IC)는 항상 예로서 두 개의 전기적 기능 회로 또는 요소를 연결하기 위해 전기적 상호접속 라인을 포함하며, 전기적 기능 회로 또는 요소는 예로서 용량성 또는 오옴 스위치, 인덕턴스, 오옴 저항을 포함한다. 상기 상호접속 라인은 예로서, 단순한 금속 스트립, 마이크로스트립 공평면 도파체(CPW), 스트립라인일 수 있다. 유리하게, 본 발명의 MEMS 고정 커패시터(1 또는 1')는 IC 영역을 증가시키지 않고 표준 집적 회로(IC)의 전기적 상호접속 라인 내에 쉽게 내장될 수 있다. IC 내에 MEMS 고정 커패시터의 단일체형 통합을 위해 IC의 상호접속 라인의 이러한 현명한 사용은 예로서, 표준 IC에 내장된 커패시터 뱅크를 제조하기 위해 또는 IC에 용량 기능성을 추가하기 위해 유용할 수 있다.
도 24 및 도 25는 집적 회로(IC)의 상호접속 라인에 본 발명의 다수의 MEMS 고정 커패시터를 내장하는 집적 회로(IC)의 일 예를 보여준다. 도 24 및 도 25에서, 참조번호 G는 IC의 접지를 나타낸다.
도 24를 참조하면, 집적 회로(IC)는 본 특정 경우에 전기적 상호접속 라인(IL1, IL2)에 의해 병렬로 연결되어 있는 네 개의 MEMS 스위치(또는 MEMS 릴레이)(SW1, SW2, SW3, SW4)(도 26)를 포함하는 디지털 커패시터 뱅크이다. 본 예에서, 상호접속 라인(IL1)은 각 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4)를 위해 본 발명의 MEMS 고정 커패시터(Cap1 , Cap2, Cap3, Cap4)를 내장하고 있다.

Claims (20)

  1. MEMS 고정 커패시터(1; 1')에 있어서,
    기판(S) 상에 형성된 저부 금속 전극(3), 상기 저부 금속 전극 위에서 금속 지주부들(5; 5')에 의해 지지되어 있는 상단 금속 전극(2) 및 상기 상단 금속 전극(2)과 저부 금속 전극(3) 사이에 비고체 전해질 층을 형성하는 가스 보유 간극(4)을 포함하고, 상기 상단 금속 전극(2)과 저부 금속 전극(3) 사이의 거리(D)는 1㎛ 이하이고, 상기 상단 금속 전극(2)의 두께(E)는 1㎛ 이상인 MEMS 고정 커패시터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 상단 금속 전극(2)의 상기 두께(E)는 1.5㎛ 이상인 MEMS 고정 커패시터.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 상단 금속 전극(2)의 상기 두께(E)는 2㎛ 이상인 MEMS 고정 커패시터.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상단 금속 전극(2)과 상기 저부 금속 전극(3) 사이의 상기 거리(D)는 0.4㎛ 이하인 MEMS 고정 커패시터.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상단 금속 전극(2)과 상기 저부 금속 전극(3) 사이의 상기 거리(D)는 0.15㎛ 이상인 MEMS 고정 커패시터.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 45V까지, 그리고, 더 바람직하게는 적어도 100V까지의 전압에 대하여 10-4 이하의 변형성 파라미터(DEF)를 특징으로 하며, 상기 변형성 파라미터(DEF)는 다음 방정식
    DEF = △C/(V2·C0)
    여기서,
    - V는 상기 상단 금속 전극과 상기 저부 금속 전극 사이에 인가된 전압의 값이고,
    - C0는 상기 상단 금속 전극(2)과 상기 저부 금속 전극(3) 사이에 어떠한 전압도 인가되지 않은 상태의 MEMS 고정 커패시터의 커패시턴스 값이고,
    - △C는 전압(V)이 상기 상단 금속 전극(2)과 상기 저부 금속 전극(3) 사이에 인가될 때 커패시턴스 값의 변동
    에 의해 정의되는 MEMS 고정 커패시터.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상단 금속 전극(2)과 상기 상부 금속 전극(3)은 동일한 금속으로 이루어지는 MEMS 고정 커패시터.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상단 금속 전극(2)과 상기 저부 금속 전극(3)은 다른 금속들로 이루어지는 MEMS 고정 커패시터.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상단 전극(2)은 금인 MEMS 고정 커패시터.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 보유 간극(4)은 유전 가스를 보유하는 간극인 MEMS 고정 커패시터.
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 보유 간극(4)은 공기를 보유하는 간극인 MEMS 고정 커패시터.
  12. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 보유 간극(4)은 부분 진공하에 가스를 보유하는 간극인 MEMS 고정 커패시터.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 지주부들(5, 5')은 상기 상단 금속 전극의 굴곡을 피하기 위해 상기 상단 금속 전극(2)의 전체 영역에 분포되는 MEMS 고정 커패시터.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항의 적어도 하나의 MEMS 고정 커패시터를 내장하는 적어도 하나의 전기 접속 라인(IL1)을 포함하는 집적 회로(IC).
  15. MEMS 고정 커패시터, 특히, 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항의 MEMS 고정 커패시터(1; 1')를 제조하는 방법에 있어서,
    (a) 기판(S) 상에 저부 금속 층(L1)을 증착하는 단계,
    (b) 상기 저부 층(L1)에 적어도 하나의 저부 금속 전극(3)을 생성하도록하는 방식으로 상기 저부 금속 층(L1)을 패터닝하는 단계,
    (c) 상기 저부 금속 층(L1)과 상기 기판(S) 상에 희생층(SL)을 증착하는 단계,
    (d) 상기 희생층(SL)의 전체 두께를 통해 우물들(W)을 생성하는 방식으로 희생층(SL)을 패터닝하는 단계,
    (e) 지지 지주부(5; 5')를 형성하기 위해 금속으로 상기 희생층(SL)의 우물들(W)을 충전하는 단계,
    (f) 상기 희생층(SL) 상에 적어도 하나의 상단 금속 층(L3/ L3a, L3b)을 증착하는 단계,
    (g) 적어도 하나의 상단 금속 전극(2)을 형성하도록 상단 금속 층(들)(L3/ L3a, L3b)을 패터닝하는 단계,
    (h) 상기 희생층(SL) 전체를 제거하고 상기 상단 금속 전극(2)과 상기 저부 금속 전극(3) 사이에 공기 간극(4)을 생성하도록 상기 희생층(SL)을 식각하는 단계
    를 포함하는 MEMS 고정 커패시터 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 단계들 (e) 및 (f)는 개별적으로, 그리고, 연속적으로 수행되는 MEMS 고정 커패시터 제조 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 단계들 (e) 및 (f)는 상기 희생층(SL)에 이전에 형성된 상기 우물들(W)을 또한 충전하는 방식으로 상기 희생층(SL) 상에 상기 적어도 하나의 상단 금속 층(L3/ L3a, L3b)을 증착함으로써 동시에 수행되는 MEMS 고정 커패시터 제조 방법.
  18. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상단 전극(2)의 두께(E)는 1.5㎛ 이상, 바람직하게는, 2㎛ 이상인 MEMS 고정 커패시터 제조 방법.
  19. 제 15 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상단 전극(2)과 상기 저부 전극(3) 사이의 거리(D)는 0.4㎛ 이하인 MEMS 고정 커패시터 제조 방법.
  20. 제 15 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상단 전극(2)과 상기 저부 전극(3) 사이의 상기 거리(D)는 0.15㎛ 이상인 MEMS 고정 커패시터 제조 방법.
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