KR20160128890A - 라운드형 에지 정지부를 갖는 mems 구조물 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
MEMS 소자를 제조하는 방법이, 캐리어 기판 위의 희생 층 상에 복수의 라운드형 에지 트렌치를 형성하는 단계를 포함한다. 그 후, 트렌치를 충전하기 위해 희생 층 위에 다결정 실리콘 층의 형성이 이루어진다. 복수의 정지부가 트렌치에 의해 규정되며 그리고 다결정 실리콘 층으로부터 캐리어 기판을 향해 돌출한다. 이어서, 희생 층의 일부가, 다결정 실리콘 층과 캐리어 기판 사이에 리세스를 규정하기 위해 그리고 정지부들을 노출시키기 위해, 제거된다.
Description
본 발명은 라운드형 에지 정지부를 갖는 MEMS 구조물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
집적 회로(IC)의 기능적 밀도는, 칩 면적 당 더욱 많은 구성요소를 수용하기 위해 증가를 멈추지 않았다. 구성요소들의 크기는 진화의 과정에 따라 감소했다. 크기 축소(scaling down)는 설계 및 제조에 불가피한 복잡성을 동반하게 된다.
미세 전기적 기계적 시스템(micro electrical mechanical system)(MEMS) 소자의 웨이퍼 레벨 패키징의 도래에 따라, 이러한 진보들이 실현될 수 있다. MEMS 소자는, 발전, 광 투사, 힘 감지, 스위칭, 및 신규의 재료와 공정의 조합을 포함하는, 집적 회로가 달성할 수 있는 새로운 관점을 제공한다. MEMS 소자들이 복수의 기판을 통합하기 때문에, MEMS 소자의 골격(scaffolding)이 비교적 유기적으로 통합된다. 이동 가능한 부재들의 존재 시, 보호 기구가 충돌에 의해 야기되는 충격을 완화시키기 위해 사용된다. 정지 마찰(stiction) 방지를 위한 기존의 기술이 적절하였지만, 이들 기술이 모든 면에서 전적으로 만족스럽지는 않았다.
본 발명은, MEMS 소자로서, 캐리어 기판; 상기 캐리어 기판 위에 떠 있는(suspending) 다결정 실리콘 층; 상기 캐리어 기판과 상기 다결정 실리콘 층 사이에 개재되는 희생 층; 및 상기 다결정 실리콘 층, 상기 캐리어 기판, 및 상기 희생 층에 의해 규정되는 캐비티를 포함하며, 상기 다결정 실리콘 층은, 라운드형 에지를 갖는 적어도 하나의 정지부를 구비하며 그리고 상기 캐리어 기판을 향해 상기 캐비티 내로 돌출하는 것인, MEMS 소자를 제공한다.
본 개시의 양태들은 첨부되는 도면들과 함께 읽을 때 뒤따르는 상세한 설명으로부터 최상으로 이해된다. 본 산업의 표준 관행에 따라, 다양한 특징부들이 축적대로 도시되지 않는다는 것을 알아야 한다. 실제로, 다양한 특징부들의 치수들은 논의의 명료함을 위해 임의로 증가하게 되거나 감소하게 될 수 있다.
도 1a-1f는 본 개시의 일부 실시예에 따른 형성 방법을 겪는 MEMS 구성요소의 측단면도들이며;
도 2a-2l은 본 개시의 일부 실시예에 따른 형성 방법을 겪는 MEMS 구성요소의 측단면도이며;
도 3은 본 개시의 일부 실시예에 따른 MEMS 구성요소를 형성하는 방법의 흐름도이다.
도 1a-1f는 본 개시의 일부 실시예에 따른 형성 방법을 겪는 MEMS 구성요소의 측단면도들이며;
도 2a-2l은 본 개시의 일부 실시예에 따른 형성 방법을 겪는 MEMS 구성요소의 측단면도이며;
도 3은 본 개시의 일부 실시예에 따른 MEMS 구성요소를 형성하는 방법의 흐름도이다.
뒤따르는 개시는 제공되는 대상의 상이한 특징들을 구현하기 위한, 많은 상이한 실시예들 또는 예들을 제공한다. 구성요소들 및 배열들에 대한 구체적인 예들이 본 개시를 단순화하기 위해 이하에 설명된다. 물론, 이들은 단지 예들이며 제한할 의도가 아니다. 예를 들어, 뒤따르는 설명에서 제2 특징부 위의 또는 상의 제1 특징부의 형성은, 제1 특징부 및 제2 특징부가 직접적인 접촉 상태로 형성되는 실시예들을 포함할 수 있으며, 그리고 또한 부가적인 특징부들이, 제1 특징부 및 제2 특징부가 직접적인 접촉 상태에 놓이지 않도록, 제1 특징부 및 제2 특징부 사이에 형성될 수도 있는 실시예들을 포함할 수 있다. 부가적으로, 본 개시는 다양한 예들에서 참조 번호들 및/또는 참조 문자들을 반복할 수 있을 것이다. 이러한 반복은 단순함 및 명료함의 목적을 위한 것이며 논의되는 다양한 실시예들 및/또는 구성들 사이의 관련성을 그 자체가 기술하는 것은 아니다.
미세 전자적 기계적 시스템(MEMS) 구조물은, 미세-가속도계, 미세-자이로스코프, 압력 센서, 스위치, 공진기, 및 다른 용도에서 확인되는 전형적인 구성요소이다. 구조물은 사전 결정된 공간 내부에서 이동하는 이동 가능한 부재들을 수용한다. 이동 가능한 부재들이 그들의 안착 위치로부터 움직임에 따라, 인접한 구성요소들 사이의 충돌이 불가피하다. 정지부들이 충돌 시 생성되는 힘을 완충시키기 위해 개발되었다. 전형적으로, 산화물 층이 실리콘 기판 상에 배치되며, 패턴화된 포토레지스트(PR) 층이 실리콘 기판 상에 정지부를 규정하기 위한 에칭 마스크로서 사용된다. 정지부의 윤곽은 산화물 층을 건식 에칭하는 단계에 의해 결정되어, 결과적으로 그의 에지에 날카로운 모서리들을 생성한다. 비록 정지부가 이동 가능한 부재 상의 충돌 힘의 충격을 감소시키지만, 이와 동시에, 정지부의 날카로운 모서리들이 상기 힘에 의해 마모된다. 정지부의 잔류물은 비산되며 그리고 입자 오염이 일어나는 영역에 축적된다. 더 나쁜 경우에, 잔류물 입자들은 이동 가능한 부재의 운동을 방해하거나, 또는 심지어 MEMS 소자의 변형 또는 소자 파손을 야기한다. 예를 들어, 기판 상의 천공(puncture)이 형성될 수 있으며, 또는 입자들이 이동 가능한 부재의 정상적인 움직임을 차단한다. 바람직하지 않은 결과는, 부드러운 운동의 감퇴 뿐만 아니라 감쇠 기능의 손실이다. 따라서, 복잡한 MEMS 소자 구조물은 오작동하기 쉬우며, 그리고 전체 집적 회로의 신뢰성이 현저히 감소하게 된다.
도 1a-1f는 본 개시의 일부 실시예에 따른 형성 방법을 겪는 MEMS 구조물(10)의 측단면도이다. 도 1a-1f는 명확함을 위해 간략화되었다. MEMS 구조물(10)은 적어도 하나의 이동 가능한 부재를 가지며, 또한 2개 이상의 기판이 결합되는 MEMS 구성요소의 종류의 단지 하나의 예일 뿐이다. 본 개시가 일반적으로 떠 있는 빔 구조물의 맥락에서 다루지만, 여기에 개시된 원리는 결합된 기판들을 포함하는 다른 MEMS 구조물에도 동일하게 적용된다. 이들 원리의 적용이 본 기술분야의 숙련자에게 인식될 것이며, 그러한 적용 및 구조물이 예기되고 제공된다.
MEMS 구조물의 제조 방법이, 도 3과 함께 도 1a 내지 도 1f를 참조하여 개시된다. 도 3은 본 발명의 양태에 따른 MEMS 구조물을 형성하는 방법(300)의 흐름도이다. 추가적인 단계들이, 방법(300)의 이전에, 도중에, 그리고 이후에 제공될 수 있으며, 개시된 단계들 중 일부는 방법의 다른 실시예를 위해 대체되거나 또는 제거될 수 있다는 것이 이해된다.
블록(301) 및 도 1a를 참조하면, 캐리어 기판(100)이 수용된다. 캐리어 기판(100)은 다른 웨이퍼의 처리를 돕기 위해 사용되며, 그리고 기계적 강성, 열적 호환성(thermal compatibility), 표면 품질, 조성, 및/또는 다른 품질에 기초하여 선택될 수 있다. 캐리어 기판(100)은, 실리콘 또는 게르마늄과 같은 원소형 반도체 및/또는, 실리콘 게르마늄, 실리콘 탄화물, 갈륨 비소, 인듐 비화물, 갈륨 질화물, 및 인듐 인화물과 같은 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 다른 예시적인 재료들은, 실리콘 게르마늄 탄화물, 갈륨 비소 인화물, 및 갈륨 인듐 인화물과 같은 혼정 반도체를 포함한다. 캐리어 기판(100)은, 그 내부에 규정되는 하나 이상의 층을 가질 수 있다. 캐리어 기판(100)은, 소다-석회 유리, 용융 실리카, 용융 석영, 칼슘 불화물(CaF2), 및/또는 다른 적절한 재료를 포함하는 비-반도체 재료를 포함할 수 있다.
캐리어 기판(100)이 전형적으로 공정 도중에 사용될 지지체로서 이해되는 가운데, 일부 실시예에서, 캐리어 기판(100)은 그 위에 형성되는 하나 이상의 능동형 소자를 포함한다. 따라서 캐리어 기판(100)은, 불순물 첨가 영역, 게이트 구조물, 격리 구조물, 상호연결 층, 및 본 기술분야에 알려진 다른 능동형 소자들을 포함할 수 있다.
도 1a를 계속 참조하면, 도시된 실시예에서, 캐리어 기판(100)은, 희생 층(110)을 포함한다. 희생 층(110)은, 실리콘 산화물과 같은 산화물 재료, 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화질화물과 같은 질소-함유 재료, 비정질 탄소 재료, 실리콘 탄화물, 테트라에틸오소실리케이트(tetraethylorthosilicate)(TEOS), 다른 적절한 재료, 및/또는 그들의 조합들을 포함할 수 있는, 유전체 층이다. 희생 층(110)을 성막하기 위한 통상적인 방법들은, 스핀-온 증착, 물리적 기상 증착(PVD), 화학적 기상 증착(CVD), 고밀도 플라즈마 CVD(HDP-CVD), 원자층 증착(ALD), 및/또는 다른 적절한 증착 공정을 포함한다.
블록(301)에서, 복수의 라운드형 에지 트렌치가 희생 층(110) 상에 형성된다. 라운드형 에지 트렌치들은 이방성 에칭에 의해 달성된다. 에칭은, 포토레지스트 코팅이 희생 층(110)에 적용되고, 노광되며, 그리고 에칭될 희생 층(110)의 부분을 덮지 않도록 현상되는, 포토리소그래피 패턴화 공정을 포함할 수 있다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 마스크 층(130)이 포토리소그래피 공정에 사용된다. 상기 공정은, 마스크 층(130)을 스핀-온 코팅하는 단계, 약한 굽기 단계, 마스크 정렬 단계, 노광 단계, 노광 후 굽기 단계, 포토레지스트 현상 단계, 세척 및 건조 단계를 포함할 수 있다. 마스크 층(130)이 패턴(131)을 통해 희생 층(110)의 일부를 노출시키도록 형성되고 성형된 이후에, 희생 층(110)은 도 1b에 도시된 바와 같이 에칭된다. 적절한 에칭 공정은, 습식 에칭, 불화수소(hydrofluorine)(HF) 에칭, 및/또는 이방성 건식 에칭을 포함한다.
도 1b를 계속 참조하면, 희생 층(110)이 에칭 공정을 겪은 후, 복수의 라운드형 에지 트렌치(111)가 형성된다. 에칭 공정은, 상이한 유형의 에칭 사이클을 포함할 수 있다. 예를 들어, 습식 에칭이 트렌치(111)의 일반적인 윤곽을 형성하기 위해 사용될 수 있으며, 그리고 이어서 이방성 건식 에칭이 트렌치(111)의 곡률을 미세 조정하기 위해 사용된다. 트렌치들(111)은 라운드형 에지를 갖거나, 또는 보다 구체적으로 반구(hemisphere)와 닮았다. 날카로운 모서리들은 에칭 공정의 사이클에 의해 부드러운 곡률로 뭉툭해지며, 선택적인 에칭성이 미세 조정 결과에 기여한다. 트렌치들(111)은, 그 법평면(normal plane)으로서 희생 층(110)을 사용하는, 캐리어 기판(100)을 향해 오목한 반구를 닮았다. 트렌치들(111)의 깊이가, 희생 층(110)의 두께 보다 짧다. 즉, 트렌치들(111)은 희생 층(110)을 관통하지 않으며, 그리고 아래에 놓이는 기판을 노출시키지 않을 것이다. 도시된 실시예에서, 트렌치들(111)은 캐리어 기판(100)을 노출시키지 않는다. 그러나, 다른 기하학적 배열 형태가, 트렌치들(111)이 만곡된 윤곽을 갖는 한, 또한 허용될 수도 있다는 것을 이해해야 된다. 따라서, 트렌치들(111)은, 예를 들어 풍선형 형상으로 조정될 수 있다. 희생 층(110) 위의 에칭된 영역들[즉, 트렌치들(111)]은, 이동 가능한 부재가 이동할 때, 후속적으로 충돌을 완충시킬 정지부들을 규정한다.
도 1c를 참조하면, 마스크 층(130)은 제거되며, 그리고 희생 층(110) 상에 형성되는 라운드형 에지 트렌치(111)가 노출된다. 블록(303) 및 도 1d를 참조하면, 다결정 실리콘(폴리실리콘) 층(150)이 희생 층(110) 위에 형성된다. 트렌치들(111) 내에 형성되는 부분들과 같은, 다결정 실리콘 층(150)의 부분들은, 정지부들(151)을 규정한다. 다결정 실리콘 층(150)이 후속의 용융 접합 공정에 사용될 수 있음에 따라, 다결정 실리콘 층(150)에 사용된 재료는, 에피택시-성장 다결정 실리콘(에피-폴리)과 같이, 기계적 무결 상태(integrity) 뿐만 아니라 접합 특성에 기초하여 선택될 수 있다. 다결정 실리콘 층(150)은, 임의의 적절한 공정에 의해 그리고 트렌치들(111)의 깊이를 초과하는 임의의 주어진 두께로, 형성될 수 있다. 다결정 실리콘 층(150)을 형성하기 위한 전형적인 공정은, 실리콘 4염화물(tetrachloride)과 같은 공급 가스를 사용하는 기상 에피택시(vapor-phase epitaxy)(VPE), 및 실란과 같은 공급 가스를 사용하는 CVD 공정을 포함한다. 다른 적절한 기술은, 스핀-온 도포, PVD, 다른 CVD 공정, HDP-CVD, 및/또는 ALD 를 포함한다. 화학-기계적 폴리싱/평탄화(CMP) 공정이, 후속의 성막 또는 접합을 위한 적절한 표면을 제공하기 위해, 또한 사용될 수 있다. 도 1d에 도시된 바와 같이, 다결정 실리콘 층(150)은 정지부들(151)에 대응하는 영역들에서 더 깊다. 즉, 다결정 실리콘 층(150)은, 희생 층(110)의 에칭된 영역들[즉, 트렌치들(111)]을 충전하며, 그리고 캐리어 기판(100)과 같은 아래에 놓이는 기판과 접촉하지 않는다.
도 1e를 참조하면, 에칭이 다결정 실리콘 층(150) 상에 실행된다. 에칭은 포토리소그래피 패턴화 공정을 포함할 수 있으며, 이러한 공정은 결과적으로 전술한 바와 같은 포토레지스트 코팅을 도포하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로, 포토리소그래피 공정은, 무-마스크(maskless) 포토리소그래피, 전자-빔 쓰기, 및 이온-빔 쓰기와 같은 다른 방법에 의해 구현되거나, 보완되거나, 또는 대체될 수 있다. 적절한 에칭 공정은, 건식 에칭, 습식 에칭, 및/또는 다른 에칭 방법(예를 들어, 반응성 이온 에칭)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 에칭 공정은, 비아들(153)을 형성한다. 비아들(153)은 정지부들(151)을 가로지르지 않고 다결정 실리콘 층(150)의 전체 깊이를 통과한다. 정지부들(151)은, 다결정 실리콘 층(150) 상에 에칭을 실행한 이후에, 온전한 상태로 존재한다.
블록(305)과 함께 도 1f를 참조하면, 희생 층(110)의 일부가 캐리어 기판(100)으로부터 제거된다. 희생 층(110)의 제거는, 비아들(153)을 통한 선택적 에칭에 의해 달성된다. 도 1f에 도시된 바와 같이, 선택적 에칭은, 정지부들(151)과 같은, 접촉되지 않은 어떠한 구조물들을 남긴다. 알 수 있는 바와 같이, 희생 층(110)을 제거시키는 것은, 캐리어 기판(100)으로부터 다결정 실리콘 층(150)을 필연적으로 연결해제시키지 않는다. 다결정 실리콘 층(150)은, 희생 층(110)의 잔류 부분을 통해 연결된 상태로 남는다. 남아 있는 희생 층(110)은, 캐리어 기판(100)에 대한 다결정 실리콘 층(150)의 지주(ahchor)로서 역할을 할 수 있다. 다결정 실리콘 층(150)은, 이 단계에서 주로 캐리어 기판(100) 위에 떠 있게 된다. 리세스(113)가 희생 층(110)의 제거 후에 형성된다. 리세스(113)는 다결정 실리콘 층(150), 캐리어 기판(100), 및 희생 층(110)의 잔류 부분들에 의해 집합적으로 규정된다. 다결정 실리콘 층(150) 및 캐리어 기판(100)은 실질적으로 평행하게 배열되며 그리고 리세스(113)의 길이방향 윤곽을 규정한다. 희생 층(110)은, 내부에 공간을 생성하기 위해 양 측부로부터 리세스(113)를 둘러싼다. 희생 층(110)의 제거 이후에, 정지부들(151)은 리세스(113)에 완전히 노출되며, 그리고 정지부들(151)은 접촉을 이루지 않고 캐리어 기판(100) 위에 떠 있게 된다. 달리 말하면, 정지부들(151)은, 캐리어 기판(100)과의 사이에 간극을 두고 리세스(113) 위에 매달려 있다. MEMS 소자(10)를 제조하는 공정에서, 희생 층(110)은, 정지부들(151)이 다결정 실리콘 층(150)의 본래 깊이를 초과하는 것을 허용한다. 한편, 희생 층(110)이 제거된 이후에, 정지부(151)와 캐리어 기판(100) 사이의 짧은 간극은, 충돌의 경우에, 추가적인 완충 공간을 제공한다.
정지부들(151)은 트렌치들(111)에 의해 규정되는 부드러운 윤곽을 물려받으며, 그리고 MEMS 소자들에서 특정 방향으로의 이동 가능한 부재의 충격 흡수체로서 역할을 한다. 보다 구체적으로, 3차원 공간에서, 이동 가능한 부재가, 양 측부 중 어느 한 측부로부터의, 예를 들어 희생 층(110) 및 캐리어 기판(100)에 대해 인접하게 되는 다결정 실리콘 층(150)의 외측 에지 영역으로부터의 보호를 얻을 수 있다. 그러나 보호 영역은, 다결정 실리콘 층(150)의 두께로 엄격하게 제한되며, 그리고 보호 구조물은 외측으로는 더 외측으로 거의 연장될 수 없다. 충격이 다른 방향으로부터, 예를 들어 위로부터 가해질 때, 정지부들(151)은 희생 층(110)의 트렌치들(111)에 의해 규정되는 그의 연장된 두께에 의해 힘을 흡수한다. 달리 말하면, 정지부들(151)은 다결정 실리콘 층(150)의 일체형 범프(bump)이지만, 동시에 본체를 사용하지 않고 충격 흡수를 위한 리세스(113)로 연장된다.
도 2a 내지 도 2l은 본 발명의 일부 실시예에 따른 형성 방법을 겪는 MEMS 구조물(20)의 측단면도이다. 도 2a 내지 도 2l은 명확함을 위해 간략화되었다. MEMS 구조물(20)은 2개 이상의 기판이 결합되는 MEMS 구성요소들의 종류의 단지 하나의 예일 뿐이다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 캐리어 기판(200)이 수용되며 그리고 전술한 바와 같은 캐리어 기판(100)과 동일하다. 캐리어 기판(200)은 희생 층(210)을 포함한다. 제1 마스크 층(230)이 패턴(231)을 형성하기 위해 포토리소그래피 공정에 사용된다. 복수의 라운드형 에지 트렌치(211)가 희생 층(210) 상에 형성된다. 라운드형 에지 트렌치들은 이방성 에칭에 의해 획득된다. 적절한 에칭 공정은, 도 2b에 도시된 바와 같이, 습식 에칭, 불화수소(HF) 에칭, 및/또는 이방성 건식 에칭을 포함한다. 예를 들어, 습식 에칭은, 트렌치들(211)의 일반적인 윤곽을 형성하기 위해 사용될 수 있으며, 그리고 이방성 건식 에칭은 트렌치(211)의 곡률을 미세 조정하기 위해 사용된다. 트렌치들(211)은 라운드형 에지를 가지며, 또는 보다 구체적으로는 반구와 닮았다. 날카로운 모서리들은 에칭 공정의 사이클에 의해 부드러운 곡률로 뭉툭해지며, 선택적인 에칭성이 상기 미세 조정 결과에 기여한다. 트렌치들(211)의 깊이가 희생 층(210)의 두께 보다 짧다. 즉, 트렌치들(211)은 희생 층(210)을 통과하지 않으며, 그리고 아래에 놓이는 기판을 노출시키지 않을 것이다. 그러나, 다른 기하학적 배열 형태가, 트렌치들(111)이 만곡된 윤곽을 갖는 한, 또한 허용될 수 있음을 이해해야 된다.
도 2d를 참조하면, 제1 재료(250)가 희생 층(210) 위에 성막된다. 도시된 실시예에서, 제1 재료는 저응력 질화물(low stress nitride)(LSN) 층이다. 제1 재료(250)는 트렌치들(211) 내에 동형으로 충전되며, 그리고 동시에 임의의 두께까지 희생 층(210)의 표면을 초과한다. 제1 재료(250)는, 실리콘 4염화물과 같은 공급 가스를 사용하는 기상 에피택시(VPE) 및 실란과 같은 공급 가스를 사용하는 CVD 공정을 포함하는, 임의의 적절한 공정에 의해 형성될 수 있다. 다른 적절한 기술은, 스핀-온 도포, PVD, 다른 CVD 공정, HDP-CVD, 및/또는 ALD 를 포함한다. 제1 재료가 적용된 후, 제1 재료(250)의 일부가 정지부들(251)을 규정한다. 제1 재료(250)의 재료는, 기계적 무결 상태 뿐만 아니라 접합 특성에 기초하여 선택될 수 있다. 화학-기계적 폴리싱/평탄화(CMP) 공정이 또한, 후속의 접합을 위한 적절한 표면을 제공하기 위해, 사용될 수 있다. 선택적인 에칭성이 제1 재료(250)와 희생 층(210) 사이에서 나타난다는 것을 이해해야 된다.
도 2e를 참조하면, 패턴화된 포토레지스트(PR) 층(253)이, 아래에 놓이는 제1 재료(250)를 패턴화하기 위해, 에칭 마스크로서 사용된다. 포토레지스트층(253)은, 도 2e에 도시된 바와 같이, 정지부들(251)에 대응하는 제1 재료(250)의 적어도 일부를 마스킹한다.
도 2f를 참조하면, 에칭이 제1 재료(250) 상에 실행된다. 적절한 에칭 공정은, 건식 에칭, 습식 에칭, 및/또는 다른 에칭 방법(예를 들어, 반응성 이온 에칭)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 에칭 공정은 제1 재료(250)의 마스킹되지 않은 영역을 제거한다. 정지부들(251)에 부가하여, 과충전된 제1 재료(250)의 일부가 정지부들(251) 위에 잔류한다. 과충전된 부분은, 희생 층(210)의 표면 보다 높은 두께를 형성하며, 그리고 과충전된 부분의 폭이 정지부들(251)의 폭 보다 약간 크며, 그리고 그에 따라 정지부들(251)의 무결 상태가 에칭 공정에서 고정된다. 그 후, 포토레지스트층은, 도 2g에 도시된 바와 같이, 제1 재료(250)로부터 제거된다.
도 2h를 참조하면, 제2 재료(270)가 희생 층(210) 위에 성막된다. 도시된 실시예에서, 제2 재료(270)는 다결정 실리콘 층이다. 제2 재료(280)의 재료는, 제1 재료(250)와 제2 재료(270) 사이의 선택적 에칭성을 보이는 임의의 적절한 재료일 수 있다. 제2 재료(270)는, VPE, CVD, 스핀-온 도포, PVD, HDP-CVD, 및/또는 ALD 를 포함하는 임의의 적절한 공정에 의해 형성될 수 있다. 제2 재료(270)는 정지부들(251) 및 상기 제1 재료(250)의 과충전된 부분을 포함하는 전체 제1 재료를 적어도 포위하는 두께로, 제1 재료(250) 위에 형성된다.
도 2i 및 2j를 참조하면, 제2 마스크 층(290)이 제2 재료(270) 상에 성막되며, 그리고 복수의 비아(291)가 임의의 적절한 에칭 공정에 의해 형성된다. 에칭 공정은, 제2 재료(270) 내부에 형성되는 비아들(271)을 통해 희생 층(210)까지 추가로 진행된다. 비아들(271, 291)은, 제1 재료(250)의 과충전된 부분 또는 정지부들(251)을 통과하지 않는다. 비아들의 형성에서, 제1 재료(250)는 그의 무결 상태에서 잔류한다.
도 2k 및 2l을 참조하면, 제2 마스크 층(290)이 제거되며 그리고 희생 층(210)이 선택적 에칭에 의해 제거된다. 선택적 에칭을 실행한 이후에, 리세스(213)가 형성된다. 리세스(213)는, 캐리어 기판(200), 잔류 희생 층(210), 제1 및 제2 재료(250, 270)에 의해 집합적으로 규정된다. 라운드형 에지 정지부들(251)은 희생 층(210)의 제거에 따라 완전하게 노출된다. 정지부들(251)은, 잔류 희생 층(210) 및 캐리어 기판(200)과의 접촉 없이 리세스(213) 위에 떠 있다.
도 1f를 참조하면, MEMS 소자(10)는, 캐리어 기판(100), 캐리어 기판(100) 위에 떠 있는 다결정 실리콘 층(150), 및 희생 층(110)을 포함한다. 다결정 실리콘 층(150), 캐리어 기판(100), 및 희생 층(110)은 집합적으로 캐비티(113)를 규정한다. MEMS 소자(10)의 제조 공정에서, 캐비티(113)는 희생 층(110)을 에칭함으로써 생성된다. 달리 말하면, 캐비티(113)는, 전술한 리세스(113)와 같이, 동일한 방법을 통해 형성되며 그리고 동일하게 위치하게 된다. 다결정 실리콘 층(150)은, 양 측부로부터 캐비티(113)를 둘러싸며 그리고 다결정 실리콘 층(150)을 캐리어 기판(100)에 연결하는, 희생 층(110)의 일부분 위에 놓인다. 적어도 라운드형 에지 정지부(151)가 다결정 실리콘 층(150) 상에 형성된다. 정지부(151)는 다결정 실리콘 층(150)의 표면으로부터 캐리어 기판(100)을 향해 캐리어 기판과 접촉하지 않도록 돌출한다. 달리 말하면, 정지부들(151)은 캐비티(113) 내에 매달려 있다. 정지부(151)는 날카로운 모서리들이 없는 부드러운 윤곽을 갖는다. 예를 들어, 정지부(151)는 미세하게 조정된 라운드형 모서리를 갖는 절두 원추형을 닮을 수 있다. 라운드형 에지는 더 높은 충격 흡수 용량을 제공하며, 그리고 충돌에 직면할 때 이후에 잔류물을 남기지 않는다. 보다 구체적으로, 정지부(151)의 폭은 다결정 실리콘 층(150)으로부터 캐리어 기판(100)을 향해 감소하게 된다. 도 2l에 도시된 바와 같이, 정지부(251)(즉, 제1 재료)가 위에 놓이는 기판[즉, 제2 재료(270)]과는 상이한 재료로 제조되며, 그리고 정지부(251)의 일부가 제2 재료(270) 내로 연장된다. 그러나 정지부(251)는, 기판으로부터 돌출하며 그리고 충격 흡수체로서 역할을 하는, 제2 재료(270)의 일체화된 부분으로 보일 수 있다.
일부 실시예에서, 정지부(151)는 반구의 형상을 닮았다. 정지부(151)는, 다결정 실리콘 층(150)의 표면과 동일 평면 상에 존재하는 법평면을 갖는다. 반구형 정지부(151)는 다결정 실리콘 층(150) 밖으로 돌출하고, 캐리어 기판(100)을 향해 감소하게 되며, 그리고 마침내 캐비티(113)의 중간에서 종결된다. 정지부(151)의 감소는, 트렌치들(111)에 의해 규정되는 부드러운 곡률이며 그리고, 트렌치들(111)의 형성이 트렌치들(111)의 윤곽을 미세 조정하기 위해 이방성 에칭의 사이클을 수반하기 때문에, 그의 둘레를 가로질러 실질적으로 동일한 반경을 달성할 수 있다. 희생 층(110)을 제거함에 의해, 반구형 정지부(151)가 노출되며 그리고 반구형 윤곽이 유지된다. 정지부 및 다결정 실리콘 층이 상이한 재료로 제조되는 경우, 정지부의 일부는, 다른 공정이 실행될 때 반구형 구조물의 무결 상태를 보호하기 위해, 다결정 실리콘 층 내로 연장된다. 반구형 펌프는 캐리어 기판을 향해 돌출하며, 그리고 정지부의 잔류 부분은 범프의 직경 보다 약간 큰 폭을 갖는다.
따라서, 본 개시는 라운드형 에지 정지부를 포함하는 MEMS 구조물, 및 상기 구조물을 형성하는 방법을 제공한다. 라운드형 에지 정지부는, 다결정 실리콘 층으로부터, 다결정 실리콘 층, 캐리어 기판, 및 희생 층에 의해 규정되는 리세스 내로 돌출한다. 다결정 실리콘 층은 잔류 희생 층을 통해 캐리어 기판에 연결되며, 그리고 주로 캐리어 기판 위에 떠 있게 된다. 다결정 실리콘 층과 마찬가지로, 정지부는 캐리어 기판과의 접촉하지 않고 리세스 내에 매달린다. 정지부는 충격 흡수체로서 역할을 한다. 날카로운 모서리들은, 충격이 발생하였을 때 부드러운 윤곽이 힘을 완만하게 완충시키도록, 정지부에 대해 뭉툭하게 만들어지며, 그리고 특히 통상적인 날카로운 모서리형 범프에 비해 뒤에 남는 잔류물을 가질 가능성이 더 적다. 라운드형 표면은 공격을 수용하며, 그리고 작은 영역에 힘 축적을 허용하도록 하기 위해 뾰족한 팁이 없기 때문에, 그 힘을 전체 본체에 균일하게 전달한다. 따라서 라운드형 에지 정지부는, 더 높은 충격 흡수 용량을 가지며, 이동 가능한 부재의 움직임을 방해하는 입자들을 내뿜기 어렵다.
일부 예시적인 실시예에서, MEMS 소자가, 캐리어 기판, 다결정 실리콘 층, 희생 층 그리고, 상기 다결정 실리콘 층, 캐리어 기판 및 희생 층에 의해 규정되는 캐비티를 포함한다. 다결정 실리콘 층은 캐리어 기판 위에 떠 있으며 그리고 라운드형 에지를 가지며 캐리어 기판을 향해 캐비티 내로 돌출하는 적어도 하나의 정지부를 구비한다.
일부 예시적인 실시예에서, MEMS 소자가, 캐리어 기판, 다결정 실리콘 층, 희생 층 그리고, 상기 다결정 실리콘 층, 캐리어 기판 및 희생 층에 의해 규정되는 캐비티를 포함한다. 다결정 실리콘 층은 캐리어 기판 위에 떠 있으며 그리고 다결정 실리콘 층으로부터 캐리어 기판을 향해 캐비티 내로 돌출하는 적어도 하나의 정지부를 가지며, 그리고 상기 정지부는 반구의 형상과 닮았다.
일부 예시적인 실시예에서, MEMS 소자를 제조하는 방법이, 캐리어 기판 위의 희생 층 상에 복수의 라운드형 에지 트렌치를 형성하는 단계를 포함한다. 그 후, 희생 층 위에 다결정 실리콘 층의 형성하는 단계가 상기 트렌치를 충전하기 위해 실행된다. 복수의 정지부가 트렌치들에 의해 규정되며 그리고 다결정 실리콘 층으로부터 캐리어 기판을 향해 돌출한다. 이어서, 희생 층의 일부가, 다결정 실리콘 층과 캐리어 기판 사이에 리세스를 규정하기 위해 그리고 정지부들을 노출시키기 위해, 제거된다.
이상의 설명은 여러 실시예들에 대한 특징들을 개략적으로 개시하여 당업자가 본 개시의 양태들을 더욱 잘 이해하도록 한다. 당업자는, 그들이 본 명세서에서 소개되는 실시예들과 동일한 목적을 수행하고 및/또는 동일한 장점들을 달성하기 위해 다른 프로세스들 및 구조들을 설계하거나 수정하기 위한 기초로서 본 개시를 쉽게 사용할 수 있다는 것을 인식해야 할 것이다. 당업자는 또한, 그러한 균등한 구성들이 본 개시의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없다는 것 및, 그들이 본 개시의 사상 및 범위로부터 벗어남 없이 본 명세서에 다양한 변화, 치환 및 변경을 이룰 수 있다는 것을 인식해야 할 것이다.
Claims (10)
- MEMS 소자로서,
캐리어 기판;
상기 캐리어 기판 위에 떠 있는(suspending) 다결정 실리콘 층;
상기 캐리어 기판과 상기 다결정 실리콘 층 사이에 개재되는 희생 층; 및
상기 다결정 실리콘 층, 상기 캐리어 기판, 및 상기 희생 층에 의해 규정되는 캐비티
를 포함하며,
상기 다결정 실리콘 층은, 라운드형 에지를 갖는 적어도 하나의 정지부를 구비하며 그리고 상기 캐리어 기판을 향해 상기 캐비티 내로 돌출하는 것인, MEMS 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 정지부의 폭이 상기 다결정 실리콘 층으로부터 상기 캐비티를 향해 감소하는 것인, MEMS 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 다결정 실리콘 층 및 상기 정지부는 상이한 재료로 제조되는 것인, MEMS 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 정지부는 상기 캐비티 보다 작은 두께를 갖는 것인, MEMS 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 다결정 실리콘 층은 상기 희생 층에 의해 상기 캐리어 기판에 연결되는 것인, MEMS 소자. - MEMS 소자로서,
캐리어 기판;
상기 캐리어 기판 위에 떠 있는 다결정 실리콘 층;
상기 캐리어 기판과 상기 다결정 실리콘 층 사이에 개재되는 희생 층; 및
상기 다결정 실리콘 층, 상기 캐리어 기판, 및 상기 희생 층에 의해 규정되는 캐비티
를 포함하며,
상기 다결정 실리콘 층은, 상기 다결정 실리콘 층으로부터 상기 캐리어 기판을 향해 상기 캐비티 내로 돌출하는 적어도 하나의 정지부를 구비하며, 그리고 상기 정지부는 반구의 형상을 닮은 것인, MEMS 소자. - 제 6항에 있어서,
상기 정지부는 상기 다결정 실리콘 층과 동일 평면 상에 존재하는 법평면(normal plane)을 갖는 것인, MEMS 소자. - MEMS 소자를 제조하는 방법으로서,
캐리어 기판 위의 희생 층 상에 복수의 라운드형 에지 트렌치를 형성하는 단계;
상기 트렌치들을 충전하기 위해 상기 희생 층 위에 다결정 실리콘 층을 형성하는 단계로서, 복수의 정지부가 상기 트렌치들에 의해 규정되며 그리고 상기 다결정 실리콘 층으로부터 상기 캐리어 기판을 향해 돌출하는 것인, 다결정 실리콘 층을 형성하는 단계; 및
상기 다결정 실리콘 층과 상기 캐리어 기판 사이에 리세스를 규정하기 위해 그리고 상기 정지부들을 노출시키기 위해, 상기 희생 층의 일부를 제거하는 단계
를 포함하는 것인, MEMS 소자 제조 방법. - 제 8항에 있어서,
상기 희생 층의 일부를 제거하는 단계 이전에, 복수의 비아를 형성하기 위해 상기 희생 층까지 관통하도록 상기 다결정 실리콘 층을 에칭하는 단계를 더 포함하는 것인, MEMS 소자 제조 방법. - 제 8항에 있어서,
상기 다결정 실리콘 층은 하나 초과의 재료를 포함하는 것인, MEMS 소자 제조 방법.
Applications Claiming Priority (2)
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-
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