KR100549003B1 - 넓은 튜닝 범위를 갖는 멤스 튜너블 커패시터 및 그것을제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

넓은 튜닝 범위를 갖는 MEMS 튜너블 커패시터 및 그것을 제조하는 방법이 개시된다. 상기 MEMS 튜너블 커패시터는 기판 상부의 동일레벨에 빗살(teeth of a comb) 모양으로 배열된 복수개의 고정플레이트들을 포함한다. 상기 복수개의 고정플레이트들은 서로 전기적으로 연결된다. 커패시터 유전막이 상기 복수개의 고정플레이트들을 덮는다. 한편, 상기 유전막으로부터 이격되어 상기 복수개의 고정플레이트들 상부에 이동플레이트 구조체가 위치한다. 상기 이동플레이트 구조체는 상기 고정플레이트들 각각에 대응되도록 배열된 이동플레이트들을 포함한다. 이에 더하여, 스프링 구조체가 상기 이동플레이트 구조체에 연결된다. 상기 스프링 구조체는 상기 이동플레이트 구조체가 수평 방향으로 이동할 수 있도록 연결된다. 한편, 지지부가 상기 기판 상에 고정되어 상기 스프링 구조체을 지지한다.
멤스(microelectromechanical system; MEMS), 튜너블 커패시터(tunable capacitor), 고정플레이트(fixed plate), 이동플레이트(movable plate), 스프링 구조체(spring structure), 지지부(supporter)

Description

넓은 튜닝 범위를 갖는 멤스 튜너블 커패시터 및 그것을 제조하는 방법{MEMS tunable capacitor having wide tuning range and method of fabricating the same}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MEMS 튜너블 커패시터를 설명하기 위한 레이아웃도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MEMS 튜너블 커패시터를 설명하기 위해 도 1의 절단선 I-I에 따라 취해진 단면도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MEMS 튜너블 커패시터를 제조하는 방법을 설명하기 위해 도 1의 절단선 I-I에 따라 취해진 단면도들이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 설명 *
21: 기판, 23: 하부절연막,
25: 하부배선, 27: 층간절연막,
29a: 하부플레이트들, 29b: 비아들,
29c: 파워라인들, 31: 커패시터 유전막,
33: 희생막, 35: 식각저지막,
37: 몰딩막, 39: 지지부들,
41a, 41b: 스프링 구조체, 43: 이동플레이트들,
45: 연결부들
본 발명은 튜너블 커패시터 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 넓은 튜닝 범위를 갖는 MEMS 튜너블 커패시터 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것이다.
미세가공 기술(micromachining technique)이 발달함에 따라, 주파수 튜닝에 사용되는 바렉터 다이오드(varactor diode)를 대체할 수 있는 MEMS 튜너블 커패시터가 널리 연구되고 있다.
상기 MEMS 튜너블 커패시터가 미국특허 제6,355,534호에 "가변 튜너블 범위 MEMS 커패시터(variable tunable range MEMS capacitor)"라는 제목으로 쳉 등(Cheng et al.)에 의해 개시된 바 있다.
상기 미국특허 제6,355,534호에 개시된 튜너블 커패시터는 고정플레이트(fixed charge plate) 및 이동플레이트(movable charge plate)를 구비한다. 상기 이동플레이트는 상기 고정플레이트 상부에 위치하여, 정전기력(electrostatic force)에 의해 상하로 이동할 수 있다. 한편, 상기 이동플레이트 상에 스티프너(stiffner)가 위치한다. 상기 스티프너는 상기 이동플레이트가 아래로 이동할 때, 상기 이동플레이트의 휘어짐을 억제한다.
상기 미국특허 제6,355,534호에 개시된 튜너블 커패시터는 바렉터 다이오드에 비해 튜닝 범위가 넓으며, 스티프너를 채택하여 튜닝범위를 더욱 증가시킬 수 있는 장점이 있다. 한편, 상기 튜너블 커패시터는 정전기력을 이용하여 상기 이동플레이트를 상하로 이동시킬 수 있다. 따라서, 상기 고정 플레이트와 이동플레이트 사이의 거리가 변하여 커패시턴스가 변한다. 그러나, 이동플레이트가 상하로 이동할 수 있는 거리는 플레이트들 사이의 단락 및 정전기력등에 기인하여 제한된다. 따라서, 상기 튜너블 커패시터의 튜닝 범위는 제한적이다.
결과적으로, 이동플레이트를 상하로 이동하여 커패시턴스를 변화시킬 수 있는 가변 커패시터는 넓은 튜닝 범위를 갖기 어렵다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 플레이트들 사이의 단락을 방지하면서, 종래기술에 비해 넓은 튜닝범위를 갖는 튜너블 커패시터를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 플레이트들 사이의 단락을 방지하면서, 종래기술에 비해 넓은 튜닝범위를 갖는 MEMS 튜너블 커패시터를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명은 넓은 튜닝 범위를 갖는 MEMS 튜너블 커패시터를 제공한다. 상기 MEMS 튜너블 커패시터는 기판을 포함한다. 복수개의 고정플레이트들이 상기 기판 상부의 동일레벨에 빗살(teeth of a comb) 모양 으로 배열된다. 상기 복수개의 고정플레이트들은 서로 전기적으로 연결된다. 이에 더하여, 커패시터 유전막이 상기 복수개의 고정플레이트들을 덮는다. 한편, 이동플레이트 구조체가 상기 유전막으로부터 이격되어 상기 복수개의 고정플레이트들 상부에 위치한다. 상기 이동플레이트 구조체는 상기 고정플레이트들 각각에 대응되도록 배열된 이동플레이트들을 포함한다. 상기 이동플레이트 구조체에 스프링 구조체(spring structure)가 연결된다. 상기 스프링 구조체는 상기 이동플레이트 구조체가 수평 방향으로 이동할 수 있도록 연결된다. 또한, 상기 스프링 구조체는 상기 기판 상에 고정된 지지부(supporter)에 의해 지지된다. 이에 따라, 상기 고정플레이트들과 상기 이동플레이트들 사이에 커패시터 유전막이 개재되어 상기 이동플레이트들 사이의 단락이 방지된다. 또한, 적은 양의 수평이동에 의해 커패시턴스의 변화량을 극대화할 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수개의 고정플레이트들의 하부에 하부배선이 위치할 수 있다. 상기 복수개의 고정플레이트들 각각은 상기 하부배선에 전기적으로 접속된다. 또한, 상기 복수개의 고정플레이트들 각각은 비아를 통해 상기 하부배선에 접속될 수 있다.
한편, 상기 이동플레이트 구조체는 상기 이동플레이트들을 물리적으로 연결하는 적어도 하나의 연결부(connecting part)를 포함한다. 상기 적어도 하나의 연결부는 상기 이동플레이트들의 단부들을 연결할 수 있다. 또한, 상기 적어도 하나의 연결부를 통해 상기 이동플레이트들이 전기적으로 연결될 수 있다.
바람직하게는, 상기 스프링 구조체는 실리콘(Si) 또는 구리(Cu)를 주요하게 포함할 수 있다.
한편, 파워라인이 지지부에 연결되어, 상기 기판 상부에 위치할 수 있다. 상기 파워라인은 상기 지지부 및 상기 스프링 구조체를 통해 상기 이동플레이트들에 전기적으로 연결된다.
상기 다른 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명은 넓은 튜닝 범위를 갖는 MEMS 튜너블 커패시터를 제조하는 방법을 제공한다. 이 방법은 기판 상에 층간절연막 및 상기 층간절연막에 의해 서로 이격되어 빗살(teeth of a comb) 모양으로 배열된 고정플레이트들을 형성하는 것을 포함한다. 상기 고정플레이트들을 갖는 기판 상에 커패시터 유전막을 형성하고, 상기 커패시터 유전막 상에 희생막 및 몰딩막을 차례로 형성한다. 그 후, 상기 몰딩막 및 희생막을 관통하여 상기 기판 상부에 고정되는 지지부, 상기 몰딩막 내에 한정되는 스프링 구조체 및 이동플레이트 구조체를 형성한다. 이때, 상기 스프링 구조체는 상기 지지부 및 상기 이동플레이트 구조체를 연결한다. 한편, 상기 이동플레이트 구조체는 상기 고정플레이트들에 대응하는 이동플레이트들 및 상기 이동플레이트들을 연결하는 연결부를 포함하도록 형성된다. 그 후, 상기 몰딩막 및 상기 희생막을 제거한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MEMS 튜너블 커패시터를 설명하기 위한 단면도이고, 도 2는 도 1의 절단선 I-I에 따라 취해진 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판(21) 상에 복수개의 고정플레이트들(29a)이 위치한다. 상기 기판(21)은 실리콘 기판 또는 실리콘-온-인슐레이터(silicon-on-insulator; SOI) 기판일 수 있다. 상기 기판(21)은 트랜지스터(도시하지 않음)와 같은 개별소자들을 포함할 수 있다.
한편, 상기 복수개의 고정플레이트들(29a)은 상기 기판(21) 상부의 동일레벨에 빗살(teeth of a comb) 모양으로 배열된다. 또한, 상기 복수개의 고정플레이트들(29a)은 서로 전기적으로 연결된다. 바람직하게는, 상기 복수개의 고정플레이트들(29a) 하부에 하부배선(25)이 위치할 수 있다. 상기 하부배선(25)은 상기 복수개의 고정플레이트들(29a)을 가로지른다. 상기 복수개의 고정플레이트들(29a)은 상기 하부배선(25) 상부면에 직접 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다. 바람직하게는, 상기 복수개의 고정플레이트들(29a)과 상기 하부배선(25) 사이에 비아들(29b)이 개재될 수 있다. 상기 복수개의 고정플레이트들(29a)은 각각 상기 비아들(29b)을 통해 상기 하부배선(25)에 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 커패시터 유전막(31)이 상기 복수개의 고정플레이트들(29a)을 덮는다. 상기 커패시터 유전막(31)은 고유전막일 수 있으며, 실리콘질화막(SiN), 탄탈륨산화막(Ta2O5), 하프늄산화막(HfO2), 바륨스트론튬타이타늄산화막(Ba-SrTiO 3; BST) 또 는 스트론튬타이타늄산화막(SrTiO3; ST)을 포함할 수 있다.
상기 커패시터 유전막(31)으로부터 이격되어 상기 복수개의 고정플레이트들(29a) 상부에 이동플레이트 구조체(44)가 위치한다. 상기 이동플레이트 구조체(44)는 상기 복수개의 고정플레이트들(29a) 각각에 대응되도록 배열된 이동플레이트들(43)을 포함한다. 상기 이동플레이트들(43) 각각은 대응하는 상기 복수개의 고정플레이트들(29a) 각각의 상부에 위치한다. 따라서, 상기 이동플레이트들(43)은 상기 복수개의 고정플레이트들(29a)과 같이 빗살모양으로 배열된다. 한편, 상기 이동플레이트 구조체(44)는 상기 이동플레이트들(43)을 물리적으로 연결하는 적어도 하나의 연결부(45)를 포함할 수 있다. 상기 연결부(45)는 상기 이동플레이트들(43)의 단부들을 연결할 수 있다. 한편, 상기 이동플레이트들(43)은 전기적으로 서로 연결된다. 이때, 상기 연결부(45)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 연결부(45)가 상기 이동플레이트들(43)을 전기적으로 연결하는 경우, 상기 연결부(45)는 상기 고정플레이트들(29a)의 외부에 위치하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 연결부(45)는 상기 고정플레이트들(29a)과 겹치지 않는다. 따라서, 상기 연결부(45)는 커패시턴스의 변화에 영향을 주지 않는다.
한편, 상기 이동플레이트 구조체(44)가 수평방향으로 이동할 수 있도록 스프링 구조체들(spring structure; 41a, 41b)이 상기 이동플레이트 구조체(44)에 연결된다. 상기 스프링 구조체들(41a, 41b)은 상기 이동플레이트 구조체(44)가 상기 커패시터 유전막(31)과 이격될 수 있도록 상기 이동플레이트 구조체(44)를 지지한다. 따라서, 상기 스프링 구조체들(41a, 41b)은 상기 이동플레이트 구조체(44)의 양측에 연결되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 스프링 구조체들(41a, 41b)은 외부의 힘에 의해 수평방향으로 수축 및 팽창하여 상기 이동플레이트 구조체(44)가 수평방향으로 이동할 수 있도록 한다. 한편, 상기 스프링 구조체들(41a, 41b)은 스스로 열 액추에이터일 수 있다. 즉, 상기 스프링 구조체들(41a, 41b)은 저항열에 기인하여 열팽창할 수 있다. 이에 따라, 상기 이동플레이트 구조체(44)를 수평방향으로 이동시킨다. 이 경우, 상기 스프링 구조체들(41a, 41b)은 서로 대칭성을 갖지 않아야 한다. 바람직하게는, 상기 스프링 구조체들(41a, 41b) 중 어느 하나는 역 액추에이터이고, 다른 하나는 단순한 스프링 구조체일 수 있다. 따라서, 상기 스프링 구조체들(41a, 41b)은 서로 다른 공정에 의해 형성될 수 있다.
한편, 상기 스프링 구조체들(41a, 41b) 각각은 그것을 지지하는 지지부(supporter; 39)에 연결된다. 상기 지지부들(39)은 상기 기판(21)상에 고정된다. 바람직하게는, 파워라인들(29c)이 상기 지지부들(39)에 연결될 수 있다. 상기 파워라인(29c)은 상기 지지부(39) 및 상기 스프링 구조체들(41a, 41b)을 통해 상기 이동플레이트들(43)에 전기적으로 연결될 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수개의 고정플레이트들(29a) 및 상기 이동플레이트들(43)은 각각 동일한 폭들을 가질 수 있다. 이에 더하여, 상기 복수개의 고정플레이트들(29a) 각각은 적어도 상기 이동플레이트들의 폭 만큼 서로 이격될 수 있다. 이에 따라, 상기 이동플레이트들(43)은 상기 고정플레이트들(29a)과 완전히 겹치도록 상기 고정플레이트들(29a) 상부에 위치할 수 있으며, 또한 상기 고정플레이트들(29a)의 상부에서 완전히 벗어날 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 커패시터는 커패시턴스의 변화 폭이 커서, 넓은 튜닝 범위를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 튜너블 커패시터는 수평방향으로 짧은 거리를 이동하면서도 넓은 튜닝범위를 가질 수 있다. 또한, 상기 이동플레이트들(43)과 상기 고정플레이트들(29a) 사이에 커패시터 유전막(31)이 개재되어 플레이트들(29a, 43) 사이의 단락을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시에에 따른 MEMS 튜너블 커패시터를 제조하는 방법을 상세히 설명한다.
다시, 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MEMS 튜너블 커패시터를 설명하기 위한 레이아웃도이고, 도 3 내지 도 6은 도 1의 절단선 I-I에 따라 취해진 단면도들이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 기판(21)을 준비한다. 상기 기판(21)은 실리콘 기판 또는 SOI 기판일 수 있다. 또한, 상기 기판(21)은 트랜지스터(도시하지 않음)와 같은 개별소자들을 포함할 수 있다. 상기 기판(21) 상에 층간절연막(27) 및 상기 층간절연막(27)에 의해 서로 이격된 복수개의 고정플레이트들(29a)을 형성한다. 이때, 상기 복수개의 고정플레이트들(29a)은 빗살모양으로 배열되도록 형성된다.
바람직하게는, 상기 층간절연막(27) 및 상기 복수개의 고정플레이트들(29a)을 형성하기 전에, 하부절연막(23) 및 상기 하부절연막(23)에 의해 적어도 그것의 측벽들이 덮이는 하부배선(25)을 형성할 수 있다. 상기 하부배선(25)은 다마신 공 정을 사용하여 형성할 수 있다. 즉, 상기 기판(21) 상에 하부절연막(23)을 형성한다. 그 후, 상기 하부절연막(23)을 패터닝하여 하부배선(25) 영역을 한정하는 그루브를 형성한다. 그 후, 상기 그루브를 채우는 하부배선(25)을 형성한다. 이와 달리, 상기 하부배선(25)는 사진/식각 공정을 사용하여 형성할 수 있다. 즉, 상기 기판(21) 상에 도전막을 형성한다. 상기 도전막을 사진/식각 공정을 사용하여 패터닝하여 하부배선(25)을 형성한다. 그 후, 상기 하부배선(25)을 덮는 하부절연막을 형성하고, 이를 평탄화시킨다. 그 결과, 상기 하부배선(25) 및 상기 하부배선(25)의 측벽들을 덮는 하부절연막(23)이 형성된다.
한편, 상기 층간절연막(27) 및 상기 복수개의 고정플레이트들(29a)은 다마신 공정을 사용하여 형성할 수 있다. 즉, 상기 하부배선(25)을 갖는 기판 상에 층간절연막(27)을 형성한다. 그 후, 상기 층간절연막(27)을 패터닝하여 고정플레이트들(29a) 영역을 한정하는 그루브들을 형성한다. 이때, 상기 하부배선(25)을 노출시키는 비아홀들을 같이 형성할 수 있다. 그 후, 상기 비아홀들 및 그루브들을 채우는 도전막을 형성하고, 상기 도전막을 상기 층간절연막(27)을 노출시킬 때 까지 평탄화하여 비아들(29b) 및 고정플레이트들(29a)을 형성한다. 상기 비아들(29b)을 형성하는 것은 생략될 수 있다. 이 경우, 상기 그루브들은 상기 하부배선(25)을 노출시키도록 형성된다.
이와 달리, 상기 층간절연막(27) 및 상기 복수개의 고정플레이트들(29a)은 사진 및 식각공정을 사용하여 형성할 수 있다. 즉, 상기 하부배선(25)을 갖는 기판 상에 제1 층간절연막을 형성한다. 상기 제1 층간절연막을 패터닝하여 상기 하부배 선(25)을 노출시키는 비아홀들을 형성한다. 그 후, 상기 비아홀들을 채우고 상기 제1 층간절연막을 덮는 도전막을 형성한다. 상기 도전막을 사진 및 식각공정을 사용하여 패터닝하여 고정플레이트들(29a)을 형성한다. 상기 고정플레이트들(29a)을 갖는 기판 상에 제2 층간절연막을 형성한다. 상기 제2 층간절연막을 상기 고정플레이트들(29a)이 노출될 때 까지 평탄화한다. 이에 따라, 상기 제2 층간절연막은 상기 고정플레이트들(29a)의 측벽을 덮고, 상기 고정플레이트들(29a)의 상부면들은 노출된다. 한편, 상기 제1 층간절연막 및 상기 비아홀들을 형성하는 공정을 생략될 수 있다. 이 경우, 상기 고정플레이트들(29a)은 상기 하부배선(25)에 직접 접촉하여, 전기적으로 연결된다.
바람직하게는, 상기 고정플레이트들(29a)은 구리(Cu)를 주요하게 포함할 수 있다. 한편, 상기 고정플레이트들(29a)을 형성하는 동안, 파워라인들(29c)을 형성할 수 있다. 상기 파워라인들(29c)은 상기 고정플레이트들(29a)의 외부에 형성된다. 이 경우, 상기 파워라인들(29c)은 상기 고정플레이트들(29a)과 동일한 물질막으로 형성될 수 있다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 상기 복수개의 고정플레이트들(29a)을 갖는 기판 상에 커패시터 유전막(31)을 형성한다. 상기 커패시터 유전막(31)은 상기 복수개의 고정플레이트들(29a)의 상부면들을 덮고, 상기 파워라인들(29c)의 상부면들을 덮는다. 한편, 상기 커패시터 유전막(31)은 고유전막으로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 커패시터 유전막(31)은 실리콘질화막(SiN), 탄탈륨산화막(Ta2O5), 하프늄 산화막(HfO2), 바륨스트론튬타이타늄산화막(Ba-SrTiO3; BST) 또는 스트론튬타이타늄산화막(SrTiO3; ST)으로 형성될 수 있으며, 이들 중 적어도 두 개의 적층막으로 형성될 수 있다.
상기 커패시터 유전막(31) 상에 희생막(sacrificial layer; 33) 및 몰딩막(molding layer; 37)을 형성한다. 바람직하게는, 상기 몰딩막(37)을 형성하기 전에 식각저지막(35)을 형성할 수 있다. 한편, 상기 희생막(33)은 후속 공정에서 습식식각에 의해 제거된다. 따라서, 상기 희생막(33)은 상기 커패시터 유전막(31)에 대하여 습식식각 선택비를 갖는 물질막으로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 희생막(33)은 실리콘 산화막(SiO2) 또는 알루미늄 산화막(Al2O3)으로 형성할 수 있으며, 이들의 적층막으로 형성할 수 있다. 한편, 상기 몰딩막(37)은 감광막 또는 실리콘 산화막으로 형성할 수 있다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 상기 몰딩막(37), 상기 식각저지막(35), 상기 희생막(33) 및 상기 커패시터 유전막(31)을 차례로 패터닝하여 상기 파워라인들(29c)을 노출시키는 그루브들을 형성한다. 그 후, 상기 그루브들을 채우는 물질막을 형성하고, 이를 평탄화하여 지지부들(39)을 형성한다. 이때, 상기 그루브들을 채우는 물질막은 도전막으로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 지지부들(39)은 상기 기판(21) 상부에 고정된다.
상기 지지부들(39)이 형성된 후, 상기 몰딩막(37)을 패터닝하여 스프링 영역을 한정하는 트렌치들을 형성한다. 상기 몰딩막(37)이 감광막으로 형성된 경우, 상 기 몰딩막(37)은 사진/현상 공정을 사용하여 패터닝될 수 있다. 한편, 상기 몰딩막(37)이 실리콘 산화막과 같은 무기막으로 형성된 경우, 상기 몰딩막(37)은 사진 및 식각공정을 사용하여 패터닝될 수 있다. 이때, 상기 식각은 상기 식각저지막(35)에서 정지된다. 그 후, 상기 스프링 영역을 한정하는 트렌치들을 채우는 물질막을 형성하고, 이를 평탄화하여 스프링 구조체들(41a, 41b)을 형성한다. 상기 스프링 구조체들(41a, 41b)은 실리콘 또는 구리막으로 형성할 수 있다. 한편, 상기 스프링 구조체들(41a, 41b) 중 어느 하나가 열 액추에이터로 사용될 경우, 상기 스프링 구조체들(41a, 41b) 각각은 서로 다른 물질막으로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 스프링 구조체들(41a, 41b) 각각은 별개의 공정들을 사용하여 상기 몰딩막(37) 내에 형성될 수 있다. 상기 스프링 구조체들(41a, 41b)은 각각 상기 지지부들(39)에 연결되도록 형성된다.
한편, 상기 스프링 구조체들(41a, 41b)은 상기 지지부들(39)을 형성하기 전 또는 상기 지지부들(39)을 형성하는 동안 형성될 수 있다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 상기 스프링 구조체들(41a, 41b)이 형성된 후, 상기 몰딩막(37)을 다시 패터닝하여 이동플레이트 영역을 한정하는 트렌치들을 형성한다. 이때, 적어도 하나의 연결부 영역을 한정하는 트렌치를 함께 형성할 수 있다. 상기 연결부 영역은 상기 이동플레이트 영역의 일측 단부들에 연결될 수 있다. 바람직하게는, 상기 이동플레이트 영역의 양측 단부들을 각각 연결하는 두 개의 연결부 영역들이 형성될 수 있다. 그 후, 상기 트렌치들을 채우는 플레이트 도전막을 형성하고, 이를 평탄화하여 이동플레이트들(43) 및 연결부들(45)을 형성한다. 상기 플레이트 도전막은 구리막으로 형성할 수 있다.
한편, 상기 연결부들(45)은 상기 이동플레이트들(43)을 형성하기 전 또는 후에 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 연결부들(45)은 상기 이동플레이트들(43)과 다른 물질막으로 형성할 수 있다.
한편, 상기 이동플레이트들(43)은 상기 스프링 구조체들(41a, 41b)을 형성하기 전 또는 상기 스프링 구조체들(41a, 41b)을 형성하는 동안 형성될 수 있다. 특히, 상기 이동플레이트들(43)이 상기 스프링 구조체들(41a, 41b)와 동일한 물질막으로 형성되는 경우, 상기 이동플레이트들(43) 및 상기 스프링 구조체들(41a, 41b)은 동시에 형성될 수 있다.
상기 이동플레이트들(43) 및 상기 연결부들(45)이 형성된 후, 상기 몰딩막(37), 상기 식각저지막(35) 및 상기 희생막(33)을 제거한다. 이들 막은 습식식각 기술을 사용하여 제거될 수 있다. 그 결과, 도 2에 도시된 바와 같이, 상부 이동플레이트들(43)이 수평방향으로 이동할 수 있는 튜너블 커패시터가 완성된다.
본 발명에 따르면, 복수개의 고정플레이트들 상에 커패시터 유전막이 위치하여 플레이트들 사이의 단락을 방지할 수 있으며, 빗살모양의 플레이트들을 채택하여 넓은 튜닝범위를 갖는 튜너블 커패시터를 제공할 수 있다. 또한, 플레이트들 사이의 단락을 방지하면서, 종래기술에 비해 넓은 튜닝범위를 갖는 MEMS 튜너블 커패시터를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.

Claims (20)

  1. 기판;
    상기 기판 상부의 동일레벨에 빗살(teeth of a comb) 모양으로 배열되되, 서로 전기적으로 연결된 복수개의 고정플레이트들;
    상기 복수개의 고정플레이트들을 덮는 커패시터 유전막;
    상기 유전막으로부터 이격되어 상기 복수개의 고정플레이트들 상부에 위치하되, 상기 고정플레이트들 각각에 대응되도록 배열된 이동플레이트들을 포함하는 이동플레이트 구조체;
    상기 이동플레이트 구조체가 수평방향으로 이동할 수 있도록 상기 이동플레이트 구조체에 연결된 스프링 구조체(spring structure);
    상기 기판 상에 고정되어 상기 스프링 구조체을 지지하는 지지부(supporter)를 포함하는 MEMS 튜너블 커패시터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동플레이트 구조체는 상기 이동플레이트들을 물리적으로 연결하는 적어도 하나의 연결부(connecting part)를 더 포함하는 MEMS 튜너블 커패시터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 연결부는 상기 이동플레이트들의 단부들을 연결하는 MEMS 튜너블 커패시터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수개의 고정플레이트들 및 상기 이동플레이트들은 각각 동일한 폭들을 갖는 MEMS 튜너블 커패시터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수개의 고정플레이트들 각각은 적어도 상기 이동플레이트들의 폭 만큼 서로 이격된 MEMS 튜너블 커패시터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 지지부에 연결된 파워라인을 더 포함하되,
    상기 파워라인은 상기 지지부 및 상기 스프링 구조체를 통해 상기 이동플레이트들에 전기적으로 연결되는 MEMS 튜너블 커패시터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수개의 고정플레이트들 하부에 위치하여 상기 복수개의 고정플레이트들을 연결하는 하부배선을 더 포함하되, 상기 하부배선에 의해 상기 고정플레이트들이 전기적으로 연결되는 MEMS 튜너블 커패시터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 하부배선과 상기 복수개의 고정플레이트들 각각을 전기적으로 연결하는 비아들을 더 포함하는 MEMS 튜너블 커패시터.
  9. 기판 상에 층간절연막 및 상기 층간절연막에 의해 서로 이격되어 빗살모양으로 배열된 고정플레이트들을 형성하고,
    상기 고정플레이트들을 갖는 기판 상에 커패시터 유전막을 형성하고,
    상기 커패시터 유전막 상에 희생막 및 몰딩막을 차례로 형성하고,
    상기 몰딩막 및 희생막을 관통하여 상기 기판 상부에 고정되는 지지부를 형성하고,
    상기 몰딩막 내에 한정되는 스프링 구조체 및 이동플레이트 구조체를 형성하되, 상기 스프링 구조체는 상기 지지부 및 상기 이동플레이트 구조체를 연결하고, 상기 이동플레이트 구조체는 상기 고정플레이트들에 대응하는 이동플레이트들 및 상기 이동플레이트들을 연결하는 연결부를 포함하고,
    상기 몰딩막 및 상기 희생막을 제거하는 것을 포함하는 MEMS 튜너블 커패시터 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 스프링 구조체를 형성하는 것은 상기 몰딩막을 패터닝하여 상기 스프링 구조체 영역을 한정하는 그루브를 형성하고,
    상기 그루브를 채우는 스프링 도전막을 형성하고,
    상기 몰딩막이 노출될 때 까지 상기 스프링 도전막을 평탄화하는 것을 포함하는 MEMS 튜너블 커패시터 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 이동플레이트 구조체를 형성하는 것은 상기 스프링 구조체를 형성한 후, 상기 몰딩막을 다시 패터닝하여 이동플레이트 영역들 및 연결부 영역을 한정하는 다른 그루브들을 형성하고,
    상기 다른 그루브들을 채우는 이동플레이트 도전막을 형성하고,
    상기 몰딩막이 노출될 때 까지 상기 이동플레이트 도전막을 평탄화하는 것을 포함하는 MEMS 튜너블 커패시터 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 고정플레이트들을 형성하는 동안, 파워라인을 형성하는 것을 더 포함하는 MEMS 튜너블 커패시터 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 지지부를 형성하는 것은 상기 몰딩막, 상기 희생막 및 상기 커패시터 유전막을 차례로 패터닝하여 상기 파워라인을 노출시키는 개구부를 형성하고,
    상기 개구부를 채우는 지지 도전막을 형성하고,
    상기 몰딩막의 상부면이 노출될 때 까지 상기 지지 도전막을 평탄화하는 것을 포함하는 MEMS 튜너블 커패시터 제조방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 몰딩막은 실리콘 산화막으로 형성되는 MEMS 튜너블 커패시터 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 몰딩막을 형성하기 전, 식각저지막(etch stopping layer)을 형성하는 것을 더 포함하는 MEMS 튜너블 커패시터 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 식각저지막은 알루미늄 산화막으로 형성하는 MEMS 튜너블 커패시터 제조방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 희생막은 실리콘 산화막 또는 알루미늄 산화막을 포함하는 MEMS 튜너블 커패시터 제조방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 커패시터 유전막은 실리콘질화막, 탄탈륨산화막, 하프늄산화막, BST 및 ST로 이루어진 일군으로부터 선택된 적어도 하나의 막으로 형성하는 MEMS 튜너블 커패시터 제조방법.
  19. 제 9 항에 있어서,
    상기 층간절연막 및 고정플레이트들을 형성하기 전, 하부절연막 및 상기 하부절연막에 의해 적어도 그것의 측벽들이 덮이는 하부배선을 형성하는 것을 더 포함하는 MEMS 튜너블 커패시터 제조방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 층간절연막 및 고정플레이트들을 형성하는 동안, 상기 고정플레이트들 을 상기 하부배선에 연결시키는 비아들을 형성하는 것을 더 포함하는 MEMS 튜너블 커패시터 제조방법.
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