KR20150105237A - 지지 구조체 및 지지 구조체를 형성하는 방법 - Google Patents

지지 구조체 및 지지 구조체를 형성하는 방법 Download PDF

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Abstract

캐리어와, 서스펜디드 구조체와, 서스펜디드 구조체를 캐리어에 고정시키도록 구성된 원형의 오목한 형태를 갖는 홀딩 구조체를 포함하고, 홀딩 구조체의 테이퍼드 측면은 서스펜디드 구조체와 물리적으로 연결하는 멤브레인을 캐리어에 고정시키기 위한 구조체가 개시된다. 서스펜디드 구조체를 지지하기 위해 캐리어 상에 홀딩 구조체를 형성하는 방법이 더 개시된다. 방법은, 캐리어 상에 홀딩 구조체를 형성하는 단계와, 홀딩 구조체 상에 서스펜디드 구조체를 형성하는 단계와, 오목한 형태를 갖는 홀딩 구조체를 형상화하는 단계와, 홀딩 구조체의 테이퍼드 측면을 서스펜디드 구조체와 물리적으로 연결하도록 홀딩 구조체를 배열하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

지지 구조체 및 지지 구조체를 형성하는 방법{A SUPPORT STRUCTURE AND METHOD OF FORMING A SUPPORT STRUCTURE}
다양한 실시예는 멤브레인을 캐리어에 고정시키기 위한 경사형 구조체(a graded structure) 및 경사형 구조체를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
반복되는 큰 물리적 변위의 사이클을 견디는 것이 가능한 박막 멤브레인을 생성하는 기능은 다양한 MEMS(micro-electro-mehanical system) 트랜스듀서의 제조 및 추가 소형화에 필수적이다. 이들 MEMS 트랜스듀서 시스템은 다수의 휴대용 전자 디바이스에 집적된다. 이들 MEMS 트랜스듀서 시스템을 이용하는 대부분의 휴대용 전자 디바이스에서, 소형화는 상업적인 성공에 필수적이다. 많은 이들 시스템은, 특히 수신된 신호 또는 전자 입력에 기인한 멤브레인 편향의 생성 및/또는 검출에 기초하여, 트랜스듀서가 작동을 위해 다수의 지지 구조체 사이에 서스펜딩된(suspended) 초박막 멤브레인을 필요로 한다.
다양한 실시예에 따라, 멤브레인을 캐리어에 고정시키기 위한 구조체가 개시된다. 이 구조체는 캐리어와, 서스펜디드 구조체와, 서스펜디드 구조체를 캐리어에 고정시키도록 구성된 홀딩(holding) 구조체를 포함할 수 있다. 홀딩 구조체는 둥근, 오목한 형태를 가질 수 있고 홀딩 구조체의 테이퍼드(tapered) 측은 물리적으로 서스펜디드 구조체와 연결할 수 있다.
도면에서 유사한 참조 부호는 일반적으로 상이한 뷰 전반에서 동일한 부분을 지칭한다. 도면은 반드시 일정 비율로 도시되는 것이 아니며, 대신에 일반적으로 본 발명의 원리를 도시하는 것에 중점을 둔다. 다음의 설명에서, 본 발명의 다양한 실시예가 다음의 도면을 참조하여 설명된다.
도 1a는 MEMS 마이크로폰의 단면도를 도시한다.
도 1b는 멤브레인을 캐리어에 부착하는데 사용되는 고정 수단에 의해 멤브레인에 부과되는 응력을 처리하기 위한 현재 이용가능한 전략의 상세한 단면도를 도시한다. 현 솔루션은 상이한 에칭 속도를 갖는 적어도 두 재료를 사용하는 것을 포함하여서, 재료가 에칭될 때, 긴 테이퍼드 구조체가 생산되어서 멤브레인에 대한 응력을 감소시킨다.
도 2는 다양한 실시예에 따른 구조체를 도시한다.
도 3은 다양한 실시예에 따른 구조체를 도시한다.
도 4는 도 2에 도시된 바와 같은 다중 구조체가 다중 멤브레인 스택 구조체를 생성하기 위해 서로의 상부 상에 형성되어지는 실시예를 도시한다.
도 5는 다양한 실시예에 따라 구조체를 형성하는 방법을 도시하는 흐름도를 도시한다.
도 6은 다양한 실시예에 따른 MEMS 압력 센서 또는 압력 센싱 시스템의 단면도를 도시한다.
도 7은 다양한 실시예에 따른 MEMS 스피커 또는 스피커 시스템의 단면도를 도시한다.
다음의 상세한 설명은 첨부한 도면을 참조하여 도시의 방식으로, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 상세 및 실시예를 도시한다.
단어 “예시적”은 본원에서 “예시, 사례, 또는 실례로서의 역할을 하는 것”을 의미한다. “예시적”으로 본원에서 설명된 임의의 실시예 또는 설계는 반드시 다른 실시예 또는 설계보다 선호되는 것 또는 이득이 되는 것으로서 이해되지는 않는다.
측면 또는 평면 “위”에 형성되는 증착된 재료와 관련하여 사용되는 단어 “위”는, 증착된 재료가 암시된 측면 또는 표면에 예를 들어, 직접 접촉하여, “상부에 직접” 형성될 수 있음을 의미하는 것이 될 수 있다. 측면 또는 표면 “위”에 형성되는 증착된 재료와 관련하여 사용되는 단어 “위”는 암시된 측면 또는 표면과 증착된 재료 사이에서 배열되는 하나 이상의 추가 레이어와 함께 증착된 재료가 암시된 측면 또는 표면 “상부에 직접” 형성될 수 있음을 의미하는 것이 될 수 있다.
다양한 실시예는 일반적으로 고정 포인트에서 멤브레인 상에 부과되는 응력을 감소시키며 캐리어 상에 멤브레인을 고정시키기 위한 구조체 및 고정 구조체를 형성하는 방법에 관한 것이다.
도 1a는 MEMS 마이크로폰(10)의 투시 단면도의 개략도이다. MEMS 마이크로폰(10)에서, 활성 영역은, 예를 들어, 수백 나노미터의 두께를 갖는 초박막 멤브레인(100) 뿐만 아니라 기판(104)에 형성된 캐비티(105) 위에 서스펜디드 카운터 전극(102)을 포함할 수 있다.
MEMS 마이크로폰(10)에서, 기판(104)은 반도체 기판이 될 수 있고, 주어진 적용예에 적합한 것으로서, 예를 들어, 기판은 실리콘, 게르마늄, 실리콘 게르마늄, 질화 갈륨, 갈륨 비소, 또는 다른 요소 및/또는 화합물 반도체(예를 들어, III-V 화합물 반도체, 예를 들어, 질화 갈륨 또는 인화 인듐, 또는 II-VI 화합물 반도체 또는 삼원 화합물 반도체 또는 사원 화합물 반도체)를 포함하거나 이들로 본질적으로 구성된다.
MEMS 마이크로폰(10)의 다양한 실시예에서, 멤브레인(100)은 예를 들어, 실리콘, 폴리실리콘 및/또는 질화 실리콘 멤브레인과 같은 반도체 멤브레인이 될 수 있다. 멤브레인(100)은 주어진 적용예에 대해 필수적인 것으로서 다양한 다른 반도체 재료를 포함하거나 이들로 본질적으로 구성될 수 있다. 또한, 멤브레인(100)은 적어도 부분적으로 금속화될 수 있다.
MEMS 마이크로폰(10)의 다양한 실시예에서, 카운터 전극(102)은 예를 들어, 실리콘과 같은 반도체 재료를 적어도 부분적으로 포함하거나 이들로 본질적으로 구성될 수 있어서 적어도 부분적으로 금속화될 수 있다. 일부 실시예에서, 카운터 전극(102)은 금속이 될 수 있거나 예를 들어, 구리 또는 구리층과 같은 금속층을 포함할 수 있다.
멤브레인(100)을 갖는 MEMS 마이크로폰(10)은 기판(104)의 후면(104a)으로부터 에칭될 수 있고, 후면(104a)은 카운터 전극(102)이 제공되는 측면(기판(104)의 전면(104b)으로서 지칭될 수 있음)과 대향할 수 있다. 카운터 전극(102)은 매우 얇을 수 있고, 예를 들어, 약 100nm 내지 약 1μm의 범위, 예를 들어, 약 100nm 내지 약 250nm의 범위, 예를 들어, 약 250nm 내지 약 500nm의 범위, 예를 들어, 약 500nm 내지 약 1μm의 범위의 두께를 갖는다. 멤브레인(100) 상에 충돌하는 음향파는 멤브레인(100)이 진동하게 할 수 있다. 음향파는 멤브레인(100)의 진동에 기인한 캐패시턴스 변화를 측정함으로써 검출될 수 있다. 즉, 멤브레인(100)과 카운터 전극(102) 사이의 거리가 변할 수 있기 때문에, 생성되는 캐패시턴스 또한 변할 수 있다. MEMS 마이크로폰(10)의 성능은 음향파가 충돌하는 멤브레인(100)의 후면(100a), 즉, 멤브레인(100)의 전면(100b)의 대향측을 노출시키는 기판(104)의 후면(104a)으로부터 형성되는 캐비티(105)의 부피 및 형태에 의존할 수 있다. MEMS 마이크로폰(10)의 소형화를 위한 하나의 장벽은 멤브레인(100)이 기판(104)에 장착(즉, 고정)되는, 예를 들어, 고정 포인트에서, 진동 중에 멤브레인(100) 상에 부과되는 응력이 될 수 있다. 이는 멤브레인 균열 및 MEMS 마이크로폰(10)의 조기 고장으로 이어질 수 있다. 응력은 멤브레인(100)이 기판(104)에 고정되는 고정 포인트(107)에서의 특정 영향이 될 수 있다.
도 1b에서 도시된 바와 같이, 고정 포인트(107)에서 응력을 감소시키기 위한 현재 사용가능한 전략 및 디바이스는, 상이한 에칭 속도를 갖는 둘 이상의 재료, 예를 들어, 108 및 110,을 포함하거나 이들로 본질적으로 구성되는 테이퍼드 지지 구조체를 포함하여서 재료가 에칭될 때 테이퍼가 형성된다.
제 1 멤브레인 지지 재료(110)는, 100nm 내지 800nm, 예를 들어, 100nm 내지 250nm, 예를 들어, 250nm 내지 500nm, 예를 들어, 500nm 내지 800nm의 범위의 두께를 가질 수 있다. 제 2 멤브레인 지지 재료(108)는 150nm 내지 300nm의 범위의 두께를 가질 수 있다. 제 1 멤브레인 지지 재료(110)는 산화 실리콘 SiO2이 될 수 있다. 제 2 멤브레인지지 재료(108)는 산화질화 실리콘(SiON)이될 수 있다. 그 결과는 산화물(SiO2) 및 산화질화물을 포함하는 두 층의 생성이 될 수 있다. 다양한 등방성 습식 에칭 기술이 사용된다면, SiO2의 에칭 속도는 SiON의 그것보다는 높을 것이다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 이 프로세스의 하나의 가능한 결과는 SiON의 삼각형 돌출부(112)이다.
도 1b에 도시된 구성에서, 멤브레인(115)은 대체로 250nm 내지 400nm의 범위의 두께를 갖는다.
멤브레인 지지 구조체(108 및 110)로 구성되는 테이퍼드 지지 구조체는 응력을 두 하위 응력 구역(106)에 분산시킴으로써 고정 포인트(107)에서 멤브레인(115) 상에 초기 응력을 경감시킨다. 하지만, 하위 응력 구역(106)에서 갑작스런 전환 및/또는 코너 또는 엣지는 여전히 응력이 멤브레인(115) 상에 부과될 수 있는 영역을 제시한다.
본 개시는 박막 멤브레인을 기판 또는 캐리어에 부착시키기 위한 향상된 클램핑 및/또는 지지 구조체를 제공할 수 있다. 본 개시는 또한 향상된 클램핑 디바이스를 생성하는 방법을 제공할 수 있다. 본 개시의 클램핑 구조체는, 예를 들어, 현재 기술 및/또는 기법으로 가능한 날카로운, 원형의, 테이퍼드 형태 대신에 경사형으로 곡선인, 오목한, 테이퍼드 형태를 갖는 지지 구조체를 구현함으로써, 현재 사용가능한 솔루션에서 제시되는, 갑작스런 전환 또는 엣지를 제거할 수 있다. 다양한 실시예에 따라 제공되는 구조체 및 방법은 현재 멤브레인 클램핑 기술에서 제시되는 단점의 적어도 일부를 감소시키거나 제거할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, MEMS 트랜스듀서 또는 트랜스듀서 시스템에서 멤브레인을 캐리어에 클램핑하거나 고정하기 위한 구조체가 개시된다.
다양한 실시예에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(104)(즉, 캐리어)에 멤브레인(100)을 클램핑하거나 고정시키기 위한 구조체는 캐리어(104) 상에 형성된 홀딩 구조체(202)가 될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 홀딩 구조체(202)의 적어도 하나의 측면은 테이퍼드의, 오목한 형태를 가질 수 있다. 멤브레인(100)이 주어진 힘, 예를 들어, 음향파에 기인하여 편향 또는 변형한다면, 테이퍼드의, 오목한 형태의 홀딩 구조체(202)는 멤브레인 편향 중에 홀딩 구조체(202)에 의해 멤브레인(100) 상에 부과될 수 있는 임의의 응력을 경감시킬 수 있다. 예를 들어, 테이퍼드 구조체가 MEMS 마이크로폰에 구현된다면, 입사 음향파에 기인하여, 멤브레인(100)이 방향(F1)으로 진동하고 변형될 때, 홀딩 구조체(202)에 의해 멤브레인(100) 상에 부과되는 임의의 응력은, 현재 사용가능한 솔루션으로서는 몇몇 높은 응력 구역에 집중되는 것 대신에, 곡선의 평면(C1)을 거쳐 분산될 수 있다.
홀딩 구조체(202)는 다양한 제조 기법, 예를 들어, 물리적 증착, 전기화학적 증착, 화학적 증착, 분자 빔 에피택시 및 원자 층 증착에 의해 캐리어(104) 상에 증착될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 캐리어(104)는 주어진 적용예에 대해 적합한 재료, 예를 들어, 게르마늄, 실리콘 게르마늄, 탄화 실리콘, 질화 갈륨, 비소 갈륨, 인듐, 질화 인듐 갈륨, 비소 인듐 갈륨, 산화 아연 인듐 갈륨, 또는 다른 요소 및/또는 화합물 반도체를 포함하거나 이들로 본질적으로 구성되는 것과 같은 반도체 재료를 포함할 수 있거나 이들로 본질적으로 구성될 수 있다. 캐리어(104)는 또한 주어진 적용예에 대해 적합할 수 있는 것으로서 다른 재료 또는 재료의 조합, 예를 들어, 다양한 유전체, 금속 및 폴리머를 포함할 수 있다. 캐리어(104)는 또한 예를 들어, 유리 및/또는 다양한 폴리머를 포함할 수 있거나 이들로 본질적으로 구성될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에 따라, 캐리어(104)는 SOI(a silicon-on-insulator) 캐리어가 될 수 있다.
다양한 실시 예에 따라, 홀딩 구조체(202)의 두께(T1)는, 예를 들어, 약 100nm 내지 약 1μm의 범위, 예를 들어, 약 100nm 내지 약 250nm의 범위, 예를 들어, 약 250nm 내지 약 500nm의 범위, 예를 들어, 약 500nm 내지 약 1μm의 범위가 될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에 따라, 멤브레인(100)은 홀딩 구조체(202)가 캐리어(104) 상에 증착된 이후에 홀딩 구조체(202) 상으로 증착될 수 있다. 서스펜디드 구조체(200)는 다양한 제조 기법, 예를 들어, 물리적 증착, 전기화학적 증착, 화학적 증착, 분자 빔 에피택시 및 원자 층 증착을 통해 홀딩 구조체(202) 상으로 증착될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 멤브레인 구조체(100)의 두께(T2)는 예를 들어, 약 300nm 내지 약 1μm의 범위, 예를 들어, 약 300nm 내지 약 400nm의 범위, 예를 들어, 약 400nm 내지 약 500nm의 범위, 예를 들어, 약 500nm 내지 약 1μm의 범위가 될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 멤브레인(100)은 반도체 멤브레인 예를 들어, 실리콘 멤브레인이 될 수 있다. 멤브레인(100)은 주어진 적용예에 대해 필수적인 것으로서 다양한 다른 반도체 재료를 포함할 수 있거나 이들로 본질적으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 멤브레인(100)은 예를 들어, 게르마늄, 실리콘 게르마늄, 탄화 실리콘, 질화 갈륨, 비소 갈륨, 인듐, 질화 인듐 갈륨, 비소 인듐 갈륨, 산화 아연 인듐 갈륨, 또는 다른 요소 및/또는 화합물 반도체를 포함하거나 이들로 본질적으로 구성될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 멤브레인(100)은 유전체 재료, 압전체 재료, 압전 저항 재료, 강유전체 재료, 및 다양한 재료를 포함할 수 있거나 이들로 본질적으로 구성될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 오목한, 테이퍼드의 형태의 홀딩 구조체(202)는 멤브레인(100)을 에칭하지 않는 에칭 프로세스를 통해 획득될 수 있다. 이러한 연속적으로 변하는 및/또는 경사형의 에칭 프로세스는 홀딩 구조체(202)의 재료 조성을 변화시킴으로써 달성될 수 있어서, 홀딩 구조체(202) 상의 포인트(E1)에서의 에칭 속도는 포인트(E2)에서의 에칭 속도보다 낮다. 다양한 에칭 기법은 테이퍼드 형태의 홀딩 구조체(202)를 획득하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 등방성 가스 위상 에칭, 수증기 에칭, 습식 에칭, 등방성 건식 에칭, 플라즈마 에칭 등. 예를 들어, 오목한, 테이퍼드 형태의 홀딩 구조체(202)는 홀딩 구조체(202)의 에칭 속도가 재료 전반적으로 일정하지 않은 에칭 프로세스를 통해 획득될 수 있다. 이 효과는 예를 들어, 홀딩 구조체(202)를 실리콘 산화질화 화합물로서 구성하고 홀딩 구조체(202)를 플루오르화 산(a flouridic acid)으로 에칭하면서 실리콘 산화질화물에서 질소량 X를 변화시키거나 단계화함으로써 달성될 수 있어서, 실리콘 산화질화물의 화학적 구성은 SiO1 - xNx에 의해 정의될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 변하는 질소량을 갖는 실리콘 산화질화 화합물은 다양한 제조 기법, 예를 들어, 물리적 증착, 전기화학적 증착, 화학적 증착, 분자 빔 에피택시 및 원자 층 증착의 사용을 통해 생성될 수 있다. 예를 들어, 증착되는 재료의 질소량을 제어 및/또는 변화시킴으로써, 증착된 실리콘 산화질화물 재료는 연속적으로 변하고 및/또는 단계화되는, 예를 들어, 포인트(E2)에서의 저농도 질소에서부터 포인트(E1)에서의 고농도 질소까지의 범위의 질소량을 가질 수 있다. 다양한 실시예에서, 포인트(E2)에서의 저농도 질소는 약 0% 내지 약100% 까지의 범위, 예를 들어, 약 40%에서 약 80%까지의 범위가 될 수 있다. 또한, 포인트(E1)에서의 고농도 질소는 약 50% 내지 약 100%까지의 범위, 예를 들어 약 10% 내지 약 50%까지의 범위가 될 수 있다.
따라서 예시적으로 홀딩 구조체는 제 1 재료 및 제 2 재료와는 상이한 제 2 재료를 포함할 수 있다. 제 1 내료에서의 제 2 재료의 농도는 캐리어에 대해 상대적인 제 1 재료 내의 위치의 함수에 따라 연속적으로 변할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 홀딩 구조체(202)의 포인트(E1)는 홀딩 구조체(202)의 상부 표면(202b)에서 배열될 수 있고, 즉, 다양한 실시예에 따라, 포인트(E1)는 멤브레인(100)의 후면(100a)에 고정될 수 있는 홀딩 구조체(200)의 부분에 위치될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 홀딩 구조체(202)의 포인트(E1)는 돌출되는 것 및/또는 멤브레인(100)에 의해 둘러싸이는 것이 될 수 있고 캐비티(105)에 인접할 수 있는 홀딩 구조체(202)의 측면, 즉, 캐비티(105)에 가장 근접할 수 있는 홀딩 구조체(202)의 측면 및/또는 표면 상에 배열될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 홀딩 구조체(202)의 포인트(E2)는 홀딩 구조체(202)의 하부 표면(202a)에서 배열될 수 있고, 즉, 다양한 실시예에 따라, 포인트(E2)는 기판(104)의 전면(104b)에 고정될 수 있는 홀딩 구조체(200)의 부분에 위치될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 홀딩 구조체(202)의 포인트(E2)는 돌출되는 것 및/또는 멤브레인(100)에 의해 둘러싸이는 것이 될 수 있고 캐비티(105)에 인접할 수 있는 홀딩 구조체(202)의 측면, 즉, 캐비티(105)에 가장 근접할 수 있는 홀딩 구조체(202)의 측면 및/또는 표면 상에 배열될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 위에서 설명된 바와 같이 많은 상이한 반도체 재료는 가변하는 에칭 속도와 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 위에서 설명된 테이퍼드 형태는, 실리콘 게르마늄, 비소 갈륨, 탄화 실리콘, 질화 갈륨, 인듐, 및 다른 요소 및/또는 화합물 반도체 중 적어도 하나로 홀딩 구조체(202)를 구성한 후 플루오르화 수소산(hydrofluoric acid)과 같은 다양한 인산 용액, 사메틸 수산화 암모늄(tetramethylammomium hydroxide)과 같은 다양한 산화물 용액, 및 에틸렌디아민 피로카테콜(ethylenediamine pyrocatechol)과 같은 다양한 이방성 습식 에칭 물질로 화합물을 에칭함으로써 획득될 수 있다. 유사하게 반도체 재료는 다양한 등방성 물질의 사용을 통해 에칭될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 위에서 설명된 바와 같이 플라즈마 에칭은 또한 가변가능한 에칭 속도 프로세스에서 사용될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 위에서 설명된 테이퍼드 형태는 주어진 적용예에 대해 바람직할 수 있는 것으로서 다양한 다른 재료, 예를 들어, 금속 재료, 다양한 금속 합금 및/또는 화합물 금속, 및 다양한 요소 금속으로 홀딩 구조체(202)를 구성함으로써 획득될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 위에서 설명된 테이퍼드 형태는 여러 상이한 재료로 홀딩 구조체(202)를 구성함으로써 획득될 수 있고, 각각은 에칭 속도가 약간씩 상이한 에칭 속도로 재료를 배열하여서, 에칭될 때, 위에서 설명된 테이퍼드 형태가 형성될 수 있다. 즉, 홀딩 구조체(202)는 복수의 상이한 재료의 합성 구조체 및/또는 라미네이트 구조체의 타입으로서 구현될 수 있고, 여기서 합성 구조체에서의 각각의 재료는 합성 구조체를 구현하는데 사용되는 다른 재료와 약간씩 상이한 에칭 속도를 가질 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 오직 하나의 타입의 에칭제(etchant) 및/또는 오직 단일한 에칭 단계가 위에서 설명된 테이퍼드 형태로 홀딩 구조체(202)를 형상화하는데 필수적일 수 있다. 홀딩 구조체(202)가 합성 구조체의 타입으로서 구현될 수 있는 다양한 실시예에서, 위에서 설명된 테이퍼드 형태는 합성 구조체에 다양한 재료를 배열함으로써 달성될 수 있어서, 에칭될 때, 테이퍼드 형태가 달성된다. 홀딩 구조체(202)가 합성 구조체의 타입으로서 구현될 수 있는 다양한 실시예에서, 합성 구조체는 다양한 제조 기법, 예를 들어, 물리적 증착, 전기화학적 증착, 화학적 증착, 분자 빔 에피택시 및 원자 층 증착의 사용을 통해 생성될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 경사형 홀딩 구조체(202)가 형성된 이후에, 멤브레인(100) 상에 부과되는 응력은, 다양한 현재 사용가능한 기술로서는 응력 구역(106)에 집중되는 것 대신에, 곡선의 섹션(C1)의 전체 폭을 거쳐 분포되거나 분배될 수 있다. 경사형 홀딩 구조체(202)는 원형의 아치 또는 아치형의 지지 구조체의 타입으로서 구현될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이, 추가 경사형 홀딩 구조체(402)가 멤브레인(100)의 전면(100b) 상에 형성될 수 있고 추가 멤브레인(400)은 추가 홀딩 구조체(402)의 상부 측면(402a) 상에 형성될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 추가 홀딩 구조체(402)는 홀딩 구조체(202)를 형성하는데 사용되는 유사한 프로세스를 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 추가 홀딩 구조체(402)의 금속 화합물이 구성될 수 있어서 홀딩 구조체(402) 상의 포인트(E3 및 E5)에서의 에칭 속도는, 각각 포인트(E4)에서의 에칭 속도보다 낮다.
다양한 실시예에 따라, 추가 홀딩 구조체(402)의 포인트(E3)는 추가 홀딩 구조체(402)의 상부 측면(402a)에 배열될 수 있고, 즉, 다양한 실시예에 따라, 포인트(E3)는 추가 멤브레인(400)의 후면(400a)에 고정될 수 있는 추가 홀딩 구조체(402)의 일부분에 위치될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 추가 홀딩 구조체(402)의 포인트(E3)는, 추가 멤브레인(400)에 의해 돌출될 수 있고 멤브레인(100)의 전면(100b)과 추가 멤브레인(400)의 후면(400a) 사이에 있을 수 있고/거나 각각에 의해 묶일 수 있는 추가 홀딩 구조체(402)의 측면 상에 배열될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 추가 홀딩 구조체(402)의 포인트(E5)는 멤브레인(100)의 전면(100b)에 배열될 수 있고, 즉, 다양한 실시예에 따라, 포인트(E5)는 멤브레인(100)의 전면(100b)에 고정될 수 있는 추가 홀딩 구조체(402)의 일부분에 위치될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 추가 홀딩 구조체(402)의 포인트(E5)는, 추가 멤브레인(400)에 의해 돌출될 수 있고 멤브레인(100)의 전면(100b)과 추가 멤브레인(400)의 후면(400a) 사이에 있을 수 있고/거나 각각에 의해 묶일 수 있는 추가 홀딩 구조체(402)의 측면 상에 배열될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 추가 홀딩 구조체(402)의 포인트(E4)는 캐비티(105)에 가장 근접할 수 있는 추가 홀딩 구조체(402)의 표면 상의 포인트(E3과 E5) 사이에 주어진 포인트에 배열될 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시예에 따라, 포인트(E4)는 포인트(E3 또는 E5) 중 하나와 함께 위치될 수 있고, 다양한 실시예 따라, 포인트(E4)는 포인트(E3과 E5) 사이에 등거리로 위치될 수 있고, 다양한 실시예에 따라, 포인트(E4)는 주어진 적용예에 대해 바람직할 수 있는 것으로서 추가 홀딩 구조체(402) 상의 포인트(E3과 E5) 사이의 임의의 포인트에 위치될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 포인트(E4)는, 추가 멤브레인(400)에 의해 돌출될 수 있고 멤브레인(100)의 전면(100b)과 추가 멤브레인(400)의 후면(400a) 사이에 있을 수 있고/거나 각각에 의해 묶일 수 있는 추가 홀딩 구조체(402)의 측면 상에 배열될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이, 추가 경사형 홀딩 구조체(402) 및 추가 멤브레인(400)은 경사형 홀딩 구조체(202) 및 멤브레인(100)과 함께 스택 및/또는 스택형 구조체로서 구현될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 추가적인 홀딩 구조체 및 멤브레인(도시되지 않음)은 위에서 설명된 것과 유사한 방법의 사용을 통해 이 스택 구조체에 추가될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 스택 구조체는 주어진 적용예에 대해 바람직할 수 있는 것으로서 가능한 많은 추가적인 홀딩 구조체 및 멤브레인을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 곡선의 섹션(C1)은 원형 또는 실질적으로 원형 형태의 섹션으로서 정의될 수 있다. 다양한 실시예에서, 곡선의 섹션(C1)은 타원형 또는 실질적으로 타원형 형태의 섹션이 될 수 있다. 다양한 실시예에서, 곡선의 섹션(C1)은 포물선의 또는 실질적으로 포물선의 형태일 수 있다. 다양한 실시예에서, 곡선의 섹션(C1)은 쌍곡선의 또는 실질적으로 쌍곡선의 형태일 수 있다. 다양한 실시예에서, 섹션(C1)의 곡률의 반지름은 주어진 적용예에 대해 형태를 정의하는데 바람직한 것으로 조정될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 홀딩 구조체(202)는 MEMS 구조체, 예를 들어, 앵커드(anchored) MEMS 구조체로 구현될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 홀딩 구조체(202)는 MEMS 마이크로폰 또는 마이크로폰 시스템으로 구현될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 5에서 도시된 바와 같이, 서스펜디드 구조체를 지지하기 위해 캐리어 상에 홀딩 구조체를 형성하는 방법(500)이 개시된다. 방법(500)은, (502)에 나타난 것과 같이, 캐리어 위에 서스펜디드 구조체를 형성하는 단계와, (504)에 나타난 것과 같이, 서스펜디드 구조체를 캐리어에 고정시키도록 홀딩 구조체를 형성하는 단계를 포함할 수 있고, 방법(500)은 (506)에 나타난 것과 같이, 오목한 형태를 갖는 홀딩 구조체를 형상화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법(500)은 (508)에 나타난 것과 같이, 홀딩 구조체의 테이퍼드 측면이 서스펜디드 구조체와 물리적으로 연결할 수 있도록 홀딩 구조체를 배열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 홀딩 구조체(202)는 MEMS 압력 센서 또는 압력 센싱 시스템으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 압력 캐비티(604)가 내부에 형성된 기판 구조체(602)를 사용할 수 있는 MEMS 압력 센서 구성(600)과, 압력 캐비티(604)를 거쳐 서스펜딩되는 다이어프램 요소(606)와, 유사하게 압력 캐비티(604)를 거쳐 서스펜딩되고 다이어프램 요소(606)와 평행하도록 배열되는 기준 요소(608)와, 다이어프램 요소(606)의 영역 위에 인가되는 압력에 기인하여 다이어프램 요소(606)의 편향을 검출할 수 있는 가변가능한 캐패시터를 생성한다. 이 타입의 MEMS 압력 센서에서 다이어프램 요소(606)는, 특히 다이어프램이 기판 구조체에 장착되거나 고정될 수 있는 영역에서, 멤브레인(100)에 의해 경험되어지는 것과 유사한 타입의 응력(위에서 논의됨)을 받을 수 있다.
다양한 실시예에서, 구조체는 스피커, 예를 들어, 능동적으로 구동될 수 있는 MEMS 스피커 시스템으로서 구성될 수 있다. 이것은 이하에서 더 자세하게 설명될 것이다.
다양한 실시예에 따라, 홀딩 구조체(202)는 MEMS 스피커 또는 스피커 시스템으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 7에서 도시된 바와 같이, MEMS 스피커 어셈블리(700)는 기판 구조체(706)에 형성된 지지 구조체(704)로부터 서스펜딩되는 이동가능한 진동자 요소(702)(즉, 멤브레인)를 포함할 수 있다. MEMS 스피커 어셈블리는 상기 진동자 요소(702)에 부착되고 지지층(710)에 의해 지지되는 자기 재료(708)와 자기 재료(708)를 둘러쌀 수 있는 전기 전도성 코일(712)을 더 포함할 수 있다. 전류가 상기 전도성 코일(712)을 통과하여 흐르면, 자기 재료(708)는 변위될 수 있다. 전도성 코일(712)에서의 상기 전류의 크기 및/또는 방향은 자기 재료(708)가 변위될 수 있는 정도를 결정한다. 자기 재료(708)의 변위는 전동자 요소(702)가 이동하게 하고 이 이동은 사람 귀에 의해 검출되기에 충분한 크기 및 적합한 주파수를 갖는 음파를 생성할 수 있다. MEMS 스피커에서, 진동자 요소(702)는 디바이스가 동작하고 있을 때 언제든지 진동에 기인하여 응력을 받을 수 있다. 이는 특히 진동자 요소가 기판 구조체의 지지층에 장착되거나 고정될 수 있는 영역에서, 멤브레인(100)에 의해 경험되어지는 것과 유사한 타입의 응력(위에서 논의됨)을 진동자 요소(702)가 받을 수 있다. 다른 예시에서(도시되지 않음), MEMS 스피커 어셈블리(700)는 압전 마이크로 스피커로서 구현될 수 있다. 통상적인 압전 마이크로 스피커는 압력 캐비티 위에 서스펜딩되는 멤브레인 구조체를 포함할 수 있다. 멤브레인 구조체는 예를 들어, AIN 또는 PZT와 같은 압전 액추에이터 재료를 포함할 수 있다. 전압이 압전 액추에이터를 거쳐 인가될 때, 이는 음파를 변형 및/또는 진동 및 생성할 수 있다. 이 진동은 특히 멤브레인 구조체가 압력 캐비티의 엣지에 장착되거나 고정될 수 있는 영역에서, 멤브레인(100)에 의해 경험되어지는 것과 유사한 타입의 응력(위에서 논의됨)을 멤브레인 구조체가 받을 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 홀딩 구조체(202)가 다양한 MEMS 스위치 또는 스위칭 시스템에서 구현될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 구조체가 개시된다. 구조체는 캐리어(104), 서스펜디드 구조체(100), 및 캐리어(104)에 서스펜디드 구조체(100)를 고정하거나 부착시키도록 구성된 홀딩 구조체(202)를 포함할 수 있고, 홀딩 구조체(202)는 오목한 형태를 가질 수 있고, 홀딩 구조체(202)의 테이퍼드 측면(202c)은 서스펜디드 구조체(100)와 물리적으로 연결할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 홀딩 구조체(202)의 표면은 캐리어(104)의 표면에 고정된다. 적어도 하나의 실시예에서, 홀딩 구조체(202)의 하부 표면(202a)은 캐리어(104)의 상부 표면(104a)에 고정될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 서스펜디드 구조체(100)의 표면은 홀딩 구조체(202)의 표면에 고정된다. 다양한 실시예에 따라, 서스펜디드 구조체(100)의 후면(100a)은 홀딩 구조체(202)의 상부 표면(202b)에 고정될 수 있다.
다양한 실시예에서, 캐리어(104)는 반도체 기판이 될 수 있다.
다양한 실시예에서, 캐리어(104)는 SOI(silicon-on-insulator) 기판이 될 수 있다.
다양한 실시예에서, 캐리어(104)는 유리 기판이 될 수 있다.
다양한 실시예에서, 홀딩 구조체(202)는 제 1 재료 및 제 2 재료를 더 포함한다. 다양한 실시예에서, 제 1 재료에서 제 2 재료의 농도는 캐리어(104)에 대한 제 1 재료 내의 위치의 함수에 따라 연속적으로 변화될 수 있다.
다양한 실시예에서, 제 1 재료 및 제 2 재료 중 적어도 하나는 반도체 재료가 될 수 있다.
다양한 실시예에서, 제 1 재료 및 제 2 재료 중 적어도 하나는 유전체 재료가 될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 재 1 재료 및 제 2 재료 중 적어도 하나는 금속이 될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 서스펜디드 구조체(100)는 멤브레인 재료가 될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 멤브레인 재료는 반도체 멤브레인 재료가 될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 멤브레인 재료는 강유전체 멤브레인 재료가 될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 멤브레인 재료는 압전 멤브레인 재료가 될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 서스펜디드 구조체(100)를 지지하기 위해 캐리어(104) 상에 홀딩 구조체(202)를 형성하는 방법이 개시된다. 방법은 캐리어(104) 위에 서스펜디드 구조체(100)를 형성하는 단계와, 서스펜디드 구조체(100)를 캐리어(104)에 고정시키도록 홀딩 구조체(202)를 형성하는 단계를 포함할 수 있고, 홀딩 구조체(202)는 오목한 형태를 갖고 홀딩 구조체(202)의 테이퍼드 측면이 서스펜디드 구조체와 물리적으로 연결할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 방법은 서스펜디드 구조체(100)가 홀딩 구조체(202) 상에 형성된 이후에 홀딩 구조체(202)가 형상화되는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 방법은 홀딩 구조체(202)가 에칭 프로세스가 서스펜디드 구조체(100)를 에칭하지 않도록 에칭 프로세스에 의해 형상화되는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 방법은 홀딩 구조체(202)의 형태가 제 1 재료 및 제 2 재료 에 의해 결정되는 단계를 포함할 수 있고, 제 2 재료는 도입, 예를 들어, 제 1 재료 내로 확산되고 제 1 재료에서의 제 2 재료의 농도는 캐리어(104)에 대한 제 1 재료 내의 위치의 함수에 따라 연속적으로 변형된다. 다양한 실시예에서, 홀딩 구조체(202)는 조성 경사형이 될 수 있다. 다양한 실시예에서, 홀딩 구조체(202)는 곡선의 에칭, 즉, 동일한 에칭제에 대해 상이한 에칭 속도를 갖는 상이한 영역을 가능하게 할 수 있다. 다양한 실시예에서, 홀딩 구조체(202)는 홀딩 구조체(202)를 조성 경사형으로 제공하도록 둘 이상의 재료의 합성물을 포함할 수 있다. 홀딩 구조체(202)는 예를 들어, 산화 실리콘(SiOx) 및/또는 질화 실리콘(SixNy) 및 산화질화 실리콘(SiOxNy, x 및 y가 변함)를 포함할 수 있거나 이들로 본질적으로 구성될 수 있다.
다양한 실시예에서, 구조체가 제공된다. 구조체는 캐리어, 서스펜디드 구조체, 및 서스펜디드 구조체를 캐리어에 고정시키도록 구성된 홀딩 구조체를 포함할 수 있다. 홀딩 구조체는 구성적으로 경사형이 될 수 있다.
본 개시는 특정 실시예와 관련하여 특별히 도시되고 설명되었지만, 첨부된 청구항에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 본원에서 형태 및 상세에서의 다양한 변형이 이루어질 수 있음이 당업자에 의해 이해될 것이다. 따라서 본 개시의 범위는 첨부된 청구항에 의해 나타내어지고 따라서 청구항과 동등한 의미 및 범위 내에 속하는 모든 변형이 포함되도록 의도된다.

Claims (23)

  1. 캐리어와,
    서스펜디드 구조체(a suspended structure)와,
    상기 서스펜디드 구조체를 상기 캐리어에 고정시키도록 구성되는 홀딩 구조체(a holding structure)를 포함하되,
    상기 홀딩 구조체는 오목한 형태(a concave shape)를 갖고,
    상기 홀딩 구조체의 테이퍼드 측면(a tapered side)은 상기 서스펜디드 구조체에 물리적으로 연결되는
    구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀딩 구조체의 표면은 상기 캐리어의 표면에 고정되는
    구조체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 서스펜디드 구조체의 표면은 상기 홀딩 구조체의 표면에 고정되는
    구조체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어는 반도체 기판을 포함하는
    구조체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어는 SOI(silicon-on-insulator) 기판을 포함하는
    구조체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어는 유리 기판을 포함하는
    구조체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀딩 구조체는 조성 경사형(compositionally graded)인
    구조체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀딩 구조체는 조성이 변화하는 재료를 포함하는
    구조체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀딩 구조체는 제 1 재료 및 상기 제 1 재료와 상이한 제 2 재료를 포함하고,
    상기 제 1 재료 내 상기 제 2 재료의 농도는 상기 캐리어에 대한 상기 제 1 재료 내의 위치의 함수에 따라서 연속적으로 변화되는
    구조체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 서스펜디드 구조체는 멤브레인 재료를 포함하는
    구조체.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 멤브레인 재료는 반도체 멤브레인 재료를 포함하는
    구조체.
  12. 캐리어와,
    서스펜디드 구조체와,
    상기 서스펜디드 구조체를 상기 캐리어에 고정시키도록 구성된 홀딩 구조체를 포함하되,
    상기 홀딩 구조체는 조성 경사형인
    구조체.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 홀딩 구조체의 표면은 상기 캐리어의 표면에 고정되고,
    상기 서스펜디드 구조체의 표면은 상기 홀딩 구조체의 표면에 고정되는
    구조체.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 캐리어는 반도체 기판을 포함하는
    구조체.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 서스펜디드 구조체는 멤브레인 재료를 포함하는
    구조체.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 멤브레인 재료는 반도체 멤브레인 재료를 포함하는
    구조체.
  17. 구조체를 형성하는 방법에 있어서,
    캐리어 위에 서스펜디드 구조체를 형성하는 단계와,
    상기 서스펜디드 구조체를 상기 캐리어에 고정시키는 홀딩 구조체를 형성하는 단계와,
    상기 홀딩 구조체는 오목한 형태를 갖고,
    상기 홀딩 구조체의 테이퍼드 측면은 상기 서스펜디드 구조체에 물리적으로 연결되는
    구조체 형성 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    오목한 형태를 갖도록 상기 홀딩 구조체를 형상화하는 단계를 더 포함하는
    구조체 형성 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 홀딩 구조체의 테이퍼드 측면을 상기 서스펜디드 구조체와 물리적으로 연결하도록 상기 홀딩 구조체를 배열하는 단계를 더 포함하는
    구조체 형성 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 홀딩 구조체는 상기 서스펜디드 구조체가 상기 홀딩 구조체 상에 형성된 이후에 형상화되는
    구조체 형성 방법.

  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 홀딩 구조체는 에칭 프로세스에 의해 형상화되며 상기 에칭 프로세스는 상기 서스펜디드 구조체를 에칭하지 않는
    구조체 형성 방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 홀딩 구조체의 형태는 제 1 재료 및 상기 제 1 재료와 상이한 제 2 재료에 의해 결정되는
    구조체 형성 방법.
  23. 구조체를 제조하는 방법으로서,
    홀딩 구조체의 재료 조성을 변화시킴으로써 캐리어 위에 상기 홀딩 구조체를 형성하는 단계-상기 홀딩 구조체의 에칭 속도는 상기 홀딩 구조체를 에칭할 때 변화함-와,
    상기 홀딩 구조체 위에 서스펜디드 구조체를 형성하는 단계-상기 홀딩 구조체는 상기 서스펜디드 구조체를 상기 캐리어에 고정시킴-와,
    상기 홀딩 구조체를 에칭함으로써 상기 홀딩 구조체의 일부를 제거하는 단계를 포함하는
    구조체 제조 방법.
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