KR20210022491A - 듀얼 백플레이트 트랜스듀서들에 대한 멤브레인 지지 - Google Patents

듀얼 백플레이트 트랜스듀서들에 대한 멤브레인 지지 Download PDF

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KR20210022491A
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슈테판 바젠
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슈테판 가이슬러
마티아스 프리드리히 헤르만
울리히 크룸바인
콘스탄틴 카추크
지오다노 토졸리니
유르겐 바그너
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Abstract

미세 제조된 구조체는 편향 가능한 멤브레인, 편향 가능한 멤브레인의 제1 표면 상의 제1 클램핑 층, 편향 가능한 멤브레인의 제2 표면 상의 제2 클램핑 층, 제1 클램핑 층 상의 제1 천공된 백플레이트, 및 제2 클램핑 층 상의 제2 천공된 백플레이트를 포함하고, 여기서 제1 클램핑 층은 제1 천공된 백플레이트와 편향 가능한 멤브레인 사이에 음의 경사를 갖는 제1 테이퍼드 에지 부분을 포함한다.

Description

듀얼 백플레이트 트랜스듀서들에 대한 멤브레인 지지{MEMBRANE SUPPORT FOR DUAL BACKPLATE TRANSDUCERS}
본 발명은 일반적으로 듀얼 백플레이트 트랜스듀서 내의 멤브레인을 지지하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
트랜스듀서들은 한 영역(domain)으로부터의 신호를 다른 것으로 변환하고, 보통 센서들에서 사용된다. 일상 생활에서 볼 수 있는 트랜스듀서를 갖는 하나의 일반적인 센서는 음파들을 전기 신호들로 변환하는 마이크로폰이다.
마이크로 전자기계 시스템(microelectromechanical system, MEMS) 기반 센서들은 마이크로머시닝(micromachining) 기술들을 사용하여 생성된 트랜스듀서들의 패밀리를 포함한다. MEMS 마이크로폰과 같은 MEMS는 트랜스듀서 내의 물리적 상태의 변화를 측정하고 MEMS 센서에 접속된 전자 장치에 의해 프로세싱될 신호를 전송함으로써 환경으로부터 정보를 수집한다. MEMS 디바이스들은 집적 회로들에 사용된 것들과 유사한 마이크로머시닝 제조 기술들을 사용하여 제조될 수 있다.
MEMS 디바이스들은 발진기들, 공진기들, 가속도계들, 자이로스코프들, 압력 센서들, 마이크로폰들, 마이크로-미러들(micro-mirrors) 등으로서 기능하도록 설계될 수 있다. 많은 MEMS 디바이스들은 물리적 현상을 전기 신호들로 변환하기 위한 용량성 센싱 기술들을 사용한다. 이러한 응용들에서, 센서 내의 용량 변화는 인터페이스 회로들을 사용하여 전압 신호로 변환된다.
예를 들어, 용량성 MEMS 마이크로폰은 백플레이트 전극 및 백플레이트 전극과 평행하게 배열된 멤브레인을 포함한다. 백플레이트 전극 및 멤브레인은 평행판 축전기(parallel plate capacitor)를 형성한다. 백플레이트 전극 및 멤브레인은 기판 상에 배열된 지지 구조에 의해 지지된다.
용량성 MEMS 마이크로폰은 백플레이트 전극과 평행하게 배열된 멤브레인에서, 사운드 압력파들, 예를 들어 음성을 변환할 수 있다. 백플레이트 전극은 사운드 압력파들이 멤브레인을 가로질러 형성된 압력 차이로 인해 멤브레인을 진동시키면서 백플레이트를 통과하도록 천공된다. 그러므로, 멤브레인과 백플레이트 전극 사이의 에어 갭은 멤브레인의 진동들에 따라 변화한다. 백플레이트 전극에 대한 멤브레인의 변화는 멤브레인과 백플레이트 전극 사이의 캐패시턴스의 변화를 야기한다. 캐패시턴스의 이 변화는 멤브레인의 이동에 응답하는 출력 신호로 변환되고 변환된 신호를 형성한다.
MEMS 디바이스의 하나의 특성은 MEMS 디바이스의 강건성(robustness)이다. 예를 들어, 용량성 MEMS 마이크로폰은, MEMS 마이크로폰이 손상 없이 견딜 수 있는 충격 또는 영향의 크기를 결정하는 강건성 특성을 갖는다. 종종, 편향 가능한 멤브레인(deflectable membrane)은, MEMS 마이크로폰의 다른 부분들보다 충격 또는 영향으로부터의 균열 또는 고장에 더 취약하다.
일 실시예에 따르면, 미세 제조된 구조체(microfabricated structure)는 편향 가능한 멤브레인; 편향 가능한 멤브레인의 제1 표면 상에 배치된 제1 클램핑 층(clamping layer); 편향 가능한 멤브레인의 제2 표면 상에 배치된 제2 클램핑 층; 제1 클램핑 층 상에 배치된 제1 천공된 백플레이트(perforated backplate); 및 제2 클램핑 층 상에 배치된 제2 천공된 백플레이트를 포함하고, 여기서 제1 클램핑 층은 제1 천공된 백플레이트와 편향 가능한 멤브레인 사이에 음의 경사(negative slope)를 갖는 제1 테이퍼드 에지(tapered edge) 부분을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 미세 제조된 구조체는 천공된 고정자(perforated stator); 천공된 고정자의 제1 표면 상에 배치된 제1 분리층(isolation layer); 천공된 고정자의 제2 표면 상에 배치된 제2 분리층; 제1 분리층 상에 배치된 제1 멤브레인; 제2 분리층 상에 배치된 제2 멤브레인; 및 제1 멤브레인과 제2 멤브레인 사이에 결합된 필라(pillar)를 포함하고, 여기서 제1 분리층은 천공된 고정자와 제1 멤브레인 사이에 음의 경사를 갖는 제1 테이퍼드 에지 부분을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 방법은 멤브레인을 형성하는 단계; 멤브레인의 제1 표면 상에 제1 클램핑 층을 형성하는 단계; 멤브레인의 제2 표면 상에 제2 클램핑 층을 형성하는 단계; 제1 클램핑 층 상에 제1 백플레이트를 형성하는 단계; 제2 클램핑 층 상에 배치되는 제2 백플레이트를 형성하는 단계; 및 제1 백플레이트와 멤브레인 사이에 음의 경사를 갖는 제1 테이퍼드 에지 부분을 형성하기 위해 제1 클램핑 층을 에칭하는 단계를 포함한다.
본 발명 및 그 장점들의 보다 완전한 이해를 위해, 첨부 도면들과 함께 이루어진 다음의 설명들이 이제 참조된다:
도 1a, 3a, 4a, 및 5a는 예시적인 듀얼 백플레이트 MEMS 마이크로폰들의 단면도들이다.
도 1b, 2a, 3b, 4b, 5b, 및 5c는 실시예들에 따른 듀얼 백플레이트 MEMS 마이크로폰의 단면도들이다.
도 2b는 일 실시예에 따른 인 함량 대 클램핑 층 테이퍼 각도의 그래프이다.
도 2c는 예시적인 듀얼 백플레이트 MEMS 마이크로폰의 허용 가능 스트레스 레벨에 대한 실시예에 따른 듀얼 백플레이트 MEMS 마이크로폰의 허용 가능 스트레스 레벨의 개선을 도시하는 그래프이다.
도 6a, 6b, 6c, 6d, 및 6e는 도 3a, 3b, 4b, 5b, 및 5c의 MEMS 마이크로폰들과 연관된 층 테이블들이다.
도 7은 도 3b의 MEMS 마이크로폰과 연관된 상세한 프로세스 흐름의 테이블이다.
도 8은 도 5c의 MEMS 마이크로폰과 연관된 상세한 프로세스 흐름의 테이블이다.
도 9a는 예시적인 밀봉된 듀얼 멤브레인 MEMS 마이크로폰의 단면도이다.
도 9b 및 9c는 일 실시예에 따른 밀봉된 듀얼 멤브레인 MEMS 마이크로폰들의 단면도들이다.
도 10a는 도 9a의 MEMS 마이크로폰과 연관된 층 테이블이다.
도 10b는 도 9b의 MEMS 마이크로폰과 연관된 층 테이블이다.
상이한 도면들에서의 대응하는 번호들 및 기호들은 다르게 나타내어지지 않는 한, 일반적으로 대응하는 부분들을 지칭한다. 도면들은 실시예들의 관련 양태들을 분명하게 예시하도록 도시되어 있으며, 반드시 비례에 맞춰 그려지지는 않는다.
다양한 실시예들의 제조 및 사용이 아래에 상세히 논의된다. 그러나, 본 명세서에 설명된 다양한 실시예들은 폭넓게 다양한 특정한 맥락들에 적용 가능하다는 것을 이해해야 한다. 논의된 특정한 실시예들은 단지 다양한 실시예들을 제조하고 사용하는 특정한 방식들을 예시한 것이고, 제한된 범위에서 해석되지 않아야 한다.
특정한 맥락에서 다양한 실시예들, 즉 마이크로폰 트랜스듀서들, 및 보다 구체적으로는, MEMS 마이크로폰들에 대해 설명이 이루어진다. 본 명세서에 설명된 다양한 실시예들 중 일부는 더블 백플레이트 실리콘 마이크로폰들 및 밀봉된 듀얼 멤브레인 실리콘 마이크로폰들을 포함한다.
더블 백플레이트 MEMS 실리콘 마이크로폰은 통상적으로 상부 및 하부 천공된 백플레이트들, 플렉서블(flexible) 멤브레인, 상부 백플레이트와 플렉서블 멤브레인 사이의 상부 클램핑 층, 및 하부 백플레이트와 플렉서블 멤브레인 사이의 하부 클램핑 층을 포함한다. 상부 및 하부 클램핑 층들의 산화물 에지들의 상대적인 위치들을 오프셋함으로써 한 방향에 대한 공기 압력 및 드롭 테스트에 대한 높은 강건성에 도달할 수 있다. 다른 방향에 대해, 듀얼 백플레이트 마이크로폰은 강건성에서 상당한 약점을 드러낸다. 따라서, 실시예들에 따르면, 상부 및 하부 클램핑 층들의 산화물 에지들의 상대적인 배치에 더하여 적어도 하나의 테이퍼드 클램핑 층을 사용함으로써 양쪽 방향으로 높은 강건성이 달성된다. 다른 실시예들은 2개의 테이퍼드 클램핑 층들을 사용함으로써, 또는 2개의 더블-테이퍼드 클램핑 층들을 사용함으로써 양쪽 방향으로 훨씬 더 높은 강건성을 달성한다.
밀봉된 듀얼 멤브레인 MEMS 실리콘 마이크로폰은 통상적으로 상부 및 하부 멤브레인들, 천공된 고정자, 상부 멤브레인과 고정자 사이의 상부 분리층, 하부 멤브레인과 고정자 사이의 하부 분리층, 상부 멤브레인과 하부 멤브레인 사이에 결합된 필라(pillar)를 포함한다. 공기 압력 및 드롭 테스트에 대한 높은 강건성에는 도달하기 어렵다. 양 방향들과 관련하여, 밀봉된 듀얼 멤브레인 마이크로폰은 강건성에 있어서 상당한 약점을 나타낸다. 따라서, 실시예들에 따르면, 상부 및 하부 클램핑 층들에 대해 2개의 테이퍼드 또는 더블-테이퍼드 분리층들을 사용함으로써 양쪽 방향들에서 높은 강건성이 달성된다.
도 1a는 상부 천공된 실리콘 백플레이트(108), 상부 산화물 클램핑 층(110A), 플렉서블 실리콘 멤브레인(112), 하부 산화물 클램핑 층(114), 및 하부 천공된 실리콘 백플레이트(116)를 포함하는 예시적인 듀얼 백플레이트 실리콘 마이크로폰(102A)의 단면도이다. 멤브레인(112)이 상부로 편향될 때, 강건성을 증가시키기 위해 상부 클램핑 층(110A)의 수직 에지는 하부 클램핑 층(114)의 수직 에지에 대해 오프셋된다. 그러나, 다른 방향(하부로 편향된 멤브레인(112))에 대해, 듀얼 백플레이트 마이크로폰(102A)은 강건성에 있어서 상당한 약점을 나타낸다. 멤브레인(112)의 양측에 대한 거의 수직 모양인 멤브레인 클램핑에 의해, 멤브레인(112)이 하부(아래 방향 화살표(104))로 편향될 때 "핫 스폿(hot spot)" 또는 "노치 효과(notch effect)"(106A)가 생성된다.
도 1b는 상부 천공된 실리콘 백플레이트(108), 테이퍼드 상부 산화물 클램핑 층(110B), 플렉서블 실리콘 멤브레인(112), 하부 산화물 클램핑 층(114), 및 하부 천공된 실리콘 백플레이트(116)를 포함하는 일 실시예에 따른, 양쪽 방향들에서 증가된 강건성을 갖는 듀얼 백플레이트 실리콘 마이크로폰(102B)의 단면도이다. 멤브레인(112)이 상부로 편향될 때, 강건성을 증가시키기 위해 상부 클램핑 층(110B)의 테이퍼드 에지가 하부 클램핑 층(114)의 수직 에지에 대해 오프셋되는 반면, 멤브레인(112)이 하부로 편향될 때는 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이 상부 클램핑 층(110B)의 테이퍼드 에지는 스스로 강건성을 증가시킨다.
테이퍼드 상부 클램핑 층(110B)의 경사(slope)는 상부 백플레이트(108)로부터 멤브레인(112)까지 "음(negative)"(내리막)이다. 반대로, 테이퍼드 상부 클램핑 층(110B)의 경사는 멤브레인(112)으로부터 상부 백플레이트(108)까지 "양(positive)"(오르막)이다. 멤브레인(112)이 하부(아래쪽 방향 화살표(104))로 편향되는 경우, 유리하게도 증가된 강건성을 제공하고 "핫 스폿" 또는 "노치 효과"(106B)를 감소시키기 위해 다양한 테이퍼 각도들이 사용될 수 있음에도 불구하고, 멤브레인(112)에 대해 34°의 전형적인 테이퍼 각도(122)가 도 1b에서 보여진다.
듀얼 백플레이트 마이크로폰(102B)에 대한 지지를 제공하는 실리콘 기판(118) 또한 도 1b에서 도시된다. 기판(118) 내의 캐비티(cavity)(120) 또한 듀얼 백플레이트 마이크로폰(102B) 내의 천공들 아래에 도시된다.
도 2a는 상부 클램핑 층(110B)의 추가적인 상세들을 도시하는 듀얼 백플레이트 마이크로폰(102B)의 단면도이다. 특히, 도 2a는 추가적인 더 상부의 클램핑 층(110C)을 도시한다. 예시에서, 클램핑 층들(110B 및 110C)은 멤브레인(112)의 상부 측면을 클램핑하기 위한 TEOS/PSG 산화물 층 스택을 형성한다. TEOS는 본 기술분야에서 테트라 에틸 오르토 실리케이트(Tetra Ethyl Ortho Silicate)로서 알려져 있고, PSG는 본 기술분야에서 TEOS-기반 인 실리케이트 글라스(TEOS-based Phosphorus Silicate Glass)로서 알려져 있다. TEOS 및 PSG 층들은 또한 글라스 층들이라고 지칭될 수 있다. TEOS의 에칭 속도는 대략 20nm/분(낮은 에칭 속도)인 반면, PSG(인 5.1%)의 에칭 속도는 대략 35nm/분(높은 에칭 속도)이다. 얇은 PSG 클램핑 층(110C)과 비교적 두꺼운 TEOS 클램핑 층(110B)의 조합은 도시된 바와 같이 날카로운 테이퍼 각도(122)를 갖는 테이퍼드 에지를 갖는 조합 클램핑 층을 초래한다. 초기 제조 단계에서 클램핑 층들(110C 및 110B)의 수직 에지들의 등방성(isotropic) 에칭은(도 2a에 도시되지 않음), 에칭이 시간에 따라 진행함에 따라, 결국 층들(110C 및 110B)의 상대적인 에칭 속도들로 인해 도 2a에 도시된 선형 테이퍼드 에지를 초래할 것이다.
도 2b는 일 실시예에 따른, TEOS 클램핑 층의 테이퍼 각도(406) 대 PSG 클램핑 층의 인 함량(404)의 그래프(402)이다. 도 2a에 도시된 클램핑 층(110C)의 인 함량을 증가시키는 것은 PSG 에칭 속도를 증가시키고, 따라서 도 2a에 도시된 클램핑 층(110B)의 테이퍼 각도를 감소시킨다. 이 관계는, 클램핑 층(110C)의 인 함량(404)에 대한 클램핑 층(110B)의 테이퍼 각도(406)의 음의 선형 기울기(412)로서 도 2b에 도시된다. 테이퍼 각도의 전형적인 값들 또한 도 2b에 보여진다. 예를 들어, 클램핑 층(110C) 내의 4% 인 함량은 (멤브레인(112)에 대해) 약 40°의 테이퍼 각도를 초래할 것이다. 클램핑 층(110C) 내의 5% 인 함량은 약 35°의 테이퍼 각도를 초래할 것이고, 클램핑 층(110C) 내의 6% 함량은 약 30°의 테이퍼 각도를 초래할 것이다. 따라서, 특정한 인 백분율(408)은 음의 선형 기울기(412)를 따라 포인트(414)에서 대응하는 테이퍼 각도(410)를 초래할 것이다. 인 함량을 테이퍼 각도에 관련시키는 세 가지 예시들이 도 2b에 도시되어 있지만, 주어진 데이터 포인트들 사이의, 또는 도 2b에 도시된 범위 밖의 예시들을 포함하는 다른 예시들이 상상될 수 있다.
도 2c는 예시적인 듀얼 백플레이트 MEMS 마이크로폰의 허용 가능한 스트레스 레벨에 대한 일 실시예에 따른 듀얼 백플레이트 MEMS 마이크로폰의 허용 가능한 스트레스 레벨의 개선을 도시하는 그래프(500)이다. 도 2c는 MEMS 디바이스에 적용된 스트레스(502)(공기 압력)에 대한 멤브레인 내의 스트레스(504)를 도시한다. 손상(균열)이 발생하기 전에 멤브레인에 의해 흡수될 수 있는 최대 스트레스를 나타내는 "크랙 한계(crack limit)"(506)가 도시된다. 비록 다른 실시예들은 예를 들어 다른 인자들 중에서 멤브레인의 두께와 재료에 따라 상이한 크랙 한계들을 가질 것이지만, 일 실시예에서, 크랙 한계는 약 5기가파스칼(GPa)이다. 예시적인 듀얼 백플레이트 마이크로폰은 약 3bar 또는 약 43psi의 적용 스트레스 레벨(512)에서 크랙 한계(506)에 도달하는 제1 양의 기울기를 갖는 스트레스 응답(508)을 가질 것이다. 아래에서 더 상세하게 설명되는 테이퍼드 클램핑 층들을 포함하는 듀얼 백플레이트 마이크로폰 실시예는 약 6bar 또는 약 87psi의 적용 스트레스 레벨(514)에서 크랙 한계(506)에 도달하는 제2 양의 기울기를 갖는 스트레스 응답(508)을 갖고, 약 3bar 또는 약 44psi의 순 개선(516)을 초래할 것이다. 크랙 한계(516)가 양쪽 디바이스들에 대해 동일하지만, 실시예 디바이스는 유리하게도 크랙 한계(516)에 도달하기 전에 더 큰 적용 스트레스를 흡수할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 다양한 듀얼 백플레이트 마이크로폰 실시예들을 대조하는 것의 편의를 위해, 예시적인 듀얼 백플레이트 마이크로폰들이 도 3a, 4a, 및 5a에 도시되고, 아래에 설명된다. 듀얼 백플레이트 마이크로폰 실시예들은 도 3b, 4b, 5b, 및 5c에 도시되고, 아래에 설명된다.
도 3a는 제1 천공된 백플레이트(116), 제1 클램핑 층(114), 플렉서블 멤브레인(112), 제2 클램핑 층(110A), 및 제2 천공된 백플레이트(108)를 포함하는 도 1a와 관련하여 전술된 예시적인 듀얼 백플레이트 마이크로폰(102A)을 도시한다. 제2 클램핑 층(110A)의 수직 에지는 제1 클램핑 층(114)의 수직 에지 위로 연장되어, 앞서 논의된 바와 같이 멤브레인(112)이 아래쪽 방향(104)으로 편향될 때, 지점(106A)에서 핫 스폿 또는 노치 효과를 생성한다.
도 3b는 이전에 논의된 바와 같이 느린 에칭 속도 층(110B) 및 빠른 에칭 층(110C)을 포함하는 제2 클램핑 층을 포함하는 도 1b와 관련하여 이전에 설명된 듀얼 백플레이트 마이크로폰(102B) 실시예를 도시하며, 여기서 제2 클램핑 층의 (제2 백플레이트(108)로부터 멤브레인(112)으로의) 음으로 경사진 에지는 유리하게도, 앞서 논의된 바와 같이, 멤브레인(112)이 아래쪽 방향(104)으로 편향될 때 지점(106B)에서의 핫 스폿 또는 노치 효과를 감소시킨다.
도 4a는 제1 천공된 백플레이트(116), 제1 클램핑 층(114A), 플렉서블 멤브레인(112), 제2 클램핑 층(110), 및 제2 천공된 백플레이트(108)를 포함하는 예시적인 듀얼 백플레이트 마이크로폰(102C)을 도시한다. 제1 클램핑 층(114A)의 수직 에지는 제2 클램핑 층(110)의 수직 에지를 넘어 연장되어, 멤브레인(112)이 위쪽 방향(105)으로 편향될 때, 지점(107A)에서의 핫 스폿 또는 노치 효과를 생성한다.
도 4b는 느린 에칭 속도 층(114B) 및 빠른 에칭 층(114C)을 포함하는 제1 클램핑 층을 포함하는 듀얼 백플레이트 마이크로폰(102D) 실시예를 도시하고, 여기서 제1 클램핑 층의 (제1 백플레이트(116)로부터 멤브레인(112)으로의) 음으로 경사진 에지는 유리하게도, 멤브레인(112)이 위쪽 방향(105)으로 편향될 때, 지점(107B)에서의 핫 스폿 또는 노치 효과를 감소시킨다.
도 5a는 제1 천공된 백플레이트(116), 제1 클램핑 층(114A), 플렉서블 멤브레인(112), 제2 클램핑 층(110A), 및 제2 천공된 백플레이트(108)를 포함하는 예시적인 듀얼 백플레이트 마이크로폰(102E)을 도시한다. 제1 클램핑 층(114A)의 수직 에지는 제2 클램핑 층(110A)의 수직 에지와 매우 유사하여, 멤브레인(112)이 각각 아래쪽 방향(104) 및 위쪽 방향(105)으로 편향되는 경우, 지점(106A) 및 지점(107A)에서의 핫 스폿들 또는 노치 효과들을 생성한다.
도 5b는 느린 에칭 속도 층(114B) 및 빠른 에칭 층(114C)을 포함하는 제1 클램핑 층을 포함하는 듀얼 백플레이트 마이크로폰(102F) 실시예를 도시하고, 여기서 제1 클램핑 층의 (제1 백플레이트(116)로부터 멤브레인(112)으로의) 음으로 경사진 에지는 유리하게도 멤브레인(112)이 위쪽 방향(105)으로 편향되는 경우 지점(107B)에서 핫 스폿 또는 노치 효과를 감소시킨다. 듀얼 백플레이트 마이크로폰(102F)은 느린 에칭 속도 층(110B) 및 빠른 에칭 층(110C)을 포함하는 제2 클램핑 층을 또한 포함하고, 여기서 제2 클램핑 층의 (제2 백플레이트(108)로부터 멤브레인(112)으로의) 음으로 경사진 에지는 유리하게도 멤브레인(112)이 아래쪽 방향(104)으로 편향되는 경우 지점(106B)에서 핫 스폿 또는 노치 효과를 감소시킨다.
도 5c는 두 개의 느린 에칭 속도 층들(114B), 및 두 개의 느린 에칭 속도 층들(114B) 사이에 위치된 빠른 에칭 층(114C)을 포함하는 제1 듀얼-경사 클램핑 층을 포함하는 듀얼 백플레이트 마이크로폰(102G) 실시예를 도시한다. 제1 클램핑 층의 음으로 및 양으로 경사진 에지들은 유리하게도 멤브레인(112)이 아래쪽 방향(104) 또는 위쪽 방향(105)으로 편향되는 경우 양쪽 지점(106C 및 107C)에서의 핫 스폿 또는 노치 효과를 감소시킨다. 듀얼 백플레이트 마이크로폰(102F)은 두 개의 느린 에칭 속도 층들(110B), 및 두 개의 느린 에칭 속도 층들(110B) 사이에 위치된 빠른 에칭 층(110C)을 포함하는 제2 클램핑 층을 또한 포함한다. 제2 클램핑 층의 음으로 및 양으로 경사진 에지들은 유리하게도 멤브레인(112)이 아래쪽 방향(104) 또는 위쪽 방향(105)으로 편향되는 경우 양쪽 지점(106C 및 107C)에서의 핫 스폿 또는 노치 효과를 감소시킨다. 인접한 느린 에칭 층들에 대한 빠른 에칭 층들의 위치는 일 실시예에서 조정될 수 있다.
도 6a, 6b, 6c, 6d, 및 6e 각각은 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 실리콘 또는 다른 기판(602); 제1 분리층(604); 제1 백플레이트 층(606); 분리층 2a(608); 분리층 2b(610); 분리층 2c(612); 멤브레인 층(614); 분리층 3a(616); 분리층 3b(618); 분리층 3c(620); 제2 백플레이트 층(622); 및 금속 콘택트 층(624) 중 일부 또는 전부를 포함하는 예시적인 듀얼 백플레이트 MEMS 마이크로폰 및 듀얼 백플레이트 MEMS 마이크로폰들의 실시예에 대응하는 층 테이블 및 프로세스 흐름을 포함한다. 도 6a, 6b, 6c, 6d, 및 6e는 또한 프로세스 흐름에서 두 개의 에칭 단계들을 포함한다: 캐비티 에칭(cavity etch)(626) 및 릴리스 에칭(release etch)(628). 지정 번호들은 명료성을 위해 도 6e에서만 제시되지만, 도 6a 내지 도 6d와 관련되며, 테이블의 행들(rows) 각각에 걸쳐 쉽게 판독될 수 있다. 도 6a 내지 도 6d의 테이블들에서의 빈 엔트리들은 대응하는 층이 사용되지 않는다는 것을 나타낸다.
도 6a는 도 3a에 도시된 예시적인 듀얼 백플레이트 마이크로폰(102A)에 대응하는 층 테이블 및 프로세스 흐름이다. 도 6a는 실리콘 기판(602), 실리콘 기판(602) 상에 형성된 제1 TEOS 분리층(604), 제1 TEOS 분리층(604) 상에 형성된 제1 실리콘 백플레이트 층(606), 제1 실리콘 백플레이트 층(606) 상에 형성된 제2 TEOS 분리층(612), 제2 TEOS 분리층(612) 상에 형성된 실리콘 멤브레인 층(614), 실리콘 멤브레인 층(614) 상에 형성된 제3 TEOS 분리층(616), 제3 TEOS 분리층(616) 상에 형성된 제2 실리콘 백플레이트 층(622), 및 제2 실리콘 백플레이트 층(622) 상에 형성된 금속 콘택트들(624)을 포함하는 층 퇴적의 시퀀스를 도시한다. 캐비티 에칭(626)은 도 1a(제1 백플레이트는 도 1a에서 116으로 지정됨)에 도시된 바와 같이 제1 백플레이트(606) 아래 캐비티를 형성하기 위해 수행된다. 마지막으로, 도 1a에 또한 도시된 제1 및 제2 분리(클램핑) 층들(110 및 114)의 수직 측벽들을 형성하기 위해 등방형 분리 릴리스 에칭(628)이 수행된다. 빠른 에칭 PSG층들 중 어느 것도 도 3a 및 도 6a의 예시적인 MEMS 마이크로폰에서 사용되지 않는다는 점에 유의한다.
도 6b는 도 3b에 도시된 듀얼 백플레이트 마이크로폰 실시예(102B)에 대응하는 층 테이블 및 프로세스 흐름이다. 도 6b는 도 3b에 도시된 분리층(110B)의 테이퍼드 에지를 형성하기 위해 제3 분리층이 느린 에칭 TEOS층 3a(616) 및 빠른 에칭 PSG층 3b(618)를 포함하는 것을 보여준다.
도 6c는 도 4b에 도시된 듀얼 백플레이트 마이크로폰 실시예(102D)에 대응하는 층 테이블 및 프로세스 흐름이다. 도 6c는 도 4b에 도시된 분리층(114B)의 테이퍼드 에지를 형성하기 위해 제2 분리층이 느린 에칭 TEOS층 2b(612) 및 빠른 에칭 PSG층 2a(608)를 포함하는 것을 보여준다.
도 6d는 도 5b에 도시된 듀얼 백플레이트 마이크로폰 실시예(102F)에 대응하는 층 테이블 및 프로세스 흐름이다. 도 6d는 도 5b에 도시된 분리층(114B)의 테이퍼드 에지를 형성하기 위해 제2 분리층이 느린 에칭 TEOS층 2b(610) 및 빠른 에칭 PSG층 2a(608)를 포함하는 것을 보여준다. 도 6d는 도 5b에 도시된 분리층(110B)의 테이퍼드 에지를 형성하기 위해 제3 분리층이 느린 에칭 TEOS층 3a(616) 및 빠른 에칭 PSG층 3b(618)를 포함하는 것을 또한 보여준다.
도 6e는 도 5c에 도시된 듀얼 백플레이트 마이크로폰 실시예(102G)에 대응하는 층 테이블 및 프로세스 흐름이다. 도 6e는 도 5c에 도시된 분리층들(114B)의 테이퍼드 에지들을 형성하기 위해 제2 분리층이 두 개의 느린 에칭 TEOS층들 2a(608) 및 2c(612), 및 빠른 에칭 PSG층 2b(610)를 포함하는 것을 보여준다. 도 6e는 도 5c에 도시된 분리층들(110B)의 테이퍼드 에지들을 형성하기 위해 제3 분리층이 두 개의 느린 에칭 TEOS층들 3a(616) 및 3c(620), 및 빠른 에칭 PSG층 3b(618)를 포함하는 것을 또한 보여준다.
도 7은 단계들(702 내지 764)을 포함하는 상세한 제조 시퀀스(700) 실시예의 블록도를 도시한다. 제조 단계들(702 내지 764)은 부분적으로 형성된 듀얼 백플레이트 마이크로폰 워크피스(workpiece)에 적용되고, 이는 제조 시퀀스(700)의 결론에서 완전히 형성된 듀얼 백플레이트 마이크로폰이 된다. 다양한 실시예들에 따르면, 제조 시퀀스(700)는 예를 들어 도 3b에 도시된 바와 같은 미세 제조된 디바이스(102B)와 같이, 미세 제조된 다양한 실시예 디바이스들을 생산하기 위한 제조 시퀀스이다. 제조 시퀀스(700)는 또한 등가물들뿐만 아니라 본 명세서에서 설명된 다양한 다른 실시예들을 생산하기 위해 적용 및/또는 수정될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 상세한 제조 시퀀스(700)는 실리콘 또는 플라스틱 기판(도 3b에 미도시)을 형성하는 단계(702), 실리콘 기판 위에 TEOS 분리층(도 3b에 또한 미도시)을 형성하는 단계(704), 제1 백플레이트(116)를 형성하는 단계 -이 단계는 TEOS 분리층 위에 질화물층을 형성하는 단계(706), 질화물층 위에 실리콘층을 형성하는 단계(708), 부분적으로 형성된 백플레이트(116)에 인을 주입하는 단계(710), 실리콘층 위에 다른 질화물층을 퇴적하는 단계(712), 및 천공들을 형성하기 위해 백플레이트(116)를 패터닝하는 단계(714)를 포함함- 를 포함한다. 일 실시예에서, 인 주입은 단계(708)에서 퇴적된 실리콘층을 비정질 실리콘층으로 변환할 수 있다. 실시예들에서, 제1 백플레이트(116)에서의 천공들은 동일한 크기의 천공들 또는 큰 직경과 작은 직경의 천공들 모두를 포함할 수 있다. 다른 단계들에서의 패터닝뿐만 아니라 단계(714)에서 폴리실리콘층을 패터닝하는 것은 포토레지스트층(photoresist layer)을 퇴적하는 것, 백플레이트 구조에 대응하는 마스크 패턴에 따라 포토레지스트층을 노출시키는 것, 노출에 따라 비-패턴 부분들을 제거하기 위해 포토레지스트를 현상하는 것, 패터닝된 포토레지스트에 따라 폴리실리콘층 또는 다른 층들을 에칭하는 것, 및 에칭을 완료한 후에 포토레지스트를 제거하는 것을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 제1 클램핑 (분리) 층(114)은 TEOS층을 퇴적하는 단계(716), 스틱션-방지 범프들(anti-stiction bumps)을 패터닝하는 단계(718)(도 3b에 미도시), 및 다른 TEOS층을 퇴적하는 단계(720)에 의해 형성된다. 다음으로, 멤브레인 층(112)은 실리콘층을 퇴적하는 단계(722), 멤브레인을 패터닝하는 단계(724), 멤브레인 상에 TEOS를 퇴적하는 단계(726), 및 멤브레인 상에 스틱션-방지 범프들을 패터닝하는 단계(728)(도 3b에 미도시)에 의해 형성된다. 다음으로, 제2 클램핑 (분리) 층(110B)은 TEOS층을 퇴적하는 단계(730) 및 TEOS층 위에 빠른 에칭 PSG층을 퇴적하는 단계(732)에 의해 형성된다. 다음으로, 제2 백플레이트(108)는 질화물층을 퇴적하는 단계(734), 질화물층 위에 실리콘층을 퇴적하는 단계(736), 부분적으로 형성된 백플레이트(108)에 인을 주입하는 단계(738), 실리콘층 상에 다른 질화물층을 퇴적하는 단계(740), 및 천공들을 형성하기 위해 백플레이트(108)를 패터닝하는 단계(742)에 의해 형성된다. 실시예들에서, 제2 백플레이트(108) 내의 천공은 또한 동일한 직경 또는 상이한 직경들일 수 있다.
다양한 실시예들에서, TEOS의 다른 층이 퇴적되고(744), 예를 들어 멤브레인, 백플레이트, 및 기판과 같은 전기적 활성 층들에 대한 전도성 콘택트들을 제공하기 위해 콘택트 홀들이 패터닝되고(746), 금속화 층들은 금속화를 패터닝하고(748) 증발시키는 것(750)에 의해 형성된다. 금속화는 예를 들어 콘택트 홀들에서, 콘택트 홀들로부터 콘택트 패드들까지의 금속 트레이스들(traces)로서 형성될 수 있다. 안정화 층(passivation layer)은 퇴적되고(752) 패터닝되며(754), 예를 들어 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 기판은 후속하여 얇게 되고(756), 일 실시예에서, 듀얼 백플레이트 마이크로폰의 후면은 제1 백플레이트(116) 아래에 캐비티를 형성하기 위해 패터닝되고(758) 에칭된다(760). 마지막으로, 제1 클램핑 층(114) 및 제2 클램핑 층(110B)으로부터 멤브레인(112)을 릴리스하고 제2 클램핑 층(110B)의 테이퍼드 에지를 형성하기 위해, 듀얼 백플레이트 마이크로폰은 릴리스를 위해 패터닝되고(762), 단계(764)에서 (등방형 에칭에 의해) 릴리스된다.
단계들(748 및 750)과 관련하여 전술한 금속화는 예를 들어 티타늄, 백금, 금, 또는 알루미늄과 같은 임의의 전도성 재료를 포함할 수 있고, 300nm에서 500nm 사이의 두께를 가질 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 금속화는 전술한 전도성 재료들의 전도성 합금들을 포함할 수 있거나, 예를 들어 구리를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 단계들(752 및 754)은 300nm에서 500nm 사이의 두께를 갖는 안정화 층을 워크피스 상에 퇴적하는 것을 포함한다. 안정화 층은 예를 들어 실리콘 질화물 또는 다른 비반응성 절연체일 수 있다. 일부 실시예들에서, 후면 에칭(760)은 보쉬 프로세스(Bosch process)에 따라 수행될 수 있는 플라즈마 에칭이다.
다양한 실시예들에 따르면, 단계들(702 내지 764)에서 퇴적된, 형성된, 또는 패터닝된 단계들 및 재료들은 본 기술분야에서 공지된 바와 같이 다른 단계들 및 재료들로 용이하게 대체될 수 있다. 예를 들어, 임의의 산화물, 질화물, 또는 산화질화물은 대안적인 실시예들에서 다른 절연 재료들 및 유전체들로 대체될 수 있다. 추가로, 비정질 실리콘 및 폴리실리콘 재료들 또한, 다른 실시예들에서, 예를 들어 임의의 다른 도핑되거나 도핑되지 않은 반도체 재료들, 금속들, 또는 금속 규소화합물들로 대체될 수 있다. 추가적으로, 본 명세서에서 설명된 패터닝 단계들은 다양한 실시예들에서 포토리소그래피 또는 다른 비-리소그래피 방법들을 포함할 수 있다. 재료들의 성장, 형성, 또는 퇴적은 사용될 특정 재료들에 따라 수정될 수 있다. 다른 실시예들에서, 층들은 바로 아래에 명시된 범위들 밖의 두께들로 형성될 수 있다.
전술한 다양한 층들의 양태들에 대한 전형적인 치수들 및 전형적인 범위들은, 약 1,000nm 내지 3,000nm의 범위를 갖는 약 1,800nm의 멤브레인과 백플레이트들(또는 아래 설명된 고정자) 사이의 산화물 두께; 약 20nm 내지 300nm의 범위를 갖는 약 50nm의 PSG층 두께; 약 2% 내지 15%의 범위를 갖는 약 5%의 PSG 인 함량; 약 150nm 내지 1,000nm의 범위를 갖는 약 450nm의 멤브레인 두께; 약 300nm 내지 2,000nm의 범위를 갖는 약 600nm의 백플레이트/고정자 두께; 및 약 50-200nm/150-1,500nm/50-200nm의 범위를 갖는 약 140nm/330nm/140nm의 백플레이트/고정자 스택(SiN/Si/SiN)을 포함한다. 위에 제시된 전형적인 치수들 및 전형적인 범위들은 도 3b, 4b, 5b, 5c, 9b, 또는 9c의 미세 제조된 마이크로폰 실시예들 중 임의의 것과 관련된다.
도 4b의 듀얼 백플레이트 마이크로폰 실시예(102D)에 대한 상세한 프로세스 흐름은 도시되지 않지만, 프로세스 단계들의 순서를 제외하고는 도 7의 것과 유사하다. 도 5b의 듀얼 백플레이트 마이크로폰 실시예(102F)에 대한 상세한 프로세스 흐름은 도시되지 않지만, 제2 클램핑 층(110B/110C)에 대한 프로세싱 단계들 및 층들이 제1 클램핑 층(114B/114C)에 대해 반복되는 것을 제외하고는 도 7의 것과 유사하다.
도 8은 이전의 프로세싱 단계들(702 내지 764)을 포함하고 아래에 더 상세히 설명되는 추가적인 프로세싱 단계들(818, 820, 및 822)을 포함하는, 도 5c에 도시된 듀얼 백플레이트 마이크로폰 실시예에 대응하는 상세한 프로세싱 흐름(800)이다. 상세한 프로세스 흐름에 대한 설명은, 도 5c의 듀얼 백플레이트 마이크로폰 내의 각각의 클램핑 층(110B/110C/110B 및 114B/114C/114B)이 두 개의 느린 에칭 TEOS층들, 및 하나의 빠른 에칭 PSG층을 포함하는 것을 제외하고는, 도 7의 상세한 프로세스 흐름에 대해 이전에 설명된 것과 유사하다. 제1 클램핑 층의 제조는 프로세스 흐름 단계들(716(느린 에칭 TEOS층 퇴적), 818(빠른 에칭 PSG층 퇴적), 및 820(다른 느린 에칭 TEOS층 퇴적))을 포함하고, 제2 클램핑 층의 제조는 프로세스 흐름 단계들(726(느린 에칭 TEOS층 퇴적), 732(빠른 에칭 PSG층 퇴적), 및 822(다른 느린 에칭 TEOS층 퇴적))을 포함한다.
본 명세서에 설명된 다양한 밀봉된 듀얼 멤브레인 마이크로폰 실시예들을 대조하는 것의 용이성을 위해, 예시적인 밀봉된 듀얼 멤브레인 마이크로폰(902A)이 도 9a에 도시되고 아래에 설명된다. 듀얼 백플레이트 마이크로폰 실시예들(902B 및 902C)은 각각 도 9b 및 도 9c에 도시되고, 아래에 설명된다.
도 9a는 제1 멤브레인(916), 제1 분리층(914A), 천공된 고정자(912), 제2 분리층(910A), 제2 멤브레인(908), 및 제1 멤브레인(916)을 제2 멤브레인(908)에 결합시키는 필라(918)를 포함하는 예시적인 밀봉된 듀얼 멤브레인 마이크로폰(902A)을 도시한다. 일 실시예에서, 필라(918)는, 다른 적합한 재료들도 사용될 수 있지만, 질화물 및/또는 산화물 필라를 포함할 수 있다. 제1 클램핑 층(914A)의 수직 에지는 제2 클램핑 층(910A)의 수직 에지를 넘어 연장되어, 멤브레인들(908 및 916)이 아래쪽 방향(904)으로 편향되는 경우 지점(906A)에서 핫 스폿 또는 노치 효과를 생성하고, 멤브레인들(908 및 916)이 위쪽 방향(905)으로 편향되는 경우 지점(907A)에서 핫 스폿 또는 노치 효과를 또한 생성한다.
도 9b는 느린 에칭 속도 층(914B) 및 빠른 에칭 층(914C)을 포함하는 제1 분리층을 포함하는 밀봉된 듀얼 멤브레인 마이크로폰(902B) 실시예를 도시하고, 여기서 제1 클램핑 층의 (고정자(912)로부터 제1 멤브레인(916)으로의) 음으로 경사진 에지는 유리하게도 멤브레인들(908 및 916)이 아래쪽 방향(904)으로 편향되는 경우 지점(906B)에서의 핫 스폿 또는 노치 효과를 감소시킨다. 밀봉된 듀얼 멤브레인 마이크로폰(902B)은 또한 느린 에칭 속도 층(910B) 및 빠른 에칭 층(910C)을 포함하는 제2 분리층을 포함하고, 여기서 제2 클램핑 층의 (고정자(912)로부터 제2 멤브레인(908)으로의) 음으로 경사진 에지는 유리하게도 멤브레인들(908 및 916)이 위쪽 방향(905)으로 편향되는 경우 지점(907B)에서의 핫 스폿 또는 노치 효과를 감소시킨다.
도 9c는 두 개의 느린 에칭 속도 층들(914B) 및 두 개의 느린 에칭 속도 층들(914B) 사이에 위치한 빠른 에칭 층(914C)을 포함하는 제1 듀얼-경사 클램핑 층을 포함하는 밀봉된 듀얼 멤브레인 마이크로폰(902C) 실시예를 도시한다. 제1 클램핑 층의 음으로 및 양으로 경사진 에지들은 유리하게도 멤브레인들(908 및 916)이 아래쪽 방향(904) 또는 위쪽 방향(905)으로 편향되는 경우 양쪽 지점(906C 및 907C)에서의 핫 스폿 또는 노치 효과를 감소시킨다. 밀봉된 듀얼 멤브레인 마이크로폰(902C)은 또한 두 개의 느린 에칭 속도 층들(910B) 및 두 개의 느린 에칭 속도 층들(910B) 사이에 위치한 빠른 에칭 층(910C)을 포함하는 제2 클램핑 층을 포함한다. 제2 클램핑 층의 음으로 및 양으로 경사진 에지들은 유리하게도 멤브레인들(908 및 916)이 아래쪽 방향(904) 또는 위쪽 방향(905)으로 편향되는 경우 양쪽 지점(906C 및 907C)에서의 핫 스폿 또는 노치 효과를 감소시킨다. 인접한 느린 에칭 층들에 대한 빠른 에칭 층들의 위치는 일 실시예에서 조정될 수 있다.
도 9b 및 도 9c는 고정자의 양측에 테이퍼드 또는 듀얼-테이퍼드 분리층들을 도시하지만, 이전에 설명되고 도 3b 및 도 4b에서 도시된 듀얼 백플레이트 마이크로폰 실시예들과 유사하게, 고정자의 일측에만 테이퍼드 또는 듀얼-테이퍼드 분리층들이 제조될 수 있다는 것이 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
도 10a는 도 9a에 도시된 예시적인 밀봉된 듀얼 멤브레인 마이크로폰(902A)에 대응하는 층 테이블 및 프로세스 흐름이다. 도 10a는 실리콘 기판(1002), 실리콘 기판(1002) 상에 형성된 제1 TEOS 분리층(1004), 제1 TEOS 분리층(1004) 상에 형성된 제1 실리콘 멤브레인 층(1006), 제1 실리콘 멤브레인 층(1006) 상에 형성된 제2 TEOS 분리층(1008), 제2 TEOS 분리층(1008) 상에 형성된 실리콘 고정자(1012), 실리콘 고정자(1012) 상에 형성된 제3 TEOS 분리층(1016), 제3 TEOS 분리층(1016) 상에 형성된 제2 실리콘 멤브레인 층(1018), 및 제2 실리콘 멤브레인 층(1018) 상에 형성된 금속 콘택트들(1020)을 포함하는 층 퇴적의 시퀀스를 도시한다. 캐비티 에칭(1022)은 제1 멤브레인(1006) 아래에 캐비티를 형성하기 위해 수행된다. 마지막으로, 도 9a에 도시된 제1 및 제2 분리층들(910A 및 914A)의 수직 측벽들을 형성하기 위해 등방형 분리 릴리스 에칭(1024)이 수행된다.
도 10b는 도 9b에 도시된 밀봉된 듀얼 멤브레인 마이크로폰 실시예(902B)에 대응하는 층 테이블 및 프로세스 흐름이다. 도 10b는 도 9b에 도시된 분리층(914B)의 테이퍼드 에지를 형성하기 위해 제2 분리층이 느린 에칭 TEOS층 2a(1008) 및 빠른 에칭 PSG층 2b(1010)를 포함하는 것을 보여준다. 도 10b는 또한 도 9b에 도시된 분리층(910B)의 테이퍼드 에지를 형성하기 위해 제3 분리층이 느린 에칭 TEOS층 3a(1014) 및 빠른 에칭 PSG층 3b(1016)를 포함하는 것을 보여준다.
층 테이블은 도 9c에 도시된 마이크로폰 실시예(902)에 대해 도시되지 않았지만, 제1 분리층에 대해 두 개의 느린 에칭 TEOS층들(914B) 및 하나의 빠른 에칭 PSG층(914C)을 포함하고, 제2 분리층에 대해 두 개의 느린 에칭 TEOS층들(910B) 및 하나의 빠른 에칭 층(910C)을 포함하는, 도 10b의 층 테이블과 유사할 것이다.
도 9b 및 도 9c에 도시된 밀봉된 듀얼 멤브레인 마이크로폰(902B 및 902C)에 대한 층 두께는 이전에 설명되었다. 고정자(912)에서 보이는 천공들은 동일한 직경일 수 있거나, 복수의 큰 크기의 천공들 및 복수의 작은 크기의 천공들과 같은 두 개 이상의 상이한 크기의 천공들을 포함할 수 있다. 필라(918)는, 다른 적합한 재료들이 사용될 수 있지만, 이전에 설명된 바와 같이 질화물 및/또는 산화물 필라를 포함할 수 있다.
듀얼 백플레이트 마이크로폰 실시예들 및 밀봉된 듀얼 멤브레인 마이크로폰 실시예들이, 최소한의 증가된 제조 복잡도 및 비용으로, (상부로부터 및 하부로부터의) 양쪽 방향들로의 편향들에 대한 증가된 강건성을 나타낸다는 것이 장점이다. 실시예들에서, 증가된 강건성을 달성하기 위해 오직 두 개 내지 네 개의 추가적인 프로세싱 단계들만이 요구된다.
본 발명의 예시적인 실시예들이 여기에 요약된다. 다른 실시예들 또한 본 문서로 제출된 명세서 및 청구범위 전체로부터 이해될 수 있다.
예 1. 일 실시예에 따르면, 미세 제조된 구조체는 편향 가능한 멤브레인; 편향 가능한 멤브레인의 제1 표면 상에 배치된 제1 클램핑 층; 편향 가능한 멤브레인의 제2 표면 상에 배치된 제2 클램핑 층; 제1 클램핑 층 상에 배치된 제1 천공된 백플레이트; 및 제2 클램핑 층 상에 배치된 제2 천공된 백플레이트를 포함하고, 여기서 제1 클램핑 층은 제1 천공된 백플레이트와 편향 가능한 멤브레인 사이에 음의 경사를 갖는 제1 테이퍼드 에지 부분을 포함한다.
예 2. 예 1의 미세 제조된 구조체에 있어서, 제1 클램핑 층은 제1 천공된 백플레이트와 편향 가능한 멤브레인 사이에 양의 경사를 갖는 제2 테이퍼드 에지 부분을 포함하는, 미세 제조된 구조체.
예 3. 이전의 예들 중 어느 하나의 미세 제조된 구조체로서, 제2 클램핑 층은 제2 천공된 백플레이트와 편향 가능한 멤브레인 사이에 음의 경사를 갖는 제1 테이퍼드 에지 부분을 포함하는, 미세 제조된 구조체.
예 4. 이전의 예들 중 어느 하나의 미세 제조된 구조체로서, 제2 클램핑 층은 제2 천공된 백플레이트와 편향 가능한 멤브레인 사이에 양의 경사를 갖는 제2 테이퍼드 에지 부분을 포함하는, 미세 제조된 구조체.
예 5. 이전의 예들 중 어느 하나의 미세 제조된 구조체로서, 제1 클램핑 층은 낮은 에칭 속도를 갖는 제1 글라스층, 및 높은 에칭 속도를 갖는 제2 글라스층을 포함하는, 미세 제조된 구조체.
예 6. 이전의 예들 중 어느 하나의 미세 제조된 구조체로서, 제2 글라스층은 제1 글라스층과 제1 천공된 백플레이트 사이에 배치되는, 미세 제조된 구조체.
예 7. 이전의 예들 중 어느 하나의 미세 제조된 구조체로서, 제2 글라스층은 제1 글라스층 내에 배치되는, 미세 제조된 구조체.
예 8. 이전의 예들 중 어느 하나의 미세 제조된 구조체로서, 제2 글라스층은 약 4% 내지 6% 사이의 인을 포함하는, 미세 제조된 구조체.
예 9. 일 실시예에 따르면, 미세 제조된 구조체는 천공된 고정자; 천공된 고정자의 제1 표면 상에 배치된 제1 분리층; 천공된 고정자의 제2 표면 상에 배치된 제2 분리층; 제1 분리층 상에 배치된 제1 멤브레인; 제2 분리층 상에 배치된 제2 멤브레인; 및 제1 멤브레인과 제2 멤브레인 사이에 결합된 필라를 포함하고, 여기서 제1 분리층은 천공된 고정자와 제1 멤브레인 사이에 음의 경사를 갖는 제1 테이퍼드 에지 부분을 포함한다.
예 10. 예 9의 미세 제조된 구조체에 있어서, 제1 분리층은 천공된 고정자와 제1 멤브레인 사이에 양의 경사를 갖는 제2 테이퍼드 에지 부분을 포함하는, 미세 제조된 구조체.
예 11. 이전의 예들 중 어느 하나의 미세 제조된 구조체로서, 제2 분리층은 천공된 고정자와 제2 멤브레인 사이에 음의 경사를 갖는 제1 테이퍼드 에지 부분을 포함하는, 미세 제조된 구조체.
예 12. 이전의 예들 중 어느 하나의 미세 제조된 구조체로서, 제2 분리층은 천공된 고정자와 제2 멤브레인 사이에 양의 경사를 갖는 제2 테이퍼드 에지 부분을 포함하는, 미세 제조된 구조체.
예 13. 이전의 예들 중 어느 하나의 미세 제조된 구조체로서, 제1 분리층은 낮은 에칭 속도를 갖는 제1 글라스층, 및 높은 에칭 속도를 갖는 제2 글라스층을 포함하는, 미세 제조된 구조체.
예 14. 이전의 예들 중 어느 하나의 미세 제조된 구조체로서, 제2 글라스층은 제1 글라스층과 천공된 고정자 사이에 배치되는, 미세 제조된 구조체.
예 15. 이전의 예들 중 어느 하나의 미세 제조된 구조체로서, 제2 글라스층은 제1 글라스층 내에 배치되는, 미세 제조된 구조체.
예 16. 이전의 예들 중 어느 하나의 미세 제조된 구조체로서, 제2 글라스층은 약 4% 내지 6% 사이의 인을 포함하는, 미세 제조된 구조체.
예 17. 일 실시예에 따르면, 방법은 멤브레인을 형성하는 단계; 멤브레인의 제1 표면 상에 제1 클램핑 층을 형성하는 단계; 멤브레인의 제2 표면 상에 제2 클램핑 층을 형성하는 단계; 제1 클램핑 층 상에 제1 백플레이트를 형성하는 단계; 제2 클램핑 층 상에 배치되는 제2 백플레이트를 형성하는 단계; 및 제1 백플레이트와 멤브레인 사이에 음의 경사를 갖는 제1 테이퍼드 에지 부분을 형성하기 위해 제1 클램핑 층을 에칭하는 단계를 포함한다.
예 18. 예 17의 방법으로서, 제1 백플레이트와 멤브레인 사이에 양의 경사를 갖는 제2 테이퍼드 에지 부분을 형성하기 위해 제1 클램핑 층을 에칭하는 단계를 더 포함하는, 방법.
예 19. 이전의 예들 중 어느 하나의 방법으로서, 제2 백플레이트와 멤브레인 사이에 음의 경사를 갖는 제1 테이퍼드 에지 부분을 형성하기 위해 제2 클램핑 층을 에칭하는 단계를 더 포함하는, 방법.
예 20. 이전의 예들 중 어느 하나의 방법으로서, 제2 백플레이트와 멤브레인 사이에 양의 경사를 갖는 제2 테이퍼드 에지 부분을 형성하기 위해 제2 클램핑 층을 에칭하는 단계를 더 포함하는, 방법.
본 발명이 예시적인 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 이 설명은 제한적인 의미로 해석될 것으로 의도되지 않는다. 본 발명의 다른 실시예들뿐만 아니라 예시적인 실시예들의 다양한 수정들 및 조합들은 이러한 설명을 참조하면 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백할 것이다. 그러므로, 첨부된 청구범위는 임의의 이러한 수정들 또는 실시예들을 아우르는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 미세 제조된(microfabricated) 구조체로서,
    편향 가능한 멤브레인(deflectable membrane);
    상기 편향 가능한 멤브레인의 제1 표면 상에 배치된 제1 클램핑 층(clamping layer);
    상기 편향 가능한 멤브레인의 제2 표면 상에 배치된 제2 클램핑 층;
    상기 제1 클램핑 층 상에 배치된 제1 천공된 백플레이트(perforated backplate); 및
    상기 제2 클램핑 층 상에 배치된 제2 천공된 백플레이트
    를 포함하고, 상기 제1 클램핑 층은 상기 제1 천공된 백플레이트와 상기 편향 가능한 멤브레인 사이에 음의 경사(negative slope)를 갖는 제1 테이퍼드 에지(tapered edge) 부분을 포함하는, 미세 제조된 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 클램핑 층은 상기 제1 천공된 백플레이트와 상기 편향 가능한 멤브레인 사이에 양의 경사(positive slope)를 갖는 제2 테이퍼드 에지 부분을 포함하는, 미세 제조된 구조체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 클램핑 층은 상기 제2 천공된 백플레이트와 상기 편향 가능한 멤브레인 사이에 음의 경사를 갖는 제1 테이퍼드 에지 부분을 포함하는, 미세 제조된 구조체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 클램핑 층은 상기 제2 천공된 백플레이트와 상기 편향 가능한 멤브레인 사이에 양의 경사를 갖는 제2 테이퍼드 에지 부분을 포함하는, 미세 제조된 구조체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 클램핑 층은 낮은 에칭 속도를 갖는 제1 글라스층(glass layer) 및 높은 에칭 속도를 갖는 제2 글라스층을 포함하는, 미세 제조된 구조체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2 글라스층은 상기 제1 글라스층과 상기 제1 천공된 백플레이트 사이에 배치되는, 미세 제조된 구조체.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제2 글라스층은 상기 제1 글라스층 내에 배치되는, 미세 제조된 구조체.
  8. 제5항에 있어서, 상기 제2 글라스층은 약 4% 내지 6% 사이의 인을 포함하는, 미세 제조된 구조체.
  9. 미세 제조된 구조체로서,
    천공된 고정자(stator);
    상기 천공된 고정자의 제1 표면 상에 배치된 제1 분리층(isolation layer);
    상기 천공된 고정자의 제2 표면 상에 배치된 제2 분리층;
    상기 제1 분리층 상에 배치된 제1 멤브레인;
    상기 제2 분리층 상에 배치된 제2 멤브레인; 및
    상기 제1 멤브레인과 상기 제2 멤브레인 사이에 결합된 필라(pillar)
    를 포함하고, 상기 제1 분리층은 상기 천공된 고정자와 상기 제1 멤브레인 사이에 음의 경사를 갖는 제1 테이퍼드 에지 부분을 포함하는, 미세 제조된 구조체.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 분리층은 상기 천공된 고정자와 상기 제1 멤브레인 사이에 양의 경사를 갖는 제2 테이퍼드 에지 부분을 포함하는, 미세 제조된 구조체.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제2 분리층은 상기 천공된 고정자와 상기 제2 멤브레인 사이에 음의 경사를 갖는 제1 테이퍼드 에지 부분을 포함하는, 미세 제조된 구조체.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2 분리층은 상기 천공된 고정자와 상기 제2 멤브레인 사이에 양의 경사를 갖는 제2 테이퍼드 에지 부분을 포함하는, 미세 제조된 구조체.
  13. 제9항에 있어서, 상기 제1 분리층은 낮은 에칭 속도를 갖는 제1 글라스층 및 높은 에칭 속도를 갖는 제2 글라스층을 포함하는, 미세 제조된 구조체.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제2 글라스층은 상기 제1 글라스층과 상기 천공된 고정자 사이에 배치되는, 미세 제조된 구조체.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제2 글라스층은 상기 제1 글라스층 내에 배치되는, 미세 제조된 구조체.
  16. 제13항에 있어서, 상기 제2 글라스층은 약 4% 내지 6% 사이의 인을 포함하는, 미세 제조된 구조체.
  17. 방법으로서,
    멤브레인을 형성하는 단계;
    상기 멤브레인의 제1 표면 상에 제1 클램핑 층을 형성하는 단계;
    상기 멤브레인의 제2 표면 상에 제2 클램핑 층을 형성하는 단계;
    상기 제1 클램핑 층 상에 제1 백플레이트를 형성하는 단계;
    상기 제2 클램핑 층 상에 배치된 제2 백플레이트를 형성하는 단계; 및
    상기 제1 백플레이트와 상기 멤브레인 사이에 음의 경사를 갖는 제1 테이퍼드 에지 부분을 형성하기 위해 상기 제1 클램핑 층을 에칭하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 백플레이트와 상기 멤브레인 사이에 양의 경사를 갖는 제2 테이퍼드 에지 부분을 형성하기 위해 상기 제1 클램핑 층을 에칭하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 제2 백플레이트와 상기 멤브레인 사이에 음의 경사를 갖는 제1 테이퍼드 에지 부분을 형성하기 위해 상기 제2 클램핑 층을 에칭하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제2 백플레이트와 상기 멤브레인 사이에 양의 경사를 갖는 제2 테이퍼드 에지 부분을 형성하기 위해 상기 제2 클램핑 층을 에칭하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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