WO2018221753A1 - Mems device and manufacturing method therefor - Google Patents

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WO2018221753A1
WO2018221753A1 PCT/KR2017/005569 KR2017005569W WO2018221753A1 WO 2018221753 A1 WO2018221753 A1 WO 2018221753A1 KR 2017005569 W KR2017005569 W KR 2017005569W WO 2018221753 A1 WO2018221753 A1 WO 2018221753A1
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WO
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mems
mems structure
layer
forming
sacrificial layer
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/005569
Other languages
French (fr)
Korean (ko)
Inventor
오재섭
강민호
이완규
임성규
김영수
황욱중
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
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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
    • 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]
    • 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 semiconductor devices, and more particularly, to a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) device and a manufacturing method thereof.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • MEMS devices refer to devices integrating mechanical components, sensors, actuators, and electronic circuits on a single silicon substructure, and are currently available as printer heads, pressure sensors, acceleration sensors, gyroscopes, and DMDs. (Projector).
  • the main part is fabricated using a semiconductor process, but a semiconductor integrated circuit needs to form a three-dimensional shape as compared to a process of processing a plane, and thus a process not used for fabricating a semiconductor integrated circuit needs to be used.
  • An object of the present invention is to provide a MEMS device and a method of manufacturing the same which can reduce cost and are excellent in efficiency.
  • MEMS device according to an aspect of the present invention.
  • a MEMS structure spaced apart from the upper portion of the lower structure;
  • a light absorbing structure including a plate portion spaced apart from the upper portion of the MEMS structure and a via connection portion extending from the plate portion to the MEMS structure.
  • an area of the plate portion may be larger than an area of a sensor in the MEMS structure.
  • the light absorbing structure may include a metal layer capable of absorbing infrared rays
  • the MEMS structure may include a material whose resistance varies according to heat transmitted through the via connection part.
  • the lower structure may be a substrate structure including a read out integrated circuit (ROIC).
  • ROIIC read out integrated circuit
  • the MEMS structure includes: a first MEMS structure for processing a first wavelength band signal spaced apart from an upper portion of the lower structure; And a second MEMS structure spaced apart from the first MEMS structure and configured to process a second wavelength band signal, wherein the electrical connection structure includes: the lower structure, the first MEMS structure, and the lower structure; The second MEMS structure is electrically connected to each other, and the plate part is disposed to be spaced apart from the upper portion of the second MEMS structure, and the via connection part is a first via connection part extending from the plate part to the first MEMS structure. ; And a second via connection part extending from the plate part to the second MEMS structure.
  • the area of the plate portion may be larger than the area of the sensor in the first MEMS structure and / or the area of the sensor in the second MEMS structure.
  • the first wavelength has a wavelength smaller than the second wavelength, and the separation distance between the lower structure and the first MEMS structure is about 1/4 times the first wavelength, and the lower structure and the first wavelength.
  • the separation distance between the two MEMS structures may be about 1/4 times the second wavelength.
  • the light absorption structure includes a first light absorption structure having the first via connection; And a second light absorbing structure including the second via connection part, wherein the first light absorbing structure and the second light absorbing structure may be spaced apart from each other to block mutual heat conduction.
  • the first via connection unit may be disposed to be spaced apart without directly contacting the second MEMS structure.
  • MEMS device manufacturing method comprises a first step of forming a lower structure; Forming a sacrificial layer on the lower structure; Forming a memes structure on the sacrificial layer; A fourth step of additionally forming a sacrificial layer on the MEMS structure; A fifth step of forming a light absorption structure having a via connection portion extending from the MEMS structure to the MEMS structure; And a sixth step of removing the sacrificial layers.
  • MEMS device manufacturing method comprises a first step of forming a lower structure; A second step of forming a first sacrificial layer on the lower structure; A third step of forming a first MEMS structure on the first sacrificial layer; A fourth step of forming a second sacrificial layer on the first MEMS structure; A fifth step of forming a second MEMS structure on the second sacrificial layer; A sixth step of forming a third sacrificial layer on the second MEMS structure; A seventh light-absorbing structure having a first via connection portion extending from the second memes structure to the first memes structure and a second via connection portion extending from the second memes structure to the second memes structure; step; And an eighth step of removing the sacrificial layers.
  • the sacrificial layers may include an amorphous carbon layer as spin on carbon, and the removal of the sacrificial layers may be performed using oxygen (O 2) and / or ozone (O 3) plasma. It may be performed by a dry etching process.
  • the internal separation distance can be easily adjusted according to the device, the efficiency is remarkably excellent, compared to the conventional MEMS device in terms of performance and shape, and utilize the existing semiconductor process MEMS devices can be implemented.
  • the scope of the present invention is not limited by these effects.
  • 1 to 10B are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a MEMS device according to an embodiment of the present invention.
  • 11A-11B are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a MEMS device according to a modified embodiment of the present invention.
  • 12A through 12B are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a MEMS device according to another modified embodiment of the present invention.
  • top or bottom may be used to describe the positional relationship of certain elements to other elements as illustrated in the figures. Furthermore, it may be understood that these relative terms are intended to include the different directions of the component as well as the direction depicted in the figures. For example, if a component is turned over in the figures, elements depicted as being on the face of the top of the other elements are oriented on the face of the bottom of the other elements. Thus, the example “top” may include both “bottom” and “top” directions depending on the particular direction of the drawing.
  • 1 to 10B are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a MEMS device according to an embodiment of the present invention.
  • the lower structure 15 may be a substrate structure including a read out integrated circuit (ROIC) that is a suitable logic circuit.
  • the read integrated circuit can be manufactured by forming a CMOS device on a substrate.
  • the lower structure 15 may further include an insulating layer (not shown) on the substrate 11, lower electrodes 13 and 14, and a reflective layer 12.
  • the lower structure 15 may include a metal pattern, such as the lower electrodes 13 and 14 and / or the reflective layer 12.
  • the lower electrodes 13 and 14 and / or the reflective layer 12 may be formed to protrude on the insulating layer or may be formed by forming a trench pattern in the insulating layer and then filling it with a metal layer.
  • the lower electrodes 13 and 14 may be used to electrically connect the read integrated circuit device and the MEMS device.
  • the reflective layer 12 may be used to reflect light incident on the lower structure 15.
  • an amorphous carbon film which will be described later, is formed by chemical vapor deposition. This can be very advantageous in terms of planarization.
  • a first sacrificial layer 17a is formed on the lower structure 15.
  • the thickness of the first sacrificial layer 17a may be appropriately selected in consideration of the separation distance between the lower structure 15 and the upper structure to be implemented in a subsequent process and subsequent removal burden.
  • the via hole 16 penetrating the first sacrificial layer 17a and the insulating layer 21 is formed.
  • the first sacrificial layer 17a may include an amorphous carbon layer
  • the insulating layer 21 may include an oxide film or a nitride film.
  • the lower electrode 14 may be exposed through the via hole 16.
  • the sacrificial layer may be a temporary structure that is used to support the upper structure described later in an intermediate step but finally at least part or all is removed.
  • the sacrificial layer forming process may be performed to be compatible with a back-end process such as a metal wiring process of a semiconductor device. That is, the sacrificial layer may be formed using a post-process used in manufacturing an existing semiconductor device rather than a MEMS process. Therefore, following the formation of the lower structure, it is possible to proceed with the sacrificial layer and the subsequent metal process by applying most of the process technologies used in the existing semiconductor post-process as it is to lower the manufacturing cost and facilitate mass production.
  • the sacrificial layer may be, for example, an amorphous carbon layer as spin on carbon.
  • the amorphous carbon layer may be formed by various techniques, and may be, for example, an amorphous carbon layer coated by a rotation method or an amorphous carbon layer formed by plasma enhanced CVD (PECVD).
  • PECVD plasma enhanced CVD
  • the present inventors found that a sacrificial layer composed of an amorphous carbon layer as spin on carbon, rather than a sacrificial layer composed of an amorphous carbon layer formed by plasma enhanced CVD (PECVD), has a structure of the lower structure 15. It can be confirmed that it can be formed flat without the effect due to the pattern, the uniformity is relatively improved, the cost reduction and productivity can be relatively improved.
  • the sacrificial layer may be formed using a material such as polyimide, but it is not easy to apply a high temperature process in a subsequent metal deposition process due to problems such as moisture resorption, so it is not a CVD method but a lift off method.
  • the metal should be deposited using. In this case, there is a disadvantage in that the step coverage is not good and many impurities remain inside the metal.
  • the via hole or the contact hole is formed in the polyimide sacrificial layer
  • the via hole or the contact hole must be covered by an additional process before performing the subsequent process due to outgassing of the polyimide.
  • Forming at least two photolithography processes are required. For example, two photolithography processes are required in which a polyimide sacrificial layer is formed, a sacrificial layer is first patterned, and a lower passivation layer is secondly patterned to form contact holes.
  • the amorphous carbon layer does not have a problem such as outgassing, so that the amorphous carbon layer does not need to additionally cover the exposed portion of the amorphous carbon layer, thereby implementing a single photolithography process. This is possible.
  • the present inventor By replacing the sacrificial layer with an amorphous carbon film in the polyimide, the present inventor not only prevents problems such as water reabsorption, poor step coverage, impurities in subsequent processes, etc., but also uses the characteristics of the amorphous carbon film to make the via hole or the contact hole. It provides a manufacturing method that can drastically reduce the manufacturing cost by simplifying the number of photolithography process from one to two times in the forming process. Furthermore, the effect of the sacrificial layer composed of the amorphous carbon layer as spin on carbon rather than the sacrificial layer composed of the amorphous carbon layer formed by plasma enhanced CVD (PECVD) due to the pattern of the underlying structure. It can be formed flat without it provides a manufacturing method in which uniformity is relatively improved and cost reduction and productivity can be relatively improved.
  • PECVD plasma enhanced CVD
  • the metal anchor 22 may be formed to be connected to the lower electrode 14 through the contact hole 16.
  • the metal anchor 22 may be formed by forming and patterning a metal layer on the lower electrode 14 exposed by the contact hole 16 by CVD or PVD.
  • a metal layer a tungsten (W) layer is mentioned, for example.
  • This metal anchor 22 may be used as via plugs that electrically connect the lower electrode 14 with the upper structure.
  • the resistive element material layer 24 is formed on the absorbing layer 23.
  • the absorber layer 23 is a metal layer capable of absorbing infrared rays
  • the resistive element material layer 24 may be a thin film layer including a material whose resistance varies according to heat transmitted through a via connection part implemented in a subsequent process.
  • the resistance element material layer 24 is a material whose resistance varies according to the amount of infrared rays or heat absorbed, and may include, for example, amorphous silicon, vanadium oxide, or the like.
  • An insulating layer 25 is formed on the resistive material layer 24.
  • the insulating layers 21 and 25 disposed above and below the absorbing layer 23 and the resistive material layer 24 may also serve as a supporting layer capable of securing mechanical strength.
  • the insulating layer 21, the metal anchor 22, the absorbing layer 23, the resistive material layer 24, and the insulating layer 25 may implement at least a portion of the first MEMS structure 20. Meanwhile, at least some of the metal anchor 22, the absorbing layer 23, and the resistance element material layer 24 formed to fill the space of the contact hole 16 may form the lower structure 15 and the first MEMS structure 20. It can be understood as the first electrical connection structure 19 for electrically connecting.
  • a patterning process of removing a portion of the first MEMS structure 20 is performed. Through the patterning process, a through hole 27 exposing a part of the first sacrificial layer 17a may be formed.
  • the through hole 27 may be understood as at least a portion of a passage for the material for removing the first sacrificial layer 17a to proceed to the first sacrificial layer 17a in a subsequent process.
  • a second sacrificial layer 17b is formed on the first sacrificial layer 17a and the first memes structure 20.
  • the second sacrificial layer 17b may be made of the same material formed by the same manufacturing method as the above-described first sacrificial layer 17a.
  • the contact hole 36 penetrating the first sacrificial layer 17a and the second sacrificial layer 17b to expose the lower electrode 13.
  • the metal anchor 32 may be formed to be connected to the lower electrode 13 through the contact hole 36.
  • the metal anchor 32 may be formed by forming and patterning a metal layer on the lower electrode 13 exposed by the contact hole 36 by CVD or PVD. As such a metal layer, a tungsten (W) layer is mentioned, for example.
  • the metal anchor 32 may be used as via plugs that electrically connect the lower electrode 13 to the upper structure.
  • the absorption layer 33 may be uniformly formed on the metal anchor 32 and the insulating layer 31.
  • the absorber layer 33 may be a metal layer capable of absorbing infrared rays.
  • the resistive element material layer 34 is formed on the absorbing layer 33.
  • the resistive element material layer 34 may be a thin film layer including a material whose resistance varies according to heat transferred through a via connection part implemented in a subsequent process.
  • the resistance element material layer 34 is a material whose resistance varies depending on the amount of infrared rays or heat absorbed, and may include, for example, amorphous silicon, vanadium oxide, or the like.
  • An insulating layer 35 is formed on the resistive material layer 34.
  • the insulating layers 31 and 35 disposed above and below the absorbing layer 33 and the resistive material layer 34 may also serve as a supporting layer capable of securing mechanical strength.
  • the insulating layer 31, the metal anchor 32, the absorbing layer 33, the resistive material layer 34, and the insulating layer 35 may implement at least a portion of the second MEMS structure 30. Meanwhile, at least some of the metal anchor 32, the absorbing layer 33, and the resistive element material layer 34 formed to fill the space of the contact hole 36 may form the lower structure 15 and the second MEMS structure 30. It can be understood as a second electrical connection structure 39 for electrically connecting.
  • a patterning process of removing a portion of the second MEMS structure 30 is performed.
  • the patterning process not only the size, shape and / or arrangement of the second MEMS structure 30 can be determined, but also the through hole 37 exposing a part of the second sacrificial layer 17b may be formed.
  • the through hole 37 may be understood as at least a portion of a passage for the material for removing the first sacrificial layer 17a and the second sacrificial layer 17b to the second sacrificial layer 17b in a subsequent process.
  • the light having the via connecting portions 49a and 49b disposed to be spaced apart from the second MEMS structure 30 and extending to the first MEMS structure 20 and the second MEMS structure 30.
  • the absorbent structure 40 is formed.
  • the light absorption structure 40 includes a plate portion 44 disposed on the third sacrificial layer 17c; And via connectors 49a and 49b connected to the first MEMS structure 20 and the second MEMS structure 30 from the plate portion 44.
  • the third sacrificial layer 17c is formed on the second MEMS structure 30.
  • the third sacrificial layer 17c may be made of the same material formed by the same manufacturing method as the first sacrificial layer 17a described above.
  • the first via hole 46 penetrating the third sacrificial layer 17c, the second MEMS structure 30, and the second sacrificial layer 17b and the second via hole 46 penetrating the third sacrificial layer 17c may be formed.
  • the first via hole 46 is formed to expose the resistive material layer 24 of the first MEMS structure 20, and the second via hole 46 is the resistive material layer 34 of the second MEMS structure 30. Can be formed to expose.
  • the light absorbing structure 40 is completed by forming the insulating layer 41, the metal layer 42 capable of absorbing light, and the insulating layer 43.
  • the insulating layers 41 and 43 disposed above and below the metal layer 42 capable of absorbing light may also serve as a supporting layer for securing mechanical strength.
  • At least a portion of the insulating layer 41, the metal layer 42 capable of absorbing light, and the insulating layer 43 formed to fill the space of the first via hole 46 may absorb the thermal energy of the light absorbed from the plate portion 44. It may be understood as a first via connector 49a that transfers to the first MEMS structure 20. In addition, at least a portion of the insulating layer 41 formed to fill the space of the second via hole 46, the metal layer 42 capable of absorbing light, and the insulating layer 43 is formed of the light absorbed from the plate portion 44. It can be understood as a second via connection 49b that transfers thermal energy to the second MEMS structure 30.
  • the plate 44 constituting the light absorbing structure 40 is disposed spaced apart from the upper portion of the second MEMS structure 30, the area of the plate 44 is the area of the sensor in the first MEMS structure 20 and And / or larger than the area of the sensor in the second MEMS structure 30. According to this configuration, the area of the absorber layer can be increased relatively, thereby improving the efficiency of the MEMS device.
  • the third sacrificial layer 17c, the second sacrificial layer 17b, and the first sacrificial layer 17a may be removed using a dry etching process or a wet etching process.
  • the dry etching may be performed using oxygen (O 2) and / or ozone (O 3) plasma.
  • the through holes 27 and 37 may be used as a passage through which an etchant (for example, oxygen and / or ozone of a dry etching process) is introduced.
  • an etchant for example, oxygen and / or ozone of a dry etching process
  • the first memes structure is removed.
  • a space 26b between the 20 and the second MEMS structure 30 is formed, and the space between the second MEMS structure 30 and the plate part 44 is removed by removing the third sacrificial layer 17c. 26c can be formed.
  • a wavelength of a dual band can be detected.
  • signals of different band wavelengths may be independently detected in the basic single structure. That is, the first via connecting portion 49a for transferring the thermal energy of light absorbed from the plate 44 to the first memes structure 20 and the thermal energy of light absorbed from the plate 44 to the second memes structure 30. Since the second via connection 49b for transmitting is individually provided, each of the single MEMS devices can independently detect a signal having a dual band wavelength.
  • the first wavelength has a wavelength smaller than the second wavelength.
  • the first wavelength is 4 ⁇ m and the second wavelength is 8 ⁇ m
  • the separation distance d1 between the lower structure 15 and the first MEMS structure 20 is approximately 1/4 of the first wavelength.
  • the distance d2 between the lower structure 15 and the second MEMS structure 30 may be set to about 1/4 times the second wavelength.
  • the MEMS device according to the embodiment of the present invention described above is implemented by a method of manufacturing a MEMS device using a sacrificial layer in a read integrated circuit to form an upper structure having a three-dimensional structure and a lower structure having a multi-layer structure.
  • the sacrificial layer is coated on the read-integrated circuit to form a lower structure
  • the second sacrificial layer is coated to form an upper structure
  • the third sacrificial layer is coated to form a top structure to fabricate a MEMS device.
  • Sacrificial layer removal can be removed using an oxygen (O 2 ) and / or ozone (O 3 ) plasma, including dry etching.
  • the uppermost structure and the lower multilayer MEMS structure are connected using separate through holes.
  • the rotationally coated sacrificial layer can form the structure flat without the influence of the pattern of the substructure to improve uniformity, reduce cost and improve productivity.
  • a signal having a dual band wavelength is controlled by adjusting the height of the empty space between the read integrated circuit and the lower structure and the empty space between the read integrated circuit and the upper structure, which are generated after removing the sacrificial layer.
  • the wavelength absorbed at the top structure can be transmitted to each underlying structure to improve the MEMS sensor performance.
  • Independently detected dual-band wavelengths can be applied to a variety of applications and to improve infrared performance.
  • the sacrificial layer is advantageously planarized without affecting the pattern of the upper structure, and is also easy to manufacture a MEMS device having a multilayer structure.
  • the function of the structure is formed as an absorbing layer on the uppermost layer, the absorbed wavelength can be transmitted to the lower multilayer structure through each through hole.
  • the MEMS structure fabricated in this way is applied to an infrared sensor, signals of the dual band wavelength can be detected as independent through-holes, thereby minimizing the area of MEMS devices and increasing the absorption layer area, thereby improving performance, reducing manufacturing cost, and improving productivity. You can.
  • the empty space formed after removing the sacrificial layer may have a different thickness depending on the sacrificial layer coating method, thereby selecting and detecting various band wavelengths.
  • FIGS. 1 to 9 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a MEMS device according to a modified embodiment of the present invention.
  • the steps of FIGS. 1 to 9 are performed in common.
  • FIGS. 10A and 10B illustrate a first light absorbing structure in which the light absorbing structure 40 has a first via connection portion 49a as compared to FIGS. 10A and 10B; And a second light absorbing structure having a second via connection portion 49b. That is, by forming a separation space 47 for cutting off a portion of the plate portion 44, the first light absorbing structure disposed on one side of the separation space 47 and the second disposed on the other side of the separation space 47 The two light absorption structures are spaced apart from each other to block mutual heat conduction. According to this structure, mutual interference between the first MEMS structure 20 for the first wavelength band signal processing and the second MEMS structure 30 for the second wavelength band signal processing can be minimized to effectively perform signal processing. .
  • FIGS. 1 to 9 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a MEMS device according to another modified embodiment of the present invention.
  • the steps of FIGS. 1 to 9 are commonly performed.
  • first via connecting portion 49a is arranged to be spaced apart without directly contacting the second MEMS structure 30 as compared with FIGS. 10A and 10B. According to this structure, mutual interference between the first MEMS structure 20 for the first wavelength band signal processing and the second MEMS structure 30 for the second wavelength band signal processing can be minimized to effectively perform signal processing. .
  • the MEMS structure disposed between the lower structure 15 and the light absorbing structure 40 is a two-layer structure.
  • the technical idea of the present invention which discloses a light absorbing structure having a via connection portion extending from the plate portion spaced apart from the upper portion of the MEMS structure to the MEMS structure is not limited to a specific configuration of the MEMS structure.
  • the MEMS structure disposed between the lower structure 15 and the light absorbing structure 40 may be a single layer structure or a three or more layers structure.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

A MEMS device using an amorphous carbon film as a sacrificial layer and a manufacturing method therefor are provided. According to one embodiment of the present invention, provided is a MEMS device comprising: a lower structure; a MEMS structure disposed to be spaced apart from an upper part of the lower structure; an electrical connection structure electrically connecting the lower structure and the MEMS structure; and an optical absorption structure having a plate part disposed to be spaced apart from an upper part of the MEMS structure and a via connection part extending from the plate part to the MEMS structure.

Description

멤스 디바이스 및 그 제조방법MEMS device and its manufacturing method
본 발명은 반도체 디바이스에 관한 것으로서, 특히 멤스(MEMS: Micro Electro Mechanical Systems) 디바이스 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor devices, and more particularly, to a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) device and a manufacturing method thereof.
일반적으로 멤스 디바이스는 기계요소 부품, 센서, 액츄에이터, 전자 회로를 하나의 실리콘 하부 구조체상에 집적화한 디바이스를 가리키며, 현재 제품으로서 시판되고 있는 것으로서는 프린터 헤드, 압력 센서, 가속도 센서, 자이로스코프, DMD(프로젝터) 등이 있다.In general, MEMS devices refer to devices integrating mechanical components, sensors, actuators, and electronic circuits on a single silicon substructure, and are currently available as printer heads, pressure sensors, acceleration sensors, gyroscopes, and DMDs. (Projector).
주요 부분은 반도체 프로세스를 이용해 제작되지만, 반도체 집적회로가 평면을 가공하는 프로세스로 제작되는데 비하여 입체 형상을 형성할 필요가 있어 반도체 집적회로의 제작에는 사용되지 않는 공정을 사용할 필요가 있다. The main part is fabricated using a semiconductor process, but a semiconductor integrated circuit needs to form a three-dimensional shape as compared to a process of processing a plane, and thus a process not used for fabricating a semiconductor integrated circuit needs to be used.
관련 선행기술로는 대한민국 특허출원번호 KR20020058021호(2002.09.25.출원, 발명의 명칭 : 멤스기술을 이용한 중공형 마이크로-프로브의 제조방법 및 이에 따른 마이크로-프로브)가 있다.Related prior art is Korean Patent Application No. KR20020058021 (2002.09.25. Filed, the name of the invention: a method of manufacturing a hollow micro-probe using the MEMS technology and thus the micro-probe).
본 발명은 비용을 절감할 수 있으며 효율이 우수한 멤스 디바이스 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a MEMS device and a method of manufacturing the same which can reduce cost and are excellent in efficiency.
본 발명의 일 관점에 따른 멤스 디바이스는 하부 구조체; 상기 하부 구조체의 상부로 이격되어 배치된 멤스 구조체; 상기 하부 구조체와 상기 멤스 구조체를 전기적으로 연결하는 전기적 연결 구조체; 및 상기 멤스 구조체의 상부로 이격되어 배치되는 플레이트부와 상기 플레이트부로부터 상기 멤스 구조체로 연장되는 비어 연결부를 구비하는 광흡수 구조체;를 포함한다. MEMS device according to an aspect of the present invention; A MEMS structure spaced apart from the upper portion of the lower structure; An electrical connection structure for electrically connecting the lower structure and the MEMS structure; And a light absorbing structure including a plate portion spaced apart from the upper portion of the MEMS structure and a via connection portion extending from the plate portion to the MEMS structure.
상기 멤스 디바이스에서, 상기 플레이트부의 면적은 상기 멤스 구조체 내 센서의 면적 보다 더 클 수 있다. In the MEMS device, an area of the plate portion may be larger than an area of a sensor in the MEMS structure.
상기 멤스 디바이스에서, 상기 광흡수 구조체는 적외선을 흡수할 수 있는 금속층을 포함하며, 상기 멤스 구조체는 상기 비어 연결부를 통하여 전달되는 열에 따라 저항이 가변되는 물질을 포함할 수 있다. In the MEMS device, the light absorbing structure may include a metal layer capable of absorbing infrared rays, and the MEMS structure may include a material whose resistance varies according to heat transmitted through the via connection part.
상기 멤스 디바이스에서, 상기 하부 구조체는 판독집적회로(Read Out Integrated Circuit; ROIC)를 포함하는 기판 구조체일 수 있다. In the MEMS device, the lower structure may be a substrate structure including a read out integrated circuit (ROIC).
상기 멤스 디바이스에서, 상기 멤스 구조체는, 상기 하부 구조체의 상부로 이격되어 배치된 제 1 파장 대역 신호 처리를 위한 제 1 멤스 구조체; 및 상기 제 1 멤스 구조체의 상부로 이격되어 배치되고 제 2 파장 대역 신호 처리를 위한 제 2 멤스 구조체;를 포함하고, 상기 전기적 연결 구조체는, 상기 하부 구조체와 상기 제 1 멤스 구조체 및 상기 하부 구조체와 상기 제 2 멤스 구조체를 각각 전기적으로 연결하며, 상기 플레이트부는, 상기 제 2 멤스 구조체의 상부로 이격되어 배치되며, 상기 비어 연결부는, 상기 플레이트부로부터 상기 제 1 멤스 구조체로 연장되는 제 1 비어 연결부; 및 상기 플레이트부로부터 상기 제 2 멤스 구조체로 연장되는 제 2 비어 연결부;를 포함할 수 있다. In the MEMS device, the MEMS structure includes: a first MEMS structure for processing a first wavelength band signal spaced apart from an upper portion of the lower structure; And a second MEMS structure spaced apart from the first MEMS structure and configured to process a second wavelength band signal, wherein the electrical connection structure includes: the lower structure, the first MEMS structure, and the lower structure; The second MEMS structure is electrically connected to each other, and the plate part is disposed to be spaced apart from the upper portion of the second MEMS structure, and the via connection part is a first via connection part extending from the plate part to the first MEMS structure. ; And a second via connection part extending from the plate part to the second MEMS structure.
상기 멤스 디바이스에서, 상기 플레이트부의 면적은 상기 제 1 멤스 구조체 내 센서의 면적 및/또는 상기 제 2 멤스 구조체 내 센서의 면적 보다 더 클 수 있다. In the MEMS device, the area of the plate portion may be larger than the area of the sensor in the first MEMS structure and / or the area of the sensor in the second MEMS structure.
상기 멤스 디바이스에서, 상기 제 1 파장은 상기 제 2 파장 보다 파장값이 작으며, 상기 하부 구조체와 상기 제 1 멤스 구조체 간의 이격거리는 상기 제 1 파장 의 대략 1/4배이고, 상기 하부 구조체와 상기 제 2 멤스 구조체 간의 이격거리는 상기 제 2 파장의 대략 1/4배일 수 있다. In the MEMS device, the first wavelength has a wavelength smaller than the second wavelength, and the separation distance between the lower structure and the first MEMS structure is about 1/4 times the first wavelength, and the lower structure and the first wavelength. The separation distance between the two MEMS structures may be about 1/4 times the second wavelength.
상기 멤스 디바이스에서, 상기 광흡수 구조체는 상기 제 1 비어 연결부를 구비하는 제 1 광흡수 구조체; 및 상기 제 2 비어 연결부를 구비하는 제 2 광흡수 구조체;를 포함하되, 상기 제 1 광흡수 구조체와 상기 제 2 광흡수 구조체는 상호 열전도가 차단되도록 서로 이격되어 배치될 수 있다. In the MEMS device, the light absorption structure includes a first light absorption structure having the first via connection; And a second light absorbing structure including the second via connection part, wherein the first light absorbing structure and the second light absorbing structure may be spaced apart from each other to block mutual heat conduction.
상기 멤스 디바이스에서, 상기 제 1 비어 연결부는 상기 제 2 멤스 구조체와 직접 닿지 않고 이격되도록 배치될 수 있다. In the MEMS device, the first via connection unit may be disposed to be spaced apart without directly contacting the second MEMS structure.
본 발명의 다른 관점에 따른 멤스 디바이스의 제조방법은 하부 구조체를 형성하는 제 1 단계; 상기 하부 구조체 상에 희생층을 형성하는 제 2 단계; 상기 희생층 상에 멤스 구조체를 형성하는 제 3 단계; 상기 멤스 구조체 상에 희생층을 추가적으로 형성하는 제 4 단계; 상기 멤스 구조체 상으로부터 상기 멤스 구조체로 연장되는 비어 연결부를 구비하는 광흡수 구조체를 형성하는 제 5 단계; 및 상기 희생층들을 제거하는 제 6 단계;를 포함할 수 있다. MEMS device manufacturing method according to another aspect of the present invention comprises a first step of forming a lower structure; Forming a sacrificial layer on the lower structure; Forming a memes structure on the sacrificial layer; A fourth step of additionally forming a sacrificial layer on the MEMS structure; A fifth step of forming a light absorption structure having a via connection portion extending from the MEMS structure to the MEMS structure; And a sixth step of removing the sacrificial layers.
본 발명의 또 다른 관점에 따른 멤스 디바이스의 제조방법은 하부 구조체를 형성하는 제 1 단계; 상기 하부 구조체 상에 제 1 희생층을 형성하는 제 2 단계; 상기 제 1 희생층 상에 제 1 멤스 구조체를 형성하는 제 3 단계; 상기 제 1 멤스 구조체 상에 제 2 희생층을 형성하는 제 4 단계; 상기 제 2 희생층 상에 제 2 멤스 구조체를 형성하는 제 5 단계; 상기 제 2 멤스 구조체 상에 제 3 희생층을 형성하는 제 6 단계; 상기 제 2 멤스 구조체 상으로부터 상기 제 1 멤스 구조체로 연장되는 제 1 비어 연결부 및 상기 제 2 멤스 구조체 상으로부터 상기 제 2 멤스 구조체로 연장되는 제 2 비어 연결부를 구비하는 광흡수 구조체를 형성하는 제 7 단계; 및 상기 희생층들을 제거하는 제 8 단계;를 포함할 수 있다. MEMS device manufacturing method according to another aspect of the present invention comprises a first step of forming a lower structure; A second step of forming a first sacrificial layer on the lower structure; A third step of forming a first MEMS structure on the first sacrificial layer; A fourth step of forming a second sacrificial layer on the first MEMS structure; A fifth step of forming a second MEMS structure on the second sacrificial layer; A sixth step of forming a third sacrificial layer on the second MEMS structure; A seventh light-absorbing structure having a first via connection portion extending from the second memes structure to the first memes structure and a second via connection portion extending from the second memes structure to the second memes structure; step; And an eighth step of removing the sacrificial layers.
상기 멤스 디바이스의 제조 방법에서, 상기 희생층들은 스핀 온 카본(spin on carbon)으로서 비정질탄소층을 포함할 수 있으며, 상기 희생층들의 제거는 산소(O2) 및/또는 오존(O3) 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정으로 수행될 수 있다.In the method of manufacturing the MEMS device, the sacrificial layers may include an amorphous carbon layer as spin on carbon, and the removal of the sacrificial layers may be performed using oxygen (O 2) and / or ozone (O 3) plasma. It may be performed by a dry etching process.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 디바이스에 따라 내부 이격 거리를 쉽게 조절할 수 있으며 효율이 현저하게 우수하여 성능과 모양 측면에서 기존의 멤스 디바이스에 비해 뛰어나고, 기존의 반도체 공정을 활용할 수 있는 멤스 디바이스를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention made as described above, the internal separation distance can be easily adjusted according to the device, the efficiency is remarkably excellent, compared to the conventional MEMS device in terms of performance and shape, and utilize the existing semiconductor process MEMS devices can be implemented. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1 내지 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 제조방법을 순차적으로 도해하는 단면도들이다.1 to 10B are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a MEMS device according to an embodiment of the present invention.
도 11a 내지 도 11b는 본 발명의 변형된 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 제조방법을 순차적으로 도해하는 단면도들이다.11A-11B are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a MEMS device according to a modified embodiment of the present invention.
도 12a 내지 도 12b는 본 발명의 다른 변형된 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 제조방법을 순차적으로 도해하는 단면도들이다.12A through 12B are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a MEMS device according to another modified embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 적어도 일부의 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various forms, and the following embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, the scope of the invention to those skilled in the art It is provided to inform you completely. In addition, in the drawings, at least some of the components may be exaggerated or reduced in size. Like numbers in the drawings refer to like elements.
명세서 전체에 걸쳐서, 층 또는 영역과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 상기 다른 구성요소 "상에" 접하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. Throughout the specification, when referring to one component, such as a layer or region, being located "on" another component, said one component directly "contacts" the other component, or between It may be interpreted that there may be other intervening components. On the other hand, when referring to one component located directly on another component, it is interpreted that there are no other components intervening therebetween.
또한, "상의" 또는 "하의" 와 같은 상대적인 위치를 나타내는 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 위치 관계를 기술하기 위해 사용될 수 있다. 나아가, 이러한 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향 뿐만 아니라 구성요소의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수도 있다. 예를 들어, 도면들에서 구성요소가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수도 있다. Also, terms indicating relative positions, such as "top" or "bottom", may be used to describe the positional relationship of certain elements to other elements as illustrated in the figures. Furthermore, it may be understood that these relative terms are intended to include the different directions of the component as well as the direction depicted in the figures. For example, if a component is turned over in the figures, elements depicted as being on the face of the top of the other elements are oriented on the face of the bottom of the other elements. Thus, the example "top" may include both "bottom" and "top" directions depending on the particular direction of the drawing.
도 1 내지 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 제조방법을 순차적으로 도해하는 단면도들이다.1 to 10B are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a MEMS device according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 1에서 하부 구조체(15)를 도시한다. 예를 들어, 하부 구조체(15)는 적절한 로직회로인 판독집적회로(Read Out Integrated Circuit; ROIC)를 포함하는 기판 구조체일 수 있다. 판독집적회로는 기판 상에 CMOS 소자를 형성하여 제조할 수 있다. 나아가, 하부 구조체(15)는 기판(11) 상의 절연층(미도시) 및 하부 전극(13, 14) 및 반사층(12)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 하부 구조체(15)는 하부 전극(13, 14) 및/또는 반사층(12)와 같이 금속패턴을 포함할 수 있다. 하부 전극(13, 14) 및/또는 반사층(12)은 상기 절연층 상에 돌출되게 형성하거나 또는 상기 절연층 내에 트렌치 패턴을 형성한 후 이를 금속층으로 매립하여 형성할 수도 있다. First, the lower structure 15 is shown in FIG. For example, the lower structure 15 may be a substrate structure including a read out integrated circuit (ROIC) that is a suitable logic circuit. The read integrated circuit can be manufactured by forming a CMOS device on a substrate. In addition, the lower structure 15 may further include an insulating layer (not shown) on the substrate 11, lower electrodes 13 and 14, and a reflective layer 12. In this case, the lower structure 15 may include a metal pattern, such as the lower electrodes 13 and 14 and / or the reflective layer 12. The lower electrodes 13 and 14 and / or the reflective layer 12 may be formed to protrude on the insulating layer or may be formed by forming a trench pattern in the insulating layer and then filling it with a metal layer.
하부 전극(13, 14)은 판독집적회로 소자와 멤스 소자를 전기적으로 연결하는 데 이용될 수 있다. 반사층(12)은 하부 구조체(15)에 입사되는 빛을 반사시키는 데 이용될 수 있다. 특히, 절연층 내에 트렌치 패턴을 형성한 후에 이를 금속층으로 매립하여 하부 전극(13, 14) 및 반사층(12)를 구현하는 다마신 방법을 사용하는 경우, 후술할 비정질탄소막을 화학기상증착법에 의하여 형성할 때 평탄화 측면에서 매우 유리할 수 있다. The lower electrodes 13 and 14 may be used to electrically connect the read integrated circuit device and the MEMS device. The reflective layer 12 may be used to reflect light incident on the lower structure 15. In particular, in the case of using the damascene method of forming a trench pattern in an insulating layer and then embedding it with a metal layer to implement the lower electrodes 13 and 14 and the reflective layer 12, an amorphous carbon film, which will be described later, is formed by chemical vapor deposition. This can be very advantageous in terms of planarization.
도 2를 참조하면, 하부 구조체(15) 상에 제 1 희생층(17a)을 형성한다. 제 1 희생층(17a)의 두께는 하부 구조체(15)과 후속 공정으로 구현될 상부 구조물의 이격거리와 이후 제거 부담을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다. Referring to FIG. 2, a first sacrificial layer 17a is formed on the lower structure 15. The thickness of the first sacrificial layer 17a may be appropriately selected in consideration of the separation distance between the lower structure 15 and the upper structure to be implemented in a subsequent process and subsequent removal burden.
계속하여, 제 1 희생층(17a) 상에 절연층(21)을 형성한 후에, 제 1 희생층(17a) 및 절연층(21)을 관통하는 비아홀(16)을 형성한다. 예를 들어, 제 1 희생층(17a)은 비정질탄소층을 포함할 수 있으며, 절연층(21)은 산화막 또는 질화막을 포함할 수 있다. 비아홀(16)을 통하여 하부 전극(14)이 노출될 수 있다. Subsequently, after the insulating layer 21 is formed on the first sacrificial layer 17a, the via hole 16 penetrating the first sacrificial layer 17a and the insulating layer 21 is formed. For example, the first sacrificial layer 17a may include an amorphous carbon layer, and the insulating layer 21 may include an oxide film or a nitride film. The lower electrode 14 may be exposed through the via hole 16.
본 발명에 있어서, 희생층은 후술하는 상부 구조물을 중간 단계에서 지지하는 데 이용되나 최종적으로는 적어도 일부 또는 전부가 제거되는 임시 구조물일 수 있다. 희생층의 형성 공정은 반도체 소자의 금속 배선 공정 등과 같은 후공정(back-end process)과 양립 가능하게 수행할 수 있다. 즉, 희생층은 MEMS 공정이 아닌 기존 반도체 소자 제조 시 이용되는 후공정을 이용하여 형성할 수 있다. 따라서, 하부 구조물의 형성에 이어서 기존 반도체 후공정에서 사용하는 대부분의 공정 기술들을 그대로 적용하여 희생층 및 이후 금속 공정을 진행할 수 있게 되어 제조 단가를 낮출 수 있고 대량 생산이 용이해진다.In the present invention, the sacrificial layer may be a temporary structure that is used to support the upper structure described later in an intermediate step but finally at least part or all is removed. The sacrificial layer forming process may be performed to be compatible with a back-end process such as a metal wiring process of a semiconductor device. That is, the sacrificial layer may be formed using a post-process used in manufacturing an existing semiconductor device rather than a MEMS process. Therefore, following the formation of the lower structure, it is possible to proceed with the sacrificial layer and the subsequent metal process by applying most of the process technologies used in the existing semiconductor post-process as it is to lower the manufacturing cost and facilitate mass production.
상기 희생층은, 예를 들어, 스핀 온 카본(spin on carbon)으로서 비정질탄소층일 수 있다. 비정질탄소층은 여러 가지 기술에 의해 형성될 수 있으며, 예를 들어, 회전방식으로 코팅된 비정질탄소층이나 플라즈마 강화 화학기상증착(plasma enhanced CVD; PECVD)법으로 형성된 비정질탄소층일 수 있다. 본 발명자는, 플라즈마 강화 화학기상증착(plasma enhanced CVD; PECVD)법으로 형성된 비정질탄소층으로 구성된 희생층 보다 스핀 온 카본(spin on carbon)으로서 비정질탄소층으로 구성된 희생층이 하부 구조체(15)의 패턴에 기인한 영향 없이 평탄하게 형성할 수 있어 균일도가 상대적으로 좋아지고 비용 절감 및 생산성이 상대적으로 향상될 수 있음을 확인할 수 있었다.The sacrificial layer may be, for example, an amorphous carbon layer as spin on carbon. The amorphous carbon layer may be formed by various techniques, and may be, for example, an amorphous carbon layer coated by a rotation method or an amorphous carbon layer formed by plasma enhanced CVD (PECVD). The present inventors found that a sacrificial layer composed of an amorphous carbon layer as spin on carbon, rather than a sacrificial layer composed of an amorphous carbon layer formed by plasma enhanced CVD (PECVD), has a structure of the lower structure 15. It can be confirmed that it can be formed flat without the effect due to the pattern, the uniformity is relatively improved, the cost reduction and productivity can be relatively improved.
그 밖에도, 폴리이미드와 같은 재료를 사용하여 희생층을 형성할 수 있으나, 수분 재흡수 등의 문제로 후속 금속 증착 공정에서 고온 공정을 적용하기 용이하지 않으므로 CVD 방식이 아닌 리프트 오프(Lift off) 방식을 사용하여 금속을 증착하여야 한다. 이 경우, 스텝 커버리지가 좋지 않고 금속의 내부에 불순물이 많이 남는다는 단점이 있다. In addition, the sacrificial layer may be formed using a material such as polyimide, but it is not easy to apply a high temperature process in a subsequent metal deposition process due to problems such as moisture resorption, so it is not a CVD method but a lift off method. The metal should be deposited using. In this case, there is a disadvantage in that the step coverage is not good and many impurities remain inside the metal.
나아가, 폴리이미드 희생층에 비어홀이나 콘택홀을 형성하는 경우, 폴리이미드의 아웃개싱(out gassing) 등의 이유로 후속 공정을 수행하기 전에 폴리이미드가 노출된 부분을 추가적인 공정으로 덮어야 하므로 비어홀이나 콘택홀을 형성함에 있어서 적어도 두 번의 포토리소그래피 공정을 필요로 한다. 예를 들어, 폴리이미드 희생층을 형성하고, 1차로 희생층을 패터닝하고 다시 하부 보호막을 2차로 패터닝해서 컨택홀을 형성하는 두 번의 포토리소그래피 공정이 필요하다. 이에 반하여, 비정질탄소층으로 구성된 희생층에 비어홀이나 콘택홀을 형성하는 경우, 비정질탄소층은 아웃개싱 등의 문제가 없으므로 비정질탄소층이 노출된 부분을 추가적으로 덮지 않아도 되어 한 번의 포토리소그래피 공정으로 구현이 가능하다. Furthermore, in the case where the via hole or the contact hole is formed in the polyimide sacrificial layer, the via hole or the contact hole must be covered by an additional process before performing the subsequent process due to outgassing of the polyimide. Forming at least two photolithography processes are required. For example, two photolithography processes are required in which a polyimide sacrificial layer is formed, a sacrificial layer is first patterned, and a lower passivation layer is secondly patterned to form contact holes. In contrast, in the case where the via hole or the contact hole is formed in the sacrificial layer composed of the amorphous carbon layer, the amorphous carbon layer does not have a problem such as outgassing, so that the amorphous carbon layer does not need to additionally cover the exposed portion of the amorphous carbon layer, thereby implementing a single photolithography process. This is possible.
본 발명자는 희생층을 폴리이미드에서 비정질탄소막으로 대체함으로써, 상술한 수분 재흡수, 불량한 스텝 커버리지, 후속 공정에서의 불순물 등과 같은 문제점을 방지할 뿐만 아니라, 비정질탄소막의 특성을 이용하여 비어홀이나 콘택홀들을 형성하는 공정에서 포토리소그래피 공정의 횟수를 2회에서 1회로 단순화하여 제조비용을 획기적으로 절감할 수 있는 제조방법을 제공한다. 나아가, 플라즈마 강화 화학기상증착(plasma enhanced CVD; PECVD)법으로 형성된 비정질탄소층으로 구성된 희생층 보다 스핀 온 카본(spin on carbon)으로서 비정질탄소층으로 구성된 희생층이 하부 구조체의 패턴에 기인한 영향 없이 평탄하게 형성할 수 있어 균일도가 상대적으로 좋아지고 비용 절감 및 생산성이 상대적으로 향상될 수 있는 제조방법을 제공한다. By replacing the sacrificial layer with an amorphous carbon film in the polyimide, the present inventor not only prevents problems such as water reabsorption, poor step coverage, impurities in subsequent processes, etc., but also uses the characteristics of the amorphous carbon film to make the via hole or the contact hole. It provides a manufacturing method that can drastically reduce the manufacturing cost by simplifying the number of photolithography process from one to two times in the forming process. Furthermore, the effect of the sacrificial layer composed of the amorphous carbon layer as spin on carbon rather than the sacrificial layer composed of the amorphous carbon layer formed by plasma enhanced CVD (PECVD) due to the pattern of the underlying structure. It can be formed flat without it provides a manufacturing method in which uniformity is relatively improved and cost reduction and productivity can be relatively improved.
도 3을 참조하면, 콘택홀(16)을 통해서 하부 전극(14)과 연결되도록 금속 앵커(22)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 콘택홀(16)에 의해서 노출된 하부 전극(14) 상에 CVD법 또는 PVD법을 이용하여 금속층을 형성하고, 이를 패터닝함으로써 금속 앵커(22)를 형성할 수 있다. 이러한 금속층으로는 예컨대, 텅스텐(W)층을 들 수 있다. 이러한 금속 앵커(22)는 하부 전극(14)을 상부 구조물과 전기적으로 연결하는 비어 플러그들로 이용될 수 있다.Referring to FIG. 3, the metal anchor 22 may be formed to be connected to the lower electrode 14 through the contact hole 16. For example, the metal anchor 22 may be formed by forming and patterning a metal layer on the lower electrode 14 exposed by the contact hole 16 by CVD or PVD. As such a metal layer, a tungsten (W) layer is mentioned, for example. This metal anchor 22 may be used as via plugs that electrically connect the lower electrode 14 with the upper structure.
도 4 및 도 5를 참조하면, 금속 앵커(22) 및 절연층(21) 상에 균일하게 흡수층(23)을 형성한 후에, 흡수층(23) 상에 저항 소자 물질층(24)을 형성한다. 흡수층(23)은 적외선을 흡수할 수 있는 금속층이며, 저항 소자 물질층(24)은 후속 공정으로 구현되는 비어 연결부를 통하여 전달되는 열에 따라 저항이 가변되는 물질을 포함하는 박막층일 수 있다. 저항 소자 물질층(24)은 흡수되는 적외선이나 열의 양에 따라서 저항이 가변되는 물질로서, 예컨대, 비정질 실리콘이나 바나듐 산화물 등을 포함할 수 있다. 저항 소자 물질층(24) 상에 절연층(25)을 형성한다. 흡수층(23) 및 저항 소자 물질층(24)의 상하로 배치된 절연층(21, 25)은 기계적 강도를 확보할 수 있는 지지층의 역할도 담당할 수 있다. 상술한 절연층(21), 금속 앵커(22), 흡수층(23), 저항 소자 물질층(24), 절연층(25)은 제 1 멤스 구조체(20)의 적어도 일부를 구현할 수 있다. 한편, 콘택홀(16)의 공간을 충전하도록 형성되는 금속 앵커(22), 흡수층(23) 및 저항 소자 물질층(24) 중의 적어도 일부는 하부 구조체(15)와 제 1 멤스 구조체(20)를 전기적으로 연결하는 제 1 전기적 연결 구조체(19)로 이해될 수 있다. 4 and 5, after the absorbing layer 23 is uniformly formed on the metal anchor 22 and the insulating layer 21, the resistive element material layer 24 is formed on the absorbing layer 23. The absorber layer 23 is a metal layer capable of absorbing infrared rays, and the resistive element material layer 24 may be a thin film layer including a material whose resistance varies according to heat transmitted through a via connection part implemented in a subsequent process. The resistance element material layer 24 is a material whose resistance varies according to the amount of infrared rays or heat absorbed, and may include, for example, amorphous silicon, vanadium oxide, or the like. An insulating layer 25 is formed on the resistive material layer 24. The insulating layers 21 and 25 disposed above and below the absorbing layer 23 and the resistive material layer 24 may also serve as a supporting layer capable of securing mechanical strength. The insulating layer 21, the metal anchor 22, the absorbing layer 23, the resistive material layer 24, and the insulating layer 25 may implement at least a portion of the first MEMS structure 20. Meanwhile, at least some of the metal anchor 22, the absorbing layer 23, and the resistance element material layer 24 formed to fill the space of the contact hole 16 may form the lower structure 15 and the first MEMS structure 20. It can be understood as the first electrical connection structure 19 for electrically connecting.
도 6을 참조하면, 제 1 멤스 구조체(20)의 일부를 제거하는 패터닝 공정을 수행한다. 이러한 패터닝 공정에 의하여 제 1 희생층(17a)의 일부를 노출하는 관통홀(27)을 형성할 수도 있다. 관통홀(27)은 후속 공정에서 제 1 희생층(17a)을 제거하기 위한 물질이 제 1 희생층(17a)으로 진행하기 위한 통로의 적어도 일부로 이해될 수 있다. Referring to FIG. 6, a patterning process of removing a portion of the first MEMS structure 20 is performed. Through the patterning process, a through hole 27 exposing a part of the first sacrificial layer 17a may be formed. The through hole 27 may be understood as at least a portion of a passage for the material for removing the first sacrificial layer 17a to proceed to the first sacrificial layer 17a in a subsequent process.
도 7을 참조하면, 제 1 희생층(17a) 및 제 1 멤스 구조체(20) 상에 제 2 희생층(17b)을 형성한다. 제 2 희생층(17b)은 상술한 제 1 희생층(17a)과 동일한 제조 방법으로 형성된 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 제 2 희생층(17b) 상에 절연층(31)을 형성한 후에, 하부 전극(13)을 노출하도록 제 1 희생층(17a) 및 제 2 희생층(17b)을 관통하는 콘택홀(36)을 형성한다. 계속하여, 콘택홀(36)을 통해서 하부 전극(13)과 연결되도록 금속 앵커(32)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 콘택홀(36)에 의해서 노출된 하부 전극(13) 상에 CVD법 또는 PVD법을 이용하여 금속층을 형성하고, 이를 패터닝함으로써 금속 앵커(32)를 형성할 수 있다. 이러한 금속층으로는 예컨대, 텅스텐(W)층을 들 수 있다. 이러한 금속 앵커(32)는 하부 전극(13)을 상부 구조물과 전기적으로 연결하는 비어 플러그들로 이용될 수 있다. 금속 앵커(32) 및 절연층(31) 상에 균일하게 흡수층(33)을 형성할 수 있다. 흡수층(33)은 적외선을 흡수할 수 있는 금속층일 수 있다. Referring to FIG. 7, a second sacrificial layer 17b is formed on the first sacrificial layer 17a and the first memes structure 20. The second sacrificial layer 17b may be made of the same material formed by the same manufacturing method as the above-described first sacrificial layer 17a. After the insulating layer 31 is formed on the second sacrificial layer 17b, the contact hole 36 penetrating the first sacrificial layer 17a and the second sacrificial layer 17b to expose the lower electrode 13. To form. Subsequently, the metal anchor 32 may be formed to be connected to the lower electrode 13 through the contact hole 36. For example, the metal anchor 32 may be formed by forming and patterning a metal layer on the lower electrode 13 exposed by the contact hole 36 by CVD or PVD. As such a metal layer, a tungsten (W) layer is mentioned, for example. The metal anchor 32 may be used as via plugs that electrically connect the lower electrode 13 to the upper structure. The absorption layer 33 may be uniformly formed on the metal anchor 32 and the insulating layer 31. The absorber layer 33 may be a metal layer capable of absorbing infrared rays.
도 8 및 도 9를 참조하면, 흡수층(33) 상에 저항 소자 물질층(34)를 형성한다. 저항 소자 물질층(34)은 후속 공정으로 구현되는 비어 연결부를 통하여 전달되는 열에 따라 저항이 가변되는 물질을 포함하는 박막층일 수 있다. 저항 소자 물질층(34)은 흡수되는 적외선이나 열의 양에 따라서 저항이 가변되는 물질로서, 예컨대, 비정질 실리콘이나 바나듐 산화물 등을 포함할 수 있다. 저항 소자 물질층(34) 상에 절연층(35)을 형성한다. 흡수층(33) 및 저항 소자 물질층(34)의 상하로 배치된 절연층(31, 35)은 기계적 강도를 확보할 수 있는 지지층의 역할도 담당할 수 있다. 상술한 절연층(31), 금속 앵커(32), 흡수층(33), 저항 소자 물질층(34), 절연층(35)은 제 2 멤스 구조체(30)의 적어도 일부를 구현할 수 있다. 한편, 콘택홀(36)의 공간을 충전하도록 형성되는 금속 앵커(32), 흡수층(33) 및 저항 소자 물질층(34) 중의 적어도 일부는 하부 구조체(15)와 제 2 멤스 구조체(30)를 전기적으로 연결하는 제 2 전기적 연결 구조체(39)로 이해될 수 있다. 8 and 9, the resistive element material layer 34 is formed on the absorbing layer 33. The resistive element material layer 34 may be a thin film layer including a material whose resistance varies according to heat transferred through a via connection part implemented in a subsequent process. The resistance element material layer 34 is a material whose resistance varies depending on the amount of infrared rays or heat absorbed, and may include, for example, amorphous silicon, vanadium oxide, or the like. An insulating layer 35 is formed on the resistive material layer 34. The insulating layers 31 and 35 disposed above and below the absorbing layer 33 and the resistive material layer 34 may also serve as a supporting layer capable of securing mechanical strength. The insulating layer 31, the metal anchor 32, the absorbing layer 33, the resistive material layer 34, and the insulating layer 35 may implement at least a portion of the second MEMS structure 30. Meanwhile, at least some of the metal anchor 32, the absorbing layer 33, and the resistive element material layer 34 formed to fill the space of the contact hole 36 may form the lower structure 15 and the second MEMS structure 30. It can be understood as a second electrical connection structure 39 for electrically connecting.
도 9를 참조하면, 제 2 멤스 구조체(30)의 일부를 제거하는 패터닝 공정을 수행한다. 이러한 패터닝 공정에 의하여, 제 2 멤스 구조체(30)의 크기, 형상 및/또는 배치를 결정할 뿐만 아니라, 나아가, 제 2 희생층(17b)의 일부를 노출하는 관통홀(37)을 형성할 수도 있다. 관통홀(37)은 후속 공정에서 제 1 희생층(17a) 및 제 2 희생층(17b)을 제거하기 위한 물질이 제 2 희생층(17b)으로 진행하기 위한 통로의 적어도 일부로 이해될 수 있다. Referring to FIG. 9, a patterning process of removing a portion of the second MEMS structure 30 is performed. By the patterning process, not only the size, shape and / or arrangement of the second MEMS structure 30 can be determined, but also the through hole 37 exposing a part of the second sacrificial layer 17b may be formed. . The through hole 37 may be understood as at least a portion of a passage for the material for removing the first sacrificial layer 17a and the second sacrificial layer 17b to the second sacrificial layer 17b in a subsequent process.
도 10a를 참조하면, 제 2 멤스 구조체(30)의 상부로 이격되어 배치되며, 제 1 멤스 구조체(20) 및 제 2 멤스 구조체(30)로 연장되는 비어 연결부(49a, 49b)를 구비하는 광흡수 구조체(40)를 형성한다. 광흡수 구조체(40)는, 제 3 희생층(17c) 상에 배치되는 플레이트부(44); 및 플레이트부(44)로부터 제 1 멤스 구조체(20) 및 제 2 멤스 구조체(30)로 연결되는 비어 연결부(49a, 49b);를 포함한다. Referring to FIG. 10A, the light having the via connecting portions 49a and 49b disposed to be spaced apart from the second MEMS structure 30 and extending to the first MEMS structure 20 and the second MEMS structure 30. The absorbent structure 40 is formed. The light absorption structure 40 includes a plate portion 44 disposed on the third sacrificial layer 17c; And via connectors 49a and 49b connected to the first MEMS structure 20 and the second MEMS structure 30 from the plate portion 44.
제조 공정을 구체적으로 살펴보면, 제 2 멤스 구조체(30) 상에 제 3 희생층(17c)을 형성한다. 제 3 희생층(17c)은 상술한 제 1 희생층(17a)과 동일한 제조 방법으로 형성된 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 제 3 희생층(17c), 제 2 멤스 구조체(30) 및 제 2 희생층(17b)을 관통하는 제 1 비어홀(46) 및 제 3 희생층(17c)을 관통하는 제 2 비어홀(46)을 형성한다. 제 1 비어홀(46)는 제 1 멤스 구조체(20)의 저항 소자 물질층(24)을 노출하도록 형성하고, 제 2 비어홀(46)는 제 2 멤스 구조체(30)의 저항 소자 물질층(34)을 노출하도록 형성할 수 있다. 비어홀(46)을 형성한 후에, 절연층(41), 광을 흡수할 수 있는 금속층(42) 및 절연층(43)을 형성하여 광흡수 구조체(40)을 완성한다. 광을 흡수할 수 있는 금속층(42)의 상하로 배치된 절연층(41, 43)은 기계적 강도를 확보할 수 있는 지지층의 역할도 담당할 수 있다. Looking at the manufacturing process in detail, the third sacrificial layer 17c is formed on the second MEMS structure 30. The third sacrificial layer 17c may be made of the same material formed by the same manufacturing method as the first sacrificial layer 17a described above. The first via hole 46 penetrating the third sacrificial layer 17c, the second MEMS structure 30, and the second sacrificial layer 17b and the second via hole 46 penetrating the third sacrificial layer 17c may be formed. Form. The first via hole 46 is formed to expose the resistive material layer 24 of the first MEMS structure 20, and the second via hole 46 is the resistive material layer 34 of the second MEMS structure 30. Can be formed to expose. After the via holes 46 are formed, the light absorbing structure 40 is completed by forming the insulating layer 41, the metal layer 42 capable of absorbing light, and the insulating layer 43. The insulating layers 41 and 43 disposed above and below the metal layer 42 capable of absorbing light may also serve as a supporting layer for securing mechanical strength.
제 1 비어홀(46)의 공간을 충전하도록 형성되는 절연층(41), 광을 흡수할 수 있는 금속층(42) 및 절연층(43)의 적어도 일부는 플레이트부(44)로부터 흡수된 광의 열에너지를 제 1 멤스 구조체(20)로 전달하는 제 1 비어 연결부(49a)로 이해될 수 있다. 또한, 제 2 비어홀(46)의 공간을 충전하도록 형성되는 절연층(41), 광을 흡수할 수 있는 금속층(42) 및 절연층(43)의 적어도 일부는 플레이트부(44)로부터 흡수된 광의 열에너지를 제 2 멤스 구조체(30)로 전달하는 제 2 비어 연결부(49b)로 이해될 수 있다. At least a portion of the insulating layer 41, the metal layer 42 capable of absorbing light, and the insulating layer 43 formed to fill the space of the first via hole 46 may absorb the thermal energy of the light absorbed from the plate portion 44. It may be understood as a first via connector 49a that transfers to the first MEMS structure 20. In addition, at least a portion of the insulating layer 41 formed to fill the space of the second via hole 46, the metal layer 42 capable of absorbing light, and the insulating layer 43 is formed of the light absorbed from the plate portion 44. It can be understood as a second via connection 49b that transfers thermal energy to the second MEMS structure 30.
광흡수 구조체(40)를 구성하는 플레이트부(44)는 제 2 멤스 구조체(30)의 상부로 이격되어 배치되며, 플레이트부(44)의 면적은 제 1 멤스 구조체(20) 내 센서의 면적 및/또는 제 2 멤스 구조체(30) 내 센서의 면적 보다 더 클 수 있다. 이러한 구성에 따르면, 흡수층 면적을 상대적으로 증가시킬 수 있어 멤스 디바이스의 효율을 개선시킬 수 있다. The plate 44 constituting the light absorbing structure 40 is disposed spaced apart from the upper portion of the second MEMS structure 30, the area of the plate 44 is the area of the sensor in the first MEMS structure 20 and And / or larger than the area of the sensor in the second MEMS structure 30. According to this configuration, the area of the absorber layer can be increased relatively, thereby improving the efficiency of the MEMS device.
도 10b를 참조하면, 제 3 희생층(17c), 제 2 희생층(17b) 및 제 1 희생층(17a)을 건식 식각 또는 습식 식각 공정을 이용하여 제거할 수 있다. 상기 건식 식각은 산소(O2) 및/또는 오존(O3) 플라즈마를 이용하여 수행할 수 있다. 희생층의 식각 공정에서 식각제(예를 들어, 건식 식각 공정의 산소 및/또는 오존)가 투입되는 통로로서 관통홀(27, 37)을 활용할 수 있다. 제 1 희생층(17a)을 제거함에 따라 하부 구조체(15)와 제 1 멤스 구조체(20) 사이의 이격 공간(26a)이 형성되며, 제 2 희생층(17b)을 제거함에 따라 제 1 멤스 구조체(20)와 제 2 멤스 구조체(30) 사이의 이격 공간(26b)이 형성되며, 제 3 희생층(17c)을 제거함에 따라 제 2 멤스 구조체(30)와 플레이트부(44) 사이의 이격 공간(26c)이 형성될 수 있다. Referring to FIG. 10B, the third sacrificial layer 17c, the second sacrificial layer 17b, and the first sacrificial layer 17a may be removed using a dry etching process or a wet etching process. The dry etching may be performed using oxygen (O 2) and / or ozone (O 3) plasma. In the sacrificial layer etching process, the through holes 27 and 37 may be used as a passage through which an etchant (for example, oxygen and / or ozone of a dry etching process) is introduced. As the first sacrificial layer 17a is removed, a space 26a between the lower structure 15 and the first memes structure 20 is formed. As the second sacrificial layer 17b is removed, the first memes structure is removed. A space 26b between the 20 and the second MEMS structure 30 is formed, and the space between the second MEMS structure 30 and the plate part 44 is removed by removing the third sacrificial layer 17c. 26c can be formed.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 디바이스 구조를 적외선 센서에 응용할 경우 이중 대역의 파장을 검출할 수 있다. 이 경우, 이중 대역 파장의 신호를 서로 연결하여 하나의 관통홀로 검출하는 구조와 달리 기본적인 단일 구조에서 각각 독립적으로 이종 대역 파장의 신호를 검출할 수 있다. 즉, 플레이트부(44)로부터 흡수된 광의 열에너지를 제 1 멤스 구조체(20)로 전달하는 제 1 비어 연결부(49a)와 플레이트부(44)로부터 흡수된 광의 열에너지를 제 2 멤스 구조체(30)로 전달하는 제 2 비어 연결부(49b)가 개별적으로 제공되므로 단일 멤스 디바이스에서 각각 독립적으로 이중 대역 파장의 신호를 효율적으로 검출할 수 있다. When the MEMS device structure according to the embodiment of the present invention described above is applied to an infrared sensor, a wavelength of a dual band can be detected. In this case, unlike the structure in which the signals of the dual band wavelengths are connected to each other and detected by one through-hole, signals of different band wavelengths may be independently detected in the basic single structure. That is, the first via connecting portion 49a for transferring the thermal energy of light absorbed from the plate 44 to the first memes structure 20 and the thermal energy of light absorbed from the plate 44 to the second memes structure 30. Since the second via connection 49b for transmitting is individually provided, each of the single MEMS devices can independently detect a signal having a dual band wavelength.
제 1 멤스 구조체(20)는 제 1 파장 대역 신호를 처리하며, 제 2 멤스 구조체(30)는 제 2 파장 대역 신호를 처리하는 경우, 상기 제 1 파장은 상기 제 2 파장 보다 파장값이 작으며(예를 들어, 제 1 파장은 4㎛이며, 제 2 파장은 8㎛), 하부 구조체(15)와 제 1 멤스 구조체(20) 간의 이격거리(d1)는 상기 제 1 파장의 대략 1/4배이고, 하부 구조체(15)와 제 2 멤스 구조체(30) 간의 이격거리(d2)는 상기 제 2 파장의 대략 1/4배로 설정될 수 있다. When the first MEMS structure 20 processes the first wavelength band signal and the second MEMS structure 30 processes the second wavelength band signal, the first wavelength has a wavelength smaller than the second wavelength. (Eg, the first wavelength is 4 μm and the second wavelength is 8 μm), and the separation distance d1 between the lower structure 15 and the first MEMS structure 20 is approximately 1/4 of the first wavelength. The distance d2 between the lower structure 15 and the second MEMS structure 30 may be set to about 1/4 times the second wavelength.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 디바이스는 판독집적회로에 희생층을 사용하여 입체적 구조의 상부 구조물과 다층 구조의 하부 구조물을 형성하는 멤스 디바이스의 제조 방법으로 구현된다. 판독집적회로에 회전방식으로 희생층을 코팅하여 하부구조물을 형성하고 두 번째 희생층을 코팅하여 상부구조물을 형성, 세 번째 희생층을 코팅하여 최상부 구조물을 형성하여 멤스 소자를 제작한다. 희생층 제거는 건식식각을 포함하여 산소(O2) 및/또는 오존(O3) 플라즈마를 사용하여 제거 할 수 있다. 최상부 구조물과 하부 다층 멤스 구조물을 각각 독립된 관통홀을 사용하여 연결한다. 회전방식으로 코팅된 희생층은 하부구조의 패턴의 영향없이 평탄하게 구조물을 형성할 수 있어 균일도가 좋아지고 비용 절감 및 생산성이 향상된다. 본 발명의 멤스 구조물을 적외선 센서에 응용할 경우 희생층 제거 후 생성되는 판독집적회로와 하부구조물과의 빈공간과 판독집적회로와 상부구조물과의 빈공간의 높이를 조절하여 이중 대역 파장의 신호를 각각 독립적으로 검출한다. 최상부의 구조물에서 흡수되는 파장을 각각의 하부 구조물에 전달할 수 있어 멤스 센서 성능을 개선할 수 있다. 독립적으로 검출되는 이중 대역의 파장은 적외선 성능 향상 및 다양한 분야에 응용 할 수 있다. 이러한 방식으로 제작되는 멤스 디바이스는 센서 구조물로 응용할 경우 희생층은 상부구조물이 하부 구조물의 패턴에 영향 없이 평탄화가 유리하며 또한, 다층 구조의 멤스 소자 제작에도 용이하다. 최상층에 구조물의 기능을 흡수층으로 형성할 경우 흡수된 파장을 각각의 관통홀을 통하여 하부 다층 구조에 전달 가능하다. 이렇게 제작되는 멤스 구조물을 적외선 센서에 응용 할 경우 이중 대역의 파장의 신호를 각각 독립적인 관통홀로 검출할 수 있어 멤스 소자의 면적을 최소화와 흡수층 면적을 크게 하여 성능향상, 제조비용 절감 및 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한 희생층 제거후 형성되는 빈공간은 희생층 코팅 방식에 따라 두께를 달리 할 수 있어 다양한 밴드 파장을 선택하여 검출 할 수 있다. The MEMS device according to the embodiment of the present invention described above is implemented by a method of manufacturing a MEMS device using a sacrificial layer in a read integrated circuit to form an upper structure having a three-dimensional structure and a lower structure having a multi-layer structure. The sacrificial layer is coated on the read-integrated circuit to form a lower structure, the second sacrificial layer is coated to form an upper structure, and the third sacrificial layer is coated to form a top structure to fabricate a MEMS device. Sacrificial layer removal can be removed using an oxygen (O 2 ) and / or ozone (O 3 ) plasma, including dry etching. The uppermost structure and the lower multilayer MEMS structure are connected using separate through holes. The rotationally coated sacrificial layer can form the structure flat without the influence of the pattern of the substructure to improve uniformity, reduce cost and improve productivity. When the MEMS structure of the present invention is applied to an infrared sensor, a signal having a dual band wavelength is controlled by adjusting the height of the empty space between the read integrated circuit and the lower structure and the empty space between the read integrated circuit and the upper structure, which are generated after removing the sacrificial layer. Detect independently The wavelength absorbed at the top structure can be transmitted to each underlying structure to improve the MEMS sensor performance. Independently detected dual-band wavelengths can be applied to a variety of applications and to improve infrared performance. When the MEMS device manufactured in this manner is applied as a sensor structure, the sacrificial layer is advantageously planarized without affecting the pattern of the upper structure, and is also easy to manufacture a MEMS device having a multilayer structure. When the function of the structure is formed as an absorbing layer on the uppermost layer, the absorbed wavelength can be transmitted to the lower multilayer structure through each through hole. When the MEMS structure fabricated in this way is applied to an infrared sensor, signals of the dual band wavelength can be detected as independent through-holes, thereby minimizing the area of MEMS devices and increasing the absorption layer area, thereby improving performance, reducing manufacturing cost, and improving productivity. You can. In addition, the empty space formed after removing the sacrificial layer may have a different thickness depending on the sacrificial layer coating method, thereby selecting and detecting various band wavelengths.
도 11a 내지 도 11b는 본 발명의 변형된 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 제조방법을 순차적으로 도해하는 단면도들이다. 본 발명의 변형된 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 제조방법은 도 1 내지 도 9의 단계는 공통적으로 수행한다. 11A-11B are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a MEMS device according to a modified embodiment of the present invention. In the method of manufacturing a MEMS device according to a modified embodiment of the present invention, the steps of FIGS. 1 to 9 are performed in common.
도 11a 및 도 11b는, 도 10a 및 도 10b와 비교하여, 광흡수 구조체(40)가 제 1 비어 연결부(49a)를 구비하는 제 1 광흡수 구조체; 및 제 2 비어 연결부(49b)를 구비하는 제 2 광흡수 구조체;로 분리된다는 점에서 상이하다. 즉, 플레이트부(44)의 일부를 단절하는 이격공간(47)을 형성함으로써, 이격공간(47)의 일측에 배치된 상기 제 1 광흡수 구조체와 이격공간(47)의 타측에 배치된 상기 제 2 광흡수 구조체는 상호 열전도가 차단되도록 서로 이격되어 배치된다. 이러한 구조에 따르면, 제 1 파장 대역 신호 처리를 위한 제 1 멤스 구조체(20)와 제 2 파장 대역 신호 처리를 위한 제 2 멤스 구조체(30) 간의 상호 간섭이 최소화되어 신호 처리를 효과적으로 수행할 수 있다. 11A and 11B illustrate a first light absorbing structure in which the light absorbing structure 40 has a first via connection portion 49a as compared to FIGS. 10A and 10B; And a second light absorbing structure having a second via connection portion 49b. That is, by forming a separation space 47 for cutting off a portion of the plate portion 44, the first light absorbing structure disposed on one side of the separation space 47 and the second disposed on the other side of the separation space 47 The two light absorption structures are spaced apart from each other to block mutual heat conduction. According to this structure, mutual interference between the first MEMS structure 20 for the first wavelength band signal processing and the second MEMS structure 30 for the second wavelength band signal processing can be minimized to effectively perform signal processing. .
도 12a 내지 도 12b는 본 발명의 변형된 다른 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 제조방법을 순차적으로 도해하는 단면도들이다. 본 발명의 변형된 다른 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 제조방법은 도 1 내지 도 9의 단계는 공통적으로 수행한다. 12A through 12B are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a MEMS device according to another modified embodiment of the present invention. In the method of manufacturing a MEMS device according to another modified embodiment of the present invention, the steps of FIGS. 1 to 9 are commonly performed.
도 12a 및 도 12b는, 도 10a 및 도 10b와 비교하여, 제 1 비어 연결부(49a)가 제 2 멤스 구조체(30)와 직접 닿지 않고 이격되도록 배치된다는 점에서 상이하다. 이러한 구조에 따르면, 제 1 파장 대역 신호 처리를 위한 제 1 멤스 구조체(20)와 제 2 파장 대역 신호 처리를 위한 제 2 멤스 구조체(30) 간의 상호 간섭이 최소화되어 신호 처리를 효과적으로 수행할 수 있다.12A and 12B are different in that the first via connecting portion 49a is arranged to be spaced apart without directly contacting the second MEMS structure 30 as compared with FIGS. 10A and 10B. According to this structure, mutual interference between the first MEMS structure 20 for the first wavelength band signal processing and the second MEMS structure 30 for the second wavelength band signal processing can be minimized to effectively perform signal processing. .
지금까지 도면을 참조하여 설명한 본 발명의 실시예들에 따른 멤스 디바이스들은 하부 구조체(15)와 광흡수 구조체(40) 사이에 배치되는 멤스 구조체가 이층 구조인 경우를 상정하여 설명하였다. 그러나, 멤스 구조체의 상부로 이격되어 배치되는 플레이트부로부터 멤스 구조체로 연장되는 비어 연결부를 구비하는 광흡수 구조체를 개시하는 본 발명의 기술적 사상은 멤스 구조체의 특정한 구성에만 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명의 다른 실시예들에 따른 멤스 디바이스에서, 하부 구조체(15)와 광흡수 구조체(40) 사이에 배치되는 멤스 구조체는 단층 구조이거나 삼층 이상의 구조일 수도 있다. The MEMS devices according to the embodiments of the present invention described above with reference to the drawings have been described assuming that the MEMS structure disposed between the lower structure 15 and the light absorbing structure 40 is a two-layer structure. However, the technical idea of the present invention which discloses a light absorbing structure having a via connection portion extending from the plate portion spaced apart from the upper portion of the MEMS structure to the MEMS structure is not limited to a specific configuration of the MEMS structure. For example, in a MEMS device according to other embodiments of the present disclosure, the MEMS structure disposed between the lower structure 15 and the light absorbing structure 40 may be a single layer structure or a three or more layers structure.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (13)

  1. 하부 구조체;Substructure;
    상기 하부 구조체의 상부로 이격되어 배치된 멤스 구조체;A MEMS structure spaced apart from the upper portion of the lower structure;
    상기 하부 구조체와 상기 멤스 구조체를 전기적으로 연결하는 전기적 연결 구조체; 및An electrical connection structure for electrically connecting the lower structure and the MEMS structure; And
    상기 멤스 구조체의 상부로 이격되어 배치되는 플레이트부와 상기 플레이트부로부터 상기 멤스 구조체로 연장되는 비어 연결부를 구비하는 광흡수 구조체;A light absorption structure including a plate portion spaced apart from the upper portion of the MEMS structure and a via connection portion extending from the plate portion to the MEMS structure;
    를 포함하는, 멤스 디바이스. Including, MEMS device.
  2. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 플레이트부의 면적은 상기 멤스 구조체 내 센서의 면적 보다 더 큰, 멤스 디바이스. The area of the plate portion is greater than the area of the sensor in the MEMS structure.
  3. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 광흡수 구조체는 적외선을 흡수할 수 있는 금속층을 포함하며, 상기 멤스 구조체는 상기 비어 연결부를 통하여 전달되는 열에 따라 저항이 가변되는 물질을 포함하는, 멤스 디바이스.The light absorbing structure includes a metal layer capable of absorbing infrared rays, and the MEMS structure includes a material whose resistance varies according to heat transmitted through the via connection.
  4. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 하부 구조체는 판독집적회로(Read Out Integrated Circuit; ROIC)를 포함하는 기판 구조체인, 멤스 디바이스.And the lower structure is a substrate structure including a read out integrated circuit (ROIC).
  5. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 멤스 구조체는, 상기 하부 구조체의 상부로 이격되어 배치된 제 1 파장 대역 신호 처리를 위한 제 1 멤스 구조체; 및 상기 제 1 멤스 구조체의 상부로 이격되어 배치되고 제 2 파장 대역 신호 처리를 위한 제 2 멤스 구조체;를 포함하고,The MEMS structure may include: a first MEMS structure for processing a first wavelength band signal spaced apart from an upper portion of the lower structure; And a second MEMS structure spaced apart from the upper portion of the first MEMS structure and configured to process a second wavelength band signal.
    상기 전기적 연결 구조체는, 상기 하부 구조체와 상기 제 1 멤스 구조체 및 상기 하부 구조체와 상기 제 2 멤스 구조체를 각각 전기적으로 연결하며,The electrical connection structure electrically connects the substructure, the first MEMS structure, the substructure, and the second MEMS structure, respectively.
    상기 플레이트부는, 상기 제 2 멤스 구조체의 상부로 이격되어 배치되며, The plate portion is spaced apart from the upper portion of the second MEMS structure,
    상기 비어 연결부는, 상기 플레이트부로부터 상기 제 1 멤스 구조체로 연장되는 제 1 비어 연결부; 및 상기 플레이트부로부터 상기 제 2 멤스 구조체로 연장되는 제 2 비어 연결부;를 포함하는, The via connection unit may include a first via connection part extending from the plate part to the first MEMS structure; And a second via connection part extending from the plate part to the second MEMS structure.
    멤스 디바이스. MEMS device.
  6. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein
    상기 플레이트부의 면적은 상기 제 1 멤스 구조체 내 센서의 면적 및/또는 상기 제 2 멤스 구조체 내 센서의 면적 보다 더 큰, 멤스 디바이스.And the area of the plate portion is greater than the area of the sensor in the first MEMS structure and / or the area of the sensor in the second MEMS structure.
  7. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein
    상기 제 1 파장은 상기 제 2 파장 보다 파장값이 작으며, The first wavelength has a smaller wavelength than the second wavelength,
    상기 하부 구조체와 상기 제 1 멤스 구조체 간의 이격거리는 상기 제 1 파장 의 대략 1/4배이고, 상기 하부 구조체와 상기 제 2 멤스 구조체 간의 이격거리는 상기 제 2 파장의 대략 1/4배인, 멤스 디바이스.The separation distance between the substructure and the first MEMS structure is approximately one quarter times the first wavelength, and the separation distance between the substructure and the second MEMS structure is approximately one quarter times the second wavelength.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 5 to 7,
    상기 광흡수 구조체는 상기 제 1 비어 연결부를 구비하는 제 1 광흡수 구조체; 및 상기 제 2 비어 연결부를 구비하는 제 2 광흡수 구조체;를 포함하되, The light absorbing structure includes a first light absorbing structure having the first via connection portion; And a second light absorbing structure having the second via connection.
    상기 제 1 광흡수 구조체와 상기 제 2 광흡수 구조체는 상호 열전도가 차단되도록 서로 이격되어 배치된, The first light absorbing structure and the second light absorbing structure are disposed spaced apart from each other to block mutual heat conduction,
    멤스 디바이스.MEMS device.
  9. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 5 to 7,
    상기 제 1 비어 연결부는 상기 제 2 멤스 구조체와 직접 닿지 않고 이격되도록 배치된, 멤스 디바이스.And the first via connection portion is spaced apart from the direct contact with the second MEMS structure.
  10. 하부 구조체를 형성하는 제 1 단계;Forming a substructure;
    상기 하부 구조체 상에 희생층을 형성하는 제 2 단계;Forming a sacrificial layer on the lower structure;
    상기 희생층 상에 멤스 구조체를 형성하는 제 3 단계;Forming a memes structure on the sacrificial layer;
    상기 멤스 구조체 상에 희생층을 추가적으로 형성하는 제 4 단계;A fourth step of additionally forming a sacrificial layer on the MEMS structure;
    상기 멤스 구조체 상으로부터 상기 멤스 구조체로 연장되는 비어 연결부를 구비하는 광흡수 구조체를 형성하는 제 5 단계; 및A fifth step of forming a light absorption structure having a via connection portion extending from the MEMS structure to the MEMS structure; And
    상기 희생층들을 제거하는 제 6 단계;A sixth step of removing the sacrificial layers;
    를 포함하는, 멤스 디바이스의 제조 방법.Including, MEMS device manufacturing method.
  11. 하부 구조체를 형성하는 제 1 단계;Forming a substructure;
    상기 하부 구조체 상에 제 1 희생층을 형성하는 제 2 단계;A second step of forming a first sacrificial layer on the lower structure;
    상기 제 1 희생층 상에 제 1 멤스 구조체를 형성하는 제 3 단계;A third step of forming a first MEMS structure on the first sacrificial layer;
    상기 제 1 멤스 구조체 상에 제 2 희생층을 형성하는 제 4 단계;A fourth step of forming a second sacrificial layer on the first MEMS structure;
    상기 제 2 희생층 상에 제 2 멤스 구조체를 형성하는 제 5 단계; A fifth step of forming a second MEMS structure on the second sacrificial layer;
    상기 제 2 멤스 구조체 상에 제 3 희생층을 형성하는 제 6 단계;A sixth step of forming a third sacrificial layer on the second MEMS structure;
    상기 제 2 멤스 구조체 상으로부터 상기 제 1 멤스 구조체로 연장되는 제 1 비어 연결부 및 상기 제 2 멤스 구조체 상으로부터 상기 제 2 멤스 구조체로 연장되는 제 2 비어 연결부를 구비하는 광흡수 구조체를 형성하는 제 7 단계; 및A seventh light forming structure having a first via connection portion extending from the second memes structure to the first memes structure and a second via connection portion extending from the second memes structure to the second memes structure; step; And
    상기 희생층들을 제거하는 제 8 단계;An eighth step of removing the sacrificial layers;
    를 포함하는, 멤스 디바이스의 제조 방법.Including, MEMS device manufacturing method.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,The method of claim 10 or 11,
    상기 희생층들은 스핀 온 카본(spin on carbon)으로서 비정질탄소층을 포함하는, 멤스 디바이스의 제조 방법.And said sacrificial layers comprise an amorphous carbon layer as spin on carbon.
  13. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,The method of claim 10 or 11,
    상기 희생층들의 제거는 산소(O2) 및/또는 오존(O3) 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정으로 수행되는, 멤스 디바이스의 제조 방법.The removal of the sacrificial layers is performed by a dry etching process using oxygen (O 2) and / or ozone (O 3) plasma.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112551478A (en) * 2020-12-11 2021-03-26 上海集成电路研发中心有限公司 Novel infrared detector and preparation method thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6307194B1 (en) * 1999-06-07 2001-10-23 The Boeing Company Pixel structure having a bolometer with spaced apart absorber and transducer layers and an associated fabrication method
US20020179837A1 (en) * 2001-06-01 2002-12-05 Michael Ray Advanced high speed, multi-level uncooled bolometer and method for fabricating same
KR20040087025A (en) * 2003-04-04 2004-10-13 주식회사 나노위즈 Multi-level uncooled infrared imaging sensor with multi-function and method for manufacturing the same
KR20090065941A (en) * 2007-12-18 2009-06-23 한국전자통신연구원 The multi-level structure bolometer and fabricating method thereof
JP2010019602A (en) * 2008-07-08 2010-01-28 Nec Corp Two-wavelength thermal infrared array sensor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6307194B1 (en) * 1999-06-07 2001-10-23 The Boeing Company Pixel structure having a bolometer with spaced apart absorber and transducer layers and an associated fabrication method
US20020179837A1 (en) * 2001-06-01 2002-12-05 Michael Ray Advanced high speed, multi-level uncooled bolometer and method for fabricating same
KR20040087025A (en) * 2003-04-04 2004-10-13 주식회사 나노위즈 Multi-level uncooled infrared imaging sensor with multi-function and method for manufacturing the same
KR20090065941A (en) * 2007-12-18 2009-06-23 한국전자통신연구원 The multi-level structure bolometer and fabricating method thereof
JP2010019602A (en) * 2008-07-08 2010-01-28 Nec Corp Two-wavelength thermal infrared array sensor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112551478A (en) * 2020-12-11 2021-03-26 上海集成电路研发中心有限公司 Novel infrared detector and preparation method thereof
CN112551478B (en) * 2020-12-11 2024-06-07 上海集成电路研发中心有限公司 Infrared detector and preparation method thereof

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