KR101909131B1

KR101909131B1 - 초음파 변환기 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101909131B1
Application number: KR1020120100661A
Authority: KR
Inventors: 정석환
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2018-12-18
Also published as: CN104620603A; EP2896219A1; US9603581B2; KR20140033993A; EP2896219B1; CN104620603B; WO2014042409A1; EP2896219A4; US20140073927A1

Abstract

초음파 변환기 및 그 제조방법이 개시된다. 개시된 초음파 변환기는, 도전성 기판 및 지지대 내에 마련되는 제1 전극층과, 상기 도전성 기판의 하면에 제1 전극층과 이격되게 마련되는 제2 전극층과, 상기 멤브레인의 상면에 상기 제1 전극층의 상면과 접촉하도록 마련되는 상부 전극과, 상부 전극, 멤브레인, 지지대 및 도전성 기판을 관통하여 형성되는 트렌치와, 상기 도전성 기판의 하부에 마련되는 것으로, 상기 제1 및 제2 전극층과 전기적으로 연결되는 복수의 본딩 패드가 형성된 패드 기판;을 포함한다.

Description

초음파 변환기 및 그 제조방법{Ultrasonic transducer and method of manufacturig the same}

초음파 변환기 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 정전용량형 미세가공 초음파 변환기 및 그 제조방법에 관한 것이다.

초음파 변환기(Ultrasonic Transducer)는 전기적 신호를 초음파 신호로 변환하거나, 반대로 초음파 신호를 전기적 신호로 변환할 수 있는 장치이다. 이러한 초음파 변환기 중 미세가공으로 제작된 미세가공 초음파 변환기(MUT; Micromachined Ultrasonic Transducer)가 있다. 미세가공 초음파 변환기는 그 변환 방식에 따라서, 압전형 미세가공 초음파 변환기(PUMT; Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer), 정전용량형 미세가공 초음파 변환기(CMUT; Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer), 자기형 미세가공 초음파 변환기(MMUT; Magnetic Micromachined Ultrasonic Transducer) 등으로 구분될 수 있다. 이 중에서 정전용량형 미세가공 초음파 변환기가 의료영상 진단기기나 센서 등과 같은 분야에서 각광을 받고 있다. 정전용량형 미세가공 초음파 변환기는 기본 구동 유닛인 소자들(elements)이 2차원적으로 배열된 구조를 가지고 있다. 상기 정전용량형 미세가공 초음파 변환기를 구동하는 경우, 구동되는 소자의 진동이 인접한 소자에 전달되어 발생되는 크로스토크(crosstalk)를 방지할 필요가 있다.

본 발명의 실시예는 정전용량형 미세가공 초음파 변환기 및 그 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 있어서,

도전성 기판;

상기 도전성 기판 상에 마련되는 것으로, 적어도 하나의 캐비티를 포함하는 지지대(support);

상기 지지대 상에 상기 적어도 하나의 캐비티를 덮도록 마련되는 멤브레인(membrane);

상기 도전성 기판 및 상기 지지대 내에 마련되는 제1 전극층;

상기 도전성 기판의 하면에 상기 제1 전극층과 이격되게 마련되는 제2 전극층;

상기 멤브레인의 상면에 상기 제1 전극층의 상면과 접촉하도록 마련되는 상부 전극;

상기 상부 전극, 상기 멤브레인, 상기 지지대 및 상기 도전성 기판을 관통하여 형성되는 트렌치(trench); 및

상기 도전성 기판의 하부에 마련되는 것으로, 상기 제1 및 제2 전극층과 전기적으로 연결되는 복수의 본딩 패드가 형성된 패드 기판;을 포함하는 초음파 변환기가 제공된다.

상기 도전성 기판 및 상기 지지대에는 비아홀이 형성되어 있으며, 상기 제1 전극층은 상기 비아홀의 내벽 및 상부를 덮도록 마련될 수 있다. 상기 비아홀 상부의 상기 멤브레인에는 상기 제1 전극층의 상면을 노출시키는 그루브가 형성되어 있으며, 상기 상부 전극은 상기 제1 전극층과 접촉하도록 상기 그루브의 내벽 상에 형성될 수 있다. 상기 멤브레인은 실리콘을 포함하며, 상기 지지대는 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.

상기 도전성 기판의 상면 및 하면에는 각각 상부 절연층 및 하부 절연층이 마련되어 있으며, 상기 하부 절연층은 상기 제2 전극층이 상기 도전성 기판의 하면에 접촉하도록 패터닝될 수 있다.

상기 복수의 본딩 패드는 상기 패드 기판의 상면에 마련되는 것으로, 상기 제1 및 제2 전극층과 각각 본딩되는 제1 및 제2 상부패드를 포함할 수 있다.

상기 제1 및 제2 전극층은 예를 들면, Au 및 Cu 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제1 및 제2 상부 패드는 예를 들면, Au, Cu 및 Sn 중 적어도 하나를 포함하는 초음파 변환기.

상기 복수의 본딩 패드는 상기 패드 기판의 하면에 마련되는 것으로, 상기 제1 및 제2 상부 패드와 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 하부 패드를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 있어서,

순차적으로 적층된 제1 하부기판, 제1 절연층 및 제1 상부기판을 포함하는 제1 웨이퍼를 마련한 다음, 상기 제1 상부기판 상에 적어도 하나의 캐비티를 포함하는 지지대를 형성하는 단계;

제2 기판 및 상기 제2 기판의 제1면에 형성된 제2 절연층을 포함하는 제2 웨이퍼를 마련한 다음, 상기 제2 절연층을 상기 지지대 상에 상기 캐비티를 덮도록 본딩시키는 단계;

상기 제2 기판 및 상기 지지대 내에 제1 전극층을 형성하고, 상기 제2 기판의 제2면에 제2 전극층을 형성하는 단계;

상기 제2 기판, 상기 제2 절연층 및 상기 지지대를 관통하는 하부 트렌치를 형성하는 단계;

복수의 본딩 패드가 형성된 패드 기판을 상기 제1 및 제2 전극층과 본딩시키는 단계;

상기 제1 하부기판 및 상기 제1 절연층을 제거하는 단계;

상기 제1 상부기판 상에 상부 전극을 상기 제1 전극층과 접촉하도록 형성하는 단계; 및

상기 상부 전극 및 상기 제1 상부기판에 상기 하부 트렌치와 연통하는 상부 트렌치를 형성하는 단계;를 포함하는 초음파 변환기의 제조방법가 제공된다.

상기 제1 웨이퍼는 SOI(silicon on insulator) 웨이퍼를 포함할 수 있다. 상기 지지대는 상기 제1 상부 기판 상에 제3 절연층을 형성한 다음, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 상기 제2 절연층을 본딩시킨 다음, 상기 제2 기판을 소정 두께로 가공하는 단계가 더 포함될 수 있다.

상기 제1 및 제2 전극층을 형성하는 단계는, 상기 제2 기판 및 상기 제2 절연층에 비아홀을 형성하는 단계; 상기 비아홀의 내벽, 상기 비아홀의 통해 노출된 상기 제1 상부기판 및 상기 제2 기판의 제2면에 제4 절연층을 형성하는 단계; 상기 제4 절연층을 상기 제2 기판의 제2면 일부가 노출되도록 패터닝하는 단계; 및 상기 비아홀 내에 형성된 제4 절연층 상에 제1 전극층을 형성하고, 상기 제2 기판의 제2면에 형성된 제4 절연층 상에 상기 제2 기판과 접촉하도록 제2 전극층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 상부 전극을 형성하는 단계는, 상기 비아홀 상부의 상기 제1 상부기판 및 제4 절연층을 식각하여 상기 제1 전극층의 상면을 노출시키는 그루브를 형성하는 단계; 및 상기 그루브의 내벽 및 상기 제1 상부기판 상에 상기 상부 전극을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 복수의 본딩 패드는 상기 패드 기판의 상면에 마련되는 것으로, 상기 제1 및 제2 전극층과 각각 본딩되는 제1 및 제2 상부 패드를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 전극층은 유테틱 본딩(eutectic bonding)에 의해 상기 제1 및 제2 상부패드와 본딩될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 있어서,

도전성 기판;

상기 지지대 상에 마련되는 멤브레인(membrane);

상기 캐비티 내에서 상기 멤브레인과 연결되며 상기 지지대와 이격되도록 마련되는 브릿지 멤브레인(bridge membrane);

상기 도전성 기판 내에 마련되는 제1 전극층;

상기 제1 전극층과 접촉하도록 상기 멤브레인 및 상기 브릿지 멤브레인의 상에 마련되는 상부 전극;

본 발명의 다른 측면에 있어서,

순차적으로 적층된 제1 하부기판, 제1 절연층 및 제1 상부기판을 포함하는 제1 웨이퍼를 마련한 다음, 상기 제1 상부기판 상에 제1 지지대 및 브릿지 지지대를 형성하는 단계;

상기 브릿지 지지대 내측의 제1 상부기판을 식각하여 상기 제1 절연층을 노출시키는 단계;

순차적으로 적층된 제2 하부기판, 제2 절연층 및 제2 상부기판을 포함하는 제2 웨이퍼를 마련한 다음, 상기 제2 상부기판을 상기 제1 지지대 및 상기 브릿지 지지대 상에 본딩시키는 단계;

상기 제2 하부기판 및 제2 절연층을 제거하는 단계;

상기 제2 상부기판 상에 제3 지지대를 형성하고, 상기 제3 지지대를 통하여 노출된 상기 제2 상부기판을 패터닝하여 제2 지지대 및 브릿지 멤브레인을 형성하는 단계;

제3 기판 및 상기 제3 기판의 제1면에 형성된 제3 절연층을 포함하는 제3 웨이퍼를 마련한 다음, 상기 제3 절연층을 상기 제3 지지대 상에 본딩시키는 단계;

상기 제3 기판 내에 제1 전극층을 형성하고, 상기 제3 기판의 제2면에 제2 전극층을 형성하는 단계;

상기 제3 기판을 관통하는 하부 트렌치를 형성하는 단계;

상기 제1 하부기판 및 상기 제1 절연층을 제거하는 단계;

상기 상부 전극, 제1 상부기판, 제1, 제2 및 제3 지지대에 상기 하부 트렌치와 연통하는 상부 트렌치를 형성하는 단계;를 포함하는 초음파 변환기의 제조방법가 제공된다.

본 발명의 실시예에 의하면, 패드 기판 상에 소자들을 포함하는 도전성 기판이 본딩된 구조의 정전용량형 미세가공 초음파 변환기에서, 도전성 기판에 트렌치가 관통 형성됨으로써 소자들 간 크로스토크(crosstalk)가 발생되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 초음파 변환기를 도시한 것이다.
도 2 내지 도 12는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 초음파 변환기의 제조방법을 도시한 것이다.
도 13은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 초음파 변환기를 도시한 것이다.
도 14 내지 도 27은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 초음파 변환기의 제조방법을 도시한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층 기판이나 다른 층 상에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 층을 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 정전용량형 미세가공 초음파 변환기를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 초음파 변환기는 복수의 소자들(elements, 101)를 포함하고, 상기 소자들(101) 각각은 적어도 하나의 캐비티(123)를 포함하고 있다. 그리고, 상기 소자들(101)은 소자들(101) 사이에 발생되는 크로스토크(crosstalk)를 방지하기 위한 트렌치(trench,122)에 의해 서로 분리되어 있다. 도 1에는 편의상 하나의 소자(101)만이 도시되어 있다. 그리고, 도 1에는 상기 소자(101)가 하나의 캐비티(123)를 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있으나, 상기 소자(101)가 복수의 캐비티(123)를 포함하는 것도 가능하다.

본 실시예에 따른 초음파 변환기는 도전성 기판(141)과, 상기 도전성 기판(141)의 상부에 마련되는 지지대(130) 및 멤브레인(113)과. 상기 도전성 기판(141)의 하부에 마련되는 패드 기판(170)을 포함한다. 상기 도전성 기판(141)은 하부 전극으로서의 역할을 할 수 있다. 예를 들면, 상기 도전성 기판(141)은 저저항 실리콘 기판이 될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 도전성 기판(141)의 상면에는 상부 절연층(142)이 형성될 수 있다. 상기 상부 절연층(142)은 예를 들면 실리콘 산화물을 포함할 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 상부 절연층(142) 상에는 캐비티(123)가 형성된 지지대(support, 130)가 마련되어 있다. 상기 지지대(130)는 예를 들면 실리콘 산화물을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 지지대(130) 상에는 상기 캐비티(123)를 덮도록 멤브레인(membrane,113)이 마련되어 있다. 이러한 멤브레인(113)은 예를 들면 실리콘으로 이루어질 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 상기 도전성 기판(141), 상부절연층(142) 및 지지대(113)를 관통하도록 비아홀(via hole,120)이 형성되어 있다. 이러한 비아홀(120)의 내벽에는 예를 들면 실리콘 산화물 등과 같은 절연 물질이 형성될 수 있다.

상기 비아홀(120)의 내벽 및 상부를 덮도록 제1 전극층(161)이 마련되어 있다. 상기 도전성 기판(141)의 하면에는 하부 절연층(150)이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 하부 절연층(150)은 도전성 기판(141)의 하면 일부를 노출시키도록 패터닝되어 있으며, 제2 전극층(162)이 상기 노출된 도전성 기판(141)의 하면에 접촉하도록 형성되어 있다. 상기 제1 및 제2 전극층(161,162)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 및 제2 전극층(161,162)은 Au 및 Cu 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로, 상기 제1 및 제2 전극층(161,162)은 이외에도 다른 다양한 물질을 포함할 수 있다.

상기 멤브레인(113)의 상면에는 제1 전극층(161)과 접촉하도록 상부 전극(180)이 마련되어 있다. 상기 비아홀(120) 상부의 멤브레인(113)에는 제1 전극층(161)의 상면을 노출시키는 그루브(125)가 형성되어 있으며, 상기 상부 전극(180)은 제1 전극층(161)과 접촉하도록 상기 그루브(125)의 내벽 상에 연장되어 있다. 그리고, 상기 상부 전극(161), 멤브레인(113), 지지대(130), 상부 절연층(142), 도전성 기판(141) 및 하부 절연층(150)을 관통하는 트렌치(trench,122)가 비아홀(120)과 이격되어 형성되어 있다.여기서, 상기 트렌치(122)는 소자들(101) 사이에 발생되는 크로스토크(crosstalk)를 방지하기 위한 것이다.

상기 도전성 기판(141)의 하부에는 패드 기판(170)이 마련되어 있다. 상기 패드 기판(170)으로는 예를 들면 실리콘 기판이 사용될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 패드 기판(170)에는 제1 및 제2 전극층(161,162)과 전기적으로 연결되는 복수의 본딩 패드가 형성되어 있다. 상기 본딩 패드들은 상기 패드 기판(170)의 상면에 마련되는 것으로, 상기 제1 및 제2 전극층(161,162)과 각각 본딩되는 제1 및 제2 상부 패드(171,172)를 포함한다. 여기서, 상기 제1 및 제2 상부 패드(171,172)는 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 및 제2 상부 패드(171,172)는 Au, Cu 및 Sn 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구체적인 예로는, 상기 제1 및 제2 상부 패드(171,172)는 Au/Sn층으로 이루어질 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로, 상기 제1 및 제2 상부패드(171,172)는 이외에도 다른 다양한 물질을 포함할 수 있다.

상기 제1 전극층(161)과 상기 제1 상부 패드(171)의 본딩 및 제2 전극층(162)과 상기 제2 상부 패드(172)의 본딩은 각각 유테틱 본딩(eutectic bonding)에 의해 이루어질 수 있다. 한편, 상기 제1 전극층(161)과 상기 제1 상부 패드(171)의 본딩 및 제2 전극층(162)과 상기 제2 상부 패드(172)의 본딩은 유테틱 본딩 외에 다른 본딩 방법에 의해 수행되는 것도 가능하다.

상기 패드 기판(170)의 하면에는 상기 제1 및 제2 상부 패드(171,172)와 각각 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 하부 패드(171',172')가 형성될 수 있다. 상기 패드 기판(170)의 내부에는 상기 제1 상부 패드(171)와 상기 제1 하부 패드(171')를 전기적으로 연결시키는 제1 도전성 충진재(175)가 마련되어 있으며, 상기 제2 상부 패드(172)와 상기 제2 하부 패드(172')를 전기적으로 연결시키는 제2 도전성 충진재(176)가 마련되어 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 하부 패드(171,172)는 상기 제1 및 제2 상부 패드(171,172)와 동일한 도전성 물질을 포함할 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2 내지 도 12는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 정전용량형 미세가공 초음파 변환기의 제조방법을 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 순차적으로 적층된 제1 하부기판(211), 제1 절연층(212) 및 제1 상부기판(213)을 포함하는 제1 웨이퍼(210)를 준비한다. 상기 제1 웨이퍼(210)로는 예를 들면, SOI(silicon on insulator) 웨이퍼가 사용될 수 있다. 여기서, 상기 제1 상부 기판(213)은 멤브레인을 구성하게 된다. 이어서, 상기 제1 상부기판(213) 상에 지지대(230)를 형성한다. 상기 지지대(230)는 제1 상부 기판(213) 상에 예를 들면 산화물을 포함하는 제3 절연층을 형성한 다음, 이를 포토레지스트로 이루어진 식각마스크를 이용하여 식각함으로써 형성될 수 있다. 여기서, 상기 식각 공정은 예를 들면 ICP-RIE(Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etch)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이어서, 식각마스크로 사용된 포토레지스트와 식각에 의해 생성된 잔류물(residue)은 산소 플라즈마 에싱(O2 Plasma ashing)으로 1차 제거한 다음, 소정 용액, 예를 들면 아세톤과 황산으로 2차 제거한다.

도 3을 참조하면, 제2 기판(241) 및 제2 기판(241)의 제1면(도 3에서 상면)에 형성된 제2 절연층(242)을 포함하는 제2 웨이퍼(240)를 준비한다. 여기서, 상기 제2 기판(241)은 예를 들면, 도전성 실리콘을 포함할 수 있다. 상기 제2 웨이퍼(240)로는 예를 들면, 저저항 실리콘 기판 및 실리콘 산화물층을 포함하는 저저항 웨이퍼가 사용될 수 있다. 이어서, 상기 제2 웨이퍼(240)의 제2 절연층(242)을 제3 절연층(230) 상에 캐비티(223)를 덮도록 본딩시킨다. 도 3에는 도 2에 도시된 구조물을 뒤집은 다음, 제3 절연층(230) 상에 제2 웨이퍼(210)를 본딩한 상태가 도시되어 있다. 상기 제2 절연층(242)과 상기 지지대(230)의 본딩은 예를 들면, 실리콘 다이렉트 본딩(SDB; Silicon Direct Bonding)에 의해 수행될 수 있다. 도 4를 참조하면, 상기 제2 기판(241)을 원하는 두께(예를 들면, 대략 20μm)로 가공할 수 있다. 이러한 제2 기판(241)의 가공은 예를 들면 그라인딩(grinding) 및 폴리싱(polishing) 공정을 통해 이루어질 수 있다. 이와 같이, 제2 기판(214)을 얇게 가공하는 이유는 후술하는 바와 같이, 상부 전극(도 12의 280)을 제2 웨이퍼(240)의 하부에 형성된 패드 기판(270)과 연결하기 위한 비아홀(220) 형성을 용이하게 하기 위한 것이다.

도 5를 참조하면, 제2 기판(241), 제2 절연층(242) 및 지지대(230)를 관통하는 비아홀(220)을 형성한다. 여기서, 상기 비아홀(220)은 예를 들면 상기 제2 기판(241)을 Deep RIE에 의해 식각하고, 상기 제2 절연층(242) 및 지지대(230)를 ICP 식각함으로써 형성될 수 있다. 이어서, 상기 비아홀(220)의 내벽, 상기 비아홀(220)을 통해 노출된 제1 상부기판(213) 및 상기 제2 기판(241)의 제2면(도 5에서 하면)에 제4 절연층(250)을 형성한다. 이러한 제4 절연층(250)은 예를 들면, 상기 제2 기판(241)의 하면을 습식 산화시켜 형성된 대략 1μm 두께의 산화물을 포함할 수 있다. 상기 제4 절연층(250)은 후술하는 제1 전극층(도 7의 261)과 제2 전극층(262) 사이의 효과적인 절연을 위한 것이다. 도 6을 참조하면, 상기 제2 기판(241)의 하면에 형성된 제4 절연층(250)을 예를 들면 습식 식각하여 상기 제2 기판(241)의 하면 일부를 노출시킨다.

도 8을 참조하면, 상기 비아홀(220)의 내벽 상에 제1 전극층(261)을 형성하고, 상기 제2 기판(241)의 노출된 하면과 접촉하도록 제2 전극층(262)을 형성한다. 여기서, 상기 제1 전극층(261)은 제2 기판(241)의 하면 상에 연장될 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극층(261,262)은 제4 절연층(250) 상에 예를 들면, Cr/Au층과 같은 전극 물질층을 예를 들면 스퍼터링(sputtering)에 의해 증착한 다음, 이를 습식 식각함으로써 형성될 수 있다. 이러한 제2 전극층(262)은 제1 전극층(261)과 이격되게 형성되어 있다. 상기 제1 및 제2 전극층(261,262)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 및 제2 전극층(261,262)은 Au 및 Cu 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로서, 이외에도 상기 제1 및 제2 전극층(261,262)은 다양한 물질을 포함할 수 있다. 이어서, 하부 트렌치(222')를 형성한다. 상기 하부 트렌치(222')는 제1 상부기판(241)의 노출될 때까지 상기 제4 절연층(250), 제2 기판(241), 제2 절연층(242) 및 지지대(230)를 식각함으로써 형성될 수 있다.

도 9를 참조하면, 패드 기판(270)에 형성된 복수의 본딩 패드를 상기 제1 및 제2 전극층(261,262)과 본딩시킨다. 상기 패드 기판(270)으로는 예를 들면 실리콘 기판이 사용될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 본딩 패드들은 상기 패드 기판(270)의 상면에 마련되는 것으로, 상기 제1 및 제2 전극층(261,262)과 각각 본딩되는 제1 및 제2 상부 패드(271,272)를 포함한다. 여기서, 상기 제1 및 제2 상부 패드(271,272)는 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 및 제2 상부 패드(271,272)는 Au, Cu 및 Sn 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적인 예로는, 상기 제1 및 제2 상부 패드(271,272)는 Au/Sn층으로 이루어질 수 있다. 상기 제1 전극층(261)과 상기 제1 상부 패드(271)의 본딩 및 제2 전극층(262)과 상기 제2 상부 패드(272)의 본딩은 각각 유테틱 본딩(eutectic bonding)에 의해 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극층(261)이 Au층으로 이루어지고, 상기 제1 상부 패드(271)가 Au/Sn층으로 이루어진 경우, 상기 제1 전극층(261)과 상기 제1 상부 패드(271)를 유테틱 본딩하게 되면, 상기 제1 전극층(261)과 상기 제1 상부 패드(271)의 계면에서는 Au-Sn 유테틱 합금이 형성될 수 있다. 한편, 상기 제1 전극층(261)과 상기 제1 상부 패드(271)의 본딩 및 제2 전극층(262)과 상기 제2 상부 패드(272)의 본딩은 유테틱 본딩 외에 다른 본딩 방법에 의해 수행되는 것도 가능하다.

도 10을 참조하면, 상기 제1 하부 기판(211) 및 제1 절연층(212)을 제거한다. 상기 제1 하부 기판(211)은 예를 들면 그라인딩 및 플라즈마 식각에 의해 제거될 수 있으며, 상기 제1 절연층(212)은 실리콘에 대해 높은 식각 선택성(etch selectivity)을 가지는 산화물 ICP 건식 식각에 의해 제거될 수 있다. 도 11을 참조하면, 상기 비아홀(220) 상부의 제1 상부 기판(213) 및 제4 절연층(250)을 식각하여 제1 전극층(271)의 상면을 노출시키는 그루브(groove,225)를 형성한다. 도 12를 참조하면, 상기 그루브(225)의 내벽 및 상기 제1 상부 기판(213) 상에 상부 전극(280)을 형성한다. 이에 따라, 상기 상부 전극(280)은 상기 제1 전극층(261)의 상면과 접촉하도록 형성될 수 있다. 상기 상부 전극(280)은 그루브(225)의 내벽 및 상기 제1 상부 기판(213) 상에 Al층을 대략 2000Å의 두께로 증착함으로써 형성될 수 있다. 그리고, 상기 하부 트렌치(222')와 연통하도록 상부 전극(280) 및 제1 상부 기판(213)을 식각하여 상부 트렌치(222")를 형성한다. 이에 따라, 크로스토크 방지용 트렌치(222)가 상부 전극(280), 제1 상부기판(213), 지지대(230), 제2 절연층(242), 제2 기판(241) 및 제4 절연층(250)을 관통하여 형성된다.

도 13은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 정전용량형 미세가공 초음파 변환기를 도시한 것이다.

도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 초음파 변환기는 복수의 소자들(elements, 301)를 포함하고, 상기 소자들(301) 각각은 적어도 하나의 캐비티(323)를 포함하고 있다. 그리고, 상기 소자들(301)은 소자들(301) 사이에 발생되는 크로스토크(crosstalk)를 방지하기 위한 트렌치(trench,322)에 의해 서로 분리되어 있다. 도 1에는 편의상 하나의 소자(301)만이 도시되어 있다. 그리고, 도 1에는 상기 소자(301)가 하나의 캐비티(323)를 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있으나, 상기 소자(301)는 복수의 캐비티(323)를 포함하는 것도 가능하다.

도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 초음파 변환기는 도전성 기판(341)과, 상기 도전성 기판(341)의 상부에 마련되는 것으로 캐비티(323)를 포함하는 지지대와, 상기 지지대 상에 마련되는 멤브레인(313)과, 상기 멤브레인(313)과 연결되어 상기 캐비티(323) 내에 마련되는 브릿지 멤브레인(314)과, 상기 도전성 기판(341)의 하부에 마련되는 패드 기판(370)을 포함한다. 상기 도전성 기판(341)은 하부 전극으로서의 역할을 할 수 있다. 예를 들면, 상기 도전성 기판(341)은 저저항 실리콘 기판이 될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 도전성 기판(341)의 상면에는 상부 절연층(342)이 형성될 수 있다. 상기 상부 절연층(342)은 예를 들면 실리콘 산화물을 포함할 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 상부 절연층(342) 상에는 캐비티(323)를 포함하는 지지대가 마련되어 있다. 상기 지지대는 상부 절연층(342) 상에 순차적으로 적층되는 제1, 제2 및 제3 지지대(333,332,331)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1, 제2 및 제3 지지대(333,332,331)는 예를 들면 실리콘 산화물을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 지지대 상에는 캐비티(323)를 덮도록 멤브레인(313)이 마련되어 있다. 이러한 멤브레인(313)은 예를 들면 실리콘으로 이루어질 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 상기 캐비티(323) 내에서 상기 지지대와 이격되도록 브릿지 멤브레인(bridge membrane,314)이 마련되어 있다. 여기서, 상기 브릿지 멤브레인(314)은 제2 지지대(332)와 동일 평면 상에서 상기 제2 지지대(332)와 이격되도록 마련될 수 있다. 그리고, 상기 브릿지 멤브레인(314)은 멤브레인(313)과 연결된 브릿지 지지대(324)에 의해 지지될 수 있다.

상기 도전성 기판(341), 상부절연층(342) 및 제3 지지대(331)를 관통하도록 비아홀(320)이 형성되어 있다. 이러한 비아홀(320)의 내벽에는 예를 들면 실리콘 산화물 등과 같은 절연 물질이 형성될 수 있다.

상기 비아홀(320)의 내벽 및 상부를 덮도록 제1 전극층(361)이 마련되어 있다. 상기 도전성 기판(341)의 하면에는 하부 절연층(350)이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 하부 절연층(350)은 도전성 기판(341)의 하면 일부를 노출시키도록 패터닝되어 있으며, 제2 전극층(362)이 상기 노출된 도전성 기판(341)의 하면에 접촉하도록 형성되어 있다. 상기 제1 및 제2 전극층(361,362)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 및 제2 전극층(361,362)은 Au 및 Cu 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로, 상기 제1 및 제2 전극층(361,362)은 이외에도 다른 다양한 물질을 포함할 수 있다.

상기 멤브레인(313) 및 상기 브릿지 멤브레인(314)의 상면에는 제1 전극층(361)과 접촉하도록 상부 전극(380)이 마련되어 있다. 상기 비아홀(320) 상부의 멤브레인(313), 제1 및 제2 지지대(333,332)에는 제1 전극층(361)의 상면을 노출시키는 그루브(325)가 형성되어 있으며, 상기 상부 전극(380)은 제1 전극층(361)과 접촉하도록 상기 그루브(325)의 내벽 상에 연장되어 있다. 그리고, 상기 상부 전극(361), 멤브레인(313), 제1, 제2 및 제3 지지대(333,332,331), 상부 절연층(342), 도전성 기판(341) 및 하부 절연층(350)을 관통하는 트렌치(322)가 비아홀(320)과 이격되어 형성되어 있다. 상기 트렌치(322)는 소자들(301) 사이에 발생되는 크로스토크(crosstalk)를 방지하기 위한 것이다.

상기 도전성 기판(341)의 하부에는 패드 기판(370)이 마련되어 있다. 상기 패드 기판(370)으로는 예를 들면 실리콘 기판이 사용될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 패드 기판(370)에는 제1 및 제2 전극층(361,362)과 전기적으로 연결되는 복수의 본딩 패드가 형성되어 있다. 상기 본딩 패드들은 상기 패드 기판(370)의 상면에 마련되는 것으로, 상기 제1 및 제2 전극층(361,362)과 각각 본딩되는 제1 및 제2 상부 패드(371,372)를 포함한다. 여기서, 상기 제1 및 제2 상부 패드(371,372)는 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 및 제2 상부 패드(371,372)는 Au, Cu 및 Sn 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구체적인 예로는, 상기 제1 및 제2 상부 패드(371,372)는 Au/Sn층으로 이루어질 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로, 상기 제1 및 제2 상부패드(371,372)는 이외에도 다른 다양한 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극층(361)과 상기 제1 상부 패드(371)의 본딩 및 제2 전극층(362)과 상기 제2 상부 패드(372)의 본딩은 각각 유테틱 본딩에 의해 이루어질 수 있다. 한편, 상기 제1 전극층(361)과 상기 제1 상부 패드(371)의 본딩 및 제2 전극층(362)과 상기 제2 상부 패드(372)의 본딩은 유테틱 본딩 외에 다른 본딩 방법에 의해 수행되는 것도 가능하다.

상기 패드 기판(370)의 하면에는 상기 제1 및 제2 상부 패드(371,372)와 각각 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 하부 패드(371',372')가 형성될 수 있다. 상기 패드 기판(370)의 내부에는 상기 제1 상부 패드(371)와 상기 제1 하부 패드(371')를 전기적으로 연결시키는 제1 도전성 충진재(375)가 마련되어 있으며, 상기 제2 상부 패드(372)와 상기 제2 하부 패드(372')를 전기적으로 연결시키는 제2 도전성 충진재(376)가 마련되어 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 하부 패드(371,372)는 상기 제1 및 제2 상부 패드(371,372)와 동일한 도전성 물질을 포함할 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 14 내지 도 27은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 정전용량형 미세가공 초음파 변환기의 제조방법을 도시한 것이다.

도 14를 참조하면, 순차적으로 적층된 제1 하부기판(411), 제1 절연층(412) 및 제1 상부기판(413)을 포함하는 제1 웨이퍼(410)를 준비한다. 상기 제1 웨이퍼(410)로는 예를 들면, SOI(silicon on insulator) 웨이퍼가 사용될 수 있다. 여기서, 상기 제1 상부 기판(413)은 멤브레인을 구성하게 된다. 이어서, 상기 제1 상부기판(413) 상에 제1 지지대(433) 및 브릿지 지지대(424)를 형성한다. 상기 제1 지지대(433) 및 브릿지 지지대(424)는 제1 상부 기판(413) 상에 예를 들면 산화물을 포함하는 제4 절연층을 형성한 다음, 이를 식각함으로써 형성될 수 있다. 여기서, 상기 식각 공정은 예를 들면 ICP-RIE를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 브릿지 지지대(424)는 상기 제1 지지대(433)와 동일 평면 상에서 상기 제1 지지대(433)와 이격되게 마련되어 있다. 도 15를 참조하면, 상기 브릿지 지지대(424) 내측의 제1 상부 기판(413)을 식각하여 상기 제1 절연층(412)을 노출시킨다.

도 16을 참조하면, 순차적으로 적층된 제2 하부기판(481), 제2 절연층(482) 및 제2 상부기판(483)을 포함하는 제2 웨이퍼(480)를 준비한 다음, 상기 제2 상부기판(483)을 제1 지지대(433) 및 브릿지 지지대(424) 상에 본딩시킨다. 상기 제2 웨이퍼(480)로는 예를 들면, SOI 웨이퍼가 사용될 수 있다. 상기 제2 상부기판(483)과, 상기 제1 지지대(433) 및 브릿지 지지대(424) 사이의 본딩은 예를 들면, 실리콘 다이렉트 본딩(SDB)에 의해 수행될 수 있다. 도 17을 참조하면, 상기 제2 하부기판(481)과 제2 절연층(482)을 제거한다. 상기 제2 하부 기판(481)은 예를 들면 그라인딩 및 플라즈마 식각에 의해 제거될 수 있으며, 상기 제2 절연층(482)은 예를들면 ICP 건식 식각에 의해 제거될 수 있다. 도 18을 참조하면, 상기 제2 상부 기판(483) 상에 제3 지지대(431)를 형성한다. 상기 제3 지지대(431)는 제2 상부 기판(483) 상에 예를 들면 산화물을 포함하는 제5 절연층을 형성한 다음, 이를 식각함으로써 형성될 수 있다.

도 19를 참조하면, 상기 제3 지지대(431)를 통해 노출된 제2 상부 기판(483)을 식각하여 제2 지지대(432) 및 브릿지 멤브레인(414)을 형성한다. 여기서, 상기 브릿지 멤브레인(414)은 상기 제2 지지대(432)와 동일 평면 상에서 상기 제2 지지대(432)와 이격되게 형성되어 있다. 이러한 브릿지 멤브레인(414)은 제1 상부기판(431)과 연결된 브릿지 지지대(424)에 의해 지지되어 있다. 이와 같이, 제1 상부기판(413) 상에 순차적으로 적층된 제1, 제2 및 제3 지지대(433,432,431)에 의해 캐비티(423)가 형성되며, 상기 캐비티(423) 내에는 멤브레인을 구성하는 제1 상부기판(413)과 연결되는 브릿지 멤브레인(414)이 마련되어 있다.

도 20을 참조하면, 제3 기판(441) 및 제3 기판(441)의 제1면(도 20에서 상면)에 형성된 제3 절연층(442)을 포함하는 제3 웨이퍼(440)를 준비한다. 여기서, 상기 제3 기판(441)은 예를 들면, 도전성 실리콘을 포함할 수 있다. 상기 제3 웨이퍼(440)로는 예를 들면, 저저항 실리콘 기판 및 실리콘 산화물층을 포함하는 저저항 웨이퍼가 사용될 수 있다. 이어서, 상기 제3 웨이퍼(440)의 제3 절연층(442)을 제3 지지대(431) 상에 캐비티(423)를 덮도록 본딩시킨다. 도 20에는 도 19에 도시된 구조물을 뒤집은 다음, 제3 지지대(431)를 제3 웨이퍼(440)의 제3 절연층(442) 상에 본딩한 상태가 도시되어 있다. 상기 제3 절연층(442)과 상기 제3 지지대(431)의 본딩은 예를 들면, 실리콘 다이렉트 본딩(SDB)에 의해 수행될 수 있다. 도 21을 참조하면, 상기 제3 기판(441)을 원하는 두께(예를 들면, 대략 20μm)로 가공할 수 있다. 이러한 제3 기판(441)의 가공은 예를 들면 그라인딩(grinding) 및 폴리싱(polishing) 공정을 통해 이루어질 수 있다.

도 22를 참조하면, 제3 기판(441), 제3 절연층(442) 및 제3 지지대(431)를 관통하는 비아홀(420)을 형성한다. 여기서, 상기 비아홀(420)은 예를 들면 상기 제3 기판(441)을 Deep RIE에 의해 식각하고, 상기 제3 절연층(442) 및 제3 지지대(431)를 ICP 식각함으로써 형성될 수 있다. 이어서, 상기 비아홀(420)의 내벽, 상기 비아홀(420)을 통해 노출된 제2 지지대(432) 및 상기 제3 기판(441)의 제2면(도 22에서 하면)에 제6 절연층(450)을 형성한다. 상기 제6 절연층(450)은 후술하는 제1 전극층(도 23의 461)과 제2 전극층(462) 사이의 효과적인 절연을 위한 것이다.

도 23을 참조하면, 상기 제3 기판(441)의 하면에 형성된 제6 절연층(450)을 식각하여 상기 제3 기판(441)의 하면 일부를 노출시킨다. 이어서, 상기 비아홀(420)의 내벽 상에 제1 전극층(461)을 형성하고, 상기 제2 기판(441)의 노출된 하면과 접촉하도록 제2 전극층(462)을 형성한다. 상기 제1 전극층(461)은 제3 기판(441)의 하면 상에 연장될 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극층(461,462)은 제6 절연층(450) 상에 예를 들면, Cr/Au층과 같은 전극 물질층을 증착한 다음, 이를 식각함으로써 형성될 수 있다. 이러한 제2 전극층(462)은 제1 전극층(461)과 이격되게 형성되어 있다. 상기 제1 및 제2 전극층(461,462)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 및 제2 전극층(461,462)은 Au 및 Cu 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로서, 이외에도 상기 제1 및 제2 전극층(461,462)은 다양한 물질을 포함할 수 있다. 도 24를 참조하면, 하부 트렌치(422')를 형성한다. 상기 하부 트렌치(422')는 제3 절연층(442)이 노출될 때까지 상기 제6 절연층(450) 및 제3 기판(441)을 식각함으로써 형성될 수 있다.

도 25를 참조하면, 패드 기판(470)에 형성된 복수의 본딩 패드를 상기 제1 및 제2 전극층(461,462)과 본딩시킨다. 상기 패드 기판(470)으로는 예를 들면 실리콘 기판이 사용될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 본딩 패드들은 상기 패드 기판(470)의 상면에 마련되는 것으로, 상기 제1 및 제2 전극층(461,462)과 각각 본딩되는 제1 및 제2 상부 패드(471,472)를 포함한다. 여기서, 상기 제1 및 제2 상부 패드(471,472)는 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 및 제2 상부 패드(471,472)는 Au, Cu 및 Sn 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적인 예로는, 상기 제1 및 제2 상부 패드(471,472)는 Au/Sn층으로 이루어질 수 있다. 상기 제1 전극층(461)과 상기 제1 상부 패드(471)의 본딩 및 제2 전극층(462)과 상기 제2 상부 패드(472)의 본딩은 각각 유테틱 본딩(eutectic bonding)에 의해 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극층(461)이 Au층으로 이루어지고, 상기 제1 상부 패드(471)가 Au/Sn층으로 이루어진 경우, 상기 제1 전극층(461)과 상기 제1 상부 패드(471)를 유테틱 본딩하게 되면, 상기 제1 전극층(461)과 상기 제1 상부 패드(471)의 계면에서는 Au-Sn 유테틱 합금이 형성될 수 있다. 한편, 상기 제1 전극층(461)과 상기 제1 상부 패드(471)의 본딩 및 제2 전극층(462)과 상기 제2 상부 패드(472)의 본딩은 유테틱 본딩 외에 다른 본딩 방법에 의해 수행되는 것도 가능하다.

도 26을 참조하면, 상기 제1 하부 기판(411) 및 제1 절연층(412)을 제거한다. 상기 제1 하부 기판(411)은 예를 들면 그라인딩 및 플라즈마 식각에 의해 제거될 수 있으며, 상기 제1 절연층(412)은 ICP 건식 식각에 의해 제거될 수 있다. 도 27을 참조하면, 상기 비아홀(420) 상부의 제1 상부 기판(413), 제1 및 제2 지지대(433,432), 및 제6 절연층(450)을 식각하여 제1 전극층(471)의 상면을 노출시키는 그루브(425)를 형성한다. 이어서, 상기 그루브(425)의 내벽, 상기 제1 상부 기판(413) 및 상기 브릿지 멤브레인(414) 상에 상부 전극(480)을 형성한다. 이에 따라, 상기 상부 전극(480)은 상기 제1 전극층(461)의 상면과 접촉하도록 형성될 수 있다. 그리고, 상기 하부 트렌치(422')와 연통하도록 상부 전극(480), 제1 상부 기판(413), 제1,제2 및 제3 지지대(433,432,431), 및 제3 절연층(442)을 식각하여 상부 트렌치(422")를 형성한다. 이에 따라, 크로스토크 방지용 트렌치(422)가 상부 전극(480), 제1 상부기판(413), 제1,제2 및 제3 지지대(433,432,431), 제3 절연층(442), 제3 기판(441) 및 제6 절연층(450)을 관통하여 형성된다.

이상과 같이, 패드 기판 상에 소자들을 포함하는 도전성 기판이 본딩된 구조의 정전용량형 미세가공 초음파 변환기에서, 도전성 기판에 트렌치가 관통 형성됨으로써 소자들 간 크로스토크가 발생되는 것을 방지할 수 있다. 이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

101,301... 소자(element)
113,313... 멤브레인 120,220,320,420... 비아홀
122,222,322,422... 트렌치 123,223,323,423... 캐비티
125,225,325,425... 그루브 130,230... 지지대
141,341... 도전성 기판 142,342... 상부 절연층
150.350... 하부 절연층 161,261,361,461... 제1 전극층
162,262,362,462... 제2 전극층 170,270,370,470... 패드 기판
171,271,371,471... 제1 상부패드 171,271',371',471'... 제1 하부패드
172,272,372,472... 제2 상부패드 172,272',372',472'... 제2 하부패드
175,275,385,475... 제1 도전성 충진재
176,276,376,476... 제2 도전성 충진재
180,280,380,480... 상부 전극
210,410... 제1 웨이퍼 211,411... 제1 하부기판
212,412... 제1 절연층 213,413... 제1 상부기판
240,480... 제2 웨이퍼 241... 제2 기판
242... 제2 절연층 250... 제4 절연층
222',422'... 하부 트렌치 222",422".. 상부 트렌치
314,414... 브릿지 멤브레인 324,424... 브릿지 지지대
331,431... 제3 지지대 332,432... 제2 지지대
333,433... 제1 지지대 440... 제3 웨이퍼
441... 제3 기판 442... 제3 절연층
450... 제6 절연층 481... 제2 하부기판
482... 제2 절연층 483... 제2 상부기판

Claims

도전성 기판;
상기 도전성 기판의 상면 상에 마련되는 것으로, 적어도 하나의 캐비티를 포함하는 지지대(support);
상기 지지대 상에 상기 적어도 하나의 캐비티를 덮도록 마련되는 멤브레인(membrane);
상기 도전성 기판 및 상기 지지대 내부에 마련되는 제1 전극층;
상기 도전성 기판의 하면에 전기적으로 연결되고, 상기 도전성 기판의 하면상에 배치되면서 상기 제1 전극층과 횡 방향으로 이격되게 마련되는 제2 전극층;
상기 멤브레인의 상면에 상기 제1 전극층의 상면과 접촉하도록 마련되는 상부 전극; 및
상기 상부 전극, 상기 멤브레인, 상기 지지대, 상기 도전성 기판 및 상기 도전성 기판상에 배치된 절연 물질을 관통하여 형성되는 트렌치(trench);를 포함하는 초음파 변환기.
제 1 항에 있어서,
상기 도전성 기판 및 상기 지지대에는 비아홀이 형성되어 있으며, 상기 제1 전극층은 상기 비아홀의 내벽 및 상부를 덮도록 마련되는 초음파 변환기.
제 2 항에 있어서,
상기 비아홀 상부의 상기 멤브레인에는 상기 제1 전극층의 상면을 노출시키는 그루브가 형성되어 있으며, 상기 상부 전극은 상기 제1 전극층과 접촉하도록 상기 그루브의 내벽 상에 형성되는 초음파 변환기.
제 1 항에 있어서,
상기 멤브레인은 실리콘을 포함하며, 상기 지지대는 실리콘 산화물을 포함하는 초음파 변환기.
제 1 항에 있어서,
상기 도전성 기판의 상면 및 하면에는 각각 상부 절연층 및 하부 절연층이 마련되어 있으며, 상기 하부 절연층은 상기 제2 전극층이 상기 도전성 기판의 하면에 접촉하도록 패터닝된 초음파 변환기.
제 1 항에 있어서,
상기 도전성 기판의 하부에 마련되는 것으로, 상기 제1 및 제2 전극층과 전기적으로 연결되는 복수의 본딩 패드가 형성된 패드 기판;을 더 포함하고,
상기 복수의 본딩 패드는 상기 패드 기판의 상면에 마련되는 것으로, 상기 제1 및 제2 전극층과 각각 본딩되는 제1 및 제2 상부패드를 포함하는 초음파 변환기.
제 6 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전극층은 Au 및 Cu 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제1 및 제2 상부 패드는 Au, Cu 및 Sn 중 적어도 하나를 포함하는 초음파 변환기.
제 6 항에 있어서,
상기 복수의 본딩 패드는 상기 패드 기판의 하면에 마련되는 것으로, 상기 제1 및 제2 상부 패드와 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 하부 패드를 더 포함하는 초음파 변환기.
순차적으로 적층된 제1 하부기판, 제1 절연층 및 제1 상부기판을 포함하는 제1 웨이퍼를 마련한 다음, 상기 제1 상부기판 상에 적어도 하나의 캐비티를 포함하는 지지대를 형성하는 단계;
제2 기판 및 상기 제2 기판의 제1면에 형성된 제2 절연층을 포함하는 제2 웨이퍼를 마련한 다음, 상기 제2 절연층을 상기 지지대 상에 상기 캐비티를 덮도록 본딩시키는 단계;
상기 제2 기판 및 상기 지지대 내에 제1 전극층을 형성하고, 상기 제2 기판의 제2면에 상기 제1 전극층과 횡방향으로 이격된 제2 전극층을 형성하는 단계;
상기 제2 기판, 상기 제2 절연층 및 상기 지지대를 관통하는 하부 트렌치를 형성하는 단계;
상기 제1 하부기판 및 상기 제1 절연층을 제거하는 단계;
상기 제1 상부기판 상에 상부 전극을 상기 제1 전극층과 접촉하도록 형성하는 단계; 및
상기 상부 전극 및 상기 제1 상부기판에 상기 하부 트렌치와 연통하는 상부 트렌치를 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 상부 트렌치와 상기 하부 트렌치가 결합된 트렌치는 상기 상부 전극, 상기 제1 상부 기판, 상기 지지대, 상기 제2 기판 및 상기 제2 기판상에 배치된 절연 물질을 관통하는 초음파 변환기의 제조방법.
제 9 항에 있어서,
상기 제1 웨이퍼는 SOI(silicon on insulator) 웨이퍼를 포함하는 초음파 변환기의 제조방법.
제 9 항에 있어서,
상기 지지대는 상기 제1 상부 기판 상에 제3 절연층을 형성한 다음, 이를 패터닝함으로써 형성되는 초음파 변환기의 제조방법.
제 9 항에 있어서,
상기 제2 기판은 도전성 실리콘을 포함하고, 상기 제2 절연층은 실리콘 산화물을 포함하는 초음파 변환기의 제조방법.
제 12 항에 있어서,
상기 제2 절연층은 실리콘 다이렉트 본딩(SDB; Silicon Direct Bonding)에 의해 상기 지지대 상에 본딩되는 초음파 변환기의 제조방법.
제 9 항에 있어서,
상기 제2 절연층을 본딩시킨 다음, 상기 제2 기판을 소정 두께로 가공하는 단계를 더 포함하는 초음파 변환기의 제조방법.
제 14 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전극층을 형성하는 단계는,
상기 제2 기판 및 상기 제2 절연층에 비아홀을 형성하는 단계;
상기 비아홀의 내벽, 상기 비아홀의 통해 노출된 상기 제1 상부기판 및 상기 제2 기판의 제2면에 제4 절연층을 형성하는 단계;
상기 제4 절연층을 상기 제2 기판의 제2면 일부가 노출되도록 패터닝하는 단계; 및
상기 비아홀 내에 형성된 제4 절연층 상에 제1 전극층을 형성하고, 상기 제2 기판의 제2면에 형성된 제4 절연층 상에 상기 제2 기판과 접촉하도록 제2 전극층을 형성하는 단계;를 포함하는 초음파 변환기의 제조방법.
제 15 항에 있어서,
상기 상부 전극을 형성하는 단계는,
상기 비아홀 상부의 상기 제1 상부기판 및 제4 절연층을 식각하여 상기 제1 전극층의 상면을 노출시키는 그루브를 형성하는 단계; 및
상기 그루브의 내벽 및 상기 제1 상부기판 상에 상기 상부 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 초음파 변환기의 제조방법.
제 9 항에 있어서,
복수의 본딩 패드가 형성된 패드 기판을 상기 제1 및 제2 전극층과 본딩시키는 단계;를 더 포함하고,
상기 복수의 본딩 패드는 상기 패드 기판의 상면에 마련되는 것으로, 상기 제1 및 제2 전극층과 각각 본딩되는 제1 및 제2 상부 패드를 포함하는 초음파 변환기의 제조방법.
제 17 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전극층은 유테틱 본딩(eutectic bonding)에 의해 상기 제1 및 제2 상부패드와 본딩되는 초음파 변환기의 제조방법.
도전성 기판;
상기 도전성 기판 상에 마련되는 것으로, 적어도 하나의 캐비티를 포함하는 지지대(support);
상기 지지대 상에 마련되는 멤브레인(membrane);
상기 캐비티 내에서 상기 멤브레인과 연결되며 상기 지지대와 이격되도록 마련되는 브릿지 멤브레인(bridge membrane);
상기 도전성 기판 내부에 마련되는 제1 전극층;
상기 도전성 기판의 하면에 상기 제1 전극층과 횡방향으로 이격되게 마련되는 제2 전극층;
상기 제1 전극층과 접촉하도록 상기 멤브레인 및 상기 브릿지 멤브레인의 상에 마련되는 상부 전극; 및
상기 상부 전극, 상기 멤브레인, 상기 지지대, 상기 도전성 기판 및 상기 도전성 기판상에 배치된 절연 물질을 관통하여 형성되는 트렌치(trench);을 포함하는 초음파 변환기.
제 19 항에 있어서,
상기 도전성 기판을 관통하여 비아홀이 형성되어 있으며, 상기 제1 전극층은 상기 비아홀의 내벽 및 상부를 덮도록 마련되는 초음파 변환기.
제 20 항에 있어서,
상기 비아홀 상부의 상기 멤브레인 및 상기 지지대에는 상기 제1 전극층의 상면을 노출시키는 그루브가 형성되어 있으며, 상기 상부 전극은 상기 제1 전극층과 접촉하도록 상기 그루브의 내벽 상에 연장되는 초음파 변환기.
제 19 항에 있어서,
상기 지지대는 상기 도전성 기판 상에 순차적으로 적층되는 제1, 제2 및 제3 지지대를 포함하는 초음파 변환기.
제 22 항에 있어서,
상기 브릿지 멤브레인은 상기 제2 지지대와 동일 평면 상에 마련되는 초음파 변환기.
제 22 항에 있어서,
상기 멤브레인과 상기 브릿지 멤브레인 사이는 브릿지 지지대에 의해 연결되는 초음파 변환기.
제 19 항에 있어서,
상기 도전성 기판의 상면 및 하면에는 각각 상부 절연층 및 하부 절연층이 마련되어 있으며, 상기 하부 절연층은 상기 제2 전극층이 상기 도전성 기판의 하면에 접촉하도록 패터닝된 초음파 변환기.
제 19 항에 있어서,
상기 도전성 기판의 하부에 마련되는 것으로, 상기 제1 및 제2 전극층과 전기적으로 연결되는 복수의 본딩 패드가 형성된 패드 기판;를 더 포함하고,
상기 복수의 본딩 패드는 상기 패드 기판의 상면에 마련되는 것으로, 상기 제1 및 제2 전극층과 각각 본딩되는 제1 및 제2 상부패드를 포함하는 초음파 변환기.
순차적으로 적층된 제1 하부기판, 제1 절연층 및 제1 상부기판을 포함하는 제1 웨이퍼를 마련한 다음, 상기 제1 상부기판 상에 제1 지지대 및 브릿지 지지대를 형성하는 단계;
상기 브릿지 지지대 내측의 제1 상부기판을 식각하여 상기 제1 절연층을 노출시키는 단계;
순차적으로 적층된 제2 하부기판, 제2 절연층 및 제2 상부기판을 포함하는 제2 웨이퍼를 마련한 다음, 상기 제2 상부기판을 상기 제1 지지대 및 상기 브릿지 지지대 상에 본딩시키는 단계;
상기 제2 하부기판 및 제2 절연층을 제거하는 단계;
상기 제2 상부기판 상에 제3 지지대를 형성하고, 상기 제3 지지대를 통하여 노출된 상기 제2 상부기판을 패터닝하여 제2 지지대 및 브릿지 멤브레인을 형성하는 단계;
제3 기판 및 상기 제3 기판의 제1면에 형성된 제3 절연층을 포함하는 제3 웨이퍼를 마련한 다음, 상기 제3 절연층을 상기 제3 지지대 상에 본딩시키는 단계;
상기 제3 기판 내에 제1 전극층을 형성하고, 상기 제1 전극층과 횡방향으로 이격되게 상기 제3 기판의 제2면에 제2 전극층을 형성하는 단계;
상기 제3 기판을 관통하는 하부 트렌치를 형성하는 단계;
상기 제1 하부기판 및 상기 제1 절연층을 제거하는 단계;
상기 제1 상부기판 상에 상부 전극을 상기 제1 전극층과 접촉하도록 형성하는 단계; 및
상기 상부 전극, 제1 상부기판, 제1, 제2 및 제3 지지대에 상기 하부 트렌치와 연통하는 상부 트렌치를 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 하부 트렌치 및 상기 상부 트렌치가 결합된 트렌치는 상기 제3 기판, 상기 상부 전극, 상기 제1 상부기판, 상기 제1, 제2 및 제3 지지대 및 상기 제3 기판에 배치된 절연 물질을 관통하는 초음파 변환기의 제조방법.
제 27 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 웨이퍼는 SOI(silicon on insulator) 웨이퍼를 포함하는 초음파 변환기의 제조방법.
제 27 항에 있어서,
상기 제1 지지대 및 브릿지 지지대는 상기 제1 상부 기판 상에 제4 절연층을 형성하고, 이를 패터닝함으로써 형성되는 초음파 변환기의 제조방법.
제 27 항에 있어서,
상기 제2 상부기판은 실리콘 다이렉트 본딩에 의해 상기 제1 지지대 및 상기 브릿지 지지대 상에 본딩되며, 상기 제3 절연층은 실리콘 다이렉트 본딩에 의해 상기 제3 지지대 상에 본딩되는 초음파 변환기의 제조방법.
제 27 항에 있어서,
상기 브릿지 멤브레인은 상기 제2 지지대와 이격되게 형성되는 초음파 변환기의 제조방법.
제 27 항에 있어서,
상기 제3 기판은 도전성 실리콘을 포함하고, 상기 제3 절연층은 실리콘 산화물을 포함하는 초음파 변환기의 제조방법.
제 27 항에 있어서,
상기 제3 절연층을 본딩시킨 다음, 상기 제3 기판을 소정 두께로 가공하는 단계를 더 포함하는 초음파 변환기의 제조방법.
제 27 항에 있어서,
상기 제3 지지대는 상기 제2 상부기판 상에 제5 절연층을 형성하고, 이를 패터닝함으로써 형성되는 초음파 변환기의 제조방법.
제 27 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전극층을 형성하는 단계는,
상기 제3 기판, 제3 절연층 및 제3 지지대에 비아홀을 형성하는 단계;
상기 비아홀의 내벽, 상기 비아홀을 통해 노출된 제2 지지대 및 상기 제3 기판의 제2면에 제6 절연층을 형성하는 단계;
상기 제6 절연층을 상기 제3 기판의 제2면 일부가 노출되도록 패터닝하는 단계; 및
상기 비아홀 내에 형성된 제6 절연층 상에 제1 전극층을 형성하고, 상기 제3 기판의 제2면에 형성된 제6 절연층 상에 상기 제3 기판과 접촉하도록 제2 전극층을 형성하는 단계;를 포함하는 초음파 변환기의 제조방법.
제 35 항에 있어서,
상기 상부 전극을 형성하는 단계는,
상기 비아홀 상부의 상기 제1 상부기판, 제1,제2 지지대 및 제6 절연층을 식각하여 상기 제1 전극층의 상면을 노출시키는 그루브를 형성하는 단계; 및
상기 그루브의 내벽 및 상기 제1 상부기판 상에 상기 상부 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 초음파 변환기의 제조방법.
제 27 항에 있어서,
복수의 본딩 패드가 형성된 패드 기판을 상기 제1 및 제2 전극층과 본딩시키는 단계;를 더 포함하고,
상기 복수의 본딩 패드는 상기 패드 기판의 상면에 마련되는 것으로, 상기 제1 및 제2 전극층과 각각 본딩되는 제1 및 제2 상부 패드를 포함하는 초음파 변환기의 제조방법.
제 37 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전극층은 유테틱 본딩(eutectic bonding)에 의해 상기 제1 및 제2 상부패드와 본딩되는 초음파 변환기의 제조방법.