KR20230111563A - Mems 디바이스에 대한 상부 노치 슬릿 프로파일 - Google Patents

Mems 디바이스에 대한 상부 노치 슬릿 프로파일 Download PDF

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Abstract

본 개시의 다양한 실시예는, MEMS 디바이스의 가동 매스(movable mass)에서의 슬릿이 상부 노치 슬릿 프로파일을 갖는 MEMS 디바이스에 관한 것이다. MEMS 디바이스는 예를 들어 스피커, 액추에이터 등일 수 있다. 슬릿은 가동 매스를 통해 상부로부터 하부로 연장되며, 가동 매스의 하부로부터 가동 매스의 상부 근방까지 균일하거나 실질적으로 균일한 폭을 갖는다. 또한, 상부 노치 슬릿 프로파일에 따르면, 슬릿에서의 MEMS 기판의 상부 코너 부분은 노칭되며, 그리하여 슬릿의 폭은 가동 매스의 상부에서 불룩해진다(bulge). 상부 노치 슬릿 프로파일은 예를 들어, MEMS 디바이스를 형성하는 동안 슬릿으로부터 접착제를 제거하기 위한 프로세스 윈도우를 증가시킬 수 있다.

Description

MEMS 디바이스에 대한 상부 노치 슬릿 프로파일 {TOP NOTCH SLIT PROFILE FOR MEMS DEVICE}
관련 출원에 대한 상호참조
본 출원은 2022년 1월 18일 출원된 미국 가출원 번호 제63/300,346호의 우선권을 주장하며, 이 출원의 내용은 그 전체가 참조에 의해 여기에 포함된다.
MEMS(Microelectromechanical systems) 디바이스는, 물리적인 양을 감지하고/하거나 주변 환경에 작용하기 위해 기계적 및 전기적 컴포넌트를 통합하는 미세한 디바이스이다. 최근 몇 년 동안 MEMS 디바이스가 점점 보편화되었다. 예를 들어, MEMS 스피커는 보청기, 인이어 헤드폰, 가정용 스피커, 텔레비전 스피커 등에서 흔히 볼 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예는, MEMS 디바이스의 가동 매스(movable mass)에서의 슬릿이 상부 노치 슬릿 프로파일을 갖는 MEMS 디바이스에 관한 것이다. MEMS 디바이스는 예를 들어 스피커, 액추에이터 등일 수 있다. 슬릿은 가동 매스를 통해 상부로부터 하부로 연장되며, 가동 매스의 하부로부터 가동 매스의 상부 근방까지 균일하거나 실질적으로 균일한 폭을 갖는다. 또한, 상부 노치 슬릿 프로파일에 따르면, 슬릿에서의 MEMS 기판의 상부 코너 부분은 노칭되며(notched), 그리하여 슬릿의 폭은 가동 매스의 상부에서 불룩해진다(bulge). 상부 노치 슬릿 프로파일은 예를 들어, MEMS 디바이스를 형성하는 동안 슬릿으로부터 접착제를 제거하기 위한 프로세스 윈도우를 증가시킬 수 있다.
본 개시의 양상은 다음의 상세한 설명으로부터 첨부 도면과 함께 볼 때 가장 잘 이해된다. 산업계에서의 표준 실시에 따라 다양한 특징부들이 실축척대로 도시되지 않은 것을 유의하여야 한다. 사실상, 다양한 특징부들의 치수는 설명을 명확하게 하기 위해 임의로 증가되거나 감소되었을 수 있다.
도 1은 MEMS 디바이스의 가동 매스에서의 슬릿이 상부 노치 슬릿 프로파일을 갖는, MEMS 디바이스의 일부 실시예의 단면도를 예시한다.
도 2는 도 1의 슬릿의 일부 실시예의 확대된 단면도를 예시한다.
도 3a 내지 도 3g는 도 1의 슬릿의 일부 대안의 실시예의 단면도들을 예시한다.
도 4는 MEMS 디바이스의 액추에이터 구조물이 가동 매스를 둘러싸는, 도 1의 MEMS 디바이스의 일부 실시예의 확대된 단면도를 예시한다.
도 5는 도 4의 MEMS 디바이스의 일부 실시예의 상부 레이아웃도를 예시한다.
도 6은 도 4의 MEMS 디바이스의 일부 대안의 실시예의 상부 레이아웃도를 예시한다.
도 7a 내지 도 7d는 도 4의 MEMS 디바이스의 일부 대안의 실시예의 단면도들(700A-700D)을 예시한다.
도 8은 도 4의 MEMS 디바이스가 인쇄 회로 기판(PCB; printed circuit board) 상에 패키징되는, MEMS 패키지의 일부 실시예의 단면도를 예시한다.
도 9는 MEMS 디바이스의 가동 매스에서의 슬릿이 상부 노치 슬릿 프로파일을 갖는, MEMS 패키지의 일부 대안의 실시예의 단면도를 예시한다.
도 10은 도 9의 슬릿의 일부 실시예의 확대된 단면도를 예시한다.
도 11, 도 12a, 도 12b, 도 13, 도 14a, 도 14b, 도 15, 도 16a, 도 16b, 및 도 17 내지 도 23은, MEMS 디바이스의 가동 매스에서의 슬릿이 상부 노치 슬릿 프로파일을 갖는, MEMS 디바이스를 형성하기 위한 방법의 일부 실시예의 일련의 단면도들을 예시한다.
도 24는 도 11, 도 12a, 도 12b, 도 13, 도 14a, 도 14b, 도 15, 도 16a, 도 16b, 및 도 17 내지 도 23의 방법의 일부 실시예의 블록도를 예시한다.
도 25 내지 도 31은, MEMS 디바이스의 가동 매스에서의 슬릿이 상부 노치 슬릿 프로파일을 갖는, MEMS 디바이스를 형성하기 위한 방법의 일부 대안의 실시예의 일련의 단면도들을 예시한다.
도 32는 도 25 내지 도 31의 방법의 일부 실시예의 블록도를 예시한다.
본 개시는 본 개시의 상이한 특징들을 구현하기 위한 많은 다양한 실시예 또는 예를 제공한다. 컴포넌트 및 구성의 구체적 예가 본 개시를 단순화하도록 아래에 기재된다. 이들은 물론 단지 예일 뿐이며 한정하고자 하는 것이 아니다. 예를 들어, 이어지는 다음 기재에 있어서 제2 특징부 상에 또는 위에 제1 특징부를 형성하는 것은, 제1 및 제2 특징부가 직접 접촉하여 형성되는 실시예를 포함할 수 있고, 제1 및 제2 특징부가 직접 접촉하지 않도록 제1 특징부와 제2 특징부 사이에 추가의 특징부가 형성될 수 있는 실시예도 또한 포함할 수 있다. 또한, 본 개시는 다양한 예에서 참조 번호 및/또는 문자를 반복할 수 있다. 이 반복은 단순하고 명확하게 하기 위한 목적인 것이며, 그 자체가 설명되는 다양한 실시예 및/또는 구성 간의 관계를 지시하는 것은 아니다.
또한, “밑에”, “아래에”, “하부”, “위에”, “상부” 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 예시된 바와 같이 하나의 구성요소 또는 특징부의 또다른 구성요소(들) 또는 특징부(들)에 대한 관계를 기재하고자 설명을 쉽게 하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 배향에 더하여 사용중이거나 동작중인 디바이스의 상이한 배향들을 망라하도록 의도된다. 장치는 달리 배향될 수 있고(90도 회전되거나 또는 다른 배향으로), 여기에서 사용된 공간적으로 상대적인 기술자는 마찬가지로 그에 따라 해석될 수 있다.
MEMS(microelectromechanical systems) 스피커는 MEMS 기판의 전면(frontside) 상에, MEMS 기판 위에 압전 구조물을 포함할 수 있다. 압전 구조물은 MEMS 기판에 형성된 가동 매스(movable mass) 주위에 연장되며, 사운드를 생성하기 위해 전기장의 인가에 응답하여 가동 매스를 움직이도록 구성된다. 가동 매스의 움직임 및 사운드의 생성을 용이하게 하기 위해, 캐비티가 MEMS 기판의 전면과는 반대편인 MEMS 기판의 배면으로부터 MEMS 기판 안으로 가동 매스로 연장된다. 또한, 수직 프로파일을 갖는 슬릿이 MEMS 기판을 통해 기판의 전면으로부터 가동 매스에서 캐비티로 연장된다.
MEMS 스피커를 형성하기 위한 방법에 따르면, 슬릿을 채우는 접착제 층을 이용해 캐리어 기판이 MEMS 기판의 전면에 본딩된다. 그 다음, 캐비티를 형성하도록 MEMS 기판의 배면으로부터 MEMS 기판에 에칭이 수행된다. 캐비티를 형성한 후에, MEMS 기판으로부터 캐리어 기판을 본딩 분리하도록(debond) 캐리어 기판 및 접착제 층이 제거된다.
접착제 층 및 슬릿의 폭으로 인해 방법에 문제가 발생할 수 있다. 특히, 인간의 귀는 저주파 사운드에 민감하지 않은데, 그에 의해 저주파 사운드는 공기의 큰 변위(displacement)에 의존한다. 또한, 슬릿이 저주파 사운드의 누출을 초래함으로써 공기의 변위를 감소시킨다. 따라서, 슬릿의 폭이 작을수록, 저주파 사운드 누출이 적어지고 공기의 변위가 커진다. 그러나, 슬릿의 폭이 작아질수록 슬릿으로부터 접착제 층을 제거하는 것이 더 어려워진다. 슬릿으로부터 접착제 층을 제거하지 못하면 MEMS 스피커의 고장으로 이어질 수 있으며, 따라서 MEMS 스피커에 대한 대량 제조 수율을 감소시킬 수 있다. 실제로, 슬릿의 폭이 너무 작아지게 되면 대량 제조 수율이 0에 이를 수 있다.
전술한 문제를 악화시키면서, 패시베이션 층이 슬릿을 라이닝하며 퇴적될 수 있고 슬릿의 상부에서 병목 및/또는 핀치 오프를 초래할 수 있다. 퇴적 동안, 패시베이션 층의 재료는 슬릿의 다른 곳에서보다 슬릿에 있는 MEMS 기판의 상부 코너에서 더 빠른 레이트로 축적될 수 있다. 그리하여, 패시베이션 층은 슬릿의 다른 곳에서보다 상부 코너에서 더 두꺼울 수 있고, 슬릿의 유효 폭을 감소시킬 수 있다. 이러한 병목 및/또는 핀치 오프는 제어 및 감안하는 것이 어려우며, 슬릿으로부터 접착제 층을 제거하는 어려움을 증가시킨다.
본 개시의 다양한 실시예는, MEMS 디바이스의 가동 매스에서의 슬릿이 상부 노치 슬릿 프로파일을 갖는 MEMS 디바이스에 관한 것이다. MEMS 디바이스는 예를 들어 MEMS 스피커, MEMS 액추에이터, 또는 일부 다른 적합한 유형의 MEMS 디바이스일 수 있다. 슬릿은 가동 매스를 통해, 가동 매스의 상부로부터 가동 매스의 하부로 연장되며, 가동 매스의 하부로부터 가동 매스의 상부 근방의 포인트까지 균일하거나 실질적으로 균일한 폭을 갖는다. 또한, 상부 노치 슬릿 프로파일에 따르면, 슬릿에서의 MEMS 기판의 상부 코너 부분은 노칭되며(notched), 그리하여 슬릿의 폭이 가동 매스의 상부에서 불룩해진다(bulge).
상부 노치 슬릿 프로파일 때문에, 슬릿은 다른 곳에서보다 가동 매스의 상부에서 더 넓다. 가동 매스의 상부에서의 증가된 폭은 MEMS 디바이스의 제조 동안 슬릿으로부터 접착제 층이 제거될 수 있는 용이성을 증가시킨다. 따라서, 접착제 층을 제거하기 위한 프로세스 윈도우가 확대될 수 있다. 또한, 증가된 폭으로 인해, 슬릿에 있는 MEMS 기판의 상부 코너는, 슬릿이 수직 프로파일을 갖는 경우보다 슬릿의 폭 방향 중심(width-wise center)으로부터 더 멀리 떨어져 있다. 따라서, 패시베이션 층이 슬릿을 라이닝하며 퇴적되고 슬릿에서의 다른 곳보다 더 빠른 레이트로 상부 코너 상에 퇴적될 경우에, 슬릿의 상부에서의 증가된 폭은 패시베이션 층이 슬릿을 병목 및/또는 핀치오프시키는 것을 막을 수 있다. 이는 접착제 층을 제거하기 위한 프로세스 윈도우를 더 확대할 수 있다.
확대된 프로세스 윈도우로 인해, MEMS 디바이스에 대한 대량 제조 수율이 증가될 수 있다. 또한, 슬릿은 달리 가능한 것보다 더 좁을 수 있다. MEMS 디바이스가 스피커인 적어도 일부 실시예에서, 감소된 폭은 슬릿을 통한 저주파 사운드의 누출을 감소시킬 수 있다. 이는 이어서 공기의 큰 변위로 이어질 수 있고, 인간 귀에의 저주파 사운드의 가청도를 증가시킬 수 있다.
도 1을 참조하면, MEMS 디바이스의 가동 매스(104)에서의 슬릿(102a)이 상부 노치 슬릿 프로파일을 갖는, MEMS 디바이스의 일부 실시예의 단면도(100)가 제공된다. MEMS 디바이스는 MEMS 기판(106) 상에 있고, 예를 들어 MEMS 스피커 또는 일부 다른 적합한 유형의 MEMS 디바이스일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
가동 매스(104)는 MEMS 기판(106)에 형성되고, MEMS 기판(106)의 전면(106fs) 상에 있다. 적어도 일부 실시예에서, 가동 매스(104)는 또한 가동 멤브레인으로도 지칭될 수 있다. 또한, 가동 매스(104)는, MEMS 기판(106)의 전면(106fs)과는 반대편인 MEMS 기판(106)의 배면(106bs)으로부터 MEMS 기판(106) 안으로 연장된 캐비티(108) 위에 있다. MEMS 기판(106)은 예를 들어 실리콘 또는 일부 다른 적합한 유형의 반도체 재료의 벌크 기판일 수 있다. 대안으로서, MEMS 기판(106)은 예를 들어 SOI(semiconductor-on-insulator) 기판 또는 일부 다른 적합한 유형의 반도체 재료일 수 있다. MEMS 기판(106)이 SOI 기판일 경우에, SOI 기판의 반도체 재료는 예를 들어 실리콘 또는 일부 다른 적합한 유형의 반도체 재료일 수 있다.
슬릿(102a)은 가동 매스(104)에 있고, MEMS 기판(106)을 통해 가동 매스(104)의 상부 표면으로부터 가동 매스(104)의 하부 표면으로 연장되며, 그리하여 슬릿(102a)은 캐비티(108)와 유체 연통한다. 또한, 슬릿(102a)은 가동 매스(104)의 하부 표면에 비해 융기된 하부 표면을 갖는 패시베이션 층(110)에 의해 컨포멀하게(conformally) 라이닝된다. 대안의 실시예에서, 패시베이션 층(110) 및 가동 매스(104)의 하부 표면은 평평하다(level). 패시베이션 층(110)은 예를 들어 실리콘 질화물 및/또는 일부 다른 적합한 유전체 재료(들)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 도 1의 슬릿(102a)의 일부 실시예의 확대된 단면도(200)가 제공된다. 확대된 단면도(200)는 예를 들어 도 1에서의 박스 BX 내에서 취할 수 있다. 슬릿(102a)의 폭(Ws)은, 가동 매스(104)의 하부 표면으로부터, 수직으로 가동 매스(104)의 하부 표면과 가동 매스(104)의 상부 표면 사이에 있는 융기부(elevation)(EL)까지, 균일하거나 실질적으로 균일하다. 또한, 슬릿(102a)의 상부 노치 슬릿 프로파일에 따르면, 슬릿(102a)에 있는 MEMS 기판(106)의 상부 코너 부분은 노칭되거나(notched) 만입된다(indented). 그리하여, 슬릿(102a)의 폭(Ws)은 가동 매스(104)의 상부 표면에서 불룩해진다. 슬릿(102a)은 예를 들어 Y 형상의 단면 프로파일 또는 일부 다른 적합한 단면 프로파일을 가질 수 있다.
상부 노치 슬릿 프로파일 때문에, 슬릿(102a)은 슬릿(102a)에서의 다른 곳보다 가동 매스(104)의 상부에서 더 넓다. 증가된 폭은 MEMS 디바이스의 제조 동안 슬릿(102a)으로부터 접착제 층이 제거될 수 있는 용이성을 증가시킨다. 따라서, 접착제 층을 제거하기 위한 프로세스 윈도우가 확대될 수 있다. 또한, 증가된 폭으로 인해, 슬릿(102a)에 있는 MEMS 기판(106)의 상부 코너는, 슬릿(102a)이 수직 프로파일을 갖는 경우보다 슬릿(102a)의 폭 방향 중심으로부터 더 멀리 떨어져 있다. 따라서, 패시베이션 층(110)이 슬릿(102a)에서의 다른 곳보다 더 빠른 레이트로 상부 코너 상에 퇴적될 경우에, 슬릿(102a)의 상부에서의 증가된 폭은 패시베이션 층(110)이 슬릿(102a)을 병목 및/또는 핀치오프시키는 것을 막을 수 있다. 이는 접착제 층을 제거하기 위한 프로세스 윈도우를 더 확대할 수 있다.
확대된 프로세스 윈도우로 인해, MEMS 디바이스에 대한 대량 제조 수율이 증가될 수 있다. 또한, 슬릿(102a)은 달리 가능한 것보다 가동 매스(104)의 하부에서 더 좁을 수 있다. MEMS 디바이스가 스피커인 적어도 일부 실시예에서, 감소된 폭은 슬릿(102a)을 통한 저주파 사운드의 누출을 감소시킬 수 있다. 이는 이어서 스피커의 사용 동안 공기 변위를 증가시킬 수 있고, 따라서 인간 귀에의 저주파 사운드의 가청도를 증가시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 슬릿(102a)의 폭(Ws)은 융기부(EL)로부터 가동 매스(104)의 상부 표면까지 연속적으로 그리고/또는 이산적으로(discretely) 증가한다. 또한, 일부 실시예에서, 슬릿(102a)의 폭(Ws)은 가동 매스(104)의 하부 표면에서 가장 작고/작거나 가동 매스(104)의 상부 표면에서보다 가동 매스(104)의 하부 표면에서 더 작다. 슬릿(102a)의 폭(Ws)은 융기부(EL)와 가동 매스(104)의 하부 표면 사이에 최대 폭 값을 가지며, 융기부(EL)와 MEMS 기판(106)의 상부 표면 사이에 폭 값(예컨대, 평균 폭 값, 최소 폭 값 등)을 더 갖는다. 일부 실시예에서, 최대 폭 값과 폭 값 사이의 차이는 폭 값의 약 10%, 20%, 30%, 40%, 또는 일부 다른 적합한 퍼센티지보다 더 크다. 일부 실시예에서, 최대 폭 값과 폭 값 사이의 차이는 폭 값의 약 10%-20%, 약 20%-30%, 약 30%-40%, 또는 일부 다른 적합한 퍼센티지이다.
상기에 언급한 바와 같이, 패시베이션 층(110)은 슬릿(102a)을 라이닝하고 부분적으로 채우며, 그에 의해 슬릿(102a)을 부분적으로 채운다. 그리하여, 슬릿(102a)은 슬릿(102a)의 폭(Ws)보다 더 작은 유효 폭(EWs)을 갖는다. 일부 실시예에서, 슬릿(102a)의 유효 폭(EWs)은 패시베이션 층(110)의 하부 표면에서 가장 작고/작거나 패시베이션 층(110)의 상부 표면에서보다 패시베이션 층(110)의 하부 표면에서 더 작다. 일부 실시예에서, 슬릿(102a)의 유효 폭(EWs)은, 약 0.5-5 마이크로미터, 약 0.5-2.5 마이크로미터, 약 2.5-5.0 마이크로미터, 또는 일부 다른 적합한 값인 최소 값을 갖는다. 슬릿(102a)의 유효 폭(EWs)이 너무 작은(예컨대, 0.5 마이크로미터 미만) 최소 값을 갖는 경우, 예를 들어 슬릿(102a)으로부터 접착제 층을 제거하는 어려움으로 인해 대량 제조 수율이 낮을 수 있다. MEMS 디바이스가 스피커이고 슬릿(102a)의 유효 폭(EWs)이 너무 큰(예컨대, 5 마이크로미터 초과) 최소 값을 가질 경우에, 슬릿(102a)을 통한 저주파 사운드의 누출이 높을 수 있다. 그리하여, 스피커는 저주파 사운드에 대해 낮은 감도를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 패시베이션 층(110)의 두께(Tp)는 약 0.05-0.5 마이크로미터, 약 0.05-0.25 마이크로미터, 약 0.25-0.5 마이크로미터, 또는 일부 다른 적합한 값이다. 패시베이션 층(110)의 두께(Tp)가 너무 작은 경우(예컨대, 0.05 마이크로미터 미만), 슬릿(102a)의 유효 폭(EWs)은 상기에 기재된 바와 같이 너무 큰 최소 값을 가질 수 있다. MEMS 디바이스가 스피커이고 패시베이션 층(110)의 두께(Tp)가 너무 클(예컨대, 0.5 마이크로미터 초과) 경우에, 슬릿(102a)의 유효 폭(EWs)은 상기에 기재된 바와 같이 너무 작은 최소 값을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 슬릿(102a)의 폭(Ws)은 슬릿(102a)의 유효 폭(EWs)에 패시베이션 층(110)의 두께(Tp)의 2배를 더한 값이다.
MEMS 기판(106)은 슬릿(102a)에서 한 쌍의 하부 측벽(106ls) 및 한 쌍의 상부 측벽(106us)을 갖는다. 하부 측벽(106ls)은 각각 슬릿(102a)의 양측에 있고, 상부 측벽(106us)은 하부 측벽(106ls) 위에 있으며 각각 하부 측벽(106ls)과 에지 대 에지로 배열되어 있다. 하부 측벽(106ls)은 가동 매스(104)의 하부 표면으로부터 융기부(EL)까지 연장되고, 상부 측벽(106us)은 융기부(EL)로부터 가동 매스(104)의 상부 표면까지 연장된다.
하부 측벽(106ls)은 수직이거나 실질적으로 수직이다. 실질적으로 수직이란, 하부 측벽(106ls)이 수직의 약 5도, 10도 또는 일부 다른 적합한 값 내에 있다는 것을 의미한다. 수직은 예를 들어, 가동 매스(104)의 상부 표면에 대한 수직 및/또는 MEMS 기판(106)의 하부 표면에 대한 수직에 대응할 수 있다. 상부 측벽(106us)은 하부 측벽(106ls)으로부터 가동 매스(104)의 상부 표면으로 각각 위로 그리고 외측으로 연장된다. 외측으로는 슬릿(102a)의 폭 방향 중심으로부터 멀어지는 방향을 지칭한다. 하부 측벽(106ls)은 예를 들어 평면 프로파일 및/또는 일부 다른 적합한 프로파일(들)을 가질 수 있고, 그리고/또는 상부 측벽(106us)은 예를 들어 곡면 프로파일, 호 프로파일, 만입 프로파일, 노칭 프로파일, 일부 다른 적합한 프로파일(들), 또는 전술한 바의 임의의 조합을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 슬릿(102a)은 슬릿(102a)의 폭 방향 중심에 있는 수직 축(AX)에 대해 대칭이다.
일부 실시예에서, 가동 매스(104)의 두께(Tm)는 약 2-20 마이크로미터, 약 2-11 마이크로미터, 약 11-20 마이크로미터, 또는 일부 다른 적합한 값이다. 가동 매스(104)의 두께(Tm)가 너무 작다면(예컨대, 2 마이크로미터 미만), 가동 매스(104)는 MEMS 디바이스의 사용 동안 구조적 고장을 일으키기 쉬울 수 있다. 가동 매스(104)의 두께(Tm)가 너무 크다면(예컨대, 20 마이크로미터 초과), 가동 매스(104)는 지나치게 강성일 수 있다. 예를 들어, MEMS 디바이스가 스피커일 경우에, 스피커는 낮은 감도를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 융기부(EL)는 가동 매스(104)의 상부 표면에 비해 거리(D)만큼 리세싱되어 있다. 일부 실시예에서, 거리(D)는 약 0.05-0.5 마이크로미터, 약 0.05-0.25 마이크로미터, 약 0.25-0.5 마이크로미터, 또는 일부 다른 적합한 값이다. 일부 실시예에서, 가동 매스(104)의 두께(Tm) 대 거리(D)의 비는 약 4:1 내지 200:1, 약 4:1 내지 102:1, 약 102:1 내지 200:1, 또는 일부 다른 적합한 비이다. 거리(D)가 너무 작거나(예컨대, 0.05 마이크로미터 미만), 비가 너무 크다면(예컨대, 200:1 초과), 슬릿(102a)으로부터 접착제 층을 제거하기 위한 프로세스 윈도우는 상부 노치 슬릿 프로파일을 갖는 것으로부터의 개선을 거의 알 수 없다. MEMS 디바이스가 스피커이고, 거리 D가 너무 크거나(예컨대, 0.5 마이크로미터 초과), 비가 너무 작을(예컨대, 약 4:1 미만) 경우에, 슬릿(102a)을 통한 저주파 사운드의 누출이 높을 수 있고, 스피커는 저주파 사운드에 대해 낮은 감도를 가질 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 액추에이터 구조물(112)이 MEMS 기판(106) 위에 있고, 기판 유전체 층(114)에 의해 MEMS 기판(106)으로부터 분리된다. 액추에이터 구조물(112)은 하부 전극(116), 하부 전극(116) 위의 압전 구조물(118), 및 압전 구조물(118) 위의 상부 전극(120)을 포함한다. 적어도 일부 실시예에서, 액추에이터 구조물(112)은 또한 금속-압전-금속(MPM; metal-piezoelectric-metal) 구조물로도 지칭될 수 있다. 하부 및 상부 전극(116, 120)은 압전 구조물(118)에 걸쳐 전기장을 인가하도록 구성되고, 압전 구조물(118)은 전기장에 응답하여 움직이도록 구성된다. 또한, 압전 구조물(118)에 의한 움직임은 예를 들어 사운드를 생성하기 위해 가동 매스(104)를 움직이도록 구성된다.
액추에이터 배리어 층(122)이 액추에이터 구조물(112) 및 기판 유전체 층(114) 위에 있다. 액추에이터 배리어 층(122)은 수소 이온 및/또는 다른 적합한 잘못된 재료가 액추에이터 배리어 층(122) 위로부터 압전 구조물(118)로 확산하는 것을 막도록 구성된다. 일부 실시예에서, 액추에이터 배리어 층(122)은 수소 배리어 층으로 간주될 수 있다. 압전 구조물(118)로 확산하는 수소 이온은 압전 구조물(118)에 축적되고 압전 구조물(118)의 박리 및 파괴를 유발할 수 있으며, 그에 의해 MEMS 디바이스가 고장날 수 있다. 따라서, 압전 구조물(118)에의 수소 이온의 확산을 막음으로써, 액추에이터 배리어 층(122)은 MEMS 디바이스의 고장을 방지할 수 있다.
액추에이터 유전체 층(124)이 액추에이터 배리어 층(122) 위에 있고, 상부 전극 패드(126t)가 액추에이터 유전체 층(124) 위에 있고, 패시베이션 층(110)은 상부 전극 패드(126t) 위에 있다. 상부 전극 패드(126t)의 제1 단부는 상부 전극(120) 위에 있으며, 상부 전극 패드(126t)로부터 액추에이터 배리어 층(122) 및 액추에이터 유전체 층(124)을 통해 상부 전극(120)으로 연장된 상부 전극 비아(128t)에 의해 상부 전극(120)에 전기적으로 커플링된다. 상부 전극 패드(126t)의 제2 단부는 액추에이터 구조물(112)로부터 먼 쪽에 있으며, 패시베이션 층(110)에서의 상부 전극 패드 개구부(130t)에 의해 노출된다.
일부 실시예에서, 액추에이터 배리어 층(122)은 금속 산화물 또는 일부 기타 적합한 재료이다. 금속 산화물은 예를 들어, 알루미늄 산화물(예컨대, Al2O3), 티타늄 산화물(예컨대, TiO2), 철 산화물(예컨대, Fe2O3), 지르코늄 산화물(예컨대, ZrO2), 아연 산화물(예컨대, ZnO), 구리 산화물(예컨대, CuO), 탄탈럼 산화물(예컨대, Ta2O5), 일부 다른 적합한 유형의 금속 산화물, 또는 전술한 바의 임의의 조합일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 액추에이터 배리어 층(122)은 유전체이고/이거나 결정질이다.
일부 실시예에서, 기판 유전체 층(114)은 실리콘 산화물 및/또는 일부 다른 적합한 유전체(들)이거나 이를 포함한다. 일부 실시예에서, 액추에이터 유전체 층(124)은 실리콘 산화물 및/또는 일부 다른 적합한 유전체(들)이거나 이를 포함한다. 일부 실시예에서, 기판 유전체 층(114) 및 액추에이터 유전체 층(124)은 동일 재료이거나 이를 포함한다. 다른 실시예에서, 기판 유전체 층(114)은 액추에이터 유전체 층(124)과는 상이한 재료이다. 일부 실시예에서, 패시베이션 층(110)은 실리콘 질화물 및/또는 일부 다른 적합한 유전체(들)이거나 이를 포함한다.
일부 실시예에서, 압전 구조물(118)은 납 지르코네이트 티타네이트(예컨대, PZT) 및/또는 일부 다른 적합한 압전 재료(들)이거나 이를 포함한다. 일부 실시예에서, 하부 전극(116)은 티타늄 산화물, 플래티늄, 일부 기타 적합한 금속(들) 또는 전도성 재료(들), 또는 전술한 바의 임의의 조합이거나 이를 포함한다. 일부 실시예에서, 상부 전극(120)은 티타늄 산화물, 플래티늄, 일부 다른 적합한 금속(들) 또는 전도성 재료(들), 또는 전술한 바의 임의의 조합이거나 이를 포함한다. 일부 실시예에서, 상부 및 하부 전극(116, 120)은 동일 재료이거나 이를 포함한다. 다른 실시예에서, 하부 전극(116)은 상부 전극(120)과는 상이한 재료이다.
일부 실시예에서, 상부 전극 패드(126t)는 구리, 알루미늄 구리, 알루미늄, 일부 다른 적합한 금속(들) 또는 전도성 재료(들), 또는 전술한 바의 임의의 조합이거나 이를 포함한다. 일부 실시예에서, 상부 전극 비아(128t)는 구리, 알루미늄 구리, 알루미늄, 일부 다른 적합한 금속(들) 또는 전도성 재료(들), 또는 전술한 바의 임의의 조합이거나 이를 포함한다. 일부 실시예에서, 상부 전극 패드(126t) 및 상부 전극 비아(128t)는 동일 재료이다. 다른 실시예에서, 상부 전극 패드(126t)는 상부 전극 비아(128t)와는 상이한 재료이다. 일부 실시예에서, 액추에이터 배리어 층(122)은 상부 전극 패드(126t)의 재료가 상부 전극 패드(126t)로부터 압전 구조물(118)로 확산하는 것을 막도록 구성된다. 이러한 재료는 예를 들어 구리 및/또는 일부 다른 적합한 재료일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
도 3a 내지 도 3g를 참조하면, 도 1의 슬릿(102a)의 일부 대안의 실시예의 확대된 단면도들(300A-300G)이 제공된다. 확대된 단면도(300A-300G)는 예를 들어 도 1의 박스 BX 내에서 취할 수 있다.
도 3a에서, MEMS 기판(106)의 하부 측벽(106ls)은 융기부(EL)로부터 가동 매스(104)의 하부 표면으로 내측으로 경사져 있다. 내측으로는 슬릿(102a)의 폭 방향 중심을 향한 방향을 지칭한다.
도 3b에서, 패시베이션 층(110)이 슬릿(102)으로부터 생략된다. 따라서, 슬릿(102a)의 폭(Ws) 및 슬릿(102a)의 유효 폭(EWs)은 동일하다.
도 3c에서, MEMS 기판(106)의 상부 측벽(106us)은 평면이거나 실질적으로 평면인 프로파일을 갖는다. 그리하여, 슬릿(102a)의 폭(Ws)은 각각 MEMS 기판(106)의 하부 측벽(106ls)으로부터 MEMS 기판(106)의 상부 표면으로 연속적으로 그리고 선형이거나 실질적으로 선형으로 증가된다.
도 3d에서, MEMS 기판(106)의 상부 측벽(106us)은 각각 MEMS 기판(106)의 하부 측벽(106ls)으로부터 MEMS 기판(106)의 상부 표면으로 호를 이루는(arc) 곡면 프로파일을 갖는다. 그리하여, 슬릿(102a)의 폭(Ws)은 각각 MEMS 기판(106)의 하부 측벽(106ls)으로부터 MEMS 기판(106)의 상부 표면으로 연속적으로 그리고 비선형으로 증가된다.
도 3e에서, MEMS 기판(106)의 하부 측벽(106ls)은 측방향으로 MEMS 기판(106)의 상부 측벽(106us) 사이에 있으며 이로부터 오프셋된다. 또한, 슬릿(102a)의 폭(Ws)은 융기부(EL)에서 하부 측벽(106ls)으로부터 상부 측벽(106us)으로 이산적으로 증가한다. 융기부(EL)는 예를 들어 하부 측벽(106ls)의 상단 에지 및/또는 상부 측벽(106us)의 하단 에지에 대응할 수 있다. 따라서, 슬릿(102a)의 양측은 각각 스텝형(stepped) 프로파일을 갖는다.
도 3f에서, 슬릿(102a)의 양측은 각각 도 3e에서와 같은 스텝형 프로파일을 갖는다. 그러나, 도 3e에서와는 달리, 각각의 스텝형 프로파일은 추가 스텝을 갖는다. 따라서, MEMS 기판(106)은 슬릿(102)의 양측에 각각 슬릿(102a)에서의 한 쌍의 중간 측벽(106ms)을 더 갖는다. MEMS 기판(106)의 상부 측벽(106us)은 MEMS 기판(106)의 상부 표면으로부터 MEMS 기판(106)의 상부 표면과 가동 매스(104)의 하부 표면 사이의 제1 융기부(EL1)까지 연장된다. MEMS 기판(106)의 중간 측벽(106ms)은 측방향으로 상부 측벽(106us) 사이에 있으며 이로부터 오프셋된다. 또한, 중간 측벽(106ms)은 제1 융기부(EL1)로부터 제1 융기부(EL1)와 가동 매스(104)의 하부 표면 사이의 제2 융기부(EL2)까지 연장된다. MEMS 기판(106)의 하부 측벽(106ls)은 측방향으로 중간 측벽(106ms) 사이에 있으며 이로부터 오프셋된다. 또한, 하부 측벽(106ls)은 제2 융기부(EL2)로부터 가동 매스(104)의 하부 표면까지 연장된다.
슬릿(102a)의 스텝형 프로파일에서의 추가 스텝으로 인해, 슬릿(102)의 폭(Ws)은 제1 융기부(EL1)에서 MEMS 기판(106)의 상부 측벽(106us)으로부터 MEMS 기판(106)의 중간 측벽(106ms)으로 이산적으로 감소한다. 제1 융기부(EL1)는 예를 들어 중간 측벽(106ms)의 상단 에지 및/또는 상부 측벽(106us)의 하단 에지에 대응할 수 있다. 또한, 슬릿(102)의 폭(Ws)은 제2 융기부(EL2)에서 MEMS 기판(106)의 중간 측벽(106ms)으로부터 MEMS 기판(106)의 하부 측벽(106ls)으로 이산적으로 감소한다. 제2 융기부(EL2)는 예를 들어 하부 측벽(106ls)의 상단 에지 및/또는 중간 측벽(106ms)의 하단 에지에 대응할 수 있다.
도 3g에서, MEMS 기판(106)의 하부 측벽(106ls)은 부채꼴(scalloped) 프로파일을 갖고, MEMS 기판(106)의 상부 측벽(106us)은 각각 하부 측벽(106ls)으로부터 MEMS 기판(106)의 상부 표면으로 호를 이루는 곡면 프로파일을 갖는다. 하부 측벽(106ls)의 부채꼴 프로파일은 예를 들어 보쉬(Bosch) 에칭 등을 사용한 슬릿(102a)의 형성으로부터의 결과일 수 있다.
도 4를 참조하면, 도 1의 MEMS 디바이스의 일부 실시예의 확대된 단면도(400)가 제공되며, 액추에이터 구조물(112)이 가동 매스(104)를 둘러싼다. 그리하여, 액추에이터 구조물(112)은 가동 매스(104)의 양측에 각각 개별 세그먼트를 갖는다.
상부 전극 패드(126t) 및 하부 전극 패드(126b)는 각각 가동 매스(104)의 양측에 있다. 상부 전극 패드(126t)의 제1 단부는 상부 전극(120) 위에 있으며, 상부 전극 패드(126t)로부터 상부 전극(120)으로 연장된 상부 전극 비아(128t)에 의해 상부 전극(120)에 전기적으로 커플링된다. 상부 전극 패드(126t)의 제2 단부는 상부 전극 패드(126t)의 제1 단부에서 먼 쪽에 있으며, 패시베이션 층(110)에서의 상부 전극 패드 개구부(130t)에 의해 노출된다. 일부 실시예에서, 상부 전극 패드(126t) 및 상부 전극 비아(128t)는 공통 층에 의해 형성된다. 하부 전극 패드(126b)의 제1 단부는 하부 전극(116) 위에 있으며, 하부 전극 패드(126b)로부터 하부 전극(116)으로 연장된 하부 전극 비아(128b)에 의해 하부 전극(116)에 전기적으로 커플링된다. 하부 전극 패드(126b)의 제2 단부는 하부 전극 패드(126b)의 제1 단부에서 먼 쪽에 있으며, 패시베이션 층(110)에서의 하부 전극 패드 개구부(130b)에 의해 노출된다. 일부 실시예에서, 하부 전극 패드(126b) 및 하부 전극 비아(128b)는 공통 층에 의해 형성된다.
액추에이터 구조물(112)은 MEMS 기판(106) 위에 있으며, MEMS 기판(106)은 배면 반도체 층(106b), 배면 반도체 층(106b) 위의 절연체 층(106i), 및 절연체 층(106i) 위의 전면 반도체 층(106f)을 포함하는 SOI 기판이다. 대안의 실시예에서, MEMS 기판(106)은 벌크 실리콘 기판 또는 일부 다른 적합한 유형의 벌크 기판이다. 배면 반도체 층(106b) 및 전면 반도체 층(106f)은 실리콘 및/또는 일부 다른 적합한 반도체 재료(들)이거나 이를 포함한다. 절연체 층(106i)은 실리콘 산화물 및/또는 일부 다른 적합한 유전체 재료(들)이거나 이를 포함한다.
가동 매스(104)는 전면 반도체 층(106f)에 형성되고, 유효 폭(EWm)을 갖는다. 유효 폭(EWm)은, 패시베이션 층(110)이 가동 매스(104)의 측벽을 라이닝하므로, 가동 매스(104)의 폭(Wm)에 패시베이션 층(110)의 두께(Tp)의 2배를 더한 값이다. 일부 실시예에서, 가동 매스(104)의 유효 폭(EWm)은 약 500-5000 마이크로미터, 약 500-2750 마이크로미터, 약 2750-5000 마이크로미터, 또는 일부 다른 적합한 값이다. 또한, 일부 실시예에서, 가동 매스(104)의 폭(Wm)은 약 500-5000 마이크로미터, 약 500-2750 마이크로미터, 약 2750-5000 마이크로미터, 또는 일부 다른 적합한 값이다.
슬릿(102) 및 추가 슬릿(102b)은 가동 매스(104)에서 배열되고, 전면 반도체 층(106f)을 통해 전면 반도체 층(106f)의 상부 표면으로부터 캐비티(108)로 연장된다. 또한, 슬릿(102a) 및 추가 슬릿(102b)은 각각 가동 매스(104)의 양측에 있으며, 패시베이션 층(110)에 의해 라이닝된다. 슬릿(102a) 및 추가 슬릿(102b)은 예를 들어 제1 슬릿(102a) 및 제2 슬릿(102b)으로 알 수도 있고, 또는 그 반대일 수도 있다. 추가 슬릿(102b)은 슬릿(102a)이 도 1 및 도 2에 관련하여 예시 및 기재된 바와 같고, 그에 의해 추가 슬릿(102b) 및 슬릿(102a)은 동일한 단면 프로파일을 공유한다. 대안의 실시예에서, 추가 슬릿(102b) 및 슬릿(102a)은 상이한 단면 프로파일을 갖는다.
도 3a 내지 도 3g는 도 1의 슬릿(102a)에 대한 다수의 변형을 기재하지만, 변형은 또한 도 4의 슬릿(102a)에 그리고/또는 도 4의 추가 슬릿(102b)에 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 4의 슬릿(102a) 및/또는 도 4의 추가 슬릿(102b)은 대안으로서 도 3a 및 도 3c 내지 도 3g 중 임의의 도면에서와 같은 단면 프로파일을 가질 수 있다.
도 2에 관련하여 기재된 바와 같이, 슬릿(102a)은 유효 폭(EWs)을 갖는다. 일부 실시예에서, 가동 매스(104)의 유효 폭(EWm) 대 슬릿(102a)의 유효 폭(EWs)의 비는 약 3:1 내지 1.02:1, 약 3:1 내지 2.01:1, 약 2.01:1 내지 1.02:1, 또는 일부 다른 적합한 비이다. 비가 너무 작고(예컨대, 1.02:1 미만), MEMS 디바이스가 스피커인 경우, 스피커는 낮은 감도 및/또는 가청도를 가질 수 있다. 비가 너무 큰 경우(예컨대, 3:1 초과), 슬릿(102a)이 상기 기재된 바와 같이 너무 작을 수 있고 그리고/또는 가동 매스(104)는 구조적으로 약하며 고장나기 쉬울 수 있다(예컨대, 붕괴).
캐비티(108)는 배면 반도체 층(106b) 및 절연체 층(106i)을 통해 연장되며, 전면 반도체 층(106f)의 하부 안으로 더 연장된다. 또한, 배면 반도체 층(106b), 절연체 층(106i), 및 전면 반도체 층(106f)은 한 쌍의 공통 측벽을 형성한다. 공통 측벽은 각각 캐비티(108)의 양측에 있고 경사져 있다.
도 5를 참조하면, 도 4의 MEMS 디바이스의 일부 실시예의 상부 레이아웃도(500)가 제공된다. 도 4의 단면도(400)는 예를 들어 라인 A-A’를 따라 취할 수 있고, 도 4의 단면도(400)에 예시된 MEMS 디바이스의 일부는 예를 들어 라인 A-A’의 점선 부분과 대조적으로 라인 A-A’의 실선 부분에 대응할 수 있다.
가동 매스(104)는 사각형 상부 지오메트리(top geometry)를 가지며, 복수의 슬릿(102)이 가동 매스(104)를 통해 연장된다. 대안의 실시예에서, 가동 매스(104)는 원형 상부 지오메트리 또는 일부 다른 적합한 상부 지오메트리를 갖는다. 슬릿(102)은 각각 가동 매스(104)의 4개 코너들로부터 가동 매스(104)의 중심을 향해 연장되며, 각각 도 1 및 도 2의 슬릿(102a)이 예시 및 기재된 바와 같다. 그리하여, 슬릿(102)은 동일한 단면 프로파일을 공유한다. 대안의 실시예에서, 슬릿(102)은 상이한 단면 프로파일을 갖는다. 또한, 슬릿(102)은 가동 매스(104)의 중심에 대해 원주 방향으로 균등하게 이격된다. 다른 실시예에서, 슬릿(102)은 가동 매스(104)의 중심에 대해 원주 방향으로 불균등하게 이격될 수 있다. 또한, 다른 실시예에서, 더 많거나 더 적은 슬릿(102)이 가동 매스(104)를 통해 연장된다.
액추에이터 구조물(112)(그의 구성요소가 점선으로 도시됨)은 가동 매스(104) 주위에 폐쇄 경로로 연장되는 사각 링형 상부 지오메트리를 갖는다. 대안의 실시예에서, 액추에이터 구조물(112)은 일부 다른 적합한 상부 지오메트리를 갖는다. 또한, 상부 전극 패드(126t) 및 하부 전극 패드(126b)(둘 다 점선으로 도시됨)는 각각 상부 전극 비아(128t) 및 하부 전극 비아(128b)로부터 각각 액추에이터 구조물(112)로부터 측방향으로 오프셋된 위치로 연장된다.
도 6을 참조하면, 도 5의 MEMS 디바이스의 일부 대안의 실시예의 상부 레이아웃도(600)가 제공되며, 단일 슬릿(102’)이 가동 매스(104)를 통해 연장되고 크로스 형상의 상부 지오메트리를 갖는다. 그리하여, 도 4의 슬릿(102a) 및 도 4의 추가 슬릿(102b)은 단일 슬릿(102’)의 세그먼트에 대응한다. 대안의 실시예에서, 단일 슬릿(102’)은 일부 다른 적합한 상부 지오메트리를 가질 수 있다.
도 7a 내지 도 7d를 참조하면, 도 4의 MEMS 디바이스의 일부 대안의 실시예의 단면도들(700A-700D)이 제공된다.
도 7a에서, 캐비티(108)에서의 MEMS 기판(106)의 개별 측벽은 수직이다. 그리하여, 측벽은 MEMS 기판(106)의 상부 표면 및/또는 액추에이터 구조물(112)의 상부 표면에 수직으로 연장된다.
도 7b에서, 패시베이션 층(110)이 슬릿(102a) 및 추가 슬릿(102b)으로부터 생략되고, 그에 의해 가동 매스(104)의 유효 폭(EWm) 및 가동 매스(104)의 폭(Wm)은 동일하다. 또한, 패시베이션 층(110), 기판 유전체 층(114), 액추에이터 배리어 층(122) 및 액추에이터 유전체 층(124)은, 서로 마주하며 액추에이터 구조물(112)에 의해 둘러싸인 한 쌍의 공통 측벽을 형성한다. 또한, 공통 측벽은 각각 가동 매스(104)의 양측에 있다.
도 7c에서, 슬릿(102a) 및 추가 슬릿(102b)은 각각 기판 유전체 층(114)의 대향 측벽에 있다. 또한, 슬릿(102a) 및 추가 슬릿(102b)은 각각 도 3c에서의 슬릿(102a)의 단면 프로파일을 갖는다.
도 7d에서, 슬릿(102a) 및 추가 슬릿(102b)은 부분적으로 기판 유전체 층(114) 아래에 있다. 또한, 슬릿(102a) 및 추가 슬릿(102b)은 각각 도 3c에서의 슬릿(102a)의 단면 프로파일을 갖는다.
도 8을 참조하면, MEMS 패키지의 일부 실시예의 단면도(800)가 제공되며, 도 4에서와 같은 MEMS 디바이스(802)가 인쇄 회로 기판(PCB)(804) 위에 있고 이에 부착된다. MEMS 디바이스(802)는 PCB(804)와 MEMS 디바이스(802) 사이의 접착제 층(806)에 의해 PCB(804)에 부착되고, MEMS 디바이스(802)의 캐비티(108)는 PCB(804) 및 접착제 층(806)을 통해 연장된다.
와이어 본드(808)가, MEMS 디바이스(802)(예컨대, 도 4 참조)의 하부 전극 패드(126b)로부터, MEMS 디바이스(802)에 인접한 PCB(804) 위에 있으며 이에 실장된 집적 회로(IC) 칩(810)으로 연장된다. 또한, 도시되지 않았지만, 추가 와이어 본드가 MEMS 디바이스(802)(예컨대, 도 4 참조)의 상부 전극 패드(126t)로부터 IC 칩(810) 및/또는 PCB(804)로 연장될 수 있다. MEMS 디바이스(802)가 스피커일 경우에, IC 칩(810)은 예를 들어 사운드(812)를 생성하기 위해 MEMS 디바이스(802)를 제어하도록 구성될 수 있다.
캡 구조물(814)이 IC 칩(810)을 완전히 덮으며 MEMS 디바이스(802)를 부분적으로 덮는다. 후자에 관련하여, 캡 구조물(814)은 MEMS 디바이스(802)의 가동 매스(104)를 덮지 않고서 MEMS 디바이스(802)의 주변에서 MEMS 디바이스(802)를 부분적으로 덮는다(예컨대, 도 4 참조). 또한, 캡 구조물(814)은 상부 PCB 패드(816u)를 통해 PCB(804)에 실장된다. 상부 PCB 패드(816u)는 PCB(804)의 하부 PCB 패드(816l)와는 반대 측에, PCB(804) 상에 배열되고, PCB 비아(818)가 각각 상부 PCB 패드(816u)로부터 각각 하부 PCB 패드(816l) 중 일부로 연장된다.
도 9를 참조하면, MEMS 디바이스(902)의 가동 매스(104)에서의 복수의 슬릿(102)이 각각 상부 노치 슬릿 프로파일을 갖는, MEMS 패키지의 일부 실시예의 단면도(900)가 제공된다. MEMS 디바이스(902)는 예를 들어 MEMS 액추에이터, 또는 일부 다른 적합한 유형의 MEMS 디바이스일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
가동 매스(104)는 MEMS 기판(106)에 형성되고, 슬릿(102)에 의해 서로 분리된 복수의 세그먼트(104s)를 갖는다. 세그먼트(104s)는 예를 들어 손가락 형상의 상부 지오메트리 또는 일부 다른 적합한 상부 지오메트리를 가질 수 있다. 또한, 가동 매스(104)는 하부 캐비티(108l) 및 상부 캐비티(108u) 내에서 움직이도록 구성된다. 상부 캐비티(108u)는 MEMS 기판(106) 위에 있으며, MEMS 기판(106) 위에 있고 이에 본딩되는 캡 기판(904)의 하부 안으로 연장된다. 하부 캐비티(108l)는, MEMS 기판(106) 아래에 있고 이에 본딩되는 IC 칩(906)과 MEMS 기판(106) 사이에, MEMS 기판(106) 아래에 있다. MEMS 기판(106)은 예를 들어 실리콘 또는 일부 다른 적합한 유형의 반도체 재료의 벌크 기판, SOI 기판, 또는 일부 다른 적합한 유형의 기판일 수 있다.
슬릿(102)은 가동 매스(104)에 있고, 각각 MEMS 기판(106)을 통해 가동 매스(104)의 상부 표면으로부터 가동 매스(104)의 하부 표면으로 연장된다. 그리하여, 슬릿(102)은 하부 캐비티(108l)와 상부 캐비티(108u)를 상호연결한다. 또한, 슬릿(102)은 가동 매스(104)의 세그먼트(104s)의 경계를 정하고(demarcate), 슬릿(102)에 패시베이션 층(110)이 없다는 것을 제외하고는, 각각 도 1 및 도 2의 슬릿(102a)이 예시 및 기재된 바와 같다. 대안의 실시예에서, 슬릿(102)의 하나, 일부 또는 전부의 각각은 도 3a 내지 도 3g 중 임의의 도면에서의 슬릿(102a)이 예시 및 기재된 바와 같을 수 있다.
도 10을 참조하면, 도 9의 슬릿(102)의 일부 실시예의 확대된 단면도(1000)가 제공된다. 슬릿(102)은, 가동 매스(104)의 하부 표면으로부터, 수직으로 가동 매스(104)의 하부 표면과 가동 매스(104)의 상부 표면 사이에 있는 융기부(EL)까지, 균일하거나 실질적으로 균일한 개별 폭(Ws)을 갖는다. 또한, 슬릿(102)의 상부 노치 슬릿 프로파일에 따르면, 슬릿(102)에 있는 MEMS 기판(106)의 상부 코너 부분은 노칭되거나 만입된다. 그리하여, 슬릿(102)의 개별 폭(Ws)이 가동 매스(104)의 상부 표면에서 불룩해진다. 또한, 슬릿(102)의 각각의 세그먼트(104s)는 가동 매스(104)의 상부 표면에 상향 돌출부(upward protrusion)를 갖는다. 슬릿(102)은 예를 들어 Y 형상의 단면 프로파일 또는 일부 다른 적합한 단면 프로파일을 가질 수 있다.
상부 노치 슬릿 프로파일 때문에, 슬릿(102)은 슬릿(102)에서의 다른 곳에서보다 가동 매스(104)의 상부에서 더 넓다. 가동 매스(104)의 상부에서의 증가된 폭은 MEMS 디바이스(902)의 제조 동안 슬릿(102)으로부터 접착제 층이 제거될 수 있는 용이성을 증가시킨다. 따라서, 접착제 층을 제거하기 위한 프로세스 윈도우가 확대될 수 있고, 대량 제조 수율이 증가될 수 있다. 또한, 슬릿(102)의 증가된 폭으로 인해, MEMS 디바이스(902)는 제조 동안 더 탄력적이다. 특히, 증가된 폭은 가동 매스(104)의 세그먼트(104s) 사이의 충돌시 가동 매스(104)에의 손상 가능성을 감소시킨다. 또한, 증가된 폭은 가동 매스(104)의 상부 표면적을 감소시키며, 캡 기판(904)(예컨대, 도 9 참조)과 가동 매스(104) 사이의 마찰 가능성을 감소시킨다.
다시 도 9를 참조하면, 캡 기판(904)은 MEMS 기판(106) 위에 있으며 접착제 층(908)을 통해 MEMS 기판(106)에 본딩된다. 또한, IC 칩(906)은 MEMS 기판(106) 아래에 있으며 콘택(910)을 통해 MEMS 기판(106)에 본딩된다. 콘택(910)은 전도성이고, IC 칩(906)으로부터 MEMS 디바이스(902)로의 전도성 경로를 형성하며, 그에 의해 IC 칩(906)은 MEMS 디바이스(902)를 제어하도록 구성될 수 있다.
IC 칩(906)은 반도체 기판(912), 복수의 반도체 디바이스(914), 및 상호접속 구조물(916)을 포함한다. 반도체 디바이스(914)는 반도체 기판(912) 위에 있으며, 반도체 기판(912)에 적어도 부분적으로 형성된다. 반도체 디바이스(914)는 예를 들어 금속-산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET; metal-oxide-semiconductor field-effect transistor), 핀 전계 효과 트랜지스터(finFET; fin field-effect transistor), 게이트-올-어라운드 전계 효과 트랜지스터(GAA FET; gate-all-around field-effect transistor), 일부 다른 적합한 반도체 디바이스, 또는 전술한 바의 임의의 조합일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 상호접속 구조물(916)은 반도체 디바이스(914) 위에 있으며 이에 전기적으로 커플링된다. 또한, 상호접속 구조물(916)은, 반도체 디바이스(914)를 상호접속시키고/거나 반도체 디바이스(914)로부터 콘택(910)으로 연장되는 복수의 전도성 경로를 형성하기 위해 상호접속 유전체 층(920)에 적층된 복수의 전도성 특징부(918)를 포함한다. 전도성 특징부(918)는 예를 들어 와이어, 비아, 패드 등, 또는 전술한 바의 임의의 조합일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
도 10은 도 9의 MEMS 디바이스(902)에 관련하여 기재되어 있지만, 도 10의 구조는 MEMS 디바이스에 한정되지 않고 MEMS 디바이스 외의 응용을 찾을 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 특히, 도 10에서의 슬릿(102)의 상부 노치 프로파일은 다음을 포함하는 패키징 프로세스에 대한 응용을 찾을 수 있다: 1) 슬릿(102)을 채우는 접착제를 사용하여 MEMS 기판(106)(보다 일반적으로 MEMS 디바이스의 맥락 외의 기판을 지칭함)을 캐리어 기판에 본딩함; 및 2) 그 후에 캐리어 기판을 본딩 분리하고 슬릿(102)으로부터 접착제를 제거함.
도 11, 도 12a, 도 12b, 도 13, 도 14a, 도 14b, 도 15, 도 16a, 도 16b, 및 도 17 내지 도 23을 참조하면, MEMS 디바이스의 가동 매스에서의 슬릿이 상부 노치 슬릿 프로파일을 갖는 MEMS 디바이스를 형성하기 위한 방법의 일부 실시예의 일련의 단면도들이 예시된다. 접미사 “A”로 라벨링되거나 접미사가 없는 도면은 단면도에 대응하고, 접미사 “B”로 라벨링된 도면은 접미사 “A가 붙은 유사한 번호의 도면에 대한 상부 레이아웃도에 대응한다. 접미사 “A”로 라벨링된 도면의 단면도는 예를 들어 접미사 “B”로 라벨링된 대응하는 도면의 상부 레이아웃도에서 라인 A-A’의 실선 부분을 따라 취한 것일 수 있다. 방법은 예를 들어 도 4의 MEMS 디바이스 또는 일부 다른 적합한 MEMS 디바이스를 형성하도록 채용될 수 있다. 또한, 방법의 MEMS 디바이스는 예를 들어 스피커 또는 일부 다른 적합한 MEMS 디바이스일 수 있다.
도 11의 단면도(1100)에 의해 예시된 바와 같이, 기판 유전체 층(114)이 MEMS 기판(106) 위에 퇴적된다. MEMS 기판(106)은 SOI 기판이고, 배면 반도체 층(106l), 배면 반도체 층(106l) 위의 절연체 층(106i), 및 절연체 층(106i) 위의 전면 반도체 층(106f)을 포함한다. 대안의 실시예에서, MEMS 기판(106)은 벌크 반도체 기판 또는 일부 다른 적합한 유형의 반도체 기판이다.
도 11의 단면도(1100)에 의해 또한 예시된 바와 같이, 액추에이터 막(112f)이 기판 유전체 층(114) 위에 퇴적되고, 하부 전극 층(116l), 하부 전극 층(116l) 위의 압전 층(118l), 및 압전 층(118l) 위의 상부 전극 층(120l)을 포함한다. 액추에이터 막(112f)은 예를 들어 물리적 기상 증착(PVD; physical vapor deposition), 원자층 증착(ALD; atomic layer deposition), 일부 다른 적합한 퇴적 프로세스(들), 또는 전술한 바의 임의의 조합에 의해 퇴적될 수 있다.
도 12a의 단면도(1200A) 및 도 12b의 상부 레이아웃도(1200b)에 의해 예시된 바와 같이, 액추에이터 막(112f)(예컨대, 도 11 참조)은, 링 형상의 상부 지오메트리를 가지며 중앙 영역(1202) 주위에 폐쇄 경로로 연장된 액추에이터 구조물(112)을 형성하도록 패터닝된다. 대안의 실시예에서, 액추에이터 구조물(112)은 중앙 영역(1202) 주위에 폐쇄 경로로 연장된 일부 다른 적합한 상부 지오메트리를 가질 수 있다. 액추에이터 구조물(112)은 하부 전극(116), 하부 전극(116) 위의 압전 구조물(118), 및 압전 구조물(118) 위의 상부 전극(120)을 포함한다.
일부 실시예에서, 패터닝을 수행하기 위한 프로세스는 다음을 포함한다: 1) 상부 전극(120)을 형성하도록 제1 마스크를 사용하여 상부 전극 층(120l)에 제1 포토리소그래피/에칭 프로세스를 수행함; 2) 압전 구조물(118)을 형성하도록 제2 마스크를 사용하여 압전 층(118l)에 제2 포토리소그래피/에칭 프로세스를 수행함; 및 3) 하부 전극(116)을 형성하도록 제3 마스크를 사용하여 하부 전극 층(116l)에 제3 포토리소그래피/에칭 프로세스를 수행함. 대안의 실시예에서, 일부 다른 적합한 프로세스가 패터닝을 위해 수행된다.
도 13의 단면도(1300)에 의해 예시된 바와 같이, 액추에이터 배리어 층(122)이 액추에이터 구조물(112) 및 기판 유전체 층(114)을 덮으며 퇴적된다. 액추에이터 배리어 층(122)은 수소 및/또는 다른 적합한 잘못된 재료가 액추에이터 배리어 층(122) 위로부터 압전 구조물(118)로 확산하는 것을 막도록 구성된다. 압전 구조물(118)에의 잘못된 재료(예컨대, 수소 이온)의 확산을 막음으로써, 액추에이터 배리어 층(122)은 형성되고 있는 MEMS 디바이스의 고장을 방지할 수 있다.
일부 실시예에서, 액추에이터 배리어 층(122)은 유전체이다. 일부 실시예에서, 액추에이터 배리어 층(122)은 금속 산화물 또는 일부 다른 적합한 재료이다. 금속 산화물은 예를 들어, 알루미늄 산화물(예컨대, Al2O3), 티타늄 산화물(예컨대, TiO2), 철 산화물(예컨대, Fe2O3), 지르코늄 산화물(예컨대, ZrO2), 아연 산화물(예컨대, ZnO), 구리 산화물(예컨대, CuO), 탄탈럼 산화물(예컨대, Ta2O5), 일부 다른 적합한 유형의 금속 산화물, 또는 전술한 바의 임의의 조합일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 액추에이터 배리어 층(122)은 수소 이온 및/또는 다른 적합한 잘못된 재료에 압전 구조물(118)을 노출시키지 않는 프로세스에 의해 퇴적된다. 예를 들어, 압전 구조물(118)은 PVD, ALD, 또는 일부 다른 적합한 퇴적 프로세스(들)에 의해 퇴적될 수 있다.
도 13의 단면도(1300)에 의해 또한 예시된 바와 같이, 액추에이터 유전체 층(124)이 액추에이터 배리어 층(122)을 덮으며 퇴적된다. 액추에이터 유전체 층(124)은 예를 들어 TEOS(tetraethyl orthosilicate) 산화물 및/또는 일부 다른 적합한 유전체(들)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 액추에이터 유전체 층(124)은 수소 이온 및/또는 다른 잘못된 재료에 액추에이터 배리어 층(122)을 노출시키는 퇴적 프로세스에 의해 퇴적된다. 이러한 실시예에서, 액추에이터 배리어 층(122)은 잘못된 재료(예컨대, 수소 이온)가 압전 구조물(118)에 축적되는 것을 막는다.
도 14a의 단면도(1400A) 및 도 14b의 상부 레이아웃도(1400B)에 의해 예시된 바와 같이, 복수의 패드 및 복수의 비아가 형성된다. 상부 전극 패드(126t) 및 하부 전극 패드(126b)는 액추에이터 구조물(112) 위에 있으며, 각각 액추에이터 구조물(112)의 양측에 있다. 상부 전극 패드(126t)는 상부 전극(120) 위에 있으며, 상부 전극 비아(128t)가 상부 전극 패드(126t)로부터 상부 전극(120)으로 연장된다. 하부 전극 패드(126b)는 하부 전극(116) 위에 있으며, 하부 전극 비아(128b)가 하부 전극 패드(126b)로부터 하부 전극(116)으로 연장된다.
일부 실시예에서, 패드 및 비아를 형성하기 위한 프로세스는 다음을 포함한다: 1) 상부 전극(120) 및 하부 전극(116)을 각각 노출시키는 한 쌍의 비아 개구부를 형성하도록 액추에이터 유전체 층(124) 및 액추에이터 배리어 층(122)을 패터닝함; 2) 비아 개구부에 하부 전극 비아(128b) 및 상부 전극 비아(128t)를 형성하도록 액추에이터 유전체 층(124)을 덮으며 비아 개구부를 채우는 전도성 층을 퇴적함; 및 3) 전도성 층을 하부 전극 패드(126b) 및 상부 전극 패드(126t)로 패터닝하도록 포토리소그래피/에칭 프로세스를 수행함. 대안의 실시예에서, 패드 및 비아를 형성하기 위해 일부 다른 적합한 프로세스가 수행된다.
도 15의 단면도(1500)에 의해 예시된 바와 같이, 액추에이터 유전체 층(124), 액추에이터 배리어 층(122) 및 기판 유전체 층(114)은 액추에이터 구조물(112)에 의해 둘러싸인 중앙 영역(1202)에서 MEMS 기판(106)을 노출시키도록 패터닝된다. 패터닝은, 예를 들어 포토리소그래피/에칭 프로세스 또는 일부 다른 적합한 패터닝 프로세스에 의해 수행될 수 있다.
도 16a의 단면도(1600A) 및 도 16b의 상부 레이아웃도(1600B)에 의해 예시된 바와 같이, 도 15의 구조물 위에 마스크(1602)가 형성되고, 제 자리의 마스크(1602)를 이용해 MEMS 기판(106)에 제1 에칭이 수행된다. 제1 에칭은 액추에이터 구조물(112)에 의해 둘러싸인 중앙 영역(1202)에 복수의 슬릿(102)을 부분적으로 형성하도록 MEMS 기판(106)의 상부 표면을 노칭한다. 달리 말하자면, 제1 에칭은 MEMS 기판(106)의 상부 표면 안으로 연장된 복수의 노치를 형성하고, 복수의 노치는 각각 그리고 부분적으로 복수의 슬릿(102)을 형성한다. 부분적으로 형성된 슬릿(102)은 각각 개별적으로 등방성 상부 노치 프로파일을 가지며, 마스크(1602)를 언더컷한다. 대안의 실시예에서, 슬릿(102)은 각각 개별적으로 일부 다른 적합한 프로파일을 갖는다. 또한, 도 16b에서 더 잘 보이는 바와 같이, 슬릿(102)은 중앙 영역(1202)의 코너들로부터 중앙 영역(1202)의 중심을 향해 연장된다. 대안의 실시예에서, 슬릿(102)은 크로스 형상의 상부 지오메트리를 갖는 공통 슬릿을 형성하도록 중앙 영역(1202)의 중심에 직접 접촉한다. 도 6은 이들 대안의 실시예의 비한정적인 예를 제공한다.
일부 실시예에서, 마스크(1602)는 포토레지스트이고 포토리소그래피에 의해 형성된다. 대안의 실시예에서, 마스크(1602)는, 하드 마스크 층을 퇴적하고 그 후에 포토리소그래피/에칭 프로세스 또는 일부 다른 적합한 패터닝 프로세스에 의해 하드 마스크 층을 패터닝함으로써 형성된 하드 마스크이다. 또 다른 대안의 실시예에서, 마스크(1602)는 일부 다른 적합한 유형의 마스크이고/이거나 일부 다른 적합한 프로세스에 의해 형성된다. 일부 실시예에서, 제1 에칭은 등방성 에칭 프로세스에 의해 수행된다. 예를 들어, 제1 에칭은 육불화황(예컨대, SF6) 플라즈마 에칭 또는 일부 다른 적합한 유형의 플라즈마 에칭, 습식 에칭, 또는 일부 다른 적합한 유형의 에칭에 의해 수행될 수 있다.
도 17의 단면도(1700)에 의해 예시된 바와 같이, MEMS 기판(106)의 절연체 층(106i)으로 슬릿(102)을 연장하도록 제 자리의 도 16a 및 도 16b의 마스크(1602)를 이용해 MEMS 기판(106)에 제2 에칭이 수행된다. 달리 말하자면, 제2 에칭은 제1 에칭에 의해 형성된 노치와 중첩된 복수의 트렌치를 형성하고, 복수의 노치 및 복수의 트렌치는 집합적으로 복수의 슬릿(102)을 형성한다. 제1 에칭과는 대조적으로, 제2 에칭에 의해 형성된 슬릿(102)의 트렌치 부분은 제1 에칭에 의해 형성된 노치 부분보다 더 작은 폭을 갖는다. 또한, 트렌치 부분은 MEMS 기판(106) 안으로 노치 부분보다 더 큰 깊이로 연장된다. 적어도 일부 실시예에서, 이는 제1 에칭이 등방성이며 제2 에칭이 이방성인 것으로부터의 결과이다.
일부 실시예에서, 제2 에칭은 육불화황(예컨대, SF6), 염소(예컨대, Cl2), 사불화탄소(예컨대, CF4), 플루오로포름(예컨대, CHF3), 디플루오로메탄(예컨대, CH2F2), 브롬화수소(예컨대, HBr), 일부 다른 적합한 유형의 화합물, 또는 전술한 바의 임의의 조합으로부터 형성된 플라즈마를 이용해 MEMS 기판(106)을 에칭하는 플라즈마 에칭에 의해 수행된다. 전술한 실시예의 적어도 일부에서, 제2 에칭에 의해 에칭되는 MEMS 기판(106)의 전면 반도체 층(106f)은 실리콘 및/또는 일부 다른 적합한 반도체 재료이거나 이를 포함한다. 일부 실시예에서, 제1 및 제2 에칭은 둘 다 육불화황 플라즈마 에칭에 의해 수행되지만, 제2 에칭은 더 큰 직류(DC) 바이어스 전압을 사용하며, 그리하여 제2 에칭이 더 수직이다. 대안의 실시예에서, 제2 에칭은 보쉬 에칭 또는 일부 다른 적합한 유형의 에칭에 의해 수행된다.
보쉬 에칭은 예를 들어 다음을 포함하는 보쉬 사이클을 반복적으로 수행함으로써 수행될 수 있다: 1) 슬릿(102)을 라이닝하는 패시베이션 막을 퇴적함; 2) MEMS 기판(106)을 노출시키도록 패시베이션 막의 하부를 에칭함; 및 3) 슬릿(102)에서 노출된 곳의 MEMS 기판(106)을 에칭함. 퇴적은 예를 들어 옥타플루오로시클로부탄(예컨대, C4F8) 플라즈마 퇴적 프로세스 또는 일부 다른 적합한 퇴적 프로세스에 의해 수행될 수 있다. 에칭은 예를 들어 패시베이션 막에의 에칭 및 MEMS 기판(106)에의 에칭 동안 각각 비교적 높고 낮은 DC 바이어스 전압을 갖는 플라즈마 에칭에 의해 수행될 수 있다. 플라즈마 에칭은 예를 들어 상기에 기재된 바와 같을 수 있는데, 그에 의해 플라즈마 에칭은 예를 들어 육불화황(예컨대, SF6), 염소(예컨대, Cl2), 사불화탄소(예컨대, CF4), 플루오로포름(예컨대, CHF3), 디플루오로메탄(예컨대, CH2F2), 브롬화수소(예컨대, HBr), 일부 다른 적합한 유형의 화합물, 또는 전술한 바의 임의의 조합으로부터 형성된 플라즈마를 이용한 에칭일 수 있다. 상기 기재된 바와 같이 슬릿(102)이 보쉬 에칭에 의해 형성되는 일부 실시예에서, 슬릿(102)은 부채꼴 프로파일을 가질 수 있다. 도 3g는 이러한 부채꼴 프로파일의 비한정적인 예를 제공한다.
슬릿(102)을 MEMS 기판(106)의 전면 반도체 층(106f)을 통해 MEMS 기판(106)의 절연체 층(106i)으로 연장시킴으로써, 제2 에칭은 가동 매스(104)를 형성한다. 가동 매스(104)는 예를 들어 도 5 또는 도 6에서와 같은 상부 지오메트리를 가질 수 있거나, 또는 예를 들어 일부 다른 적합한 상부 지오메트리를 가질 수 있다. 이름에 불구하고, 가동 매스(104)는 아직 해제되지 않았고 따라서 아직 움직임이 가능하지 않음을 유의하자.
도 18의 단면도(1800)에 의해 예시된 바와 같이, 도 17의 마스크(1602)가 제거된다. 예를 들어, 마스크(1602)는 에칭 및/또는 일부 다른 적합한 프로세스에 의해 제거될 수 있다. 마스크(1602)가 포토레지스트인 적어도 일부 실시예에서, 마스크(1602)는 플라즈마 애싱 등에 의해 제거될 수 있다.
도 18의 단면도(1800)에 의해 또한 예시된 바와 같이, 패시베이션 층(110)이 MEMS 기판(106) 및 액추에이터 구조물(112)을 덮으며 퇴적된다. 또한, 패시베이션 층(110)은 슬릿(102)을 라이닝하며 퇴적된다. 패시베이션 층(110)은 예를 들어 실리콘 질화물 및/또는 일부 다른 적합한 재료일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
도 19의 단면도(1900)에 의해 예시된 바와 같이, 패시베이션 층(110)은 상부 전극 패드(126t) 및 하부 전극 패드(126b)를 각각 노출시키는 상부 전극 패드 개구부(130t) 및 하부 전극 패드 개구부(130b)를 형성하도록 패터닝된다. 또한, 패시베이션 층(110)은 가동 매스(104) 위로부터 패시베이션 층(110)을 소거(clear)하도록 패터닝된다. 패터닝은, 예를 들어 포토리소그래피/에칭 프로세스에 의해 또는 일부 다른 적합한 프로세스에 의해 수행될 수 있다.
도 20의 단면도(2000)에 의해 예시된 바와 같이, 캐리어 기판(2002)이 접착제 층(2004)을 이용해 MEMS 기판(106)의 전면에 본딩된다. 접착제 층(2004)은 슬릿(102)을 채우고, 적어도 일부 실시예에서 추가적으로 또는 대안으로서 글루 등으로 간주될 수 있다.
도 21의 단면도(2100)에 의해 예시된 바와 같이, 도 20의 구조물은 수직으로 뒤집힌다. 또한, MEMS 기판(106)의 배면 반도체 층(106b)은 박형화되며, 그리하여 배면 반도체 층(106b)은 도 20에서와 비교하여 감소된 두께를 갖는다. 박형화는 예를 들어, 화학 기계적 연마(CMP; chemical mechanical polish) 프로세스 및/또는 일부 다른 적합한 박형화 프로세스에 의해 수행될 수 있다.
도 22의 단면도(2200)에 예시된 바와 같이, MEMS 기판(106)은 캐비티(108)를 형성하도록 패터닝된다. 캐비티(108)는 MEMS 기판(106)의 배면 반도체 층(106b) 및 MEMS 기판(106)의 절연체 층(106i)을 통해 연장된다. 또한, 캐비티(108)는 전면 반도체 층(106f) 안으로 연장된다. 캐비티(108)를 형성하는데 있어서, 패터닝은 가동 매스(104)를 노출시킨다. 패터닝은, 예를 들어 포토리소그래피/에칭 프로세스에 의해 또는 일부 다른 적합한 프로세스에 의해 수행될 수 있다.
일부 실시예에서, 패터닝은 가동 매스(104)에 비해 패시베이션 층(110)을 더 리세싱하며, 그에 의해 슬릿(102)을 부분적으로 소거한다. 패터닝이 에칭을 포함할 경우에, 이러한 부분 소거는 가동 매스(104)에 비해 패시베이션 층(110)에 대한 더 높은 에칭 속도를 갖는 에칭으로부터의 결과일 수 있다.
도 23의 단면도(2300)에 의해 예시된 바와 같이, 도 22의 구조물은 수직으로 뒤집힌다. 또한, 캐리어 기판(2002)은 MEMS 기판(106)의 전면으로부터 본딩 분리되고, 접착제 층(2004)이 슬릿(102)으로부터 제거된다. 접착제 층(2004)은 예를 들어 필링 등에 의해 제거될 수 있다. 캐리어 기판(2002)을 본딩 분리하고 접착제 층(2004)을 제거함으로써, MEMS 디바이스의 가동 매스(104)가 해제되며, 그에 의해 가동 매스(104)는 움직일 수 있다.
도 16a 및 도 16b에 관련하여 기재된 제1 에칭이 상부 노치 슬릿 프로파일을 갖는 슬릿(102)을 형성하기 때문에, 슬릿(102)은 가동 매스(104)의 상부에서 폭이 불룩해진다. 가동 매스(104)의 상부에서 폭의 불룩해짐은 접착제 층(2004)이 슬릿(102)으로부터 제거될 수 있는 용이성을 증가시킨다. 따라서, 접착제 층(2004)을 제거하기 위한 프로세스 윈도우가 확대될 수 있다. 또한, 가동 매스(104)의 상부에서의 폭의 불룩해짐으로 인해, 슬릿(102)에 있는 MEMS 기판(106)의 상부 코너는, 슬릿(102a)이 상부에서 하부까지 수직 프로파일을 갖는 경우보다 슬릿(102)의 폭 방향 중심으로부터 더 멀리 떨어져 있다. 따라서, 패시베이션 층(110)이 슬릿(102)에서의 다른 곳보다 더 빠른 레이트로 상부 코너 상에 퇴적될 경우에, 가동 매스(104)의 상부에서의 폭의 불룩해짐은 패시베이션 층(110)이 슬릿(102a)을 병목 및/또는 핀치오프시키는 것을 막을 수 있다. 이는 접착제 층(2004)을 제거하기 위한 프로세스 윈도우를 더 확대할 수 있다.
확대된 프로세스 윈도우로 인해, MEMS 디바이스에 대한 대량 제조 수율이 증가될 수 있다. 또한, 슬릿(102)은 달리 가능한 것보다 가동 매스(104)의 하부에서 더 좁을 수 있다. MEMS 디바이스가 스피커인 적어도 일부 실시예에서, 슬릿(102)의 감소된 폭은 슬릿(102)을 통한 저주파 사운드의 누출을 낮출 수 있다. 이는 이어서 스피커의 사용 동안 공기 변위를 개선할 수 있고, 따라서 인간 귀에의 저주파 사운드의 가청도를 증가시킬 수 있다.
도 11, 도 12a, 도 12b, 도 13, 도 14a, 도 14b, 도 15, 도 16a, 도 16b, 및 도 17 내지 도 23은 방법에 관련하여 기재되어 있지만, 이들 도면에 도시된 구조물은 방법에 한정되지 않고 오히려 방법을 분리하여 독립적일 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 도 11, 도 12a, 도 12b, 도 13, 도 14a, 도 14b, 도 15, 도 16a, 도 16b, 및 도 17 내지 도 23은 일련의 동작들로서 기재되어 있지만, 다른 실시예에서 동작들의 순서가 변경될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 도 11, 도 12a, 도 12b, 도 13, 도 14a, 도 14b, 도 15, 도 16a, 도 16b, 및 도 17 내지 도 23은 특정 세트의 동작들로서 예시 및 기재되어 있지만, 다른 실시예에서 예시 및/또는 기재되어 있는 일부 동작이 생략될 수 있다. 또한, 예시 및/또는 기재되지 않은 동작들이 다른 실시예에서 포함될 수 있다.
도 24를 참조하면, 도 11, 도 12a, 도 12b, 도 13, 도 14a, 도 14b, 도 15, 도 16a, 도 16b, 및 도 17 내지 도 23의 방법의 일부 실시예의 블록도(2400)가 제공된다.
2402에서, 액추에이터 막이 MEMS 기판 위에 퇴적되며 기판 유전체 층에 의해 MEMS 기판으로부터 분리된다. 예를 들어 도 11을 참조하자.
2404에서, 액추에이터 막은 중앙 영역 주위에 폐쇄 경로로 연장된 액추에이터 구조물을 형성하도록 패터닝된다. 예를 들어 도 12a 및 도 12b를 참조하자.
2406에서, 액추에이터 배리어 층 및 액추에이터 유전체 층이 액추에이터 구조물을 덮으며 퇴적된다. 예를 들어 도 13을 참조하자.
2408에서, 한 쌍의 패드 및 한 쌍의 패드가 형성되며, 패드는 각각 액추에이터 구조물의 상부 전극 및 액추에이터 구조물의 하부 전극 위에 있으며 각각 비아에 의해 이들에 접속된다. 예를 들어 도 14a 및 도 14b를 참조하자.
2410에서, 기판 유전체 층, 액추에이터 배리어 층 및 액추에이터 유전체 층은 액추에이터 구조물에 의해 둘러싸인 중앙 영역에서 MEMS 기판을 노출시키도록 패터닝된다. 예를 들어 도 15를 참조하자.
2412에서, MEMS 기판은 액추에이터 구조물에 의해 둘러싸인 중앙 영역에서 MEMS 기판 안으로 연장되는 슬릿을 형성하도록 패터닝된다. 2412a에서, MEMS 기판의 상부 표면을 노칭하고 슬릿을 부분적으로 형성하도록 MEMS 기판에 제1 에칭이 수행된다. 예를 들어 도 16a 및 도 16b를 참조하자. 2412b에서, 그 다음, MEMS 기판 안으로 더 깊이 슬릿을 연장시키도록 MEMS 기판에 제2 에칭이 수행되며, 제2 에칭에 의해 형성된 슬릿의 연장부는 제1 에칭에 의해 형성된 노치보다 더 작은 폭을 가지며, 그에 의해 슬릿은 슬릿의 상부에서 폭이 불룩해진다. 예를 들어 도 17을 참조하자. 일부 실시예에서, 제1 에칭은 등방성이고 제2 에칭은 이방성이다.
2414에서, 패시베이션 층이 액추에이터 구조물을 덮고 슬릿을 라이닝하며 형성되고, 패시베이션 층은 패드를 각각 노출시키는 패드 개구부를 갖는다. 예를 들어 도 18 및 도 19를 참조하자.
2416에서, 슬릿을 채우는 접착제 층을 이용해 캐리어 기판이 MEMS 기판에 본딩된다. 예를 들어 도 20을 참조하자.
2418에서, MEMS 기판은 박형화된다. 예를 들어 도 21을 참조하자.
2420에서, MEMS 기판은 슬릿에서 가동 매스를 노출시키는 캐비티를 형성하도록 패터닝된다. 예를 들어 도 22를 참조하자.
2422에서, 캐리어 기판 및 접착제 층은 MEMS 기판으로부터 제거되며, 제거 완료시 슬릿에서 접착제 층이 소거되고, 슬릿의 상부에서의 폭의 불룩해짐은 접착제 층을 제거하기 위한 프로세스 윈도우를 확대한다. 예를 들어 도 23을 참조하자.
도 24의 블록도(2400)는 일련의 동작들 또는 이벤트들로서 여기에 예시 및 기재되어 있지만, 이러한 동작들 또는 이벤트들의 예시된 순서는 한정하는 의미로 해석되어서는 안됨을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 일부 동작들은 여기에 예시 및/또는 기재된 바와 상이한 순서로 그리고/또는 이와 다른 동작 또는 이벤트와 동시에 일어날 수 있다. 또한, 예시된 동작 전부가 여기에 기재된 하나 이상의 양상 또는 실시예를 구현하는 데에 요구되는 것이 아닐 수 있고, 여기에 도시된 동작 중의 하나 이상이 하나 이상의 별개의 동작 및/또는 단계에서 수행될 수 있다.
도 25 내지 도 31을 참조하면, MEMS 디바이스의 가동 매스에서의 슬릿이 상부 노치 슬릿 프로파일을 갖는 MEMS 패키지를 형성하기 위한 방법의 일부 실시예의 일련의 단면도들이 제공된다. 방법은 예를 들어 도 9의 MEMS 패키지 또는 일부 다른 적합한 MEMS 패키지를 형성하도록 채용될 수 있다. 또한, 방법의 MEMS 디바이스는 예를 들어 액추에이터 또는 일부 다른 적합한 MEMS 디바이스일 수 있다.
도 25의 단면도(2500)에 의해 예시된 바와 같이, MEMS 기판(106) 위에 마스크(1602)가 형성된다. MEMS 기판(106)은 예를 들어 실리콘 또는 일부 다른 적합한 유형의 반도체 재료의 벌크 기판, SOI 기판, 또는 일부 다른 적합한 유형의 반도체 기판일 수 있다.
도 25의 단면도(2500)에 의해 또한 예시된 바와 같이, 제 자리의 마스크(1602)를 이용해 MEMS 기판(106)에 제1 에칭이 수행된다. 제1 에칭은 MEMS 기판(106)의 중앙 영역(1202)에서 복수의 슬릿(102)을 부분적으로 형성하도록 MEMS 기판(106)의 상부 표면을 노칭한다. 부분적으로 형성된 슬릿(102)은 각각 개별적으로 등방성 상부 노치 프로파일을 가지며, 마스크(1602)를 언더컷한다. 대안의 실시예에서, 슬릿(102)은 각각 개별적으로 일부 다른 적합한 프로파일을 갖는다. 마스크(1602)는 예를 들어 도 16a 및 도 16b에 관련하여 기재된 바와 같을 수 있고/거나 예를 들어 도 16a 및 도 16b에 관련하여 기재된 바와 같이 형성될 수 있다. 또한, 제1 에칭은 예를 들어 도 16a 및 도 16b에 관련하여 기재된 바와 같이 수행될 수 있다. 예를 들어, 제1 에칭은 등방성 프로세스에 의해 그리고/또는 육불화황(예컨대, SF6) 플라즈마 에칭에 의해 수행될 수 있다.
도 26의 단면도(2600)에 의해 예시된 바와 같이, MEMS 기판(106)을 통해 슬릿(102)을 연장시키도록 제 자리의 도 25의 마스크(1602)를 이용해 MEMS 기판(106)에 제2 에칭이 수행된다. 제1 에칭과는 대조적으로, 제2 에칭에 의해 형성된 슬릿(102)의 부분은 제1 에칭에 의해 형성된 슬릿(102)의 부분보다 더 작은 폭을 가지며, 그에 의해 슬릿(102)은 MEMS 기판(106)의 상부에서 폭이 불룩해진다. 적어도 일부 실시예에서, 이는 제1 에칭이 등방성이며 제2 에칭이 이방성인 것으로부터의 결과이다. 제1 에칭은 예를 들어 도 17에 관련하여 기재된 바와 같이 수행될 수 있다. 예를 들어, 제2 에칭은 이방성 프로세스에 의해 그리고/또는 보쉬 에칭에 의해 수행될 수 있다.
MEMS 기판(106)을 통해 슬릿(102)을 연장시킴으로써, 제2 에칭은 형성되고 있는 MEMS 디바이스(902)의 가동 매스(104)를 형성한다. 가동 매스(104)는 슬릿(102)에 의해 서로 분리된 복수의 세그먼트(104s)를 포함한다. 일부 실시예에서, 가동 매스(104)의 세그먼트(104s)는 각각 개별적으로 손가락 형상의 상부 지오메트리를 갖는다. 다른 실시예에서, 가동 매스(104)의 세그먼트(104s)는 각각 개별적으로 일부 다른 적합한 상부 지오메트리를 갖는다.
도 27의 단면도(2700)에 의해 예시된 바와 같이, 캐리어 기판(2002)이 접착제 층(2004)을 이용해 MEMS 기판(106)의 상면에 본딩된다. 접착제 층(2004)은 슬릿(102)을 채우고, 적어도 일부 실시예에서 추가적으로 또는 대안으로서 글루 등으로 간주될 수 있다.
도 28의 단면도(2800)에 의해 예시된 바와 같이, 도 27의 구조물은 수직으로 뒤집힌다. 또한, MEMS 기판(106)은 박형화되며, 그리하여 MEMS 기판(106)은 도 27에서와 비교하여 감소된 두께를 갖는다. 박형화는 예를 들어, CMP 프로세스 및/또는 일부 다른 적합한 박형화 프로세스에 의해 수행될 수 있다.
도 29의 단면도(2900)에 의해 예시된 바와 같이, IC 칩(906)이 형성된다. IC 칩(906)은 반도체 기판(912), 복수의 반도체 디바이스(914), 및 상호접속 구조물(916)을 포함한다. 반도체 디바이스(914)는 반도체 기판(912) 위에 있으며, 반도체 기판(912)에 적어도 부분적으로 형성된다. 상호접속 구조물(916)은 반도체 디바이스(914) 위에 있으며 이에 전기적으로 커플링된다. 또한, 상호접속 구조물(916)은, 반도체 디바이스(914)를 상호접속시키고/거나 반도체 디바이스(914)로부터 연장된 복수의 전도성 경로를 형성하기 위해 상호접속 유전체 층(920)에 적층된 복수의 전도성 특징부(918)를 포함한다.
또한, 도 29의 단면도(2900)에 의해 예시된 바와 같이, 도 28의 구조물은 수직으로 뒤집히고, 콘택(910)을 통해 IC 칩(906)에 본딩되며 전기적으로 커플링된다. 콘택(910)은 MEMS 디바이스(902)를 IC 칩(906)으로부터 이격시키며, 그에 의해 MEMS 디바이스(902)와 IC 칩(906) 사이에 하부 캐비티(108l)를 형성한다.
도 30의 단면도(3000)에 의해 예시된 바와 같이, 캐리어 기판(2002)이 MEMS 기판(106)으로부터 본딩 분리되고, 접착제 층(2004)이 슬릿(102)으로부터 제거된다. 접착제 층(2004)은 예를 들어 필링 등에 의해 제거될 수 있다. 캐리어 기판(2002)을 본딩 분리하고 접착제 층(2004)을 제거함으로써, MEMS 디바이스의 가동 매스(104)가 해제되며, 그에 의해 가동 매스(104)는 움직일 수 있다.
도 25에 관련하여 기재된 제1 에칭이 상부 노치 슬릿 프로파일을 갖는 슬릿(102)을 형성하기 때문에, 슬릿(102)은 가동 매스(104)의 상부에서 폭이 불룩해진다. 가동 매스(104)의 상부에서 폭의 불룩해짐은 접착제 층(2004)이 슬릿(102)으로부터 제거될 수 있는 용이성을 증가시킨다. 따라서, 접착제 층(2004)을 제거하기 위한 프로세스 윈도우가 확대될 수 있고, 따라서 MEMS 디바이스에 대한 대량 제조 수율이 증가될 수 있다. 또한, 슬릿(102)의 증가된 폭으로 인해, MEMS 디바이스(902)는 제조 동안 더 탄력적이다. 증가된 폭은 가동 매스(104)의 세그먼트(104s) 사이의 충돌시 가동 매스(104)에의 손상 가능성을 감소시킨다. 또한, 증가된 폭은 가동 매스(104)의 상부 표면적을 감소시키며, 이후에 형성되는 캡핑 기판과 가동 매스(104) 사이의 마찰 가능성을 감소시킨다.
도 31의 단면도(3100)에 의해 예시된 바와 같이, 하부 리세스를 갖는 캡 기판(904)이 MEMS 기판(106) 위에 배열되며 접착제 층(908)을 통해 MEMS 기판(106)에 본딩되고, 그에 의해 가동 매스(104) 위의 상부 캐비티(108u)를 형성한다. 슬릿(102)의 상부에서의 폭의 불룩해짐은 가동 매스(104)의 상부 표면적을 감소시키며, 그에 의해 가동 매스(104)와 캡 기판(904) 사이의 마찰 가능성을 감소시킨다.
도 25 내지 도 31은 방법에 관련하여 기재되어 있지만, 이들 도면에 도시된 구조물은 방법에 한정되지 않고 오히려 방법을 분리하여 독립적일 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 도 25 내지 도 31은 일련의 동작들로서 기재되어 있지만, 다른 실시예에서 동작들의 순서는 변경될 수 있다는 것을 알 것이다. 도 25 내지 도 31은 특정 동작들 세트로서 예시 및 기재하고 있지만, 다른 실시예에서 예시 및/또는 기재되어 있는 일부 동작들이 생략될 수 있다. 또한, 예시 및/또는 기재되지 않은 동작들이 다른 실시예에서 포함될 수 있다.
도 32를 참조하면, 도 25 내지 도 31의 방법의 일부 실시예의 블록도(3200)가 제공된다.
3202에서, MEMS 기판은 MEMS 디바이스의 가동 매스에서 MEMS 기판을 통해 연장된 슬릿을 형성하도록 패터닝된다. 보다 구체적으로, 3202a에서, MEMS 기판의 상부 표면을 노칭하도록 그리고 슬릿을 부분적으로 형성하도록 MEMS 기판에 제1 에칭이 수행된다. 예를 들어 도 25를 참조하자. 또한, 3202b에서, 슬릿을 MEMS 기판을 통해 연장시키도록 MEMS 기판에 제2 에칭이 수행되며, 제2 에칭에 의해 형성된 슬릿의 연장부는 제1 에칭에 의해 형성된 노치보다 더 작은 폭을 가지며, 그에 의해 슬릿은 슬릿의 상부에서 폭이 불룩해진다. 예를 들어 도 26을 참조하자.
3204에서, 슬릿을 채우는 접착제 층을 이용해 캐리어 기판이 MEMS 기판에 본딩된다. 예를 들어 도 27을 참조하자.
3204에서, MEMS 기판은 박형화된다. 예를 들어 도 28을 참조하자.
3206에서, IC 칩이 MEMS 기판에, 캐리어 기판과는 반대편인 MEMS 기판의 면 상에 본딩되며, IC 칩은 전도성 콘택을 통해 MEMS 기판에 본딩된다. 예를 들어 도 29를 참조하자.
3208에서, 캐리어 기판 및 접착제 층이 MEMS 기판으로부터 제거되며, 제거 완료시 슬릿에서 접착제 층이 소거되고, 슬릿의 상부에서의 폭의 불룩해짐은 접착제 층을 제거하기 위한 프로세스 윈도우를 확대한다. 예를 들어 도 30을 참조하자.
3210에서, 캡 기판이 MEMS 기판에, IC 칩과는 반대편인 MEMS 기판의 면 상에 본딩된다. 예를 들어 도 31을 참조하자.
도 32의 블록도(3200)는 일련의 동작들 또는 이벤트들로서 여기에 예시 및 기재되어 있지만, 이러한 동작들 또는 이벤트들의 예시된 순서는 한정하는 의미로 해석되어서는 안됨을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 일부 동작들은 여기에 예시 및/또는 기재된 바와 상이한 순서로 그리고/또는 이와 다른 동작 또는 이벤트와 동시에 일어날 수 있다. 또한, 예시된 동작 전부가 여기에 기재된 하나 이상의 양상 또는 실시예를 구현하는 데에 요구되는 것이 아닐 수 있고, 여기에 도시된 동작 중의 하나 이상이 하나 이상의 별개의 동작 및/또는 단계에서 수행될 수 있다.
일부 실시예에서, 본 개시는 구조물에 있어서, 기판; 및 상기 기판 상의 MEMS 디바이스 - 상기 MEMS 디바이스는 상기 기판에 형성된 기계적 매스(mechanical mass)를 포함함 - 를 포함하고, 상기 기판은 상기 기계적 매스에서 슬릿을 가지며, 상기 슬릿은 상기 기판을 통해 상기 기계적 매스의 상부 표면으로부터 상기 기계적 매스의 하부 표면으로 연장되고, 상기 기판은 상기 슬릿 내에 에지 대 에지로 배열된 제1 측벽 및 제2 측벽을 가지며, 상기 제1 측벽은 상기 기계적 매스의 하부 표면으로부터 상기 제2 측벽의 에지까지 실질적으로 수직이고, 상기 제2 측벽은 상기 제2 측벽의 에지로부터 상기 기계적 매스의 상부 표면까지 외측으로 호를 이루는(arc) 것인, 구조물을 제공한다. 일부 실시예에서, 상기 에지는 상기 기계적 매스의 하부 표면보다 상기 기계적 매스의 상부 표면에 더 가깝다. 일부 실시예에서, 상기 기판은 상기 기판을 통해 상기 기계적 매스의 상부 표면으로부터 상기 기계적 매스의 하부 표면으로 연장된 제2 슬릿을 갖고, 상기 기판의 일부가 상기 슬릿과 상기 제2 슬릿 사이에 있고 상기 슬릿 및 상기 제2 슬릿에서 노출되며, 상기 기판의 일부는 상기 기판의 상부 코너 부분에서 상향 돌출부를 갖는다. 일부 실시예에서, 상기 슬릿은 상기 슬릿의 폭 방향 중심에 있는 수직 축에 대해 대칭 프로파일을 갖는다. 일부 실시예에서, 상기 MEMS 디바이스는, 상기 기계적 매스 주위의 폐쇄 경로로 연장되며 상기 기계적 매스를 진동시키도록 구성된 압전 구조물을 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 슬릿은 상기 기계적 매스의 코너로부터 상기 기계적 매스의 중심을 향해 측방향으로 연장된다. 일부 실시예에서, 상기 구조물은, 상기 기판 위의 캡 기판; 상기 기판 아래의 반도체 기판; 및 상기 반도체 기판과 상기 기판 사이의 상호접속 구조물을 더 포함하고, 상기 기계적 매스는 상기 캡 기판과 상기 상호접속 구조물 사이의 캐비티에서 움직이도록 구성된다.
일부 실시예에서, 본 개시는 구조물에 있어서, 기판; 및 상기 기판 상의 MEMS 디바이스 - 상기 MEMS 디바이스는 상기 기판에 형성된 기계적 매스를 포함함 - 를 포함하고, 상기 기판은 상기 기계적 매스에서 슬릿을 가지며, 상기 슬릿은 상기 기판을 통해 상기 기계적 매스의 상부 표면으로부터 상기 기계적 매스의 하부 표면까지 배치되고, 상기 슬릿의 폭은 상기 기계적 매스의 하부 표면으로부터 상기 기계적 매스의 상부 표면과 하부 표면 사이에 이들로부터 오프셋된 융기부까지 실질적으로 균일하고, 상기 슬릿의 폭은 상기 융기부로부터 상기 기계적 매스의 상부 표면까지 불룩해진다. 일부 실시예에서, 상기 슬릿의 폭은 상기 기계적 매스의 하부 표면으로부터 상기 융기부까지 제1 레이트로 증가하고, 상기 슬릿의 폭은 상기 융기부로부터 상기 기계적 매스의 상부 표면까지 상기 제1 레이트보다 더 큰 제2 레이트로 증가한다. 일부 실시예에서, 상기 슬릿 내의 상기 기판의 상부 코너 부분은 만입된다. 일부 실시예에서, 상기 슬릿은 크로스 형상을 형성하도록 상기 기계적 매스의 개별 코너들로부터 상기 기계적 매스의 중심으로 측방향으로 연장된다. 일부 실시예에서, 상기 MEMS 디바이스는 하부 전극, 상기 하부 전극 위의 압전 구조물, 및 상기 압전 구조물 위의 상부 전극을 포함하고, 상기 하부 및 상부 전극과 상기 압전 구조물은 상기 기계적 매스의 주변을 따라 상기 기계적 매스 주위의 개별 폐쇄 경로로 연장된다. 일부 실시예에서, 상기 구조물은 상기 MEMS 디바이스를 덮으며 상기 슬릿을 라이닝하는 패시베이션 층을 더 포함하고, 상기 패시베이션 층의 하부 표면은 상기 슬릿에 있으며 상기 기계적 매스의 하부 표면에 비해 융기된다.
일부 실시예에서, 본 개시는 방법에 있어서, 제1 깊이로 기판 안으로 연장된 노치를 형성하도록 상기 기판의 제1 면에 제1 에칭을 수행하는 단계; 상기 제1 깊이보다 더 큰 제2 깊이로 상기 기판 안으로 연장된 트렌치를 형성하도록 상기 기판의 제1 면에 제2 에칭을 수행하는 단계 - 상기 트렌치는 상기 노치와 중첩되며 상기 노치보다 더 작은 폭을 가짐 - ; 상기 노치 및 상기 트렌치를 채우며 상기 기판의 제1 면을 덮는 접착제를 이용해 상기 기판의 제1 면에 캐리어 기판을 본딩하는 단계; 상기 제1 면과는 반대인 상기 기판의 제2 면으로부터 상기 기판을 박형화하는 단계; 및 상기 박형화하는 단계 후에 상기 캐리어 기판 및 상기 접착제를 제거하는 단계를 포함하는, 방법을 제공한다. 일부 실시예에서, 상기 제1 에칭은 등방성 에칭에 의해 수행되고, 상기 제2 에칭은 이방성 에칭에 의해 수행된다. 일부 실시예에서, 상기 방법은 상기 기판의 제1 면 상에 상기 기판 위의 마스크를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 에칭은 상기 마스크에서의 개구부 아래에 상기 노치 및 상기 트렌치를 형성하도록 제 자리의 상기 마스크를 이용해 수행된다. 일부 실시예에서, 상기 기판은 제1 반도체 층, 상기 제1 반도체 층 위의 절연체 층, 및 상기 절연체 층 위의 제2 반도체 층을 포함하고, 상기 제1 및 제2 에칭은 상기 제2 반도체 층에 수행되며, 상기 제1 에칭은 상기 절연체 층에 도달하기 전에 정지하고, 상기 제2 에칭은 상기 절연체 층에서 정지한다. 일부 실시예에서, 상기 방법은 상기 기판의 제1 면 상에, 상기 기판 위에 압전 층을 퇴적하는 단계; 및 링 형상의 레이아웃을 갖는 압전 구조물을 형성하도록 상기 압전 층을 패터닝하는 단계를 더 포함하고, 상기 노치 및 상기 트렌치는 상기 압전 구조물에 의해 둘러싸이는 중앙 영역에 형성된다. 일부 실시예에서, 상기 방법은 상기 박형화하는 단계와 상기 제거하는 단계 사이에 상기 트렌치를 노출시키는 캐비티를 형성하도록 상기 기판의 제2 면으로부터 상기 기판에 제3 에칭을 수행하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 방법은 반도체 기판 위의 상호접속 구조물을 형성하는 단계; 상기 기판의 제2 면이 상기 상호접속 구조물과 상기 기판의 제1 면 사이에 있도록, 상기 상호접속 구조물에 상기 기판의 제2 면을 본딩하는 단계 - 상기 본딩하는 단계는 상기 박형화하는 단계와 상기 제거하는 단계 사이에 수행됨 - ; 및 상기 제거하는 단계 후에 상기 기판의 제1 면에 캡 기판을 본딩하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 에칭은 상기 상호접속 구조물과 상기 캡 기판 사이의 캐비티에서 움직이도록 구성된 기계적 매스를 형성한다.
전술한 바는 당해 기술 분야에서의 숙련자들이 본 개시의 양상을 보다 잘 이해할 수 있도록 여러 실시예들의 특징을 나타낸 것이다. 당해 기술 분야에서의 숙련자라면, 여기에서 소개된 실시예와 동일한 목적을 수행하고/하거나 동일한 이점을 달성하기 위해 다른 프로세스 및 구조를 설계 또는 수정하기 위한 기반으로서 본 개시를 용이하게 사용할 수 있다는 것을 알아야 한다. 당해 기술 분야에서의 숙련자는 또한, 이러한 등가의 구성이 본 개시의 진정한 의미 및 범위로부터 벗어나지 않으며, 본 개시의 진정한 의미 및 범위에서 벗어나지 않고서 다양한 변경, 치환 및 대안을 행할 수 있다는 것을 알아야 한다.
실시예
실시예 1. 구조물에 있어서,
기판; 및
상기 기판 상의 MEMS(microelectromechanical systems) 디바이스 - 상기 MEMS 디바이스는 상기 기판에 형성된 기계적 매스(mechanical mass)를 포함함 -
를 포함하고,
상기 기판은 상기 기계적 매스에서 슬릿을 가지며, 상기 슬릿은 상기 기판을 통해 상기 기계적 매스의 상부 표면으로부터 상기 기계적 매스의 하부 표면으로 연장되고, 상기 기판은 상기 슬릿 내에 에지 대 에지로 배열된 제1 측벽 및 제2 측벽을 가지며, 상기 제1 측벽은 상기 기계적 매스의 하부 표면으로부터 상기 제2 측벽의 에지까지 실질적으로 수직이고, 상기 제2 측벽은 상기 제2 측벽의 에지로부터 상기 기계적 매스의 상부 표면까지 외측으로 호를 이루는(arc) 것인, 구조물.
실시예 2. 실시예 1에 있어서,
상기 에지는 상기 기계적 매스의 하부 표면보다 상기 기계적 매스의 상부 표면에 더 가까운 것인, 구조물.
실시예 3. 실시예 1에 있어서,
상기 기판은 상기 기판을 통해 상기 기계적 매스의 상부 표면으로부터 상기 기계적 매스의 하부 표면으로 연장된 제2 슬릿을 갖고, 상기 기판의 일부가 상기 슬릿과 상기 제2 슬릿 사이에 있고 상기 슬릿 및 상기 제2 슬릿에서 노출되며, 상기 기판의 일부는 상기 기판의 상부 코너 부분에서 상향 돌출부를 갖는 것인, 구조물.
실시예 4. 실시예 1에 있어서,
상기 슬릿은 상기 슬릿의 폭 방향 중심에 있는 수직 축에 대해 대칭 프로파일을 갖는 것인, 구조물.
실시예 5. 실시예 1에 있어서,
상기 MEMS 디바이스는, 상기 기계적 매스 주위의 폐쇄 경로로 연장되며 상기 기계적 매스를 진동시키도록 구성된 압전 구조물을 포함하는 것인, 구조물.
실시예 6. 실시예 1에 있어서,
상기 슬릿은 상기 기계적 매스의 코너로부터 상기 기계적 매스의 중심을 향해 측방향으로 연장되는 것인, 구조물.
실시예 7. 실시예 1에 있어서,
상기 기판 위의 캡 기판;
상기 기판 아래의 반도체 기판; 및
상기 반도체 기판과 상기 기판 사이의 상호접속 구조물
을 더 포함하고,
상기 기계적 매스는 상기 캡 기판과 상기 상호접속 구조물 사이의 캐비티에서 움직이도록 구성되는 것인, 구조물.
실시예 8. 구조물에 있어서,
기판; 및
상기 기판 상의 MEMS 디바이스 - 상기 MEMS 디바이스는 상기 기판에 형성된 기계적 매스를 포함함 -
를 포함하고,
상기 기판은 상기 기계적 매스에서 슬릿을 가지며, 상기 슬릿은 상기 기판을 통해 상기 기계적 매스의 상부 표면으로부터 상기 기계적 매스의 하부 표면까지 배치되고, 상기 슬릿의 폭은 상기 기계적 매스의 하부 표면으로부터 상기 기계적 매스의 상부 표면과 하부 표면 사이에 이들로부터 오프셋된 융기부(elevation)까지 실질적으로 균일하고, 상기 슬릿의 폭은 상기 융기부로부터 상기 기계적 매스의 상부 표면까지 불룩해지는(bulge) 것인, 구조물.
실시예 9. 실시예 8에 있어서,
상기 슬릿의 폭은 상기 기계적 매스의 하부 표면으로부터 상기 융기부까지 제1 레이트로 증가하고, 상기 슬릿의 폭은 상기 융기부로부터 상기 기계적 매스의 상부 표면까지 상기 제1 레이트보다 더 큰 제2 레이트로 증가하는 것인, 구조물.
실시예 10. 실시예 8에 있어서,
상기 슬릿 내의 상기 기판의 상부 코너 부분은 만입되는(indented) 것인, 구조물.
실시예 11. 실시예 8에 있어서,
상기 슬릿은 크로스 형상을 형성하도록 상기 기계적 매스의 개별 코너들로부터 상기 기계적 매스의 중심으로 측방향으로 연장되는 것인, 구조물.
실시예 12. 실시예 8에 있어서,
상기 MEMS 디바이스는 하부 전극, 상기 하부 전극 위의 압전 구조물, 및 상기 압전 구조물 위의 상부 전극을 포함하고, 상기 하부 및 상부 전극과 상기 압전 구조물은 상기 기계적 매스의 주변을 따라 상기 기계적 매스 주위의 개별 폐쇄 경로로 연장되는 것인, 구조물.
실시예 13. 실시예 8에 있어서,
상기 MEMS 디바이스를 덮으며 상기 슬릿을 라이닝하는 패시베이션 층을 더 포함하고, 상기 패시베이션 층의 하부 표면은 상기 슬릿에 있으며 상기 기계적 매스의 하부 표면에 비해 융기된 것인, 구조물.
실시예 14. 방법에 있어서,
제1 깊이로 기판 안으로 연장된 노치를 형성하도록 상기 기판의 제1 면에 제1 에칭을 수행하는 단계;
상기 제1 깊이보다 더 큰 제2 깊이로 상기 기판 안으로 연장된 트렌치를 형성하도록 상기 기판의 제1 면에 제2 에칭을 수행하는 단계 - 상기 트렌치는 상기 노치와 중첩되며 상기 노치보다 더 작은 폭을 가짐 - ;
상기 노치 및 상기 트렌치를 채우며 상기 기판의 제1 면을 덮는 접착제를 이용해 상기 기판의 제1 면에 캐리어 기판을 본딩하는 단계;
상기 제1 면과는 반대인 상기 기판의 제2 면으로부터 상기 기판을 박형화하는 단계; 및
상기 박형화하는 단계 후에 상기 캐리어 기판 및 상기 접착제를 제거하는 단계
를 포함하는, 방법.
실시예 15. 실시예 14에 있어서,
상기 제1 에칭은 등방성 에칭에 의해 수행되고, 상기 제2 에칭은 이방성 에칭에 의해 수행되는 것인, 방법.
실시예 16. 실시예 14에 있어서,
상기 기판의 제1 면 상에 상기 기판 위의 마스크를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 에칭은 상기 마스크에서의 개구부 아래에 상기 노치 및 상기 트렌치를 형성하도록 제 자리의 상기 마스크를 이용해 수행되는 것인, 방법.
실시예 17. 실시예 14에 있어서,
상기 기판은 제1 반도체 층, 상기 제1 반도체 층 위의 절연체 층, 및 상기 절연체 층 위의 제2 반도체 층을 포함하고, 상기 제1 및 제2 에칭은 상기 제2 반도체 층에 수행되며, 상기 제1 에칭은 상기 절연체 층에 도달하기 전에 정지하고, 상기 제2 에칭은 상기 절연체 층에서 정지하는 것인, 방법.
실시예 18. 실시예 14에 있어서,
상기 기판의 제1 면 상에, 상기 기판 위에 압전 층을 퇴적하는 단계; 및
링 형상의 레이아웃을 갖는 압전 구조물을 형성하도록 상기 압전 층을 패터닝하는 단계
를 더 포함하고,
상기 노치 및 상기 트렌치는 상기 압전 구조물에 의해 둘러싸이는 중앙 영역에 형성되는 것인, 방법.
실시예 19. 실시예 18에 있어서,
상기 박형화하는 단계와 상기 제거하는 단계 사이에 상기 트렌치를 노출시키는 캐비티를 형성하도록 상기 기판의 제2 면으로부터 상기 기판에 제3 에칭을 수행하는 단계를 더 포함하는, 방법.
실시예 20. 실시예 14에 있어서,
반도체 기판 위의 상호접속 구조물을 형성하는 단계;
상기 기판의 제2 면이 상기 상호접속 구조물과 상기 기판의 제1 면 사이에 있도록, 상기 상호접속 구조물에 상기 기판의 제2 면을 본딩하는 단계 - 상기 본딩하는 단계는 상기 박형화하는 단계와 상기 제거하는 단계 사이에 수행됨 - ; 및
상기 제거하는 단계 후에 상기 기판의 제1 면에 캡 기판을 본딩하는 단계
를 더 포함하고,
상기 제1 및 제2 에칭은 상기 상호접속 구조물과 상기 캡 기판 사이의 캐비티에서 움직이도록 구성된 기계적 매스를 형성하는 것인, 방법.

Claims (10)

  1. 구조물에 있어서,
    기판; 및
    상기 기판 상의 MEMS(microelectromechanical systems) 디바이스 - 상기 MEMS 디바이스는 상기 기판에 형성된 기계적 매스(mechanical mass)를 포함함 -
    를 포함하고,
    상기 기판은 상기 기계적 매스에서 슬릿을 가지며, 상기 슬릿은 상기 기판을 통해 상기 기계적 매스의 상부 표면으로부터 상기 기계적 매스의 하부 표면으로 연장되고, 상기 기판은 상기 슬릿 내에 에지 대 에지로 배열된 제1 측벽 및 제2 측벽을 가지며, 상기 제1 측벽은 상기 기계적 매스의 하부 표면으로부터 상기 제2 측벽의 에지까지 수직이고, 상기 제2 측벽은 상기 제2 측벽의 에지로부터 상기 기계적 매스의 상부 표면까지 외측으로 호를 이루는(arc) 것인, 구조물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 에지는 상기 기계적 매스의 하부 표면보다 상기 기계적 매스의 상부 표면에 더 가까운 것인, 구조물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판은 상기 기판을 통해 상기 기계적 매스의 상부 표면으로부터 상기 기계적 매스의 하부 표면으로 연장된 제2 슬릿을 갖고, 상기 기판의 일부가 상기 슬릿과 상기 제2 슬릿 사이에 있고 상기 슬릿 및 상기 제2 슬릿에서 노출되며, 상기 기판의 일부는 상기 기판의 상부 코너 부분에서 상향 돌출부를 갖는 것인, 구조물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 슬릿의 폭 방향 중심에 있는 수직 축에 대해 대칭 프로파일을 갖는 것인, 구조물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 MEMS 디바이스는, 상기 기계적 매스 주위의 폐쇄 경로로 연장되며 상기 기계적 매스를 진동시키도록 구성된 압전 구조물을 포함하는 것인, 구조물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 기계적 매스의 코너로부터 상기 기계적 매스의 중심을 향해 측방향으로 연장되는 것인, 구조물.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판 위의 캡 기판;
    상기 기판 아래의 반도체 기판; 및
    상기 반도체 기판과 상기 기판 사이의 상호접속 구조물
    을 더 포함하고,
    상기 기계적 매스는 상기 캡 기판과 상기 상호접속 구조물 사이의 캐비티에서 움직이도록 구성되는 것인, 구조물.
  8. 구조물에 있어서,
    기판; 및
    상기 기판 상의 MEMS 디바이스 - 상기 MEMS 디바이스는 상기 기판에 형성된 기계적 매스를 포함함 -
    를 포함하고,
    상기 기판은 상기 기계적 매스에서 슬릿을 가지며, 상기 슬릿은 상기 기판을 통해 상기 기계적 매스의 상부 표면으로부터 상기 기계적 매스의 하부 표면까지 배치되고, 상기 슬릿의 폭은 상기 기계적 매스의 하부 표면으로부터 상기 기계적 매스의 상부 표면과 하부 표면 사이에 이들로부터 오프셋된 융기부(elevation)까지 균일하고, 상기 슬릿의 폭은 상기 융기부로부터 상기 기계적 매스의 상부 표면까지 불룩해지는(bulge) 것인, 구조물.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 슬릿의 폭은 상기 기계적 매스의 하부 표면으로부터 상기 융기부까지 제1 레이트로 증가하고, 상기 슬릿의 폭은 상기 융기부로부터 상기 기계적 매스의 상부 표면까지 상기 제1 레이트보다 더 큰 제2 레이트로 증가하는 것인, 구조물.
  10. 방법에 있어서,
    제1 깊이로 기판 안으로 연장된 노치를 형성하도록 상기 기판의 제1 면에 제1 에칭을 수행하는 단계;
    상기 제1 깊이보다 더 큰 제2 깊이로 상기 기판 안으로 연장된 트렌치를 형성하도록 상기 기판의 제1 면에 제2 에칭을 수행하는 단계 - 상기 트렌치는 상기 노치와 중첩되며 상기 노치보다 더 작은 폭을 가짐 - ;
    상기 노치 및 상기 트렌치를 채우며 상기 기판의 제1 면을 덮는 접착제를 이용해 상기 기판의 제1 면에 캐리어 기판을 본딩하는 단계;
    상기 제1 면과는 반대편인 상기 기판의 제2 면으로부터 상기 기판을 박형화하는 단계; 및
    상기 박형화하는 단계 후에 상기 캐리어 기판 및 상기 접착제를 제거하는 단계
    를 포함하는, 방법.
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