KR20240010431A - 견고한 mems 디바이스 및 mems 디바이스를 제조하기 위한 방법 - Google Patents
견고한 mems 디바이스 및 mems 디바이스를 제조하기 위한 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20240010431A KR20240010431A KR1020230091742A KR20230091742A KR20240010431A KR 20240010431 A KR20240010431 A KR 20240010431A KR 1020230091742 A KR1020230091742 A KR 1020230091742A KR 20230091742 A KR20230091742 A KR 20230091742A KR 20240010431 A KR20240010431 A KR 20240010431A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- membrane structure
- mems device
- membrane
- reinforcement
- area
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 55
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 15
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 227
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 92
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 35
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 12
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 11
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 9
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 28
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 6
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical group CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
- B81B7/02—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R31/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor
- H04R31/006—Interconnection of transducer parts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
- B81B3/0064—Constitution or structural means for improving or controlling the physical properties of a device
- B81B3/0067—Mechanical properties
- B81B3/007—For controlling stiffness, e.g. ribs
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R19/00—Electrostatic transducers
- H04R19/04—Microphones
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
- B81B3/0002—Arrangements for avoiding sticking of the flexible or moving parts
- B81B3/001—Structures having a reduced contact area, e.g. with bumps or with a textured surface
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
- B81B3/0064—Constitution or structural means for improving or controlling the physical properties of a device
- B81B3/0067—Mechanical properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00642—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for improving the physical properties of a device
- B81C1/0065—Mechanical properties
- B81C1/00658—Treatments for improving the stiffness of a vibrating element
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
- B81B2201/02—Sensors
- B81B2201/0257—Microphones or microspeakers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
- B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
- B81B2203/0127—Diaphragms, i.e. structures separating two media that can control the passage from one medium to another; Membranes, i.e. diaphragms with filtering function
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
- B81B2203/04—Electrodes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C2201/00—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems
- B81C2201/01—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate
- B81C2201/0101—Shaping material; Structuring the bulk substrate or layers on the substrate; Film patterning
- B81C2201/0128—Processes for removing material
- B81C2201/013—Etching
- B81C2201/0133—Wet etching
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C2201/00—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems
- B81C2201/01—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate
- B81C2201/0174—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate for making multi-layered devices, film deposition or growing
- B81C2201/0176—Chemical vapour Deposition
- B81C2201/0178—Oxidation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C2201/00—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems
- B81C2201/03—Processes for manufacturing substrate-free structures
- B81C2201/034—Moulding
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R19/00—Electrostatic transducers
- H04R19/005—Electrostatic transducers using semiconductor materials
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R2201/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
- H04R2201/003—Mems transducers or their use
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R2231/00—Details of apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor covered by H04R31/00, not provided for in its subgroups
- H04R2231/001—Moulding aspects of diaphragm or surround
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
MEMS 디바이스는 제1 멤브레인 구조체를 포함하고 제1 멤브레인 구조체는 제1 멤브레인 구조체의 하나의 피스로부터 형성된 보강 영역을 갖고, 여기서, 보강 영역은 제1 멤브레인 구조체의 인접 영역보다 더 큰 층 두께를 갖는다. MEMS 디바이스는 전극 구조체를 포함하고, 여기서, 전극 구조체는 제1 멤브레인 구조체로부터 수직으로 이격된다.
Description
본 개시내용은 MEMS 디바이스 및 그러한 MEMS 디바이스를 제작하기 위한 방법에 관한 것이다. 특히, 본 개시내용은 국부적으로 상이한 두께들을 갖는 멤브레인을 생성함으로써 멤브레인의 견고성을 향상시키기 위한 멤브레인을 갖는 실리콘 마이크로폰에 관한 것이다.
멤브레인들과 같은 이동 구조체들을 갖는 센서들은 거의 동일한 문제에 직면해 있다. 멤브레인들은 낮은 신호 레벨들을 검출할 정도로 충분한 감도를 달성할 필요가 있고, 그에 따라, 충분히 이동가능해야 한다. 다른 한편으로, 멤브레인은 표준 동작 조건들을 초과하는 힘들, 예컨대, 낙하 또는 압력 폭발(pressure burst)에 대해 충분히 견고해야 한다.
민감하고 견고한 센서들이 필요할 수 있다.
실시예에 따르면, MEMS 디바이스는 제1 멤브레인 구조체를 포함하고, 여기서, 제1 멤브레인 구조체는 보강 영역을 포함하고, 여기서, 보강 영역은 제1 멤브레인 구조체의 인접 영역보다 더 큰 두께를 갖는다. MEMS 디바이스는 전극 구조체를 포함하고, 여기서, 전극 구조체는 제1 멤브레인 구조체로부터 수직으로 이격된다.
이러한 MEMS 디바이스를 제조하기 위한 방법은 LOCOS(local-Oxidation-of-Silicon)를 사용하여 제1 멤브레인 구조체의 보강 영역을 제조하는 단계, 및 멤브레인 구조체로부터 수직으로 이격된 전극 구조체를 배열하는 단계를 포함한다.
추가적인 실시예들은 종속 청구항들에서 설명된다.
본 개시내용에 따른 실시예들이 첨부 도면들을 참조하면서 본원에서 설명된다:
도 1은 실시예에 따른 단일 멤브레인 MEMS 디바이스의 개략적인 측면도이다.
도 2a는 층상 전극 구조체를 포함하는 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 2b는 도 2a의 MEMS 디바이스의 실현의 내측 섹션의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 2c는 도 2a의 MEMS 디바이스의 실현의 외측 섹션의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 3은 전극 구조체를 샌드위치하는 2개의 멤브레인 구조체를 갖는 실시예에 따른 예시적인 MEMS 디바이스의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 4a 내지 도 4e는 실시예들에 따른 방법을 수행할 때 획득될 수 있는 구조체들의 개략적인 측면도들을 도시한다.
도 2a는 층상 전극 구조체를 포함하는 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 2b는 도 2a의 MEMS 디바이스의 실현의 내측 섹션의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 2c는 도 2a의 MEMS 디바이스의 실현의 외측 섹션의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 3은 전극 구조체를 샌드위치하는 2개의 멤브레인 구조체를 갖는 실시예에 따른 예시적인 MEMS 디바이스의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 4a 내지 도 4e는 실시예들에 따른 방법을 수행할 때 획득될 수 있는 구조체들의 개략적인 측면도들을 도시한다.
이하의 설명에서, 동일한 또는 동등한 요소들, 또는 동일한 또는 동등한 기능성을 갖는 요소들은, 상이한 도면들에 있는 경우에도, 동일한 또는 동등한 참조 번호들에 의해 표시된다.
다음의 설명에서, 본 개시내용의 실시예들의 더 완전한 설명을 제공하기 위해 복수의 세부사항이 제시된다. 그러나, 본 개시내용의 실시예들이 이러한 특정 세부사항들 없이도 실시될 수 있다는 것이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 다른 경우들에서, 본 개시내용의 실시예들을 불명료하게 하는 것을 피하기 위해, 널리 공지된 구조들 및 디바이스들은 상세히 나타내지 않고 블록도 형식으로 도시된다. 추가하여, 이하에서 설명되는 상이한 실시예들의 피처들은, 구체적으로 달리 언급되지 않는 한, 서로 조합될 수 있다.
본원에서 설명되는 실시예들은 마이크로전자기계 시스템(MEMS) 디바이스들에 관한 것이다. MEMS 디바이스는 하나 이상의 반도체 재료, 예컨대, 적어도 부분적으로 도핑된 또는 도핑되지 않은 반도체 재료, 이를테면, 실리콘, 갈륨 비화물 등 및/또는 그들의 조합들을 포함할 수 있다. 실리콘 질화물(각각 SiN, Si3N4), 실리콘 산화물(각각 SiOx, SiO2) 등과 같은 그로부터 파생된 재료들이 대안적으로 또는 추가하여 배열될 수 있다. 대안적으로 또는 추가하여, 금속 재료, 예컨대, 알루미늄, 구리, 금, 은, 백금 등과 같은 다른 재료들이 MEMS 구조체의 일부일 수 있다.
본원에서 설명되는 실시예들은 멤브레인 구조체에 관한 것일 수 있다. 이러한 멤브레인 구조체는 빔형 멤브레인 또는 더 원형인 구조체, 예컨대, 둥근 또는 원형 멤브레인, 정사각형 멤브레인 구조체 또는 직사각형 멤브레인 구조체일 수 있다. 빔형 멤브레인은 그의 경계 조건들에 대해 종래의(예컨대, 원형) 멤브레인과 상이할 수 있다. 예컨대, 원형 멤브레인은 그의 에지 또는 둘레에서 클램핑될 수 있는 반면, 빔형 멤브레인은 일부 자유 에지들을 포함할 수 있다. 본원에서 설명되는 멤브레인 구조체는, 예컨대, MEMS 마이크로폰들 또는 MEMS 라우드스피커들에서 사용되는 멤브레인 구조체와 유사하게 형성될 수 있다. 가능하게는 본원에서 설명되는 멤브레인 구조체는 편향가능 영역 또는 그의 부분에서 편향가능하다. 그러나, 편향 능력은 본원에서 설명되는 실시예들과 관련하여 필수적인 것은 아니다. 멤브레인은 또한, 본원에서 개시되는 교시들로부터 이익을 얻으면서 편향되지 않거나 또는 편향되지 않은 상태로 유지될 수 있다.
본원에서 설명되는 실시예들 중 일부는 MEMS 마이크로폰의 적어도 일부를 구현할 수 있는 MEMS 디바이스들과 관련하여 설명된다. 그러나, 본원에서 설명되는 실시예들은 MEMS 마이크로폰들로 제한되지 않는다. 설명되는 원리들은, 제한들 없이, 다른 MEMS 센서들 및/또는 작동기들에 적용될 수 있다. 예컨대, MEMS 센서는 압력 센서 또는 다른 타입의 센서로서 구현될 수 있다. 작동기는, 예컨대, 멤브레인을 포함하는 라우드스피커, 펌프 등의 적어도 일부를 제공할 수 있다. 즉, 본원에서 설명되는 실시예들의 일 양태는 마이크로폰들 또는 라우드스피커들과 같은 사운드 트랜스듀서들에 관한 것인 한편, 동작을 위해 멤브레인을 사용하는 다른 타입들의 센서들 및/또는 작동기들이 설명되는 원리들로부터 또한 이익을 얻을 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 MEMS 디바이스(10)의 개략적인 측면도이다. MEMS 디바이스(10)는 방향(14)을 따라 편향되도록 구성된 멤브레인 구조체(12)를 포함하고, 방향(14)은 적어도 허용오차 범위 내에서 멤브레인 구조체(12)의 표면 법선(16)과 평행할 수 있고, 표면 법선(16)은 측방향 연장 방향들 중 하나 또는 둘 모두에 수직이다. 예컨대, 멤브레인 구조체(12)는 측방향들 x 및 y를 따라 연장되도록 배열될 수 있는 한편, 멤브레인 구조체의 두께는 예시적인 데카르트 좌표계의 z 방향을 따라 그 측방향들에 수직으로 배열될 수 있다. 방향(14)은 멤브레인 구조체(12)와 함께 플래그될(flagged) 수 있고, 그에 따라, 표면 법선(16)과 같이 z 방향에 수직일 수 있다.
멤브레인 구조체(14)는 보강 영역(18)을 포함할 수 있고, 보강 영역(18)은 측방향들 x 및/또는 y를 따르는 멤브레인 구조체(12)의 연장부의 일부로서 이해될 수 있다. 보강 영역(18)에서, 멤브레인 구조체(12)는 층 두께(221)를 갖는 멤브레인 구조체(12)의 인접 영역(241 및/또는 242)과 비교할 때 더 큰 층 두께(222)를 포함할 수 있다.
층 두께(221)와 비교할 때의 층 두께(222)의 증가는, 예컨대, 1%, 2% 또는 5%의 범위 내의 변동들을 제공할 수 있는 제조 허용오차들과 비교할 때 더 크거나 또는 심지어 상당히 더 클 수 있다. 예컨대, 층 두께(221)는 적어도 10 nm 및 최대 10 μm, 적어도 20 nm 및 최대 5 μm, 또는 적어도 100 nm 및 최대 1 μm의 범위에 있을 수 있는데, 예컨대, 약 315 nm일 수 있다. 이와 비교하여, 층 두께(222)는 적어도 20%, 적어도 50%, 적어도 80% 또는 그 이상만큼 증가될 수 있다. 예컨대, 315 nm의 층 두께는 적어도 400 nm 및 최대 2 μm, 적어도 500 nm 및 최대 1.5 μm, 또는 적어도 600 nm 및 최대 1 μm, 예컨대, 760 nm까지 증가될 수 있다.
층 두께(222)는, 예컨대, 층 두께의 연속적인 변동이 x 및/또는 y 방향을 따라 증가되는 경우, 보강 영역(18) 내부의 층 두께의 최대 값과 관련될 수 있다. 또한, 증가와 관련된 멤브레인의 형상은 불연속적일 수 있는데, 예컨대, 일종의 직사각형 또는 벽돌 벽 등과 같이 형성될 수 있다.
보강 영역(18)은 멤브레인 구조체(12)의 재료와 동일한 또는 상이한 재료에 의해 형성될 수 있다. 예컨대, 보강 영역(18)은 멤브레인 구조체(12)와 하나의 피스로 형성될 수 있는데, 즉, 보강 영역(18)은 멤브레인 구조체(12)와 일체로 형성될 수 있다. 그러나, 예컨대, 보강 재료(26) 상으로의 멤브레인 구조체 또는 멤브레인 구조체 상으로의 보강 재료(26)의 증착 동안 보강 영역(18) 내의 추가적인 보강 재료(26)를 멤브레인 구조체(12)의 재료에 기계적으로 연결하는 다른 방식들은, 예컨대, 사용되는 증착 프로세스에 기초하여 구현될 수 있다.
예컨대, 추가적인 재료(26)를 멤브레인 구조체(12)에 배열하는 것 또는 그 반대는 인접 영역들(24)과 비교할 때 보강 영역 내의 층 두께(222)를 증가시키도록 추가적인 재료(26)를 배열 또는 증착함으로써 획득될 수 있다. 추가적인 재료(26)는, 예컨대, 재료(26)를 멤브레인 구조체(12)에 부착하기 위한 추가적인 프로세스 또는 프로세스 단계를 사용함으로써 배열될 수 있고, 그러한 추가적인 단계는 멤브레인을 제공하기 전 또는 그 후에 실행될 수 있다. 대안적으로 또는 추가하여, 예컨대, 인접 영역들(241 및/또는 242)에서, 멤브레인 구조체(12)로부터 재료가 국부적으로 제거될 수 있고, 그에 따라, 재료(26)는 적어도 부분적으로 그러한 프로세스의 잔류물을 형성할 수 있다. 대안적으로 또는 추가하여, 멤브레인 구조체(12)는, 예컨대, 인접 영역들(241 및/또는 242)과 비교할 때 보강 영역에 더 많은 재료를 증착하는 증착 프로세스 등의 사용에 의해, 재료(26) 및 보강 영역을 포함하도록 형성될 수 있다.
MEMS 디바이스(10)는 멤브레인 구조체(12)로부터 수직으로 이격된 전극 구조체(28)를 포함한다. 멤브레인 구조체(12)로부터 수직으로 이격되는 것은 멤브레인 구조체(12)와 전극 구조체(28) 사이에 편향 방향(14)을 따르는 거리를 갖는 것으로 이해될 수 있다. 멤브레인 구조체(12)와 전극 구조체(28)는 x/y 방향에 평행한 평면 내로 투영될 때 적어도 부분적으로 중첩될 수 있다. 전극 구조체(28)는, 예컨대, MEMS 디바이스(10)가 MEMS 마이크로폰의 일부를 형성할 때, 백플레이트 구조체로서 이해될 수 있다. 전극 구조체(28)는 멤브레인 구조체(12)와 비교할 때 x, y 및/또는 z 방향을 따라 동일한 또는 상이한 크기로 이루어질 수 있다.
멤브레인 구조체(12)는 MEMS 디바이스(10)를 센서 및/또는 작동기로서 동작시키기 위한 기초를 제공할 수 있는 멤브레인 구조체(12)와 전극 구조체(28) 사이의 전위의 인가를 허용하기 위해 적어도 국부적으로 전기 전도성으로 형성될 수 있다.
보강 영역(18)은 단일 구성을 사용하여 멤브레인 구조체에 부과되는 상이한 요건들을 조합하는 것을 허용할 수 있다. 인접 영역(241 및/또는 242)에서 비교적 얇은 멤브레인을 사용하면서, x/y 방향의 멤브레인의 작은 연장부들 및/또는 작은 칩 면적들을 허용할 수 있는 높은 컴플라이언스가 달성될 수 있다. 동시에, 보강 영역은 멤브레인 구조체의 높은 견고성을 제공함으로써 높은 컴플라이언스를 허용할 수 있다. 실시예에 따르면, 보강 영역은 MEMS 디바이스(10)의 동작 조건 동안, MEMS 디바이스의 과부하 조건 동안 및/또는 MEMS 디바이스의 오용 조건 동안 국부적으로 증가된 기계적 응력을 겪는 멤브레인 구조체(12)의 위치 또는 포지션에 배열된다. 예컨대, 멤브레인 구조체(12)에서 높은 기계적 부하들에 직면하는 것이 예상되거나 또는 가능한 경우, 멤브레인은 손상들을 회피하기 위해 국부적으로 보강될 수 있다.
그러한 위치들은 멤브레인이 휨 및/또는 신장으로 인해 높은 응력들에 직면하거나 또는 다른 구조체들과 접하도록 구성 또는 예상되는 영역들에 배열될 수 있다.
멤브레인 구조체(12)는 단일 또는 다수의 보강 영역들(18)을 포함할 수 있다. 멤브레인 구조체(12)에 다수의 보강 영역들(18)을 구현하는 것은 보강 영역들 중 일부 또는 전부에 대해 동일한 층 두께(222)를 사용하는 것을 허용할 뿐만 아니라 상이한 보강 영역들을 따라 구현되는 층 두께에 대해 차이를 두는 것을 허용할 수 있다.
전극 구조체(28)와 대면하는 것으로 예시되어 있지만, 보강 영역은 또한 전극 구조체(28)를 등지는 멤브레인 구조체(12)의 면에 배열될 수 있다.
도 2a는 실시예에 따른 MEMS 디바이스(20)의 개략적인 측면도를 도시한다. MEMS 디바이스(20)는 층상 전극 구조체(28)를 포함할 수 있고, 층상 전극 구조체(28)는 하나 이상의 절연 층(321 및/또는 322) 및/또는 전위를 인가 및/또는 수신하기 위해 전기 접촉부(361)에 의해 접촉될 수 있는 적어도 하나의 전도성 층(34)을 가질 수 있다.
멤브레인 구조체(12)는 하나 또는 복수의 n개의 보강 영역(181 내지 18n)을 포함할 수 있다. 파라미터 n은 적어도 1, 적어도 2, 적어도 5, 적어도 10, 적어도 100 또는 심지어 1000 이상의 값일 수 있다. 예컨대, 보강 영역(181 및/또는 184)은 멤브레인 구조체(12)가 지지 구조체(38), 예컨대, 기판 등에 접하도록 구성 또는 클램핑된 영역에 배열될 수 있다. 멤브레인 구조체(12)는 전기 접촉부(362)를 통해 전기적으로 연결될 수 있는데, 이는 전기 접촉부들(361 및 362) 사이의 전위 차이를 획득 및/또는 감지하는 것을 허용할 수 있다.
보강 영역들(182, 183 및/또는 18n)은 멤브레인 구조체(12)에 대한 기계적 접촉 또는 접경 영역을 제공하도록 적응된 상승부 또는 범프(421 내지 423)의 위치에 배열되어 이 위치에서 멤브레인 구조체(12)의 기계적 구조를 보강할 수 있다. 즉, 상승부 또는 범프들(421 내지 423)을 투영할 때, 그들은 보강 영역들(182, 183, 18n)과 각각 부분적으로 또는 완전히 중첩될 수 있다. 반드시 이러한 방식으로 구현될 필요는 없지만, 상승부 또는 범프들(421 내지 423) 중 적어도 하나는 정지마찰 방지 범프로서 역할을 할 수 있다.
보강 영역들(181 및 184)에서의 클램핑 또는 접경 영역들은 국부적으로 증가된 기계적 응력을 겪을 것으로 예상되는 보강 영역들(182, 183 및 18n)과 같은 임계 위치들에 대한 예들이다. 이러한 국부적으로 증가된 기계적 응력은 동작 조건뿐만 아니라 과부하 조건 또는 오용 조건, 예컨대, 디바이스의 낙하 또는 디바이스의 기계적 과부하 동안 발생할 수 있다. MEMS 디바이스(20)는 그러한 임계 위치들에서 비교적 두꺼운 멤브레인을 나타내어 그러한 영역들에서 견고성을 증가시킬 수 있고, 다른 영역들에서 비교적 얇은 멤브레인을 나타내어 감도를 증가시키거나 또는 높은 감도를 유지할 수 있다. 이는 주름을 피하기 위해 포함될 수 있다. 인접 영역들(241 내지 24j)은 보강 영역들에 인접하게 배열될 수 있다. 그러나, 인접 영역들(241 내지 24j)은 적어도 부분적으로 서로 연결될 수 있거나 또는, 예컨대, 보강 영역들(181 내지 18m) 중 하나 이상이 아일랜드 구조체 등으로서 형성되는 경우, 공통 인접 영역을 형성할 수 있다.
도 2b는 MEMS 디바이스(20), 특히, 그의 섹션(441)의 구현의 개략적인 측면도를 도시한다. 도 2b는 전도성 층(34)을 샌드위치하는 절연 층들(321 및 322) 및 정지마찰 방지 범프(422)를 도시한다. 도 2b에서 볼 수 있는 바와 같이, 멤브레인 구조체(12)의 보강 영역(183)은 전극 구조체(28)에 배열된 범프 또는 상승부에 대해 정렬된 포지션에 배열될 수 있다. 이러한 범프 또는 상승부(422), 예컨대, 정지마찰 방지 범프는 추가하여 또는 대안으로서 멤브레인 구조체(12)에 배열될 수 있다. 예컨대, 이러한 범프 또는 상승부 반대편 면에서, 보강 재료가 보강 영역을 형성하도록 배열될 수 있다. 이는 범프 또는 상승부와 동일한 면에 보강 영역의 추가적인 재료를 갖는 것을 방지하지 않는다. 도 2b에 도시된 예에서, 범프 또는 상승부, 즉, 정지마찰 방지 범프(422)는 멤브레인 구조체(12)를 향해 배향될 수 있다. 도 2b에 또한 예시된 바와 같이, 보강 영역(183)은 인접 영역(242 및/또는 243)으로의 층 두께(22)의 점진적 또는 무단차 전이를 포함하도록 배열될 수 있다. 다른 구현들에 따르면, 전이는 단차, 즉, 급격한 또는 순간적 전이를 포함할 수 있다.
도 2a를 다시 참조하면, MEMS 디바이스(20)의 섹션(442)이 도 2c에서 그러한 구조체의 실현의 개략적인 측면도로서 도시되는데, 섹션(441)은 멤브레인 구조체(12)의 편향가능 영역(46)의 적어도 일부를 표현하고, 섹션(442)은 편향 영역(441)에 인접한 클램핑된 경계 영역(48)으로서 고려될 수 있다. 편향가능 영역(46)과 클램핑된 영역들(481 및 482) 사이에 경계선(52)이 표현가능할 수 있다. 클램핑된 경계 영역(48)은 편향가능 영역(46)의 경계선(52)을 따라 편향가능 영역(46)에 인접해 있을 수 있다. 보강 영역(184)은 경계선에 배열되는데, 즉, 증가된 기계적 응력의 영역을 표시하는 경계선과 중첩되도록 배열된다. 도 2c의 밝은 층인 도 2c에 도시된 임의적인 층(53)은, 예컨대, 산화물을 포함하는 희생 층의 적어도 일부일 수 있다. 층(53)은 가능하게는 멤브레인(12) 아래에 있는 포지션에 배열될 수 있다. 이동가능 멤브레인(12)과 중첩되는 영역에서, 층(53)은 에칭되어 제거될 수 있다. 대안적으로 또는 추가하여, 멤브레인(12)이 부착되는 영역에서, 층(53)은 남아 있을 수 있다.
도 3은 실시예에 따른 예시적인 MEMS 디바이스(30)의 개략적인 측면도를 도시한다. MEMS 디바이스(20)는, 예컨대, 단일 멤브레인 구조체를 갖는 단일 백플레이트 사운드 트랜스듀서를 실현할 수 있지만, MEMS 디바이스(30)는 밀봉형 이중 멤브레인(sealed dual membrane)(SDM) 디바이스를 구현할 수 있다. 이러한 디바이스는 멤브레인 구조체(121) 및 대향 멤브레인 구조체(122)를 포함할 수 있고, 그들은, 예컨대, 필러 구조체들로서 형성된 기계적 연결 요소들(541 내지 544)에 의해 이격되고 그들 사이에 샌드위치된 전극 구조체(28)를 가질 수 있다. 예컨대, 멤브레인 구조체(121)는 각각 보강 영역들(182, 184, 187)을 구현함으로써 처리될 수 있는 범프 구조체들(441, 442 및/또는 443)에 접하도록 적응될 수 있다. 대안적으로 또는 추가하여, 범프 구조체들(444, 445 및/또는 446)은 전극 구조체(28)에 접하도록 적응될 수 있다. 도시되어 있지 않지만, 멤브레인 구조체(122)는 그의 면(561) 및/또는 면(562) 상의 대응하는 위치들에서 보강 영역들을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가하여, 보강 영역들(183, 185, 186 및/또는 188)은 기계적 연결 요소들(541, 542, 543 및/또는 544)이 개개의 전극 구조체(121 및/또는 122)의 동일한 또는 대향하는 면 상에 배열된 위치들에서 멤브레인 구조체(121 및/또는 122)에 배열될 수 있다. 대안적으로 또는 추가하여, 보강 영역들(181 및 189)은 경계선들(521 및/또는 522)의 영역에서 함께 또는 서로 독립적으로 구현될 수 있다.
멤브레인 구조체들(121 및 122)은 접촉부들(361 및/또는 363)에 전기적으로 연결될 수 있다. 유사한 방식으로, 전극 구조체(28)는 전기 접촉부(362)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 임의로, MEMS 디바이스(30)는 멤브레인 구조체들(121 및/또는 122)의 이동을 용이하게 하기 위해 하나 이상의 통기 홀(58)을 포함할 수 있다. 실시예에 따르면, MEMS 디바이스(30)와 같은 MEMS 디바이스는 제1 멤브레인 구조체와 나란히 제2 멤브레인 구조체를 포함할 수 있고, 여기서, 전극 구조체(28)는 제1 멤브레인 구조체(121)와 제2 멤브레인 구조체(122) 사이에 배열될 수 있다. 멤브레인 구조체들(121 및 122)은 각각 편향가능 부분 또는 편향가능 영역(461, 462)을 각각 포함할 수 있다. 편향가능 부분들(461 및 462)은 적어도 하나의 기계적 연결 요소(54)에 의해 서로 기계적으로 연결 또는 커플링될 수 있는 한편, 전극 구조체(28)로부터 기계적으로 디커플링될 수 있다. 멤브레인 구조체(122)의 편향가능 영역(462) 및 클램핑된 영역(482)은 경계선들(523 및/또는 524)을 따라 서로 인접해 있도록 배열될 수 있다.
도 3에 도시되어 있지 않지만, 멤브레인 구조체(122)는 멤브레인 구조체(122)의 단일 피스로서 또한 형성된 하나 이상의 보강 영역을 포함할 수 있다. 이러한 보강 영역은 도 1에서 멤브레인 구조체(12)와 관련하여 설명된 바와 같이 인접 영역보다 더 큰 층 두께를 포함할 수 있다. 실시예에 따르면, 멤브레인 구조체(122)의 보강 영역은 인접 영역으로의 층 두께의 점진적 또는 무단차 전이를 포함할 수 있다. 멤브레인 구조체(121)와 관련하여 설명된 바와 같이, 멤브레인 구조체(122)의 포지션은 MEMS 디바이스의 동작 조건, 과부하 조건 및/또는 오용 조건 동안 국부적으로 증가된 기계적 응력을 겪는다.
본원에서 설명되는 실시예들의 다른 양태에 따르면, 멤브레인 구조체(121 및/또는 122)는 멤브레인 구조체가 적어도 하나의 기계적 연결 요소(54)에 연결되는 커플링 포지션 및/또는 멤브레인 구조체(122)가, 예컨대, 경계선(523)에서 클램핑되는 영역에 배열될 수 있는 보강 구조체 또는 국부적 보강부(62)를 포함할 수 있다. 보강 구조체(621, 622, 623 및/또는 624)는, 예컨대, 멤브레인 구조체 자체의 재료와 비교할 때 더 높은 강성을 갖는 재료를 포함할 수 있다. 예컨대, 실리콘 질화물 등과 같은 재료가 실리콘계 멤브레인 구조체를 보강하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 재료는 하나 이상의 영역을 절연하는 데 사용되는 재료를 사용하는 것을 허용할 수 있다.
도 3에 도시되지 않은 개개의 보강 영역들은, MEMS 디바이스(10 및/또는 20)와 관련하여 설명된 바와 같이, 전극 구조체 및/또는 멤브레인 구조체(122)에 배열된 범프 또는 상승부에 대해 정렬된 포지션에 배열될 수 있다. 전극 구조체(28) 상의 이러한 범프 또는 상승부, 예컨대, 정지마찰 방지 범프는 멤브레인 구조체(122)를 향해 배향될 수 있다.
지지 구조체(38)에 접하도록 적응될 수 있는 보강 영역들(181 및/또는 189)은 언덕형 구조체에 따라 형성될 수 있지만, 대안으로서, 예컨대, 보강 영역에 접하는 지지 구조체(38)의 에지를 내부에 호스팅(host)하기 위해, 예컨대, 중앙 영역 또는 내측 섹션에서 감소된 두께를 갖거나 또는 심지어 비어 있는 도넛형 구조체와 같이 형성될 수 있다.
보강 영역(181 내지 189)은 보상될 응력의 소스를 형성하는 구조체와 비교할 때 x 방향 및/또는 y 방향을 따라 더 큰 연장부를 가질 수 있다. 예컨대, 범프(441, 442 및 443)와 같은 상승부 또는 범프는 멤브레인 구조체(121)에 접하는 비교적 작은 표면을 제공할 수 있다. 이는, 예컨대, 2 μm, 3 μm, 4 μm 또는 예컨대, 응력의 소스의 연장부에 대해 1배, 2배, 3배 또는 그 초과의 인수를 적용할 정도로 충분한 다른 적합한 값들의 보강 영역들(182, 184 및/또는 187)의 연장부 또는 직경을 허용할 수 있다.
예컨대, x 방향을 따라 약 2 μm인 커플링 구조체들(62)의 연장부는 동일한, 2배, 3배 또는 4배 이상의 그 치수, 예컨대, 6 μm 내지 8 μm의 범위의 그 치수를 갖는 보강 영역(183, 185 및/또는 188)의 사용에 의해 보상될 수 있다.
다른 한편으로, 제조 및/또는 동작 동안의 허용오차들은 큰 면적의 개개의 보강 영역을 구현함으로써 처리될 수 있는 더 큰 응력 생성 면적들 및/또는 불확실성들로 이어질 수 있다. 다른 한편으로, 예컨대, 지지 구조체(38)의 에지는 에칭된 에지가 z 방향에 대해 경사지도록 에칭 프로세스의 사용에 의해 생성될 수 있다. 예컨대, 이는 플러스 마이너스 20 μm의 허용오차와 함께 올 수 있고, 예컨대, 그 크기의 2배, 예컨대, 40 μm를 갖는 보강 영역(189)의 연장부는 이러한 허용오차들을 보상하는 것을 허용할 수 있다.
멤브레인 구조체(121 및/또는 122)를 직사각형, 둥근 또는 타원형 구조체로서 고려할 때, 보강 영역(181 및 189)은 또한, 예컨대, 원형 또는 타원형 형상을 갖는 조합된, 세그먼트화된 또는 균일한 보강 영역을 형성할 수 있다.
실시예들에 따르면, 개개의 보강 영역은 보상될 응력을 유발하는 구조체와 비교할 때 적어도 동일한 크기로 이루어진다. 다른 실시예들에 따르면, 보강 영역은 더 큰데, 예컨대, 2배, 3배, 4배 또는 그 초과의 인수의 크기를 갖는다.
MEMS 디바이스(10 및/또는 20)의 멤브레인 구조체(12) 또는 MEMS 디바이스(30)의 멤브레인 구조체(121)의 변화되는 층 두께를 생성 또는 획득하기 위한 하나의 가능한 구현이 도 4a 내지 도 4e에 예시된 방법을 참조하면서 설명된다.
도 4a는, 예컨대, 실리콘 재료를 포함할 수 있는 기판(64)의 국부적 산화를 수행하는 국부적 산화 단계를 도시한다. 이러한 단계는, 예컨대, 마스크(68)를 사용하여 기판(64)을 적어도 부분적으로 산화시킴으로써 산화물 재료(66)를 획득하기 위한 LOCOS(local oxidation of silicon)로서 고려될 수 있다.
도 4b에 도시된 바와 같이 산화물 재료(66)를 제거함으로써, 예컨대, 최대 1 μm 또는 1 μm의 범위, 예컨대, 적어도 10 nm, 적어도 100 nm 또는 적어도 300 nm, 예컨대, 500 nm, 또는 1 μm 미만의 상이한 값 또는 약 1 μm의 깊이를 가질 수 있는 리세스(72)가 획득될 수 있다.
도 4c는 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS ― 예컨대, C8H20O4Si)의 증착 및 예컨대, 산화물 층(72), 예컨대, 실리콘 산화물 SiO2의 증착 후의 실리콘 층, 특히, 폴리실리콘 층과 같은 반도체 층(74)의 증착을 수행함으로써 도 4b의 기판(64)을 추가로 프로세싱하는 예를 도시한다.
도 4d에 도시된 바와 같이, 예컨대, 추후에 보강 영역(18)을 형성할 수 있는 영역(72) 외부의 층(74)의 적어도 일부를 제거하기 위해, 예컨대, 화학적 기계적 폴리싱(CMP) 프로세스를 사용함으로써 평면 표면이 획득될 수 있다. 이 평탄화된 표면을 사용하여, 층(74)과 동일한 재료가 영역(72) 및 그의 외부에서 변화되는 두께를 획득하기 위해 층 두께를 균일하게 증가시키도록 다시 증착될 수 있다.
도 4e에 예시된 단계는 폴리실리콘을 다시 증착하기 위해 사용될 수 있고, 이어서, 획득된 멤브레인 구조체를 장착 또는 사용하기 위한 표준 프로세스들을 계속하는 것을 허용할 수 있다. 도 4a 내지 도 4e에 예시된 바와 같은 단계들을 포함하는 프로세스는 LTM(locally thicker membrane) 프로세스로 지칭될 수 있다. 이러한 프로세스는 단일 백플레이트 디바이스들뿐만 아니라 밀봉형 이중 멤브레인 디바이스들에 대해 사용될 수 있다. 멤브레인 구조체(12, 121 및/또는 122)를 편향가능한 것으로 설명하지만, 이러한 피처가 필수적인 것은 아니다. 편향되지 않는 구조체들이 보강 영역으로부터 또한 이익을 얻을 수 있다. 국부적 보강은 높은 감도를 제공하면서 견고성의 개선을 제공할 수 있다. 국부적으로 더 두꺼운 멤브레인을 사용함으로써, 보강된 구조체에 도입되는 응력은 균일한 응력 분포 또는 적어도 더 균일한 응력 분포를 허용하도록 분산될 수 있다.
도 4a 내지 도 4e에 도시된 바와 같이, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 MEMS 디바이스를 제조하기 위한 방법은 LOCOS 프로세스를 사용하여 멤브레인 구조체의 보강 영역을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 심지어 조합으로, 보강 영역에서 에칭된 리세스의 테이퍼 에지들을 획득하기 위한 에칭 프로세스가 보강 영역을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 에지들은 멤브레인 구조체(121 및/또는 122)의 주 표면의 표면 법선에 대해 경사질 수 있다. 예컨대, 이러한 에칭 프로세스는, 예컨대, 임플란트(implant)를 손상시키고/시키거나 도핑된 산화물을 사용함으로써 테이퍼 에지들을 갖는 습식 실리콘 산화물(SiO) 에칭을 포함할 수 있다. 그러한 에칭 프로세스는, 예컨대, MEMS 디바이스(30)의 멤브레인 구조체(122)와 같은 구조체가 경질이거나 또는 심지어 LOCOS 프로세스로 프로세싱되는 것이 가능하지 않은 경우에, LOCOS 프로세스와 비교할 때 적은 노력으로 구현될 수 있다. 추가로, 도 4a 내지 도 4e에 도시되어 있지 않지만, 방법은 멤브레인 구조체로부터 수직으로 이격된 전극 구조체(28)를 배열하는 단계를 포함할 수 있다. 도 4a 내지 도 4e에 도시된 바와 같이, 방법은 산화물 에칭(도 4b), 보강 재료(TEOS, SiON/실리콘 산화물/실리콘 질화물, 폴리-Si)의 증착(도 4c), 평탄화(CMP)(도 4d) 및/또는 멤브레인 재료의 표준 증착(도 4e)의 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.
실시예들에 따른 방법은 전극 구조체가 도 3에 도시된 바와 같이 멤브레인 구조체들(121 및 122) 사이에 배열되는 방식으로 제2 멤브레인 구조체를 배열하는 단계를 포함하도록 구현될 수 있다. 이러한 방법은 LOCOS 프로세스를 사용하여 제2 멤브레인 구조체(122)의 보강 영역을 제조하는 단계를 포함할 수 있고, 이어서, LOCOS 프로세스는 보강 구조체(62)의 재료를 삽입하기 위해 또한 사용될 수 있다. 대안으로서 또는 심지어 조합으로, 에칭된 구조체의 표면 법선에 대해 경사지거나 또는 테이퍼링되는 획득된 리세스의 에지들을 제공하는 에칭 프로세스가 사용될 수 있다. 실시예에 따르면, 상이한 MEMS 디바이스들은 상이하게 제조될 수 있다. 예컨대, MEMS 디바이스(20)는 LOCOS 프로세스 또는 설명된 에칭 프로세스를 사용하여 제조될 수 있다. 멤브레인 구조체들(121 및 122) 둘 모두에 대해 LOCOS 프로세스를 사용하는 것을 배제하는 것은 아니지만, MEMS 디바이스(30)와 같은 이중 멤브레인 구조체를 갖는 MEMS 디바이스는, 예컨대, 적어도 멤브레인 구조체(122)에 대해 에칭 프로세스를 사용하여 제조될 수 있는데, 이는 멤브레인 구조체(121)에 대해 LOCOS 프로세스를 사용할 때 LOCOS 프로세스와의 조합을 허용하고/하거나 멤브레인 구조체(121)를 제조하기 위해 에칭 프로세스를 또한 사용하는 것을 허용한다. 보강 영역(18)은 옵션들 둘 모두에 따라 생성될 수 있다.
실시예들은, 특히, 감도를 유지하면서 높은 견고성을 달성하기 위해 국부적으로 상이한 두께를 갖는 센서의 멤브레인을 제공한다. 실리콘 마이크로폰과 같은 MEMS 디바이스를 제조하기 위한 프로세스 흐름에서 LOCOS 프로세스를 사용하면, 표준 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 프로세스들을 사용하여 이러한 상이한 두께들이 달성될 수 있다. 그러한 프로세스 흐름은 더 두꺼운 영역으로부터 더 얇은 영역으로의 매끄러운 전이들을 갖는 두꺼워진 구조체를 생성할 수 있고, 그에 따라, 이러한 포인트들에서의 높은 응력 집중을 회피할 수 있다. 이는 멤브레인의 경우 적어도 어느 정도 또는 심지어 대부분 응력 및 구조와 함께 감도를 결정하는 것이 두께일 수 있기 때문에 관련성이 있을 수 있다. 따라서, 더 두꺼운 구조체는 견고성을 달성하는 것을 목표로 할 수 있는 한편, 모순되는 요건은 높은 감도를 달성하기 위한 얇은 멤브레인으로 이어질 수 있다. 실시예들은 솔루션을 제공하면서 목표들 둘 모두를 조합하는 것을 허용한다.
실시예들은 멤브레인의 모든 포지션들에 동일하게 존재하는 것은 아닌, 예컨대, 과부하로 인한 응력이 집중되는 영역들에서 보강을 제공하여 그러한 위치들에서 디바이스의 고장을 회피하는 것을 허용한다. 실시예에 따르면, 센서 멤브레인은 임계 영역들에서 높은 견고성을 얻기 위해 국부적으로 더 높은 두께를 갖는 방식으로 구조화될 수 있고, 여기서, 멤브레인의 더 큰 영역에서, 원하는 높은 감도를 얻기 위해 두께가 감소되거나 또는 낮게 유지될 수 있다.
제1 양태에 따르면, MEMS 디바이스는:
제1 멤브레인 구조체(12; 121) ― 제1 멤브레인 구조체(12; 121)는 제1 멤브레인 구조체(12; 121)의 하나의 피스로부터 형성된 보강 영역(18; 181-189)을 포함하고, 보강 영역(18; 181-189)은 제1 멤브레인 구조체(12; 121)의 인접 영역(24; 241-242)보다 더 큰 층 두께(222)를 가짐 ―; 및
전극 구조체(28)
를 포함하고,
전극 구조체(28)는 제1 멤브레인 구조체(12; 121)로부터 수직으로 이격된다.
제1 양태를 참조하는 제2 양태에 따르면, 제1 멤브레인 구조체(12; 121)의 보강 영역(18; 181-189)은 MEMS 디바이스의 동작 조건, MEMS 디바이스의 과부하 조건 및 MEMS 디바이스의 오용 조건 중 적어도 하나 동안 국부적으로 증가된 기계적 응력을 겪는 멤브레인 구조체의 포지션에 배열된다.
제1 및 제2 양태를 참조하는 제3 양태에 따르면, 제1 멤브레인 구조체(12; 121)의 보강 영역(18; 181-189)은 전극 구조체(28) 또는 제1 멤브레인 구조체(12; 121)에 배열된 범프(421-423) 또는 상승부에 대해 정렬된 포지션에 배열된다.
제3 양태를 참조하는 제4 양태에 따르면, 전극 구조체(28) 상의 범프(421-423) 또는 상승부는 제1 멤브레인 구조체(12; 121)를 향해 배향된다.
이전의 양태들 중 임의의 것을 참조하는 제5 양태에 따르면, 제1 멤브레인 구조체(12; 121)의 보강 영역(18; 181-189)은 제1 멤브레인 구조체(12; 121)의 인접 영역(24; 241-242)으로의 층 두께(222)의 점진적 또는 무단차 전이를 포함하도록 배열된다.
이전의 양태들 중 임의의 것을 참조하는 제6 양태에 따르면, 제1 멤브레인 구조체(12; 121)는 편향가능 영역(46; 461) 및 클램핑된 경계 영역을 포함하고, 클램핑된 경계 영역은 편향가능 영역(46; 461)의 경계선을 따라 편향가능 영역(46; 461)에 인접해 있고, 제1 멤브레인 구조체(12; 121)의 보강 영역(18; 181-189)은 경계선에 배열된다.
이전의 양태들 중 임의의 것을 참조하는 제7 양태에 따르면, MEMS 디바이스는:
제2 멤브레인 구조체(122)를 더 포함하고,
전극 구조체(28)는 제1 멤브레인 구조체(121)와 제2 멤브레인 구조체(122) 사이에 배열되고, 제1 멤브레인 구조체(121) 및 제2 멤브레인 구조체(122)는 각각 편향가능 부분(461-462)을 포함하고, 제1 멤브레인 구조체(121) 및 제2 멤브레인 구조체(122)의 편향가능 부분들(461-462)은 적어도 하나의 기계적 연결 요소(541-543)에 의해 서로 기계적으로 커플링되고 전극 구조체(28)로부터 기계적으로 디커플링된다.
제7 양태를 참조하는 제8 양태에 따르면, 제2 멤브레인 구조체(122)는 제2 멤브레인 구조체(122)의 단일 피스로부터 형성된 보강 영역(18; 181-189)을 포함하고, 제2 멤브레인 구조체(122)의 보강 영역(18; 181-189)은 제2 멤브레인 구조체(122)의 인접 영역(24; 241-242)보다 더 큰 층 두께(222)를 갖고, 제2 멤브레인 구조체(122)의 보강 영역(18; 181-189)은 제2 멤브레인 구조체(122)의 인접 영역(24; 241-242)으로의 층 두께(222)의 점진적 또는 무단차 전이를 포함하도록 배열된다.
제8 양태를 참조하는 제9 양태에 따르면, 제2 멤브레인 구조체(122)의 보강 영역(18; 181-189)은 MEMS 디바이스의 동작 조건, MEMS 디바이스의 과부하 조건 및 MEMS 디바이스의 오용 조건 중 적어도 하나 동안 국부적으로 증가된 기계적 응력을 겪는 제2 멤브레인 구조체(122)의 포지션에 배열된다.
양태들 7 내지 9 중 임의의 것을 참조하는 제10 양태에 따르면, 제1 멤브레인 구조체(121)와 제2 멤브레인 구조체(122) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 기계적 연결 요소와의 커플링 포지션에 보강 영역(18; 181-189)을 포함한다.
양태 8 내지 10 중 임의의 것을 참조하는 제11 양태에 따르면, 제2 멤브레인 구조체(122)의 보강 영역은 전극 구조체(28) 또는 제2 멤브레인 구조체(122)에 배열된 범프(444-446) 또는 상승부에 대해 정렬된 포지션에 배열된다.
제11 양태를 참조하는 제12 양태에 따르면, 전극 구조체(28) 상의 범프 또는 상승부는 제2 멤브레인 구조체(122)를 향해 배향된다.
양태들 8 내지 12 중 임의의 것을 참조하는 제13 양태에 따르면, 제2 멤브레인 구조체(122)는 편향가능 영역(462) 및 클램핑된 경계 영역(482)을 포함하고, 클램핑된 경계 영역(482)은 편향가능 영역(462)의 경계선(524)을 따라 편향가능 영역(462)에 인접해 있고, 제2 멤브레인 구조체(122)의 보강 영역(18; 181-189)은 경계선(524)에 배열된다.
제14 양태에 따르면, 선행 양태들 중 임의의 것에 따른 MEMS 디바이스를 제조하기 위한 방법은,
테이퍼 에지들을 갖는 에칭 프로세스를 사용하거나 또는 LOCOS 프로세스(LOCOS = Local-Oxidation-of-Silicon)를 사용하여 제1 멤브레인 구조체(12; 121)의 보강 영역(18; 181-189)을 제조하는 단계; 및
제1 멤브레인 구조체(12; 121)로부터 수직으로 이격된 전극 구조체(28)를 배열하는 단계
를 포함한다.
제14 양태를 참조하는 제15 양태에 따르면, 방법은,
전극 구조체(28)가 제1 멤브레인 구조체(121)와 제2 멤브레인 구조체(122) 사이에 배열되는 방식으로 제2 멤브레인 구조체(122)를 배열하는 단계; 및
LOCOS 프로세스(LOCOS = Local-Oxidation-of-Silicon)를 사용하여 제2 멤브레인 구조체(122)의 보강 영역을 제조하는 단계
를 더 포함한다.
일부 양태들이 장치의 맥락에서 설명되었지만, 이러한 양태들이 또한 대응하는 방법의 설명을 나타낸다는 것이 분명하고, 여기서, 블록 또는 디바이스는 방법 단계, 또는 방법 단계의 피처에 대응한다. 유사하게, 방법 단계의 맥락에서 설명되는 양태들은 또한, 대응하는 장치의 대응하는 블록 또는 아이템 또는 피처의 설명을 나타낸다.
위에서 설명된 실시예들은 단지 본 개시내용의 원리들에 대한 예시일 뿐이다. 본원에서 설명되는 배열들 및 세부사항들의 수정들 및 변형들이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 자명할 것이라는 것이 이해된다. 따라서, 본원의 실시예들의 기술 및 설명에 의해 제시되는 특정 세부사항들에 의해 제한되는 것이 아니라 임박한 특허 청구항들의 범위에 의해서만 제한되는 것이 의도된다.
Claims (15)
- MEMS 디바이스로서,
제1 멤브레인 구조체(12; 121) ― 상기 제1 멤브레인 구조체(12; 121)는 보강 영역(18; 181-189)을 포함하고, 상기 보강 영역(18; 181-189)은 상기 제1 멤브레인 구조체(12; 121)의 인접 영역(24; 241-242)보다 더 큰 층 두께(222)를 가짐 ―; 및
전극 구조체(28)
를 포함하고,
상기 전극 구조체(28)는 상기 제1 멤브레인 구조체(12; 121)로부터 수직으로 이격되는, MEMS 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 제1 멤브레인 구조체(12; 121)의 보강 영역(18; 181-189)은 상기 MEMS 디바이스의 동작 조건, 상기 MEMS 디바이스의 과부하 조건 및 상기 MEMS 디바이스의 오용 조건 중 적어도 하나 동안 국부적으로 증가된 기계적 응력을 겪는 상기 멤브레인 구조체의 포지션에 배열되는, MEMS 디바이스. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 멤브레인 구조체(12; 121)의 보강 영역(18; 181-189)은 상기 전극 구조체(28) 또는 상기 제1 멤브레인 구조체(12; 121)에 배열된 범프(421-423) 또는 상승부에 대해 정렬된 포지션에 배열되는, MEMS 디바이스. - 제3항에 있어서,
상기 전극 구조체(28) 상의 범프(421-423) 또는 상승부는 상기 제1 멤브레인 구조체(12; 121)를 향해 배향되는, MEMS 디바이스. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 멤브레인 구조체(12; 121)의 보강 영역(18; 181-189)은 상기 제1 멤브레인 구조체(12; 121)의 인접 영역(24; 241-242)으로의 상기 층 두께(222)의 점진적 또는 무단차 전이를 포함하도록 배열되는, MEMS 디바이스. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 멤브레인 구조체(12; 121)는 편향가능 영역(46; 461) 및 클램핑된 경계 영역을 포함하고, 상기 클램핑된 경계 영역은 상기 편향가능 영역(46; 461)의 경계선을 따라 상기 편향가능 영역(46; 461)에 인접해 있고, 상기 제1 멤브레인 구조체(12; 121)의 보강 영역(18; 181-189)은 상기 경계선에 배열되는, MEMS 디바이스. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
제2 멤브레인 구조체(122)를 더 포함하고,
상기 전극 구조체(28)는 상기 제1 멤브레인 구조체(121)와 상기 제2 멤브레인 구조체(122) 사이에 배열되고, 상기 제1 멤브레인 구조체(121) 및 상기 제2 멤브레인 구조체(122)는 각각 편향가능 부분(461-462)을 포함하고, 상기 제1 멤브레인 구조체(121) 및 상기 제2 멤브레인 구조체(122)의 편향가능 부분들(461-462)은 적어도 하나의 기계적 연결 요소(541-543)에 의해 서로 기계적으로 커플링되고 상기 전극 구조체(28)로부터 기계적으로 디커플링되는, MEMS 디바이스. - 제7항에 있어서,
상기 제2 멤브레인 구조체(122)는 보강 영역(18; 181-189)을 포함하고, 상기 제2 멤브레인 구조체(122)의 보강 영역(18; 181-189)은 상기 제2 멤브레인 구조체(122)의 인접 영역(24; 241-242)보다 더 큰 층 두께(222)를 갖고, 상기 제2 멤브레인 구조체(122)의 보강 영역(18; 181-189)은 상기 제2 멤브레인 구조체(122)의 인접 영역(24; 241-242)으로의 상기 층 두께(222)의 점진적 또는 무단차 전이를 포함하도록 배열되는, MEMS 디바이스. - 제8항에 있어서,
상기 제2 멤브레인 구조체(122)의 보강 영역(18; 181-189)은 상기 MEMS 디바이스의 동작 조건, 상기 MEMS 디바이스의 과부하 조건 및 상기 MEMS 디바이스의 오용 조건 중 적어도 하나 동안 국부적으로 증가된 기계적 응력을 겪는 상기 제2 멤브레인 구조체(122)의 포지션에 배열되는, MEMS 디바이스. - 제7항에 있어서,
상기 제1 멤브레인 구조체(121)와 상기 제2 멤브레인 구조체(122) 중 적어도 하나는 상기 적어도 하나의 기계적 연결 요소와의 커플링 포지션에 보강 영역(18; 181-189)을 포함하는, MEMS 디바이스. - 제8항에 있어서,
상기 제2 멤브레인 구조체(122)의 보강 영역은 상기 전극 구조체(28) 또는 상기 제2 멤브레인 구조체(122)에 배열된 범프(444-446) 또는 상승부에 대해 정렬된 포지션에 배열되는, MEMS 디바이스. - 제11항에 있어서,
상기 전극 구조체(28) 상의 범프 또는 상승부는 상기 제2 멤브레인 구조체(122)를 향해 배향되는, MEMS 디바이스. - 제8항에 있어서,
상기 제2 멤브레인 구조체(122)는 편향가능 영역(462) 및 클램핑된 경계 영역(482)을 포함하고, 상기 클램핑된 경계 영역(482)은 상기 편향가능 영역(462)의 경계선(524)을 따라 상기 편향가능 영역(462)에 인접해 있고, 상기 제2 멤브레인 구조체(122)의 보강 영역(18; 181-189)은 상기 경계선(524)에 배열되는, MEMS 디바이스. - 제1항 또는 제2항에 따른 MEMS 디바이스를 제조하기 위한 방법으로서,
리세스의 테이퍼 에지들을 획득하기 위해 에칭 프로세스를 사용하거나 또는 LOCOS 프로세스(LOCOS = Local-Oxidation-of-Silicon)를 사용하여 상기 제1 멤브레인 구조체(12; 121)의 보강 영역(18; 181-189)을 제조하는 단계; 및
상기 제1 멤브레인 구조체(12; 121)로부터 수직으로 이격된 상기 전극 구조체(28)를 배열하는 단계
를 포함하는, 방법. - 제14항에 있어서,
상기 전극 구조체(28)가 상기 제1 멤브레인 구조체(121)와 제2 멤브레인 구조체(122) 사이에 배열되는 방식으로 상기 제2 멤브레인 구조체(122)를 배열하는 단계; 및
리세스의 테이퍼 에지들을 획득하기 위해 에칭 프로세스를 사용하거나 또는 LOCOS 프로세스(LOCOS = Local-Oxidation-of-Silicon)를 사용하여 상기 제2 멤브레인 구조체(122)의 보강 영역을 제조하는 단계
를 더 포함하는, 방법.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP22185233.8A EP4307716A1 (en) | 2022-07-15 | 2022-07-15 | Robust mems device and method for manufacturing a mems device |
| EP22185233.8 | 2022-07-15 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240010431A true KR20240010431A (ko) | 2024-01-23 |
Family
ID=82839072
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230091742A KR20240010431A (ko) | 2022-07-15 | 2023-07-14 | 견고한 mems 디바이스 및 mems 디바이스를 제조하기 위한 방법 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240017986A1 (ko) |
| EP (1) | EP4307716A1 (ko) |
| KR (1) | KR20240010431A (ko) |
| CN (1) | CN117412235A (ko) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9148712B2 (en) * | 2010-12-10 | 2015-09-29 | Infineon Technologies Ag | Micromechanical digital loudspeaker |
| US9181080B2 (en) * | 2013-06-28 | 2015-11-10 | Infineon Technologies Ag | MEMS microphone with low pressure region between diaphragm and counter electrode |
| US9736590B2 (en) * | 2014-06-06 | 2017-08-15 | Infineon Technologies Ag | System and method for a microphone |
| DE102017215381B4 (de) * | 2017-09-01 | 2022-10-20 | Infineon Technologies Ag | Doppelmembran-MEMS-Bauelement und Herstellungsverfahren für ein Doppelmembran-MEMS-Bauelement |
| US11470426B2 (en) * | 2019-08-09 | 2022-10-11 | Infineon Technologies Ag | MEMS devices |
-
2022
- 2022-07-15 EP EP22185233.8A patent/EP4307716A1/en active Pending
-
2023
- 2023-07-14 KR KR1020230091742A patent/KR20240010431A/ko unknown
- 2023-07-14 US US18/352,444 patent/US20240017986A1/en active Pending
- 2023-07-14 CN CN202310864740.9A patent/CN117412235A/zh active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4307716A1 (en) | 2024-01-17 |
| US20240017986A1 (en) | 2024-01-18 |
| CN117412235A (zh) | 2024-01-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20230224657A1 (en) | Semiconductor devices having a membrane layer with smooth stress-relieving corrugations and methods of fabrication thereof | |
| KR102511031B1 (ko) | 이중 멤브레인 mems 컴포넌트 및 이중 멤브레인 mems 컴포넌트 제조 방법 | |
| KR101357312B1 (ko) | 테이퍼 형상 표면을 갖는 멤브레인 지지대를 구비한 마이크로기계 음향 변환기 및 제조 방법 | |
| KR101710826B1 (ko) | 반도체 디바이스의 형성 방법 | |
| US8165324B2 (en) | Micromechanical component and method for its production | |
| WO2009101757A1 (ja) | コンデンサマイクロホン及びｍｅｍｓデバイス | |
| CN109151690B (zh) | 麦克风的制造方法 | |
| US20220182769A1 (en) | Mems microphone and method of manufacturing the same | |
| CN110881163B (zh) | Mems换能器和用于制造mems换能器的方法 | |
| KR20240010431A (ko) | 견고한 mems 디바이스 및 mems 디바이스를 제조하기 위한 방법 | |
| CN111684252B (zh) | 具有悬浮膜并在锚边缘具有圆角的电容式压力传感器和其他器件 | |
| JP2008010961A (ja) | 音響感応装置 | |
| JP7240289B2 (ja) | Ｍｅｍｓ素子 | |
| US20230242393A1 (en) | Micromechanical component and manufacturing method for a micromechanical component for a sensor or microphone device | |
| TWI388496B (zh) | 微機電系統結構及其製造方法 | |
| CN117202062A (zh) | Mems器件及其制作方法 |