KR20180016219A - 충격 특성이 개선된 mems 장치, 이를 포함하는 mems 패키지, 컴퓨팅 시스템, 및 그 제조 방법 - Google Patents

충격 특성이 개선된 mems 장치, 이를 포함하는 mems 패키지, 컴퓨팅 시스템, 및 그 제조 방법 Download PDF

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김덕수
문상희
서평보
이종성
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주식회사 스탠딩에그
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Abstract

MEMS 장치, 이를 포함하는 MEMS 패키지, 컴퓨팅 시스템, 및 그 제조 방법이 제공된다. 상기 MEMS 장치는, 기판, 상기 기판의 상부에 배치되고, 가속도의 방향과 수직하는 회전 축에 대하여 회전 이동 가능한 질량체 구조물, 및 상기 기판과 상기 질량체 구조물을 연결하는 지지 구조물을 포함하고, 상기 기판에는 상기 질량체 구조물의 양 단부에 상응하여 복수의 트렌치 구조물이 형성되고, 상기 복수의 트렌치 구조물은 상기 회전 축과 평행하게 형성되는 복수의 트렌치와 상기 복수의 트렌치의 사이에 형성된 브리지를 포함하고, 상기 질량체 구조물의 양 단부는 각각 상기 기판의 상기 복수의 트렌치 구조물의 상기 브리지와 접촉 가능하다.

Description

충격 특성이 개선된 MEMS 장치, 이를 포함하는 MEMS 패키지, 컴퓨팅 시스템, 및 그 제조 방법{MEMS DEVICE WITH IMPROVED IMPACT CHARACTERISTICS, MEMS PACKAGE, COMPUTING SYSTEM COMPRISING THE SAME, AND FABRICATING METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 MEMS 장치, 이를 포함하는 MEMS 패키지, 컴퓨팅 시스템, 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)는 인공위성, 미사일, 무인 항공기 등의 군수용, 에어백(Air Bag), ESC(Electronic Stability Control), 차량용 블랙박스(Black Box) 등 차량용, 카메라, 캠코더 등의 손떨림 방지용, 핸드폰이나 게임기 등의 모션 센싱용, 네비게이션용 등 다양한 용도로 사용되고 있다.
MEMS 장치에 과도한 충격이 가해지는 경우, 질량체 구조물이 부서지거나 질량체 구조물이 기판 또는 다른 플레이트에 달라붙는 스틱션(stiction) 현상이 발생할 수 있으며, 이로 인해 신뢰성 불량 문제가 야기될 수 있다.
미국등록특허공보 제9151775호, 2015.10.06
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 충격 특성이 개선된 MEMS 장치, 이를 포함하는 MEMS 패키지, 컴퓨팅 시스템, 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 MEMS 장치는, 기판, 상기 기판의 상부에 배치되고, 가속도의 방향과 수직하는 회전 축에 대하여 회전 이동 가능한 질량체 구조물, 및 상기 기판과 상기 질량체 구조물을 연결하는 지지 구조물을 포함하고, 상기 기판에는 상기 질량체 구조물의 양 단부에 상응하여 복수의 트렌치 구조물이 형성되고, 상기 복수의 트렌치 구조물은 상기 회전 축과 평행하게 형성되는 복수의 트렌치와 상기 복수의 트렌치의 사이에 형성된 브리지를 포함하고, 상기 질량체 구조물의 양 단부는 각각 상기 기판의 상기 복수의 트렌치 구조물의 상기 브리지와 접촉 가능하다.
일부 실시예에서, 상기 질량체 구조물의 상기 양 단부에는 각각 적어도 하나의 스토퍼가 연장되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 질량체 구조물의 상기 양 단부에는 각각 중앙부와 양 모서리부에 배치된 셋 이상의 스토퍼가 연장되어 형성될 수 있다.
다른 일부 실시예에서, 상기 질량체 구조물의 폭보다 상기 복수의 트렌치 구조물의 폭이 작고, 상기 질량체 구조물의 양 단부의 양 모서리부는 각각 상기 기판과 접촉 가능할 수 있다.
또 다른 일부 실시예에서, 상기 질량체 구조물의 폭보다 상기 복수의 트렌치 구조물의 폭이 크고, 상기 질량체 구조물의 양 단부의 양 모서리부는 각각 상기 기판과 접촉 가능하지 않을 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 면에 따른 MEMS 패키지는, 상술한 MEMS 장치 중 어느 하나의 MEMS 장치를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 면에 따른 컴퓨팅 시스템은, 상술한 MEMS 장치 중 어느 하나의 MEMS 장치를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 면에 따른 MEMS 장치의 제조 방법은, 제1 실리콘층, 상기 제1 실리콘층 상에 형성된 실리콘 산화물층 및 상기 실리콘 산화물층 상에 형성된 제2 실리콘층을 포함하는 기판을 제공하는 단계, 상기 실리콘 산화물층 및 상기 제2 실리콘층을 식각하여 상기 기판의 양 측으로 각각 복수의 홀을 형성하는 단계, 상기 복수의 홀의 하부의 상기 제1 실리콘층을 식각하여 상기 기판의 양 측으로 각각 복수의 트렌치 구조물을 형성하는 단계, 상기 제2 실리콘층을 식각하여 질량체 구조물 패턴을 형성하는 단계, 및 상기 실리콘 산화물층의 일부를 제거하여 가속도의 방향과 수직하는 회전 축에 대하여 회전 이동 가능한 질량체 구조물을 완성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기 본 발명에 의하면, MEMS 장치에 과도한 충격이 가해지더라도 스틱션 현상이 방지되고 신뢰성 불량 문제가 제거될 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 장치의 구조를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 장치의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 장치의 제조 방법을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 MEMS 장치의 구조를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 MEMS 장치의 구조를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 MEMS 장치를 포함하는 MEMS패키지를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 13 내지 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 MEMS 장치를 포함하는 센서 허브를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 MEMS 장치를 포함하는 컴퓨팅 시스템을 개략적으로 도시하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다. 공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below 또는 beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이 경우 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 다양한 MEMS 장치 중 가속도 센서를 예로 들어 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 가속도 센서뿐만 아니라, 자이로 센서, 압력 센서, 마이크로폰 등 임의의 MEMS 장치에도 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 실질적으로 동일하게 적용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 장치의 구조를 개략적으로 도시하는 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 장치의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 장치(1)가 도시된다.
MEMS 장치(1)는 외력(또는, 외력에 의한 관성력)에 따라 이동 가능한 질량체 구조물(190)을 포함한다. 질량체 구조물(190)은 소정의 회전 축에 대하여 회전 이동 가능하다. 질량체 구조물(190)은 기판(110)의 상부에 배치되고, 지지 구조물(195)에 의해서 기판(110)과 연결된다.
질량체 구조물(190)의 내부의 소정의 영역이 제거됨으로써 오프닝(opening)이 형성된다. 그리고, 상기 오프닝 내에 지지 구조물(195)이 형성될 수 있다. 지지 구조물(195)은 페데스탈(191)과 하나 이상의 토션바(192)를 포함할 수 있다. 토션바(195)는 페데스탈(191)의 양 면으로부터 연장되어 질량체 구조물(190)과 연결될 수 있다. 명확하게 도시하지 않았으나, 도 1에 도시된 바와 다르게, 토션바(192)는 페데스탈(191)의 일 면 또는 그 이상의 면으로부터 연장되어 형성될 수도 있다.
토션바(192)는 질량체 구조물(190)이 페데스탈(191)과 기판(110)에 대하여 회전 이동하는 회전 축을 정의할 수 있다. 회전 축에 의하여, 질량체 구조물(190)은 복수의 영역으로 구분될 수 있다. 예를 들어, 질량체 구조물(190)의 제1 영역(도 1의 좌측 영역)의 모멘트가 질량체 구조물(190)의 제2 영역(도 1의 우측 영역)의 모멘트보다 작도록 회전 축이 정의될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 질량체 구조물(190)과 기판(110)의 사이에 비어있는 공간이 존재하여, 질량체 구조물(190)이 회전 이동 가능하다. 명확하게 도시하지 않았으나, 질량체 구조물(190)의 드라이빙을 위하여, 소정의 전압을 제공하는 배선이 페데스탈(191)과 연결될 수 있다.
기판(110)에는 질량체 구조물(190)의 양 단부에 상응하여(즉, 적어도 일부가 오버랩되도록) 복수의 트렌치 구조물(160)이 형성된다. 각각의 트렌치 구조물(160)은 복수의 트렌치(161)와 복수의 트렌치(161) 사이에 형성된 브리지(162)를 포함한다. 복수의 트렌치(161)는 질량체 구조물(190)의 회전 축과 평행하게 나란히 형성될 수 있다.
기판(110), 질량체 구조물(190) 및 지지 구조물(195)은 실리콘을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
명확하게 도시하지 않았으나, 복수의 센싱 전극이 질량체 구조물(190)의 상부 또는 하부에 배치될 수 있다. 센싱 전극은 기판(110) 또는 캡 웨이퍼(200) 상에 배치될 수 있다. 센싱 전극은 금속을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 센싱 전극은 대응하는 질량체 구조물(190)의 제1 영역과 함께 제1 커패시터를 구성하고, 제2 센싱 전극은 대응하는 질량체 구조물(190)의 제2 영역과 함께 제2 커패시터를 구성할 수 있다. 센싱 전극의 드라이빙을 위하여, 소정의 전압을 제공하는 배선이 센싱 전극과 연결될 수 있다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 질량체 구조물(190)은 z축 가속도 센싱을 위하여 이용될 수 있다. 가속도의 방향과 질량체 구조물(190)의 회전 축은 수직한다. 가속도가 가해지는 경우, 질량체 구조물(190)이 가속도의 방향과 크기에 따라 회전 축에 대하여 회전하게 되고, 제1 커패시터의 커패시턴스와 제2 커패시터의 커패시턴스는 서로 반대로 증감할 수 있다. 즉, 제1 커패시터의 커패시턴스가 증가하면 제2 커패시터의 커패시턴스가 감소하고, 제1 커패시터의 커패시턴스가 감소하면 제2 커패시터의 커패시턴스가 증가할 수 있다. 가속도가 가해지지 않는 경우, 질량체 구조물(190)과 복수의 센싱 전극은 서로 평행할 수 있다. 상기 커패시턴스의 변화를 이용하여 가속도의 방향 및 크기가 결정될 수 있다.
한편, MEMS 장치(1)에 과도한 충격이 가해지는 경우, 질량체 구조물(190)의 양 단부 중 어느 하나의 단부가 기판(110)과 접촉할 수 있다. 이 때, 질량체 구조물(150)의 상기 단부는 기판(110)의 상응하는 트렌치 구조물(160)의 브리지(162)와 접촉함으로써, 질량체 구조물(190)과 기판(110) 간의 접촉 면적이 감소되고, 질량체 구조물(190)과 기판(110)의 상면 간의 거리가 증가하게 되므로, 스틱션(stiction) 현상이 방지되고 MEMS 장치의 신뢰성 불량 문제가 제거될 수 있다.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 장치의 제조 방법을 개략적으로 도시하는 도면이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 기판이 제공된다. 기판은 제1 실리콘층(110), 실리콘 산화물층(120), 제2 실리콘층(130)을 포함한다. 실리콘 산화물층(120)은 제1 실리콘층(110) 상에 형성되고, 제2 실리콘층(130)은 실리콘 산화물층(120) 상에 형성된다. 실리콘 산화물층(120)은 절연층으로 기능할 수 있다. 상기 기판은 실리콘 기판(110)을 산화(Oxidation)하여 실리콘 산화물층(120)을 형성하고, 실리콘 산화물층(120) 상에 실리콘층(130)을 증착(Deposition)하여 제공될 수 있다. 또는, SOI(Silicon-On-Insulator) 기판이 제공될 수 있다.
이어서, 도 4를 참조하면, 실리콘 산화물층(120) 및 제2 실리콘층(130)의 일부가 식각되어 기판의 양 측으로 각각 복수의 홀(150)이 형성된다. 도면 부호 140은 실리콘 산화물층(120) 및 제2 실리콘층(130)의 식각을 위한 마스크 패턴을 도시한 것이다. 마스크 패턴(140)은 실리콘 산화물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제2 실리콘층(130)의 식각을 위하여, 심도 반응성 이온 식각(Deep Reactive Ion Etching; DRIE) 공정이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서, 도 5를 참조하면, 복수의 홀(150)의 바닥면 및 측벽에 식각 보호막(151)이 형성된다. 이어서, 도 6을 참조하면, 복수의 홀(150)의 바닥면의 식각 보호막(151)이 식각되고, 복수의 홀(150)의 하부의 제1 실리콘층(110)이 식각되어, 기판의 양 측으로 각각 복수의 트렌치 구조물(160)이 형성된다. 복수의 홀(150)의 바닥면의 식각 보호막(151)의 식각을 위하여, 전면 식각(Blanket Etching) 공정이 이용되고, 복수의 홀(150)의 하부의 제1 실리콘층(110)의 식각을 위하여, 습식 식각 공정이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서, 도 7을 참조하면, 복수의 홀(150)의 내부 공간 및 트렌치 구조물(160)의 측벽에 각각 식각 보호막(152, 163)이 형성된다. 상기 식각 보호막(152, 163)의 형성을 위하여, 산화(Oxidation) 공정이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이어서, 도 8을 참조하면, 제2 실리콘층(130) 상에 금속 패드(170)가 형성된다. 예를 들어, 금속 패드(170)는 게르마늄(Ge)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 금속 패드(170)는 센서 웨이퍼와 캡 웨이퍼(200)를 본딩하는 본딩 패드로 기능할 수도 있다. 금속 패드(170)는 공융 본딩(Eutectic Bonding) 방식으로 본딩될 수 있다. 그리고, 제2 실리콘층(130)의 일부가 식각되어 질량체 구조물 패턴(180)이 형성된다. 예를 들어, 제2 실리콘층(130)의 식각을 위하여, 심도 반응성 이온 식각(DRIE) 공정이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이어서, 도 9를 참조하면, 질량체 구조물 패턴(180)의 하부의 실리콘 산화물층(120)의 일부와 식각 보호막(152, 163)이 제거(Realease)되어 질량체 구조물(190)이 완성된다. 질량체 구조물 패턴(180)의 하부의 실리콘 산화물층(120)의 제거를 위하여 가스 식각(Vapor Etching) 공정이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 다시, 도 2를 참조하면, 금속 패드(170) 상에 캡 웨이퍼(200)가 본딩됨으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 장치(1)가 완성된다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 MEMS 장치의 구조를 개략적으로 도시하는 평면도이다. 설명의 편의를 위하여 도 1의 MEMS 장치(1)와 차이점을 중점으로 설명하기로 한다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 MEMS 장치(2)는 도 1을 참조하여 설명한 MEMS 장치(1)와 비교하여 하나 이상의 스토퍼(196)를 더 포함한다. 질량체 구조물(190)의 양 단부에 스토퍼(196)가 연장되어 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 질량체 구조물(190)의 양 단부에는 각각 중앙부와 양 모서리부에 배치된 셋 이상의 스토퍼(196)가 연장되어 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 스토퍼(196)는 질량체 구조물(190)의 과도한 움직임과 이로 인한 파손을 방지할 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 MEMS 장치의 구조를 개략적으로 도시하는 평면도이다. 설명의 편의를 위하여 도10의 MEMS 장치(2)와 차이점을 중점으로 설명하기로 한다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 MEMS 장치(3)는 도 10을 참조하여 설명한 MEMS 장치(2)와 비교하여 복수의 트렌치 구조물(160)의 폭이 증가한다. 즉, 도 10의 MEMS 장치(2)에서는 질량체 구조물(190)의 폭보다 복수의 트렌치 구조물(160)의 폭이 작기 때문에, 질량체 구조물(190)의 양 단부의 중앙부뿐만 아니라 양 모서리부도 각각 기판(110)과 접촉할 수 있지만, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 MEMS 장치(3)에서는 복수의 트렌치(165)의 크기가 변형되어 질량체 구조물(190)의 폭보다 복수의 트렌치 구조물(160)의 폭이 크기 때문에, 질량체 구조물(190)의 양 단부의 양 모서리부는 각각 기판(110)과 접촉할 수 없다. 이로써, 질량체 구조물(190)과 기판(110) 간의 접촉 면적이 더욱 감소되므로, 스틱션(stiction) 현상이 더욱 방지되고 MEMS 장치의 신뢰성 불량 문제가 제거될 수 있다.
명확하게 도시하지 않았으나, 도 1을 참조하여 설명한 MEMS 장치(1)의 복수의 트렌치(161)의 크기도 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 MEMS 장치(3)의 복수의 트렌치(165)의 크기와 실질적으로 동일하게 변형될 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 MEMS 장치를 포함하는 MEMS패키지를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 12를 참조하면, MEMS 패키지(1000)는 PCB 기판(1100), PCB 기판(1100) 상에 적층되어 본딩된 MEMS 장치(1200)와 ASIC 장치(1300)를 포함한다. MEMS 장치(1200)는 도 1 내지 도 2, 도 10 및 도 11을 참조하여 설명한 MEMS 장치(1, 2, 3)와 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다. 도 12에서는 와이어 본딩 방식을 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 플립칩 방식이 이용될 수도 있다.
도 13 내지 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 MEMS 장치를 포함하는 센서 허브를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 13을 참조하면, 센서 허브(2000)는 프로세싱 장치(2100), MEMS 장치(2200), ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 장치(2300)를 포함할 수 있다. MEMS 장치(2200)는 도 1 내지 도 2, 도 10 및 도 11을 참조하여 설명한 MEMS 장치(1, 2, 3)와 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다. ASIC 장치(2300)는 MEMS 장치(2200)의 센싱 신호를 처리할 수 있다. 프로세싱 장치(2100)는, 애플리케이션 프로세서를 대신하여, 센서 데이터 처리를 전문적으로 수행하기 위한 보조 프로세서로 기능할 수 있다.
도 14를 참조하면, 센서 허브(3000)는 복수 개의 MEMS 장치(3200, 3400)와 복수 개의 ASIC 장치(3300, 3500)를 포함할 수 있다. 복수 개의 MEMS 장치(3200, 3400) 중 적어도 하나는 도 1 내지 도 2, 도 10 및 도 11을 참조하여 설명한 MEMS 장치(1, 2, 3)와 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다. 제1 MEMS 장치(3200)는 가속도 센서이고, 제2 MEMS 장치(3400)는 자이로 센서일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 복수 개의 ASIC 장치(3300, 3500)는 각각 대응하는 MEMS 장치(3200, 3400)의 센싱 신호를 처리할 수 있다. 프로세싱 장치(3100)는, 애플리케이션 프로세서를 대신하여, 센서 데이터 처리를 전문적으로 수행하기 위한 보조 프로세서로 기능할 수 있다. 도시된 바와 다르게, 세 개 이상의 MEMS 장치와 ASIC 장치가 센서 허브(3000) 내에 제공될 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 MEMS 장치를 포함하는 컴퓨팅 시스템을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 15를 참조하면, 컴퓨팅 시스템(4000)은 무선 통신부(4100), A/V 입력부(4200), 사용자 입력부(4300), 센싱부(4400), 출력부(4500), 저장부(4600), 인터페이스부(4700), 제어부(48000), 전원 공급부(4900)를 포함한다.
무선 통신부(4100)는 외부 디바이스와 무선 통신할 수 있다. 무선 통신부(4100)는 이동 통신, 와이브로, 와이파이(WiFi), 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), 초음파, 적외선, RF(Radio Frequency) 등과 같은 각종 무선 통신 방식을 이용하여 외부 디바이스와 무선 통신할 수 있다. 무선 통신부(4100)는 외부 디바이스로부터 수신한 데이터 및/또는 정보를 제어부(4800)에 전달하고, 제어부(4800)로부터 전달된 데이터 및/또는 정보를 외부 디바이스에 전송할 수 있다. 이를 위하여, 무선 통신부(4100)는 이동 통신 모듈(4110) 및 근거리 통신 모듈(4120)을 포함할 수 있다.
또한, 무선 통신부(4100)는 위치 정보 모듈(4130)을 포함하여 컴퓨팅 시스템(4000)의 위치 정보를 획득할 수 있다. 컴퓨팅 시스템(4000)의 위치 정보는 예를 들어 GPS 측위 시스템, WiFi 측위 시스템, 셀룰러(Cellular) 측위 시스템 또는 비콘(beacon) 측위 시스템들로부터 제공될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 임의의 측위 시스템들로부터 위치 정보가 제공될 수 있다. 무선 통신부(4100)는 측위 시스템으로부터 수신한 위치 정보를 제어부(4800)에 전달할 수 있다.
A/V 입력부(4200)는 영상 또는 음성 신호 입력을 위한 것으로, 카메라 모듈(4210)과 마이크 모듈(4220)을 포함할 수 있다. 카메라 모듈(4210)은 예를 들어 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서, CCD(Charge Coupled Device) 센서 등과 같은 이미지 센서를 포함할 수 있다.
사용자 입력부(4300)는 사용자로부터 각종 정보를 입력받는다. 사용자 입력부(4300)는 키, 버튼, 스위치, 터치 패드, 휠 등의 입력 수단을 포함할 수 있다. 터치 패드가 후술하는 디스플레이 모듈(4510)과 상호 레이어 구조를 이루는 경우, 터치스크린을 구성할 수 있다.
센서부(4400)는 컴퓨팅 시스템(4000)의 상태 또는 사용자의 상태를 감지한다. 센싱부(4400)는 터치 센서, 근접 센서, 압력 센서, 진동 센서, 지자기 센서, 자이로 센서, 가속도 센서, 생체 인식 센서 등의 감지 수단을 포함할 수 있다. 센싱부(240)는 사용자 입력을 위하여 이용될 수도 있다.
*출력부(4500)는 사용자에게 각종 정보를 통보한다. 출력부(4500)는 텍스트, 영상 또는 음성의 형태로 정보를 출력할 수 있다. 이를 위하여, 출력부(4500)는 디스플레이 모듈(4510) 및 스피커 모듈(4520)을 포함할 수 있다. 디스플레이 모듈(4510)은 PDP, LCD, TFT LCD, OLED, 플렉시블 디스플레이, 3차원 디스플레이, 전자잉크 디스플레이, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태로 제공될 수 있다. 출력부(4500)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 출력 수단을 더 포함하여 구성될 수 있다.
저장부(4600)는 각종 데이터 및 명령을 저장한다. 저장부(4600)는 컴퓨팅 시스템(4000)의 동작을 위한 시스템 소프트웨어와 각종 애플리케이션을 저장할 수도 있다. 저장부(4600)는 RAM, ROM, EPROM, EEPROM, 플래시 메모리, 하드 디스크, 착탈형 디스크, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 포함할 수 있다.
인터페이스부(4700)는 컴퓨팅 시스템(4000)에 접속되는 외부 디바이스와의 통로 역할을 수행한다. 인터페이스부(4700)는 외부 디바이스로부터 데이터 및/또는 정보를 수신하거나 전원을 공급받아 컴퓨팅 시스템(4000) 내부의 구성요소들에 전달하거나, 외부 디바이스에 컴퓨팅 시스템(4000) 내부의 데이터 및/또는 정보를 전송하거나 내부의 전원을 공급할 수 있다. 인터페이스부(4700)는 예를 들어, 유/무선 헤드셋 포트, 충전용 포트, 유/무선 데이터 포트, 메모리 카드(memory card) 포트, 범용 직렬 버스(Universal Serial Bus; USB) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트, 오디오 I/O(Input/Output) 포트, 비디오 I/O(Input/Output) 포트 등을 포함할 수 있다.
제어부(4800)는 다른 구성요소들을 제어하여 컴퓨팅 시스템(4000)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(4800)는 저장부(4600)에 저장된 시스템 소프트웨어와 각종 애플리케이션을 수행할 수 있다. 제어부(2800)는 마이크로 프로세서, 마이크로 컨트롤러, 디지털 신호 처리 코어, 그래픽 처리 코어, 애플리케이션 프로세서 등의 집적 회로 등을 포함할 수 있다.
전원 공급부(4900)는 무선 통신부(4100), A/V 입력부(4200), 사용자 입력부(4300), 센서부(4400), 출력부(4500), 저장부(4600), 인터페이스부(4700), 제어부(4800)의 동작에 필요한 전원을 공급한다. 전원 공급부(4900)는 내장 배터리를 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 2, 도 10 및 도 11을 참조하여 설명한 MEMS 장치(1, 2, 3) 또는 도 13 내지 도 14를 참조하여 설명한 센서 허브(2000, 3000)가 센서부(4400) 내에 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예와 관련하여 설명된 방법은 프로세서에 의해 수행되는 소프트웨어 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM, ROM, EPROM, EEPROM, 플래시 메모리, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 상주할 수도 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: MEMS 장치
110: 기판
160: 트렌치 구조물
161: 트렌치
162: 브리지
190: 질량체 구조물
195: 지지 구조물

Claims (8)

  1. 기판;
    상기 기판의 상부에 배치되고, 가속도의 방향과 수직하는 회전 축에 대하여 회전 이동 가능한 질량체 구조물; 및
    상기 기판과 상기 질량체 구조물을 연결하는 지지 구조물을 포함하고,
    상기 기판에는 상기 질량체 구조물의 양 단부에 상응하여 복수의 트렌치 구조물이 형성되고,
    상기 복수의 트렌치 구조물은 상기 회전 축과 평행하게 형성되는 복수의 트렌치와 상기 복수의 트렌치의 사이에 형성된 브리지를 포함하고,
    상기 질량체 구조물의 양 단부는 각각 상기 기판의 상기 복수의 트렌치 구조물의 상기 브리지와 접촉 가능한,
    MEMS 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 질량체 구조물의 상기 양 단부에는 각각 적어도 하나의 스토퍼가 연장되어 형성되는,
    MEMS 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 질량체 구조물의 상기 양 단부에는 각각 중앙부와 양 모서리부에 배치된 셋 이상의 스토퍼가 연장되어 형성되는,
    MEMS 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 질량체 구조물의 폭보다 상기 복수의 트렌치 구조물의 폭이 작고, 상기 질량체 구조물의 양 단부의 양 모서리부는 각각 상기 기판과 접촉 가능한,
    MEMS 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 질량체 구조물의 폭보다 상기 복수의 트렌치 구조물의 폭이 크고, 상기 질량체 구조물의 양 단부의 양 모서리부는 각각 상기 기판과 접촉 가능하지 않은,
    MEMS 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항의 MEMS 장치를 포함하는,
    MEMS 패키지.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항의 MEMS 장치를 포함하는,
    컴퓨팅 시스템.
  8. 제1 실리콘층, 상기 제1 실리콘층 상에 형성된 실리콘 산화물층 및 상기 실리콘 산화물층 상에 형성된 제2 실리콘층을 포함하는 기판을 제공하는 단계;
    상기 실리콘 산화물층 및 상기 제2 실리콘층을 식각하여 상기 기판의 양 측으로 각각 복수의 홀을 형성하는 단계;
    상기 복수의 홀의 하부의 상기 제1 실리콘층을 식각하여 상기 기판의 양 측으로 각각 복수의 트렌치 구조물을 형성하는 단계;
    상기 제2 실리콘층을 식각하여 질량체 구조물 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 실리콘 산화물층의 일부를 제거하여 가속도의 방향과 수직하는 회전 축에 대하여 회전 이동 가능한 질량체 구조물을 완성하는 단계를 포함하는,
    MEMS 장치의 제조 방법.
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