KR20160076479A - 다층 멤브레인을 구비한 mems 구조 - Google Patents

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KR20160076479A
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르노 로빈
니콜라스 로르펠랑
카임 세그니
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델프멤스
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Abstract

본 발명은 MEMS 디바이스, 특히, MEMS 스위치를 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은, 기판 위에 포스트들 및 전도(전송)선을 형성하는 단계 및 상기 포스트들 및 전도선 위에 멤브레인을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 멤브레인을 형성하는 단계는 제2 멤브레인층이 형성되는 영역에 인접한 해당 제2 멤브레인층이 형성되지 않는 영역을 제1 멤브레인층이 갖도록 포스트들 중 하나의 포스트 위의 영역 및/또는 전도선 위의 영역에 제1 멤브레인층을 그리고 해당 제1 멤브레인층 위에 제2 멤브레인층을 형성하는 단계를 포함한다. 또한, MEMS 디바이스, 특히, MEMS 스위치가 제공되되, 해당 디바이스는 기판 위에 형성된 포스트들 및 전도(전송)선; 및 상기 포스트들 및 전도선 위의 멤브레인을 포함한다. 멤브레인은 제2 멤브레인층이 형성되는 영역에 인접한 해당 제2 멤브레인층이 형성되지 않는 영역을 제1 멤브레인층이 갖도록 포스트들 중 하나의 포스트 위의 영역 및/또는 전도선 위의 영역에 제1 멤브레인층 및 해당 제1 멤브레인 위에 형성된 제2 멤브레인층을 포함한다.

Description

다층 멤브레인을 구비한 MEMS 구조{MEMS STRUCTURE WITH MULTILAYER MEMBRANE}
본 발명은 마이크로전기기계 시스템(Micro-Electromechanical Systems: MEMS), 특히, 다층 멤브레인을 포함하는 RF MEMS 스위치에 관한 것이다.
마이크로전기기계 시스템(MEMS)은 센서, 작동기 또는 수동적 디바이스로서 매우 광범위한 용도에서 이용된다. RF MEMS는 특히 무선 전송 등과 같은 무선 주파수 용도에, 그리고 모바일 전기통신 등과 같은 각종 산업에 이용된다. 예를 들어, 모바일 폰에서, RF MEMS는 안테나 튜닝 또는 안테나 스위칭을 위한 RF 프론트-엔드에 이용될 수 있다. MEMS 부품들은 고체 상태 디바이스 등과 같은 기타 기술에 비해서 이들 용도에 대해서 매우 낮은 삽입 손실, 스위치의 경우의 높은 절연, 그리고 매우 높은 선형성(IIP3에서 70㏈ 이상) 등과 같은 강력한 기술적 이점을 제공한다.
더욱 구체적으로 RF MEMS 스위치에 관하여, 작동 원리는 모든 기존의 기술분야에서와 여전히 동일하고; 전도용 전송선은 전기기계적 작동에 의해서 개폐된다. 전송선의 폐쇄는, 예를 들어, 전송선 내에서 전기 전도를 피하기 위하여 서로 분리된 전송선의 두 전도성 단부로부터 짧은 거리에 배치된 빔, 브리지 또는 멤브레인에 대해 특성화된 전도 소자를 이용해서 이루어질 수 있다. 빔, 브리지 또는 멤브레인은 이어서 전기기계적으로 작동될 수 있으므로 특성화된 전도성 소자가 예를 들어 옴 접촉을 통해서 전송선의 두 전도성 단부 사이에서 회로를 단락시키며, 이에 의해서 전도성 선로를 형성하고 따라서 스위치를 폐쇄한다.
앞서 언급된 바와 같이, 전도성 소자를 지지하는 부분은 빔(일단부에 고정됨), 브리지(두 단부에 고정됨) 또는 멤브레인(자유롭거나 특성화된 수개의 앵커)일 수 있다. 일 실시형태에 따르면, 멤브레인은 완전히 자유로울 수 있고 기둥부들 및 스토퍼들에 의해 유지될 수 있다(EP 1 705 676 A1 및 EP 2 230 679 A1 참조).
자유롭게 지지된 멤브레인을 포함하는 공지의 MEMS 스위치 구조의 일례가 도 1에 예시되어 있다. 자유롭게 지지된 멤브레인(1)을 휘게 하기 위하여, MEMS 구조(10)는 멤브레인의 기능부를 하강시키기 위하여 가요성 멤브레인을 휘게 하도록 구성된 전기적 작동 수단을 포함한다. 멤브레인의 기능부는 두 포스트(post) 사이에 있는 멤브레인의 일부 하에 특성화되고 폐쇄 모드에서 전송선을 단락시키는 전도성 소자(8)이다. 전기 하강 작동 수단은 전형적으로 작동 전압이 전극(2A)들 상에 인가될 때 포스트들 사이에 있는 멤브레인(1)에 직접 정전 견인력(electrostatic pulling force)을 작용시키도록 구성된, 상기 멤브레인(1) 밑에 위치된 외부 작동 전극(2A)들에 의해 구성된다. 포스트(3)들에 대한 레버 효과와 조합된 이들 견인력은 멤브레인(1)을 휘게 할 수 있다.
휜 멤브레인에 의해, 전송선(4)에 대한 옴 접촉은 해당 멤브레인 밑에 특성화된 접점으로 인해 실현된다. 전송선(4)은 RF 신호를 전송하도록 구성될 수 있다. 도시된 예에서, 전극(2)들, 포스트(3)들 및 전송선(4)은 동일한 기판(5) 상에 형성되어 있다. 휴지 위치로 도로 가거나 또는 절연 위치(전도성 소자와 전도성 플롯 사이의 간극이 최대로 되는 위치)로 가기 위하여, 전극(2A)들의 작동 전압은 0으로 도로 되고, 작동 전압이 외부 전극(2B)들에 인가되어 포스트(3)들에 의해 레버 효과를 수행할 것이므로 멤브레인을 다른 방향으로 휘게 할 것이다. 단 자유롭게 지지된 멤브레인 스위치가 또한 옴 접촉 스위치라기보다 오히려 용량성 접촉 스위치로서 작용할 수 있음에 유의해야 한다.
도 1을 참조하여 기술된 바와 같은 MEMS 스위치의 가장 중요한 사양들 중 하나는 그의 삽입 손실이다. 최근의 엔지니어링 공정에도 불구하고 종래의 MEMS 디바이스는 상당한 삽입 손실을 보인다. 따라서, 본 출원의 목적은, 삽입 손실이 종래 기술에 비해서 저감될 수 있는, 개선된 MEMS 디바이스 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적은 MEMS 디바이스, 특히, MEMS 스위치를 제조하는 방법에 의해 해소되되, 해당 방법은 기판 위에 포스트들 및 전도(전송)선을 형성하는 단계 및 포스트들 및 전도선 위에 멤브레인을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 멤브레인을 형성하는 단계는 제2 멤브레인층이 제1 멤브레인층에 단지 부분적으로 중첩되도록 포스트들 중 하나의 포스트 위의(특히 모든 포스트 위의) 영역 및/또는 전도선 위의 영역에 제1 멤브레인층을 그리고 해당 제1 멤브레인층 위에 제2 멤브레인층을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 멤브레인을 형성하는 단계는 제2 멤브레인층이 형성되는 영역에 인접한 해당 제2 멤브레인층이 형성되지 않는 영역을 제1 멤브레인층이 갖도록 포스트들 중 하나의 포스트 위의(특히 모든 포스트 위의) 영역 및/또는 전도선 위의 영역에 제1 멤브레인층을 그리고 제1 멤브레인층 위에 제2 멤브레인층을 형성하는 단계를 포함할 수도 있다. 따라서, 제2 멤브레인층은 포스트들/전도선 위의 멤브레인의 영역들을 강직화(stiffen)시키기 위하여 제1 멤브레인층 위에 국부적으로 형성된다. 특히, 멤브레인을 형성하는 단계는 (특히 멤브레인이 임의의 작동기들에 의해 휘는 일 없이 휴지 상태에 있을 때) 포스트들 및/또는 전도선 위의 영역에만 제1 멤브레인층을 그리고 해당 제1 멤브레인층 위에 제2 멤브레인층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 멤브레인층은 하나 이상의 스트립의 형상으로 형성될 수 있다. 제2 멤브레인층이 제1 멤브레인층 위에 국부적으로 형성되고, 즉, 제2 멤브레인층이 제1 멤브레인층을 완전히 피복시키지 않지만 포스트들 및/또는 전도선에 관련된 전용 부분들 위에서 해당 제1 멤브레인층을 피복시키는 것이 중요하다. 제2 멤브레인층은 제1 멤브레인층과 동일한 재료로 형성될 수 있고, 제1 멤브레인과 동일한 두께 혹은 상이한 두께를 지닐 수도 있다. 국부적으로 형성된 제2 멤브레인층은 포스트들 및/또는 전도선의 영역에서 멤브레인의 증대된 강직성/두께를 제공한다. 이에 의해서, 삽입 손실은 정전력의 접촉력으로의 개선된 변형으로 인해 저감될 수 있고, 스위칭 속도는 기계력의 개선된 전달로 인해 증가될 수 있어 MEMS 디바이스의 전체 성능을 개선시킬 수 있다.
제2 멤브레인층은 포스트들 및/또는 전도선의 전체 횡방향 치수에 걸쳐서 완전히 혹은 부분적으로 연장되고/되거나 포스트들 및/또는 전도선의 전체 길이방향 폭을 부분적으로 혹은 완전히 피복할 수 있다. 여기서, 용어 "길이방향"이란 멤브레인의 길이방향 축을 지칭하는 한편, "횡방향"은 멤브레인의 횡방향 축을 지칭한다. 제2 멤브레인층은 포스트들 및/또는 전송선(전도선)을 이들의 폭방향으로 소정량만큼 중첩시킬 수 있고, 예를 들어, 이 중첩은 포스트들/전송선의 2 폭 혹은 1 폭 이하일 수 있다. 제2 멤브레인층은, 포스트의 전체 길이를 따라 또는 포스트를 따라 단지 부분적으로 연장되는 영역에 형성될 수 있고, 포스트를 완전히 혹은 부분적으로 피복할 수 있으며, 포스트의 ¼ 내지 4배 범위의 폭을 지닌다. 제2 멤브레인층은, 전송선의 전체 (횡방향) 길이를 따라 또는 전송선을 따라 단지 부분적으로 연장되는 영역에 형성될 수 있고, 전송선을 완전히 혹은 부분적으로 피복할 수 있으며, 전송선의 폭의 ¼ 내지 4배 범위 혹은 그보다 큰 폭을 지닌다.
일 실시형태에 따르면, 상기 방법은 제1 멤브레인층과 제2 멤브레인층 사이에 제3 멤브레인층을 형성하는 단계(여기서 제3 멤브레인층은 제1 멤브레인층의 측방 부분들을 노출시키는 측방 오목부들을 포함함); 및 제1 멤브레인층의 이동을 제한하기 위하여 스토퍼들을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제3 멤브레인층에 의해 노출된 제1 멤브레인층의 측방 부분들은 원칙적으로 임의의 다른 재료층에 의해 피복될 수 있다. 오목부들은 제3 멤브레인층(또한 이하의 상세한 설명 참조)의 가장자리부들에서 멤브레인의 길이 방향으로 배열될 수 있다. 스토퍼들은 MEMS 디바이스의 동작 동안 제3 멤브레인층의 오목부들 내에서 제1 멤브레인층의 가장자리부들과 접촉하도록 배열될 수 있다.
동작 시, 제1 멤브레인층은, 해당 제1 멤브레인층과 접촉할 때 제3 멤브레인층과 접촉하는 일 없이 해당 제3 멤브레인층의 오목부들 내로 부분적으로 연장될 수 있는 스토퍼들과 접촉될 수 있다. 멤브레인의 자유 이동 거리는 제1 멤브레인층의 가장자리부들과 스토퍼들 사이의 간극에 의해 부여된다. 제1 멤브레인층은 통상적으로 이용되는 균일한 두께의 멤브레인보다 더 얇게 제공될 수 있으므로, 멤브레인의 자유 이동 거리는 종래 기술에 비해서 저감될 수 있어 동작 신뢰성을 개선시킬 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 제1 멤브레인층은 희생 기저층 위에 형성되고, 상기 방법은 제1 멤브레인층 위에 그리고 제1 멤브레인층에 의해 피복되지 않은 희생 기저층의 부분들 위에 희생층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 이 실시형태에서, 상기 방법은 희생층 위에 스토퍼층을 형성하는 단계 및 스토퍼층을 패턴화하여 스토퍼들을 형성하는 단계를 포함한다. 희생 기저층은 또한 희생층의 제거 후에 혹은 전에 혹은 동시에 제거된다. 희생 기저층의 제거 후, 멤브레인은 기판 위에 형성된 포스트들 상에 있을 수 있다.
본 발명의 방법의 예들은 제1 멤브레인층의 부분으로부터 희생층을 제거하는 단계 및 제거하는 단계에 의해 노출된 제1 멤브레인층의 부분 위에 제3 멤브레인층을 형성하는 단계를 더 포함한다. 스토퍼 층 및 스토퍼들은 제1 멤브레인층의 부분 위의 희생층을 제거하기 전에 형성될 수 있다.
여기서, 스토퍼들 및 제3 멤브레인층(또한 이하의 상세한 설명 참조)의 형성에 이용되는 전기 도금 공정의 맥락에서 희생층으로부터 전기도금 시드층(electroplating seed layer)을 제거하거나 제3 멤브레인층을 패턴화하는 단계 동안 제1 멤브레인층을 바람직하지 않게 공격하는 문제가 또한 고려된다. 희생층과 제1 멤브레인층 사이의 일부 부정합으로 인해, 제1 멤브레인층이 희생층의 제거 전에 에칭 공정에 의해 공격받을 위험이 있다. 이것을 피하기 위하여, 제3 멤브레인층의 오목부들을 돌출시키는 제3 멤브레인층의 돌출 부분들이 형성된다.
본 발명의 방법의 위에서 기재된 예들은 따라서 제3 멤브레인층의 측방 오목부들 중 하나의 오목부 위에 제3 멤브레인층의 돌출 부분을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 특히, 상기 방법은 희생 기저층 위에 제1 멤브레인층을 형성하는 단계, 제1 멤브레인층 위에 그리고 제1 멤브레인층에 의해 피복되지 않은 희생 기저층의 부분들 위에 희생층을 형성하는 단계, 제1 멤브레인층의 부분으로부터 희생층을 제거하는 단계 및 제1 멤브레인층의 부분 및 남아 있는 희생층 위에 전기도금 시드층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 그 후에, 제1 멤브레인층의 부분 및 해당 제1 멤브레인층의 부분에 인접한 전기도금 시드층의 부분들 위에 전기도금 시드층을 노출시키는 몰드(mold)가 해당 전기도금 시드층 위에 형성되고, 몰드를 이용해서 전기도금함으로써 전기도금 시드층 상에 재료층(스토퍼들 및 제3 멤브레인층을 제공함)의 전착(electrodeposition)이 수행된다. 그 후에, 몰드가 제거되고, 제1 멤브레인층의 부분 위에 전기도금 시드층이 제거되고 희생층이 제거된다.
대안적으로, 본 발명의 방법의 예들은 희생 기저층 위에 제1 멤브레인층을 형성하는 단계, 제1 멤브레인층 위에 그리고 제1 멤브레인층에 의해 피복되지 않은 희생 기저층의 부분들 위에 희생층을 형성하는 단계, 제1 멤브레인층의 부분으로부터 희생층을 제거하는 단계 및 제1 멤브레인층의 부분 및 해당 제1 멤브레인층의 부분에 인접한 희생층의 부분들 위에 제3 멤브레인층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
돌출 부분들을 형성하는 단계는, 국부적으로 형성된 제2 멤브레인층을 제공하는 단계와 독립적으로 수행될 수 있다. 따라서, 하기와 같은 MEMS 디바이스, 특히, MEMS 스위치 또는 커패시터를 제조하는 방법이 제공되되, 해당 방법은, 희생 기저층 위에 제1 멤브레인층을 형성하는 단계, 제1 멤브레인층 위에 부가적인 멤브레인층(국부적으로 후육화된 멤브레인(locally thickened membrane)을 포함하는 상기 예들의 맥락에서 기재된 제3 멤브레인과 견줄만함)을 형성하는 단계를 포함하며, 여기서 부가적인 멤브레인층은 제1 멤브레인층의 측방 부분들을 노출시키는 측방 오목부들을 포함한다. 그러나, 이것은 임의의 다른 재료층에 의해 피복될 수 있고, 이때 부가적인 멤브레인층을 형성하는 단계는 부가적인 멤브레인층의 측방 오목부들 중 하나의 오목부 위에 부가적인 멤브레인층의 돌출 부분을 형성하는 단계를 포함한다. 부가적인 국부적으로 형성된 멤브레인층에 의해서 국부 후육화/강직화되는 일 없는 이러한 MEMS 디바이스의 제조방법은, 희생 기저층 위에 제1 멤브레인층을 형성하는 단계, 제1 멤브레인층 위에 그리고 제1 멤브레인층에 의해 피복되지 않은 희생 기저층의 부분들 위에 희생층을 형성하는 단계, 제1 멤브레인층의 부분으로부터 희생층을 제거하는 단계 및 제1 멤브레인층의 부분 및 남아 있는 희생층 위에 전기도금 시드층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
그 후에, 제1 멤브레인층의 부분 및 해당 제1 멤브레인층의 부분에 인접한 전기도금 시드층의 부분들 위에 전기도금 시드층을 노출시키는 몰드가 해당 전기도금 시드층 위에 형성되고, 몰드를 이용해서 전기도금함으로써 전기도금 시드층 상에 재료층의 전착이 수행됨으로써, 예를 들어 위에서 기재된 제3 멤브레인층 및 스토퍼들을 제공한다. 그 후에, 몰드가 제거되고, 제1 멤브레인층의 부분 위에 전기도금 시드층이 제거되고 희생층이 제거된다.
대안적으로, 본 발명의 방법의 예들은 희생 기저층 위에 제1 멤브레인층을 형성하는 단계, 제1 멤브레인층 위에 그리고 제1 멤브레인층에 의해 피복되지 않은 희생 기저층의 부분들 위에 희생층을 형성하는 단계, 제1 멤브레인층의 부분으로부터 희생층을 제거하는 단계 및 제1 멤브레인층의 부분 및 해당 제1 멤브레인층의 부분에 인접한 희생층의 부분들 위에 부가적인 멤브레인층(국부적으로 후육화된 멤브레인을 포함하는 상기 예들의 맥락에서 기재된 제3 멤브레인과 견줄만함)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시형태에 따르면, 상기 목적을 해소하기 위하여, MEMS 디바이스, 특히, MEMS 스위치가 제공된다. MEMS 디바이스는 기판 위에 형성된 포스트들 및 전도(전송)선, 및 해당 포스트들 및 전도선 위의 멤브레인을 포함한다. 멤브레인은 제2 멤브레인층이 제1 멤브레인층 위에 단지 부분적으로 중첩되도록 포스트들 중 하나의 포스트의 영역 및/또는 전도선 위의 영역에 제1 멤브레인층 및 해당 제1 멤브레인층 위에 형성된 제2 멤브레인층을 포함한다. 특히, 제1 멤브레인층은 제2 멤브레인층이 형성되는 영역에 인접하여 제2 멤브레인층이 형성되지 않는 영역을 지닐 수 있다. 제2 멤브레인층은 제1 멤브레인층 위에 국부적으로 형성된 하나 이상의 스트라이프 또는 기타 패취를 포함할 수 있다. 특히, 제2 멤브레인층은 포스트들 및/또는 전도선 위의 영역에만 형성될 수 있다.
MEMS 디바이스의 실시형태에 따르면, 제2 멤브레인층은 포스트들 및/또는 전도선의 전체 횡방향 치수에 걸쳐서 완전히 혹은 부분적으로 연장되고/되거나 포스트들 및/또는 전도선의 전체 길이방향 폭을 부분적으로 혹은 완전히 피복한다. 제2 멤브레인층은 포스트들 및/또는 전송선(전도선)을 그의 폭 방향으로 동일량만큼 중첩시킬 수 있고, 예를 들어, 그 중첩은 포스트들/전송선의 2 폭 혹은 1 폭 이하일 수 있다. 제2 멤브레인층은 포스트의 전체 (횡방향) 길이를 따라 또는 포스트를 따라 단지 부분적으로 연장되는 영역에 형성될 수 있고 포스트를 완전히 혹은 부분적으로 피복할 수 있으며 포스트의 폭의 ¼ 내지 2배 범위의 폭을 지닌다. 제2 멤브레인층은 전송선의 전체 (횡방향) 길이를 따라 또는 전송선을 따라 단지 부분적으로 연장되는 영역에 형성될 수 있고 전송선을 완전히 혹은 부분적으로 피복할 수 있으며, 전송선의 폭의 ¼ 내지 2배 범위 혹은 그 이상의 폭을 지닌다.
상기 MEMS 디바이스는 제1 멤브레인층과 제2 멤브레인층 사이에 제3 멤브레인층을 더 포함할 수 있으며, 여기서 제3 멤브레인층은 제1 멤브레인층의 측방 부분들을 노출시키는 측방 오목부들; 및 제1 멤브레인층의 이동을 제한하도록 구성된 스토퍼들을 포함한다. 제3 멤브레인층에 의해 노출된 제1 멤브레인층의 측방 부분들은 원칙적으로 임의의 다른 재료층에 의해 피복될 수 있다. 특히, 스토퍼들은 MEMS 디바이스의 동작 동안 제3 멤브레인층의 오목부들 내에 제1 멤브레인층의 가장자리부들과 접촉하도록 배열될 수 있다.
다른 실시형태에 따르면, MEMS의 제3 멤브레인층은 해당 제3 멤브레인층의 측방 오목부들 중 하나의 오목부 위에 돌출 부분을 포함할 수 있다. 제3 멤브레인층은 예를 들어 모든 오목부들 위에 연장되는 돌출 부분들을 포함할 수 있다.
본 발명의 부가적인 특성들 및 이점들은 도면을 참조하여 설명될 것이다. 이 설명에 있어서는, 본 발명의 바람직한 실시형태들을 예시하는 것으로 여겨지는 첨부 도면을 참조하고 있다. 이러한 실시형태들은 본 발명의 전체 범위를 나타내는 것이 아님이 이해된다.
도 1은 종래 기술의 MEMS 스위치를 예시한 도면;
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 국부화된 후육부를 나타내는 멤브레인을 포함하는 MEMS 스위치의 동작 상태들의 예들을 예시한 도면;
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일례에 따른 스토퍼들 및 3-층 멤브레인의 형성을 포함하는 MEMS 스위치의 제조방법을 예시한 도면;
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 다른 예에 따른 스토퍼들 및 3-층 멤브레인의 형성을 포함하는 MEMS 스위치의 제조방법을 예시한 도면;
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일례에 따른 스토퍼들 및 3-층 멤브레인(여기서 제2 멤브레인층은 돌출 부분들을 포함함)의 형성을 포함하는 MEMS 스위치의 제조방법을 예시한 도면;
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 다른 예에 따른 스토퍼들 및 3-층 멤브레인(여기서 제2 멤브레인층은 돌출 부분들을 포함함)의 형성을 포함하는 MEMS 스위치의 제조방법을 예시한 도면;
도 7은 도 3e와 도 4c와 도 5c에 도시된 구성의 평면도.
여기서, 국부화된 후육부들을 구비한 이동식 멤브레인을 포함하는 MEMS 디바이스, 특히, MEMS 스위치를 제조하는 방법이 기술된다. 멤브레인은 전도성 합금 또는 금속으로 형성될 수 있다. MEMS 디바이스는, 원칙적으로, 용량성 또는 옴 접촉 MEMS 스위치일 수 있다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명의 일례에 따라, MEMS 스위치는 해당 스위치의 기판을 형성하는 웨이퍼(10)(예를 들어 실리콘으로 이루어짐)를 포함한다. 패시베이션 층으로서의 얇은 유전체층(20)이 상기 웨이퍼(10)의 표면 상에 증착, 즉, 퇴적된다(deposited). 스위치는, 유전체층(20) 상에, 길이 방향(X)으로 이격된 2개의 측방 기둥부(포스트)(30, 30')(각 기둥부(30, 30')는 도 2a의 횡방향으로 연장됨), 횡방향(Y)으로 연장되는 하나의 중앙 기둥부(포스트)(40)(상기 중앙 기둥부(40)는 두 측방 기둥부(30, 30') 사이에, 예를 들어, 기둥부(30, 30') 사이의 중앙에 위치됨) 및 멤브레인층(60)을 포함하는 멤브레인을 포함한다. 중앙 기둥부(40)의 상부면은 용량성 스위치 구성을 위하여 얇은 유전체층(50)에 의해 피복될 수 있다. 그러나, 옴 스위치를 위하여, 멤브레인층(60)과 중앙 기둥부 밑의 전도성 부분의 직접 접촉이 필요하며, 즉, 폐쇄된 상태에서 멤브레인 밑에서의 접촉에 의해 단락되는 서로 이격된 두 선으로 전송선의 분리를 나타낼 뿐만 아니라 유전체층(50)이 생략되어 있다.
두 측방 기둥부(30, 30')와 중앙 기둥부(40)는 공면 도파관(coplanar waveguide: CPW)을 형성하고, 두 측방 기둥부(30, 30')는 접지선에 대응한다. 중앙 기둥부(40)는 공면 도파관(CPW) 내에 RF 전기 신호의 전송을 위하여 신호선(전송선)을 형성한다. 다른 변형예에서, RF 신호선은 또한 마이크로스트립 도파관에 의해 구현될 수 있다. 측방 기둥부(30, 30')와 중앙 기둥부(40)는 예를 들어 금 또는 금 합금 등과 같은 금속으로 제조된다.
MEMS 스위치는 얇은 가요성 멤브레인(6)에 의해 구성되는 스위치 소자를 더 포함한다. 멤브레인층(60)을 포함하는 상기 가요성 멤브레인은 기둥부(30, 30', 40) 위에 이동 가능하게 위치된다. 멤브레인층(60)의 길이방향 축은 상기 길이 방향(X)에 평행하고 상기 횡방향(Y)에 수직이다. 멤브레인층(60)의 양 단부(60b, 60c)는 기판(10)에 클램핑되지 않고, 따라서 멤브레인은 기둥부(30, 30')에 의해 휴지 상태로 자유롭게 지지된다(도 2a). 도 1a의 변형예에 있어서, 가요성 멤브레인층(60)은 중앙 기둥부(40)로부터 이격되어 있고, 따라서 중앙 기둥부(40)에 의해 휴지 상태에서 지지되지 않는다. 다른 변형예에서, 가요성 스위치 멤브레인층(60)은 중앙 기둥부(40)에 의해 휴지 상태에서 지지될 수 있었다. 가요성 멤브레인층(60)은, 금속, 예를 들어, 알루미늄, 금, 또는 임의의 전도성 합금으로 만들어진다. 도시된 예에서, MEMS 스위치는 또한 각 측방 기둥부(30, 30') 위에 위치되어 통로를 형성하는 스토퍼(3a)들을 포함하되, 상기 통로를 통해서 멤브레인층(60)의 중앙 부분이 자유로이 위치된다. 이들 스토퍼는 도 2a에 도시되어 있고, 명확화를 위하여 도 2b 및 도 2c에는 도시되어 있지 않다. 이들 스토퍼(30a)들은, 스위치의 정상 사용 동안 멤브레인층(60)이 측방 기둥부들(30)에 대해서 상대적으로 자유롭게 이동하는 것을 방지하는 일 없이 측방 기둥부(30 및 30') 상에 멤브레인(6)을 유지하는데 이용된다.
MEMS 스위치는 멤브레인층(60)을 도 2b의 다운 강제 상태로 길이방향으로 아래쪽으로 구부리는데 이용되는 정전 하강 작동 수단(70) 및 멤브레인층(60)을 도 2c의 업 강제 상태로 길이방향으로 위로 구부리는 정전 상승 작동 수단을 더 포함한다.
정전 하강 작동 수단은 멤브레인층(60)의 기능부 밑에 위치된 2개의 내부 전극(70a, 70b)에 의해 형성된다. 내부 전극(70a)들은 측방 기둥부(30)와 중앙 기둥부(40) 사이로 연장된다. 내부 전극(70b)들은 중앙 기둥부(40)와 측방 기둥부(30') 사이로 연장된다. 정전 상승 작동 수단은 두 외부 전극(80a, 80b)을 포함한다. 스위치가 RF 용량성 스위치인 경우, 각 전극(70a, 70b 80a, 80b)의 상부 표면은 멤브레인층(60)과 전극들 간의 어떠한 옴 접촉도 피하기 위하여 유전체층(90)(도 2a)에 의해 피복된다. 그러나, 유전체층(90)들은 몇몇 실시형태가 직접 접촉을 피하기 위하여 보호 범프들을 특성으로 하므로 생략될 수도 있다.
전극(70a, 70b, 80a 및 80b)에 작동 전압이 인가되지 않을 경우, 스위치의 멤브레인층(60)은 도 2a의 휴지 위치에 있다. 이 휴지 상태에서, 멤브레인층(60)은 실질적으로 평면이고, 멤브레인층(60)과 기판(10) 사이에 미리 결정된 간극(g)을 두고 기둥부(30, 30')에 의해 지지된다. 다른 변형예에서, 멤브레인은 휴지 상태에서 휘어질 수 있었다. 내부 전극(70a, 70b)에 작동 전압이 인가될 경우, 정전 견인력이 작동 구역 내에 발생되어, 포스트(30, 30') 사이의 멤브레인층(60)의 기능부를 아래쪽으로 당기고 있다. 이들 견인력은 멤브레인층(60)을 도 2b의 다운 강제 상태로 (음의 Z-방향으로) 아래쪽으로 휘게 하고 있다. 이 다운 강제 상태에서, 기둥부(30 및 30')에 대한 레버 효과로 인해, 기판(10)과 멤브레인층(60)의 각 단부(60b, 60c) 사이의 간극(Gint)이 크고, 특히 휴지 상태에서의 간극(g)보다 크다. 멤브레인(6)을 도 2b의 다운 강제 상태로부터 도 2c의 업 강제 상태로 이동시키기 위하여, 전극(70a 및 70b)에 작동 전압이 인가되지 않고 동시에 전극(80a, 80b)에 작동 전압이 인가된다. 정전력이 상승 작동 구역 내에 발생되어, 멤브레인층(60)의 비기능부를 기둥부(30, 30') 외측으로 아래쪽으로 당기고 있다. 더욱 구체적으로, 정전 다운 견인력은 음의 Z-방향을 각 측방 기둥부(30) 또는 (30')의 양 측 상에서 동시에 멤브레인층(60)의 각 비기능부에 작용된다. 다른 변형예에서, 멤브레인층(60)을 다운 강제 상태로부터 업 강제 상태로 이동시키기 위하여, 제1 단계에서 전극(80a, 80b)에 작동 전압이 인가될 수 있는 한편, 전극(70a, 70b)에 대한 작동 전압은 유지될 수 있다. 이어서 제2 단계에서, 미리 결정된 기간(예를 들어, 스위치의 스위칭 시간에 대응하는 기간) 후, 전극(70a 및 70b)에 작동 전압이 인가되지 않는다.
이제까지는, EP 2 230 679 B1의 MEMS 디바이스의 기재에 따라서 기술하였다. 사실상, 멤브레인에 대한 유사한 형상은 EP 2 230 679 B1에 개시된 바와 같이 채택될 수 있다. 그러나, 도 2a 내지 도 2c에 예시된 본 발명의 예는, EP 2 230 679 B1에 기재된 MEMS 디바이스와는 멤브레인층(60) 위에(예를 들어, 상에) 국부적으로 형성되는 부가적인 멤브레인층(66)을 제공함으로써 국부적으로 후육화된/강직화된 멤브레인이 얻어지는 점에서 상이하다. 부가적인 멤브레인층(66)은 기둥부(30, 30') 및 중앙 기둥부(전송선)(40) 위의 영역에 형성되고 멤브레인의 기계적 안정성을 증대시킨다. 이것은 기둥부(30, 30') 및 중앙 기둥부(40)의 전체 횡방향 치수를 따라 연장될 수 있다. 부가적인 멤브레인층(66)의 (길이 방향의) 폭은 기둥부(30, 30') 및 중앙 기둥부(40)의 폭을 각각 초과할 수 있다. 각각. 부가적인 멤브레인층(66)은 멤브레인층(60)과 동일한 재료로 만들어질 수 있다.
옴 MEMS 스위치에서, 전송이 금속 접점을 통해서(기둥부(40)에서) 이루어지고, 접촉력이 강할수록, 전도성이 높고 스위치의 삽입 손실이 낮아진다. 물리적으로, 이것은 나노규모 수준에서 접촉 전극들(예를 들어, 전송선(40)) 간의 접촉이 균일하지 않지만 거친 접촉 면적의 몇몇 거친 부분이 만들어진다는 사실에 의해 설명된다. 그것으로 인해, 접점에 대한 힘을 증가시킴으로써 더 많은 거친 부분이 직접적인 물리적 접촉을 일으킬 것이므로 더 큰 접촉 면적을 허용한다. 옴 스위치에서, 접촉력은 전극들에 의해 인가된 정전력에 직접 연결된다. 이 정전력은 제한된 전극 크기, 접촉 구조 및 제한된 작동 전압 등과 같은 스위치의 몇몇 양상에 의해 본질적으로 제한된다. 따라서, 접촉력을 증가시키고 삽입 손실을 저감시키기 위하여, 멤브레인 구조의 최적화가 여기에서 제안된다. 멤브레인층(60) 위에 형성된 부가적인 멤브레인층(66)으로 인해 멤브레인의 강직성을 국부적으로 증가시킴으로써, 외부 작동 전극(70a, 70b, 80a, 80b)과 접점(전송선)(40) 간의 힘 전달을 최적화하고 접점(40)에 인가된 기계력을 증가시키는 것이 가능하다.
도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, (전형적으로 기둥부(30, 30')에 비해) 더 많이 휘지 않는 멤브레인의 부분들 및 (전극(70a, 70b, 80a, 80b)에 비해) 강력한 휨이 요구되는 부분들이 있다. (기둥부(30, 30')에 비해) 최저 변형이 일어나는 멤브레인의 부분들이 후육화되는 한편, 높은 변형이 일어나는 부분들이 낮은 강직성을 유지한다. 동등하게, 후육화는 접점(40)에 대해서 수행되었다. 국부 후육화는 멤브레인층(60) 위에 형성된 부가적인 멤브레인층(66)에 의해 제공된다. 기둥부(30, 30')에 비해서 후육화는 외부 전극(80a, 80b)과 멤브레인의 내부(기능성) 부분 사이에 더 양호한 힘 전달을 허용한다. 더 강직한 멤브레인이 형성될수록 기계적 결합이 더 높아진다. 이것은 기둥부(30, 30')의 한쪽으로부터 그의 다른 쪽으로 양호한 힘 전달을 허용한다. 높은 변형이 요구되는 멤브레인의 부분들은 멤브레인의 목적으로 하는 전체적인 가요성을 유지하기 위하여 후육화되지 않는다(멤브레인층(60)의 이들 부분에 부가적인 멤브레인층이 형성되지 않는다). 이 예에서, 단지 낮은 변형 부분들이 이 가요성에 영향을 미치지 않기 위하여 강직화된다. 접점(40) 위의 부분은 폐쇄된 위치에서 접촉력을 증가시키기 위하여 부가적인 멤브레인층(66)에 의해 후육화된다. 폐쇄된 위치에서, 변형이 접촉 수준에서 강제된다. 전극(70a, 70b)에 의해 인가된 정전력은 접촉 수준에서 접촉력과 변형력으로 변형된다. 접점(40)에 비해서 강직성을 증가시킴으로써, 변형력이 저감되고, 따라서 접촉력은 증가된다. 이것은 정전력에 영향을 미치는 일 없이 접촉력을 증가시킴으로써 인가된 정전력의 사용의 최적화를 허용한다.
본 발명에 따른 3-층 멤브레인을 포함하는 MEMS 디바이스의 제조를 위한 일례가 도 3a 내지 도 3c에 예시되어 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 제1 멤브레인층(101)이 희생 기저층(102) 위에 형성된다. 희생 기저층(102)은 층(100) 위에 형성된다. 이하에 예시적인 목적을 위하여, 층(100)이 기판 상에 형성된 포스트(도 2a 내지 도 2c에 부여)를 나타내는 것으로 가정된다. 최종적으로 생성된 멤브레인은 포스트(이하의 설명 참조) 상에 유지될 것이다. 희생층(103)은 제1 멤브레인층(101) 위에 형성되고 희생 기저층(102)은 제1 멤브레인층(101)에 의해 피복되지 않은 부분들 위에 형성된다(도 3b 참조). 희생층(103)은, 예를 들어, 중합체 또는 유전체 물질의 스핀-코팅에 의해 형성될 수 있다.
스토퍼 층은 층(100)에 연결되는 스토퍼(104)들을 형성하기 위하여 희생층(103) 위에 형성되어 에칭된다(도 3c 참조). 다음에, 희생층(103)은 제1 멤브레인층(101)의 주된 부분 위에 에칭된다. 에칭 공정 후, 희생층(103)은 제1 멤브레인층(101)의 비교적 작은 측방 영역들 위에 단지 유지된다. 제1 멤브레인층(101)의 노출된 주된 부분 위에, 제3 멤브레인층(105)이 형성된다(도 3d 참조). 단, 제3 멤브레인층(105)은 제1 멤브레인층(101) 상에 반드시 정확하게 센터링될 필요가 없음에 유의해야 한다. 제1 멤브레인층(101)의 표면적은 그 위에 형성된 제3 멤브레인층(105)의 표면적보다 크거나 작을 수 있다. 제3 멤브레인층(105)은, 예를 들어, 전기 전도성 합금 또는 금속 재료(예를 들어 알루미늄 또는 금을 포함함)의 제1 멤브레인층(101)과 동일한 재료로 형성될 수 있다. 제1 멤브레인층(101)과 제3 멤브레인층(105)은 둘 다 하위층들을 포함할 수 있다. 스토퍼 층과 제3 멤브레인층(105)은 둘 다 퇴적에 의해 형성될 수 있다.
도 3e에 예시된 바와 같이, 희생층(103)은, 예를 들어, 반응성 이온 에칭 또는 플라즈마 에칭에 의해 제거된다. 얻어지는 제3 멤브레인층(105)은 희생층(103)이 제거되어 있는 제1 멤브레인층(101)의 측방 부분들 위에 배열된 측방 오목부(R)들을 나타낸다. 게다가, 희생 기저층(102)이 제거된다. 희생층(103)과 희생 기저층(102)은 예를 들어 하나의 에칭 공정 동안 제거될 수 있거나, 또는 이들은 순차로 제거될 수도 있다. 희생 기저층(102)의 제거 후, 제1 및 제3 멤브레인층(101 및 105)을 포함하는 자유롭게 이동가능한 멤브레인은 층(100) 상에 있게 된다(도 3e에도시 생략). 스토퍼(104)들은 제3 멤브레인층(105)과 접촉하는 일 없이 제3 멤브레인층(105)의 오목부들 내의 제1 멤브레인층(101)의 가장자리부들과 접촉하도록 배열된다(이것은 또한 제3 멤브레인층(105)의 오목부들 내에 부분적으로 배열되는 제1 및 제3 멤브레인층(101 및 105) 및 스토퍼(104)들을 포함하는 구성의 평면도를 도시한 도 7에 부여된다). 제1 멤브레인층(101)을 일부 부분과 접촉시킬 경우, 스토퍼는 제3 멤브레인층(105)의 오목부(R) 내로 연장되는 부분과 제3 멤브레인층(105)을 접촉시키지 않는다. 얻어지는 측방 자유 이동 간격(거리)은 희생층(103)의 두께에 좌우된다. 전체적으로, 측방 자유 이동 거리는 (2A)까지 부가된다(도 3e 참조). 특정 예에 따르면, (2A)는 약 1 ㎛를 초과하지 않는다. 예를 들어, 제1 멤브레인층(101)은 약 1 ㎛의 두께를 지니고, 제3 멤브레인층(105)의 두께는 약 2㎛ 이상이며, 희생층(103)의 두께는 약 0.5㎛이다.
종래 기술과 대조적으로, 본 발명에 따르면, 멤브레인은 제3 멤브레인층(105)의 오목부(R)들에서 후육부와 박육부들을 포함한다. 박육부들은 보다 얇은 희생층(103)을 허용하여 종래 기술에 비해서 이동 가능한(자유로이 지지된) 멤브레인의 보다 작은 측방 자유 이동 간격(거리)을 초래한다. 이러한 보다 작은 측방 자유 이동 간격은 얻어지는 MEMS 스위치의 더욱 신뢰성 있는 동작을 허용한다.
부가적인 제2 멤브레인층(106)은 제3 멤브레인층(105) 상에 형성된다. 제2 멤브레인층(106)은 포스트들 및/또는 전송(전도)선 위에 형성될 수 있다(도 2a 내지 도 2c의 부가적인 멤브레인층(66)을 부여). 전송(전도)선 위에 제공된 경우의 제2 멤브레인층(106)은 접촉력의 증대를 유발함으로써 스위칭 공정의 개선된 효율을 가져올 수 있다. 제2 멤브레인층(106)은, 자유롭게 이동하는 멤브레인이 위에 휴지되어 있는 포스트들 위에 형성되는 경우, 포스트들 상에 힘 전달을 개선시킴으로써 스위칭 공정의 촉진을 허용한다.
도 3a 내지 도 3e에 도시된 예에서, 제3 멤브레인층(105)은 스토퍼(104)들의 형성에 이어서 형성된다. 그러나, 도 3e에 도시된 구성은 다른 방식으로 형성될 수 있다. 특히, 제3 멤브레인층(105)과 스토퍼(104)들은 동시에 형성될 수 있다. 이들 층의 두께는 동일할 수 있거나 서로 상이할 수 있다.
도 4a에 도시된 예에 따르면, 도 3b에 도시된 구성이 스토퍼(104)들의 형성 전에 에칭되어 제1 멤브레인층(101)의 주된 부분 위에 희생층(103)을 제거한다. 희생층(103)은 제1 멤브레인층(101)의 별개의 측방 영역들 상에 유지된다. 재차, 희생층(103)은 중합체 또는 유전체 물질로 형성될 수 있고, 예를 들어 반응성 이온 에칭에 의해 에칭될 수 있다. 제3 멤브레인층(105)이 에칭된 영역 내의 제1 멤브레인층(101) 위에 형성된다. 게다가, 층(100)에 연결된 스토퍼(104)들을 형성하기 위하여 스토퍼 층이 희생층(103)이 형성되고 에칭된다(도 4b 참조). 예를 들어, 스토퍼(104)들 및 제3 멤브레인층(105)은 금속 재료 또는 전기 전도성 합금일 수 있는 동일한 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 스토퍼(104)들과 제3 멤브레인층(105)이 동일한 처리 단계에서 형성될 수 있다. 이 처리 단계는 당해 기술분야에서 공지된 바와 같은 몇몇 퇴적 수법을 포함할 수 있다. 퇴적 수법은 전기도금 시드층의 퇴적에 이어서 재료층의 전기도금을 포함할 수 있고, 그 후에 패턴화되어 예를 들어 제3 멤브레인층(105) 및 스토퍼(104)을 형성한다.
스토퍼(104)들 및 제3 멤브레인층(105)의 형성 후, 희생층(103)이 제거된다(도 4c). 또한, 희생 기저층(102)은 제1 및 제3 멤브레인층(101 및 105)을 포함하는 멤브레인이 층(포스트)(100)에 있을 수 있도록 제거된다. 희생 기저층(102)과 희생층(103)은 마지막 멤브레인 수준(106)의 작성 후에 제거될 수 있다. 도 3e에 도시된 예와 마찬가지로, 종래 기술과 비교해서 이동식(자유롭게 지지된) 멤브레인의 보다 작은 측방 자유 이동 간격(거리)(2A)이 얻어진다. 부가적인 제2 멤브레인층(106)이 제3 멤브레인층(105) 상에 형성된다. 제2 멤브레인층(106)은 포스트들 및/또는 전송(전도)선 위에 형성될 수 있다(도 2a 내지 도 2c의 부가적인 멤브레인층(66)을 부여).
도 4a 내지 도 4c에 예시된 예의 변형된 버전이 도 5a 내지 도 5c에 도시되어 있다. 도 4a 내지 도 4c에 도시된 예와는 달리, 제3 멤브레인층(105)은 해당 제3 멤브레인층(105)의 오목부들의 방향으로 연장되는 돌출 부분(115)들을 포함한다. 도 4b에 도시된 구조에 도달하기 위하여, 재료층은 도 4a에 도시된 구조 위에 연속해서 형성되고, 패턴화된 마스크에 의해 피복되고, 스토퍼(104)들 및 제3 멤브레인층(105)을 얻기 위하여 에칭될 수 있다.
그러나, 재료층은 희생층(103)이 추가의 가공처리에서 적절하게 제거될 수 있는 것을 보장하기 위하여 희생층(103) 위에 어느 정도로 과잉 에칭되어야 한다. 제3 멤브레인층(105)과 희생층(103) 간의 일부 부정합으로 인해, 밑에 있는 제1 멤브레인층(101)이 재료층의 에칭 동안 (제3 멤브레인층(105)의 가장 하부 가장자리부들에서) 공격받을 수 있는 위험이 있다. 이 위험은 도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같이 희생층(103) 위에 돌출 영역(115)들의 형성에 의해 회피될 수 있다. 원칙적으로, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 제조 방법은 제2 멤브레인층(106)의 형성을 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수도 있다.
돌출 영역(115)들을 포함하는 제3 멤브레인층(105)을 구비한 멤브레인을 포함하는 MEMS 디바이스를 제조하는 다른 예가 도 6a 내지 도 6e에 도시되어 있다. 도시된 예에서, 전기도금은 스토퍼(104)들 및 제3 멤브레인층(105)을 형성하는데 이용된다. 예를 들어, 스토퍼(104)들 및 제3 멤브레인층(105)은 금으로 형성된다. 도 6a에서, 도 3b에 도시된 구성은 제1 멤브레인층(101)의 주된 부분 위의 희생층(103)을 제거하기 위하여 에칭된다. 희생층(103)은 층(100)(예를 들어, 포스트. 도 1 및 도 2a 내지 도 2c 참조) 상에 형성된 희생 기저층(102) 위에 형성된 제1 멤브레인층(101)의 별개의 측방 영역들 상에 유지된다. 얇은 전기도금 시드층(107)(예를 들어, 얇은 금 층)이 도 6a에 도시된 구조 위에 형성된다. 다음에, 몰드(108)가 얇은 전기도금 시드층(106) 상에 형성된다(도 6c). 몰드(108)는 후속의 전기도금 공정을 위하여 이용된다. 몰드(108)가 제1 멤브레인층(101) 위에 형성된 전기도금 시드층(106)의 부분에 인접한 희생층(103) 위에 형성된 전기도금 시드층(106)의 부분을 노출시키는 것이 강조되어야 한다. 이 노출된 부분은 도 5c에 예시된 바와 같은 제3 멤브레인층(105)의 돌출 부분으로 될 것이다.
재료층(109)은 도 6d에 예시된 바와 같은 몰드(108)를 이용한 전기도금에 의해 형성된다. 몰드(108)의 제거 후, 얻어지는 스토퍼(104)들 및 제3 멤브레인층(105)은 도 6e에서 볼 수 있다. 희생층(103)의 제거 전에, 전기도금 공정에서 이용되는 몰드(108) 아래쪽에 그리고 희생층(103) 위에 형성된 얇은 전기도금 시드층(107)은 제거되어야 한다. 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 기술된 바와 같이, 제3 멤브레인층(105)과 희생층(103) 사이에 일부 부정합이 있을 수 있다. 그러나, 도시된 예시적인 제조 방법에 있어서는, 밑에 있는 제1 멤브레인층(101)이 전기도금 시드층의 에칭 동안 (제3 멤브레인층(105)의 하부 가장자리부들에서) 공격받을 수 있는 위험이 없다. 이러한 위험은 사실상 도 6e에 도시된 바와 같이 희생층(103) 위에 돌출 영역(115)들의 형성에 의해 회피된다. 제2 멤브레인층(106)을 형성하고 희생층(103)을 제거한 후, 도 5c에 예시된 것과 마찬가지 구성이 얻어진다.
원칙적으로, 도 5a 내지 도 5c 및 도 6a 내지 도 6e에 도시된 제조 방법은 제2 멤브레인층(106)의 형성을 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수도 있다.
도 3e, 도 4c 및 도 5c에 도시된 구성의 평면도가 도 7에 도시되어 있다. 제2 멤브레인층(106)은 포스트들 위의 제3 멤브레인층(105)의 영역 위에 형성되고, 해당 포스트 위에 멤브레인이 휴지되고 전도선은 스위칭 공정 동안 멤브레인 밑에 특성화된 전도성 부분에 의해 접촉된다. 포스트들 및 전도선은 횡방향(업-다운)으로 연장된다. 제2 멤브레인층(106)은 길이방향 및/또는 횡방향으로 멤브레인 밑에 형성된 포스트들 및/또는 전송선을 완전히 혹은 부분적으로 중첩시킬 수 있다. 오목부들은 길이 방향을 따라(좌측에서 우측으로) 배열된다. 제3 멤브레인층(105)의 전체 표면적은 제1 멤브레인층(101)의 전체 표면적보다 크거나 작을 수 있다. 제1 멤브레인층(101)은 오목부들의 전체 영역에 걸쳐서 연장되지 않도록 정형화되어 있을 수 있다. 게다가, 제1 및 제3 멤브레인층(101 및 105)을 포함하는 멤브레인의 형상은 변할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제3 멤브레인층(101 및 105) 둘 다 내의 부가적인 오목부들은 길이 방향으로 제공될 수 있다. 특히, 제1 및 제3 멤브레인층 둘 다 전송선이 MEMS 디바이스의 기판 상에 위치되는 길이 방향 위치에 측방 오목부들을 포함할 수도 있다(도 2a 내지 도 2c 참조).
모든 앞서 논의된 실시형태는 제한으로서 의도되지 않고 본 발명의 특징 및 이점을 예시하는 예로서 제공된다. 위에 기재된 특징의 일부 혹은 전부는 또한 상이한 방식으로 조합될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (15)

  1. MEMS 디바이스, 특히, MEMS 스위치를 제조하는 방법으로서,
    기판(10) 위에 포스트(post)(30, 30', 100) 및 전도선(40)을 형성하는 단계; 및
    상기 포스트(30, 30', 100) 및 상기 전도선(40) 위에 멤브레인을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 멤브레인을 형성하는 단계는, 제2 멤브레인층(66, 106)이 제1 멤브레인층(60, 101) 위에 단지 부분적으로 중첩되도록 상기 포스트(30, 30', 100) 중 하나의 포스트 위의 영역 및/또는 상기 전도선(40) 위의 영역에 상기 제1 멤브레인층(60, 101)을 형성하고 그리고 상기 제1 멤브레인층(60, 101) 위에 상기 제2 멤브레인층(66, 106)을 형성하는 단계를 포함하는, MEMS 디바이스의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 멤브레인층(106)은, 상기 포스트(30, 30', 100) 및/또는 상기 전도선(40)의 전체 횡방향 치수에 걸쳐서 완전히 혹은 부분적으로 연장되고/되거나 상기 포스트(30, 30', 100) 및/또는 상기 전도선(40)의 전체 길이방향 폭을 부분적으로 혹은 완전히 피복하는, MEMS 디바이스의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 멤브레인층(60, 101)과 상기 제2 멤브레인층(66, 106) 사이에 제3 멤브레인층(105)을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 멤브레인층(60, 101)의 이동을 제한하기 위하여 스토퍼(30a, 104)를 형성하는 단계를 더 포함하되,
    상기 제3 멤브레인층(105)은 상기 제1 멤브레인층의 측방 부분들을 노출시키는 측방 오목부(R)들을 포함하는, MEMS 디바이스의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 스토퍼는 상기 MEMS 디바이스의 동작 동안 상기 제3 멤브레인층(105)의 상기 오목부(R)들 내에서 상기 제1 멤브레인층(60, 101)의 가장자리부들과 접촉하도록 배열되는, MEMS 디바이스의 제조방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 제1 멤브레인층(101)은 희생 기저층(102) 위에 형성되고, 상기 방법은 상기 제1 멤브레인층(101) 위에 그리고 상기 제1 멤브레인층(101)에 의해 피복되지 않은 상기 희생 기저층(102)의 부분들 위에 희생층(103)을 형성하는 단계를 더 포함하되, 상기 스토퍼(104)를 형성하는 단계는 상기 희생층(103) 위에 스토퍼 층을 형성하는 단계 및 상기 스토퍼 층을 패턴화하여 상기 스토퍼(104)를 형성하는 단계를 포함하는, MEMS 디바이스의 제조방법.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 멤브레인층(101)의 부분으로부터 상기 희생층(103)을 제거하는 단계를 더 포함하되, 상기 제3 멤브레인층(105)은 상기 제거하는 단계에 의해 노출된 상기 제1 멤브레인층(101)의 상기 부분 위에 형성되는, MEMS 디바이스의 제조방법.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스토퍼 층과 상기 스토퍼는 상기 제1 멤브레인층(101)의 상기 부분 위에 상기 희생층(103)을 제거하기 전에 형성되는, MEMS 디바이스의 제조방법.
  8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3 멤브레인층(105)의 상기 측방 오목부(R)들 중 하나의 오목부(R) 위에 상기 제3 멤브레인층(105)의 돌출 부분(115)을 형성하는 단계를 더 포함하는, MEMS 디바이스의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    희생 기저층(102) 위에 상기 제1 멤브레인층(101)을 형성하는 단계;
    상기 제1 멤브레인층(101) 위에 그리고 상기 제1 멤브레인층(101)에 의해 피복되지 않은 상기 희생 기저층(102)의 부분들 위에 희생층(103)을 형성하는 단계;
    상기 제1 멤브레인층(101)의 부분으로부터 상기 희생층(103)을 제거하는 단계;
    상기 제1 멤브레인층(101)의 상기 부분 및 남아 있는 상기 희생층(103) 위에 전기도금 시드층(electroplating seed layer)(107)을 형성하는 단계;
    상기 제1 멤브레인층(101)의 상기 부분 및 상기 제1 멤브레인층(101)의 상기 부분에 인접한 상기 전기도금 시드층(107)의 부분들 위에 상기 전기도금 시드층(107)을 노출시키는 몰드(108)를 상기 전기도금 시드층(107) 위에 형성하는 단계;
    상기 몰드(108)를 이용해서 상기 전기도금 시드층(107) 상의 재료층을 전기도금하는 단계;
    상기 몰드(108)를 제거하는 단계;
    상기 제1 멤브레인층(101)의 상기 부분 위의 상기 전기도금 시드층(107)을 제거하는 단계; 및
    상기 희생층(103)을 제거하는 단계를 더 포함하는, MEMS 디바이스의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    희생 기저층(102) 위에 상기 제1 멤브레인층(101)을 형성하는 단계;
    상기 제1 멤브레인층(101) 위에 그리고 상기 제1 멤브레인층(101)에 의해 피복되지 않은 상기 희생 기저층(102)의 부분들 위에 희생층(103)을 형성하는 단계;
    상기 제1 멤브레인층(101)의 부분으로부터 상기 희생층(103)을 제거하는 단계;
    상기 제1 멤브레인층(101)의 상기 부분 및 상기 제1 멤브레인층(101)의 상기 부분에 인접한 상기 희생층(103)의 부분들 위에 상기 제3 멤브레인층(105)을 형성하는 단계를 포함하는, MEMS 디바이스의 제조방법.
  11. MEMS 디바이스, 특히, MEMS 스위치로서,
    기판(10) 위에 형성된 포스트(30, 30', 100) 및 전도선(40); 및
    상기 포스트(30, 30', 100) 및 상기 전도선(40) 위의 멤브레인을 포함하되;
    상기 멤브레인은, 제2 멤브레인층(66, 106)이 제1 멤브레인층(60, 101) 위에 단지 부분적으로 중첩되도록 상기 포스트들 중 하나의 포스트 위의 영역 및/또는 상기 전도선 위의 영역에 상기 제1 멤브레인층(60, 101) 및 상기 제1 멤브레인층(60, 101) 위에 형성된 상기 제2 멤브레인층(66, 106)을 포함하는, MEMS 디바이스.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2 멤브레인층(106)은 상기 포스트(30, 30', 100) 및/또는 상기 전도선(40)의 전체 횡방향 치수에 걸쳐서 완전히 혹은 부분적으로 연장되고/되거나 상기 포스트(30, 30', 100) 및/또는 상기 전도선(40)의 전체 길이방향 폭을 부분적으로 혹은 완전히 피복하는, MEMS 디바이스.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 제1 멤브레인층(60, 101)과 상기 제2 멤브레인층(66, 106) 사이에 있는 제3 멤브레인층(105); 및
    상기 제1 멤브레인층(60, 101)의 이동을 제한하도록 구성된 스토퍼(30a, 104)를 더 포함하되,
    상기 제3 멤브레인층(105)은 상기 제1 멤브레인층의 측방 부분들을 노출시키는 측방 오목부(R)들을 포함하는, MEMS 디바이스.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스토퍼는 상기 MEMS 디바이스의 동작 동안 상기 제3 멤브레인층(105)의 상기 오목부(R)들 내에서 상기 제1 멤브레인층(60, 101)의 가장자리부들과 접촉하도록 배열되는, MEMS 디바이스.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3 멤브레인층(105)은 상기 제3 멤브레인층(105)의 상기 측방 오목부(R)들 중 하나의 오목부(R) 위에 돌출 부분(115)을 포함하는, MEMS 디바이스.
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