WO2016163636A1 - Ｍｅｍｓ 장치 제조 방법 - Google Patents

Ｍｅｍｓ 장치 제조 방법 Download PDF

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mems
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handle
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문상희
이종성
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주식회사 스탠딩에그
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    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a MEMS device, and more particularly, to a method of manufacturing a MEMS device, that is, a method of manufacturing a MEMS device using a method of connecting a MEMS device layer and a MEMS handle layer in a new manner.
  • a method of manufacturing a MEMS device that is, a method of manufacturing a MEMS device using a method of connecting a MEMS device layer and a MEMS handle layer in a new manner.
  • the present invention is a technique for providing internal electrical contact to a sealed MEMS device, for low noise performance in a MEMS device, wherein the handle layer is normally electrically connected to provide electrical shielding. Grounding is required, and wire bonding is required for this purpose, but wire bonding requires vertical space and increases the overall thickness of the MEMS when packaged, thus requiring MEMS devices and methods that do not require wire bonding, i.e. It is a technique aimed at providing a method for providing an electrical connection to a handle layer is simple, easy to implement, and applicable to existing environments.
  • a MEMS device includes a MEMS substrate, and the MEMS substrate includes a first semiconductor layer connected to a second semiconductor with an insulating layer therebetween.
  • the MEMS structure is formed from a second semiconductor layer and includes a plurality of first conductive pads.
  • the MEMS device further includes a base substrate including a plurality of second conductive pads thereon. The second conductive pad is connected with the first conductive pad.
  • the MEMS device includes a conductive connector formed through an insulating layer of the MEMS substrate to provide an electrical connection between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.
  • the base substrate is electrically connected to the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.
  • Patent Document 1 US Patent No. 8,564,076 (registered October 22, 2013), Internal electrical contact for enclosed MEMS devices
  • the present invention was created to solve the above problems, and the present invention uses a plurality of etching holes along a sealing line by using Au-Si eutectic bonding, which is conventionally used in a MEMS device manufacturing method. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a MEMS device, in which the Au-Si bonding step of allowing the Au-Si liquid alloy to enter and be cooled can be easily connected to the MEMS device layer and the MEMS handle layer.
  • MEMS device layer (MEMS device layer) is formed; MEMS handle layer; And preparing an MEMS device including an insulating layer formed between the MEMS device layer and the MEMS handle layer.
  • Au-Si bonding step to be included.
  • the Au-Si bonding is Au-Si for the plurality of etching holes so that the Au and Si process reaction is performed at 363 degrees Celsius or more, so that the MEMS device layer and the MEMS handle layer is electrically connected.
  • the liquid alloy enters and is cooled to solidify the Au-Si liquid alloy.
  • Au-Si liquid alloy enters and cools Au-Si liquid alloy through a plurality of etching holes along a sealing line by using Au-Si eutectic bonding, which is conventionally used in a MEMS device manufacturing method. It is possible to use a bonding step. Through this, the MEMS device layer and the MEMS handle layer can be easily connected.
  • FIG. 1 illustrates a MEMS device layer patterning step of drawing a plurality of etch holes along a sealline in a method of manufacturing a MEMS device according to the present invention
  • FIG. 2 is a view showing a step of exposing a MEMS handle layer by performing an etching process on a plurality of etch holes drawn in FIG. 1 in the method of manufacturing a MEMS device according to the present invention (A-A 'cross-sectional view of FIG. 1),
  • FIG. 1 is a drawing illustrating an Au—Si bonding step for allowing the Au—Si liquid alloy to enter and cool the etching hole (AA ′ cross-sectional view of FIG. 1).
  • the MEMS device layer is a layer on which the MEMS device is formed, and the MEMS handle layer is usually a substrate layer.
  • FIG. 1 illustrates a MEMS device layer patterning step of drawing a plurality of etch holes along a sealline in a method of manufacturing a MEMS device according to the present invention.
  • patterning is performed to draw a plurality of etch holes along a sealing line marked in red. Such patterning may be performed through photo patterning using photoresist.
  • FIG. 2 is a view showing a step of exposing a MEMS handle layer by performing an etching process on a plurality of etch holes drawn in FIG. 1 in the method of manufacturing a MEMS device according to the present invention (sectional view taken along line AA ′ in FIG. 1).
  • Such etching for exposing the MEMS handle layer is generally performed using the photoresist application, etching, photoresist removal and cleaning processes described above with reference to FIG. 1.
  • the MEMS device layer 100 and the MEMS handle layer 300 are formed by using Au-Si eutectic bonding used in manufacturing the MEMS device.
  • the Au-Si bonding step of allowing the subsequent cooling is shown (AA 'cross-sectional view of FIG. 1).
  • the Au-Si bonding is a plurality of etching holes so that the Au and Si process reaction is performed at 363 degrees Celsius or more, so that the MEMS device layer 100 and the MEMS handle layer 300 is electrically connected. Also for the Au-Si liquid alloy 400 is entered to cool the Au-Si liquid alloy is a step to solidify.

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Abstract

본 발명은, MEMS 장치가 형성되어 있는 MEMS 장치층(MEMS device layer); MEMS 핸들층(handle layer); 및 상기 MEMS 장치층 및 MEMS 핸들층의 사이에 형성된 절연층;을 포함하는 MEMS 장치를 준비하는 단계; 밀봉 라인(sealline)을 따라 복수 개의 에치 홀(etch hole)을 그리는 MEMS 장치층 패터닝 단계; 상기 그려진 복수 개의 에치 홀에 대해서 에칭 공정을 실행하여, MEMS 핸들층을 노출시키는 단계; 및 MEMS 장치 제조시 사용되는 Au-Si 공융 본딩(eutectic bonding)을 이용하여, 상기 MEMS 장치층 및 상기 MEMS 핸들층이 전기적으로 연결되도록, 상기 복수 개의 에칭 홀에 대해서도 Au-Si 액체 합금이 들어가서 냉각되도록 하는 Au-Si 본딩 단계;를 포함하는, MEMS 장치 제조 방법를 제공한다.

Description

ＭＥＭＳ 장치 제조 방법
본 발명은 MEMS 장치 제조 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는, 새로운 방식으로 MEMS 장치층 및 MEMS 핸들층 사이를 연결하는 방법을 이용한, MEMS 장치 제조 방법, 즉 MEMS 장치 제조 방법에서 기존에도 사용되던 Au-Si 공융 본딩(eutectic bonding)을 이용하여, 밀봉 라인(sealline)을 따른 복수 개의 에칭 홀에 대해서도 Au-Si 액체 합금이 들어가서 냉각되도록 하는 Au-Si 본딩 단계을 이용함으로써, 용이하게 MEMS 장치층 및 MEMS 핸들층이 전기적으로 연결되는 것이 가능한, MEMS 장치 제조 방법에 관한 것이다.
미국 특허 제8,564,076호(2013.10.22. 등록, 발명의 명칭 : Internal electrical contact for enclosed MEMS devices)에서는,
"본 발명은, 밀봉된 MEMS 장치에 대한 내부 전기적 접촉부(internal electrical contact)를 제공하는 기술로서, MEMS 장치에서 저잡음 성능을 위해, 핸들층(handle layer)은 전기적 차폐를 제공하기 위해 정상적으로는 전기적으로 접지시키는 것이 요구되며, 이를 위해 와이어 본딩(wire bonding)이 필요하나, 와이어 본딩은 수직 공간을 요구하고, 패키지 되었을 때 MEMS의 전체 두께를 증가시키므로, 따라서, 와이어 본딩이 불필요한 MEMS 장치 및 방법, 즉 핸들층(handle layer)에 대한 전기적 접속을 제공하는 방법이 간단하고, 쉽게 구현이 되며, 현존 환경에 적용 가능한 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 기술이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해서, MEMS 장치가 MEMS 기판을 포함하고, MEMS 기판은 그 사이에 절연층을 갖도록 제 2 반도체에 연결된 제 1 반도체층을 포함한다. MEMS 구조는 제 2 반도체층으로부터 형성되고, 복수 개의 제 1 도전 패드를 포함한다. 또한, MEMS 장치는 그 위에 복수 개의 제 2 도전 패드를 포함하는 베이스 기판을 더 포함한다. 제 2 도전 패드는 제 1 도전 패드와 연결된다. 마지막으로, MEMS 장치는 제 1 반도체층 및 제 2 반도체층 사이를 전기적인 연결을 제공하기 위해, MEMS 기판의 절연층을 통해서 형성된 도전성 연결부(conductive connector)를 포함한다. 베이스 기판은 제 1 반도체층 및 제 2 반도체층에 전기적으로 연결된다."는 기술적 구성이 개시되어 있다.
배경 기술의 나머지 상세는 해당 특허문헌을 참조한다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 미국 특허 제8,564,076호(2013.10.22. 등록), Internal electrical contact for enclosed MEMS devices
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명은 MEMS 장치 제조 방법에서 기존에도 사용되던 Au-Si 공융 본딩(eutectic bonding)을 이용하여, 밀봉 라인(sealline)을 따른 복수 개의 에칭 홀에 대해서도 Au-Si 액체 합금이 들어가서 냉각되도록 하는 Au-Si 본딩 단계을 이용함으로써, 용이하게 MEMS 장치층 및 MEMS 핸들층이 전기적으로 연결되는 것이 가능한, MEMS 장치 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 MEMS 장치 제조 방법은, MEMS 장치가 형성되어 있는 MEMS 장치층(MEMS device layer); MEMS 핸들층(handle layer); 및 상기 MEMS 장치층 및 MEMS 핸들층의 사이에 형성된 절연층;을 포함하는 MEMS 장치를 준비하는 단계; 밀봉 라인(sealline)을 따라 복수 개의 에치 홀(etch hole)을 그리는 MEMS 장치층 패터닝 단계; 상기 그려진 복수 개의 에치 홀에 대해서 에칭 공정을 실행하여, MEMS 핸들층을 노출시키는 단계; 및 MEMS 장치 제조시 사용되는 Au-Si 공융 본딩(eutectic bonding)을 이용하여, 상기 MEMS 장치층 및 상기 MEMS 핸들층이 전기적으로 연결되도록, 상기 복수 개의 에칭 홀에 대해서도 Au-Si 액체 합금이 들어가서 냉각되도록 하는 Au-Si 본딩 단계;를 포함한다.
또한, 상기 Au-Si 본딩은, 섭씨 363도 이상에서 Au와 Si가 공정 반응이 이루어지도록 하여, 상기 MEMS 장치층 및 상기 MEMS 핸들층이 전기적으로 연결되도록, 상기 복수 개의 에칭 홀에 대해서도 Au-Si 액체 합금이 들어가서 냉각되어 Au-Si 액체 합금이 굳도록 하는 단계이다.
본 발명에 따른 MEMS 장치 제조 방법에 의하면,
첫째, MEMS 장치 제조 방법에서 기존에도 사용되던 Au-Si 공융 본딩(eutectic bonding)을 이용하여, 밀봉 라인(sealline)을 따른 복수 개의 에칭 홀에 대해서도 Au-Si 액체 합금이 들어가서 냉각되도록 하는 Au-Si 본딩 단계을 이용하는 것이 가능하다. 이를 통해서, 용이하게 MEMS 장치층 및 MEMS 핸들층이 전기적으로 연결되도록 할 수 있다.
둘째, MEMS 장치층에 대한 패터닝을 통한 간편한 MEMS 장치층 및 MEMS 핸들층의 연결 방법으로, MEMS 장치의 노이즈 특성을 개선하고, 공정 비용을 감소시키는 것이 가능하다. 즉, 종래 기술인 미국 특허 제8,564,076호 등에서 밀봉된 MEMS 장치에 대한 내부 전기적 접촉부(internal electrical contact)를 제공하기 위해서 별도로 공정을 하던 것을 할 필요가 없어서 공정 비용이 절감되는 효과를 얻는 것이 가능하며, 복수 개의 에치 홀을 통해서 다각도로 MEMS 장치층 및 MEMS 핸들층이 연결되어서 MEMS 장치의 노이즈 특성 향상에 도움을 준다.
도 1은 본 발명에 따른 MEMS 장치 제조 방법에서, 밀봉 라인(sealline)을 따라 복수 개의 에치 홀(etch hole)을 그리는 MEMS 장치층 패터닝 단계을 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 MEMS 장치 제조 방법에서, 도 1에서 그려진 복수 개의 에치 홀에 대해서 에칭 공정을 실행하여, MEMS 핸들층을 노출시키는 단계를 도시한 도면(도 1의 A-A' 단면도)이고,
도 3은 본 발명에 따른 MEMS 장치 제조 방법에서, MEMS 장치 제조시 사용되는 Au-Si 공융 본딩(eutectic bonding)을 이용하여, 상기 MEMS 장치층 및 상기 MEMS 핸들층이 전기적으로 연결되도록, 상기 복수 개의 에칭 홀에 대해서도 Au-Si 액체 합금이 들어가서 냉각되도록 하는 Au-Si 본딩 단계를 도시한 도면(도 1의 A-A' 단면도)이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 본 발명에 따른 MEMS 장치 제조 방법에서는, MEMS 장치가 형성되어 있는 MEMS 장치층(MEMS device layer)(100); MEMS 핸들층(handle layer)(300); 및 MEMS 장치층(100) 및 MEMS 핸들층(300)의 사이에 형성된 절연층(200);을 포함하는 MEMS 장치를 준비한다. 여기서 MEMS 장치층은 MEMS 장치가 형성되는 층이고, MEMS 핸들층은 통상 기판층이다.
도 1은 본 발명에 따른 MEMS 장치 제조 방법에서, 밀봉 라인(sealline)을 따라 복수 개의 에치 홀(etch hole)을 그리는 MEMS 장치층 패터닝 단계을 도시한 도면이다. 도 1에서 붉은 색으로 표시된 밀봉 라인을 따라서 다수 개의 에치 홀을 그리는 패터닝을 하게 된다. 이와 같은 패터닝은 포토 레지스트를 이용하여 포토 패터닝(photo patterning)을 통해서 이루어질 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 MEMS 장치 제조 방법에서, 도 1에서 그려진 복수 개의 에치 홀에 대해서 에칭 공정을 실행하여, MEMS 핸들층을 노출시키는 단계를 도시한 도면(도 1의 A-A' 단면도)이다. 이와 같은 MEMS 핸들층 노출을 위한 에칭은 도 1에서 상술한 포토 레지스트 도포, 에칭, 포토 레지스트 제거 및 세척(cleaning) 공정을 이용하여 이루어지는 것이 일반적이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 MEMS 장치 제조 방법에서, MEMS 장치 제조시 사용되는 Au-Si 공융 본딩(eutectic bonding)을 이용하여, MEMS 장치층(100) 및 MEMS 핸들층(300)이 전기적으로 연결되도록, 복수 개의 에칭 홀에 대해서도 Au-Si 액체 합금(400)이 자연스럽게 흘러 들어가서 이후 냉각되도록 하는 Au-Si 본딩 단계를 도시한 도면(도 1의 A-A' 단면도)이다.
구체적으로, 이와 같은 Au-Si 본딩은, 섭씨 363도 이상에서 Au와 Si가 공정 반응이 이루어지도록 하여, MEMS 장치층(100) 및 MEMS 핸들층(300)이 전기적으로 연결되도록, 복수 개의 에칭 홀에 대해서도 Au-Si 액체 합금(400)이 들어가서 냉각되어 Au-Si 액체 합금이 굳도록 하는 단계이다.
이와 같은 구성, 즉 MEMS 장치층에 대한 패터닝을 통한 간편한 MEMS 장치층 및 MEMS 핸들층의 연결 방법으로, MEMS 장치의 노이즈 특성을 개선하고, 공정 비용을 감소시키는 것이 가능하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (2)

  1. MEMS 장치가 형성되어 있는 MEMS 장치층(MEMS device layer); MEMS 핸들층(handle layer); 및 상기 MEMS 장치층 및 MEMS 핸들층의 사이에 형성된 절연층;을 포함하는 MEMS 장치를 준비하는 단계;
    밀봉 라인(sealline)을 따라 복수 개의 에치 홀(etch hole)을 그리는 MEMS 장치층 패터닝 단계;
    상기 그려진 복수 개의 에치 홀에 대해서 에칭 공정을 실행하여, MEMS 핸들층을 노출시키는 단계; 및
    MEMS 장치 제조시 사용되는 Au-Si 공융 본딩(eutectic bonding)을 이용하여, 상기 MEMS 장치층 및 상기 MEMS 핸들층이 전기적으로 연결되도록, 상기 복수 개의 에칭 홀에 대해서도 Au-Si 액체 합금이 들어가서 냉각되도록 하는 Au-Si 본딩 단계;를 포함하는,
    MEMS 장치 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 Au-Si 본딩은, 섭씨 363도 이상에서 Au와 Si가 공정 반응이 이루어지도록 하여, 상기 MEMS 장치층 및 상기 MEMS 핸들층이 전기적으로 연결되도록, 상기 복수 개의 에칭 홀에 대해서도 Au-Si 액체 합금이 들어가서 냉각되어 Au-Si 액체 합금이 굳도록 하는 단계인,
    MEMS 장치 제조 방법.
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