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KR101184612B1 - 관통전극 형성방법을 이용한 멤스 구조물 및 그 제조방법 - Google Patents

관통전극 형성방법을 이용한 멤스 구조물 및 그 제조방법 Download PDF

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KR101184612B1
KR101184612B1 KR20060078358A KR20060078358A KR101184612B1 KR 101184612 B1 KR101184612 B1 KR 101184612B1 KR 20060078358 A KR20060078358 A KR 20060078358A KR 20060078358 A KR20060078358 A KR 20060078358A KR 101184612 B1 KR101184612 B1 KR 101184612B1
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hole
insulator
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이은성
전국진
문창렬
김운배
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삼성전자주식회사
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Abstract

고온공정이 가능하고 품질과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 관통전극 형성방법, 이를 이용한 멤스 구조물 및 이의 제조방법이 개시된다. 본 발명은 상기 기판에 폐곡면 형태의 관통홀을 형성하여 상기 폐곡면 내측에 상기 기판 재질의 관통전극을 생성하고, 이러한 관통홀을 절연체로 충전하여, 상기 관통전극에 의해 전기적 신호가 전달될 수 있도록 구성된다. 따라서, 본 발명에 따르면 고온공정에 의해서도 관통전극이 액화되거나 변형되지 않으며, 제품의 품질과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
기판, 관통홀, 관통전극, 절연체, 멤스(MEMS)

Description

관통전극 형성방법을 이용한 멤스 구조물 및 그 제조방법 {MEMS Structure and Method of Manufacturing thereof Using Method of Forming Through Electrode}
도 1은 종래 멤스 구조물의 전기적 연결상태를 개략적으로 나타낸 구성도;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 멤스 구조물의 제조 공정을 순차적으로 나타낸 구성도;
도 3은 도 2의 관통전극 부위를 나타내는 평면도;
도 4는 도 3의 제1변형예를 나타내는 평면도;
도 5는 도 4의 제2변형예를 나타내는 평면도;
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 멤스 구조물 중 제1기판의 제조 공정을 순차적으로 나타낸 구성도;
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 멤스 구조물 중 제2기판의 제조 공정을 순차적으로 나타낸 구성도;
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 멤스 구조물의 접합 과정을 순차적으로 나타낸 구성도;
도 9는 도 8에서 전기적 연결 과정을 순차적으로 나타낸 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 하부기판 112: 충전홈
114: 절연체 116: 접속단자
120: 관통전극 130: 상부기판
150: 멤스 소자 160: 관통전극
162: 도전성 물질 170: 관통전극
172: 절연층 210: 제1기판
230: 제2기판 250: 제3기판
270: 제4기판 220,240,260,280: 관통전극
224,244,264: 솔더 234,254,274: 트렌치
285: 연결단자 300: 구조체
본 발명은 관통전극 형성방법, 이를 이용한 멤스 구조물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리콘 기판과 동일한 재질의 관통전극을 생성하고 이에 의해 전기적 신호가 전달되도록 하여, 고온 공정에서도 전극이 녹거나 변형되는 것을 방지하고, 다양한 고온 공정이 가능하며 제품의 품질과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 관통전극 형성방법, 이를 이용한 멤스 구조물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
근래에 초소형화와 고정밀화에 유리한 멤스(Micro-Electro Mechanical Systems: MEMS) 기술을 활용한 제품들이 활발하게 개발되고 있다. 이러한 멤스 구조체를 갖는 장치로는 가속도계(accelerometers), 압력 센서(pressure sensors), 유동센서(flow sensors), 트랜스듀서(transducer) 및 마이크로 액츄에이터(micro-actuators) 등이 있으며, 포토리소그래피(photolithography), 박막증착, 벌크 마이크로머시닝(bulk micro-machining), 표면 마이크로머시닝 및 식각 등을 포함하는 멤스 제조기술에 의해 제조된다.
상기 멤스 구조체를 이용한 장치들은 물리/화학적 입력을 전기적 출력으로 제공하거나 전기적인 신호를 물리적인 출력으로 제공하는 것으로 모두 전기적 연결이 반드시 이루어져야 한다.
한편, 근래에는 칩 하나하나를 각각 조립하는 형태가 아닌 웨이퍼 전체를 한꺼번에 조립하여 공정의 단순화와 함께 실장 공간을 획기적으로 줄일 수 있는 웨이퍼 레벨 패키지(WLP, Wafer Level Package)가 개발되고 있다. 이 패키지 기술은 웨이퍼에서 잘라낸 칩 하나하나를 조립 포장하는 기존 방식과 달리 칩이 분리되지 않은 웨이퍼 상에서 조립까지 끝마치는 기술로 반도체 공정을 획기적으로 개선한 기술이다.
이와 같은 패키지 기술에 있어서, 전기적인 연결은 상부 또는 하부로 전기적인 연결이 이루어져 외부단자로 전기적인 신호를 전달할 수 있어야 한다.
도 1을 참조하여, 종래 웨이퍼 레벨 패키지에 사용되는 전기적 연결방법 중 하부로 전기적 연결이 되는 구조를 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 멤스 구조물은, 크게 하부기판(10), 이에 접합하는 상부기 판(30), 상부기판(30)과 하부기판(10) 사이에 장착되는 멤스 소자(50)를 포함하여 구성된다.
상기 하부기판(10) 상에는 외부로 관통하는 관통전극(12)이 형성되어 있으며, 상기 관통전극(12)의 상부에는 상기 멤스 소자(50)와의 전기적인 연결을 위한 도전성의 접속단자(14)가 구비되어 있다.
여기서, 상기 관통전극(12)은 접속단자(14)를 하부기판(10)의 외측과 전기적으로 연결하기 위해 금속 재질로 이루어진다. 그리고 상기 관통전극(12)은 원통 형상으로 이루어지는 것이 일반적이다.
한편, 상기 상부기판(30)과 하부기판(10)는 서로 접합되며, 이때 상기 상부기판(30)과 하부기판(10) 사이에 장착된 멤스 소자(50)는 상부기판(30)에 형성된 리세스부(35) 내에 패키징된다.
하지만, 종래의 관통전극을 이용한 전기적 연결방법과 이에 따른 구조물은 다음과 같은 문제점이 있었다.
기판들 사이에 구비되는 멤스 소자는 외부와의 전기적 연결을 위하여 금속 재질로 이루어진 관통전극이 형성되어야 한다. 하지만, 기판에 형성된 관통전극이 금속 재질로 이루어지기 때문에, 이후의 제조공정에 많은 제약이 따르게 된다.
구체적으로, 관통전극은 해당 금속의 녹는점 이상이나 근처에서 녹거나 변형되어 전기적인 불량이 생기거나, 멤스 구조물의 정밀도를 저해하는 요인이 되었다. 따라서, 관통전극의 변형 등으로 인하여, 후속공정에서 고온 공정이 불가능하기 때문에 제조공정 상에 많은 제약이 있었다.
이와 함께, 금속 관통전극을 형성하기 위하여 관통홀을 형성하고 이에 금속을 충전하는 과정 등을 거치게 되어, 멤스 구조물의 전기적 연결 구조를 형성하는 과정이 복잡하고 생산단가가 높은 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 본 발명의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 고온 공정이 가능한 관통전극 형성방법, 이를 이용한 멤스 구조물 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 제품의 품질과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 관통전극 형성방법, 이를 이용한 멤스 구조물 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 멤스 구조물의 전기적 연결구조를 용이하게 형성할 수 있어 제품의 생산성을 향상시킨 관통전극 형성방법, 이를 이용한 멤스 구조물 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판을 제공하는 단계, 상기 기판에 폐곡면 형태의 관통홀을 형성하여, 상기 폐곡면 내측에 상기 기판 재질의 관통전극을 생성하는 단계; 및 상기 관통홀을 절연체로 충전하는 단계를 포함하며, 상기 관통전극에 의해 전기적 신호가 전달되는 관통전극 형성 방법을 제공한다.
그리고, 상기 폐곡면은 링 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 관통전극 형성방법은, 상기 관통전극의 외면과 절연체 사이에 도전성 물질을 도포하여 도전층을 형성하는 단계나, 상기 관통전극의 내측에 하나 이상의 내부 관통홀을 형성하고, 상기 내부 관통홀을 도전성 물질로 충전하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 도전성 물질은 폴리 실리콘(poly Silicon)인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 관통전극 형성방법의 다른 실시예는, 기판을 제공하는 단계, 상기 기판의 일면에 폐곡면 형태의 충전홈을 형성하는 단계, 상기 충전홈을 절연체로 충전하는 단계 및 상기 기판의 타면을 충전홈이 형성된 깊이까지 연마하여 상기 충전홈을 관통홀로 형성함으로써, 상기 폐곡면 내측에 상기 기판 재질의 관통전극을 생성하는 단계를 포함하며, 상기 관통전극에 의해 전기적 신호가 전달되는 관통전극 형성방법을 제공한다.
본 발명에 따른 멤스 구조물의 제조방법은, 제1기판을 제공하는 단계, 리세스부가 구비된 제2기판을 제공하는 단계, 상기 제1기판과 제2기판 중 어느 하나의 일면에 폐곡면 형태의 충전홈을 형성하는 단계, 상기 충전홈을 절연체로 충전하는 단계, 상기 제1기판과 제2기판 중 어느 하나에 소정의 멤스 소자를 장착하고, 상기 멤스 소자를 상기 폐곡면 내측 부위에 전기적으로 연결하는 단계, 상기 제1기판과 제2기판을 상호 접합하여 멤스 소자를 패키징하는 단계 및 제1기판과 제2기판 중 상기 충전홈이 형성된 기판의 타면을 상기 충전홈이 형성된 깊이까지 연마하여 상기 충전홈을 관통홀로 형성함으로써, 상기 폐곡면 내측에 상기 기판 재질의 관통전극을 생성하는 단계를 포함한다.
그리고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 멤스 구조물 제조 방법은, 제1기판을 제공하는 단계, 트렌치를 구비한 제2기판을 제공하는 단계, 상기 제1기판에 폐곡면 형태의 관통홀을 형성하여, 상기 폐곡면 내측에 상기 기판 재질의 관통전극을 생성하는 단계, 상기 관통홀을 절연체로 충전하는 단계, 상기 관통전극 상에 솔더를 형성하는 단계, 상기 제2기판을 상기 제1기판에 적층하여, 상기 트렌치가 상기 솔더를 밀봉하도록 접합하는 단계 및 상기 솔더와 트렌치를 상호 접합하여 전기적으로 연결되도록 하는 단계를 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 멤스 구조물의 일 실시예는 폐곡면 형태의 관통홀이 형성된 기판, 상기 폐곡면의 내측에 구비되며, 상기 기판과 같은 재질로 이루어진 관통전극 및 상기 관통홀에 충전되는 절연체를 포함하며, 상기 관통전극에 의해 전기적 신호가 전달되도록 구성된다.
여기서, 상기 관통전극의 외면과 절연체 사이에는 도전성 물질로 이루어진 도전층이 구비되거나, 상기 관통전극의 내측에 하나 이상의 내부 관통홀이 형성되며 상기 내부 관통홀에 도전성 물질이 충전되도록 구성하는 것도 가능하다.
여기서, 상기 도전성 물질은 폴리 실리콘(poly Silicon)인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 멤스 구조물은, 폐곡면 형태의 관통홀이 형성되고 상기 관통홀에 절연체가 충전된 제1기판, 상기 폐곡면의 내측에 구비되며 상기 기판과 같은 재질로 이루어진 관통전극, 상기 제1기판에 장착되고, 상기 관통전극에 전기적으로 연결되는 멤스 소자 및 상기 제1기판에 접합되어, 상기 멤스 소자를 패키징하는 제2기판을 포함하여 구성된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 멤스 구조물은, 폐곡면 형태의 관통홀이 형성되고 상기 관통홀에 절연체가 충전된 제1기판, 상기 폐곡면의 내측에 구비되며 상기 기판과 같은 재질로 이루어진 관통전극 및 상기 관통전극 상에 구비되는 솔더 및 상기 솔더와 접합하여 전기적으로 연결되는 트렌치가 구비되며, 상기 제1기판에 접합되는 제2기판을 포함하여 구성된다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 멤스 구조물의 구성과 제조 공정을 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 멤스 구조물의 제조 공정을 순차적으로 나타낸 구성도이고, 도 3은 도 2의 관통전극을 나타내는 평면도이다.
본 실시예에 따른 관통전극(120)을 가지는 멤스 구조물을 형성하기 위하여, 우선 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 기판의 일면에 충전홈(112)을 형성한다.
여기서, 기판은 실리콘 재질로 이루어지는 것이 일반적이다. 상기 충전홈(112)은 폐곡면 형태로 이루어진 다양한 형상이 될 수 있으며, 본 실시예에서는 도 3에 도시된 바와 같이 링 형태로 이루어진 것을 예시한 것이다.
그리고, 상기 충전홈(112)의 형성방법은, 기판상에 포토레지스트 (photoresist) 막을 증착시킨 후, 기판에서 충전홈(112)이 형성될 부분을 식각하여 형성하는 것이 일반적이다.
다음으로, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 충전홈(112)을 절연체(114)로 충전한다.
상기 절연체(114)는 폐곡면의 외측과 내측을 전기적으로 분리시키기 위한 부재로서, 예를 들어 산화공정에 의해 형성한 SiO2와 같은 비전도성 산화물이 될 수 있다.
이와 같이 절연체(114)가 충전된 후에는, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 폐곡면의 내측 부위 상에 접속단자(116)를 연결한다. 그리고, 도 2의 (c)에는 구체적으로 도시되지 않았지만, 상기 하부기판(110) 상에 장착된 멤스(MEMS) 소자를 상기 접속단자(116)에 전기적으로 연결한다. 여기서, 상기 멤스 소자(150)에는 제한이 없으며, 물리/화학적 입력 등을 전기적인 출력으로 제공하는 다양한 형태의 소자가 될 수 있다.
그런 다음, 하부기판(110)에 상부기판(130)을 상호 접합하여, 멤스 소자(150)를 패키징한다. 여기서, 상기 상부기판(130)은 멤스 소자(150)를 수용할 수 있도록 내측으로 함몰된 리세스부(135)를 두고 있다.
그리고, 상기 상부기판(130)과 하부기판(110)의 접합은 다양한 방식에 의해 수행될 수 있으며, 예를 들어 실리콘 직접 접합(SDB; Silicon Direct Bonding) 방식에 의해 기판들을 상호 접합할 수 있다.
그런 다음, 도 2의 (d)와 같이, 하부기판(110)에서 충전홈(112)이 형성된 면 의 반대면을 연마하여 상기 충전홈(112)을 관통홀 형태로 형성한다.
구체적으로, 기판의 반대면을 충전홈(112)이 형성된 깊이만큼 연마함으로써, 충전홈(112)을 경계로 폐곡면 내측과 외측의 기판이 서로 분리 될 수 있도록 하여, 상기 충전홈(112)을 관통홈의 형태로 형성한다.
이와 같은 과정에 의해, 상기 폐곡면 내측에 기판과 동일한 재질을 가지는 관통전극(120)이 생성된다.
본 실시예에서 상기 관통전극(120)은 도 3에 도시된 바와 같이, 원형으로 이루어지며, 관통전극(120)의 외면에는 절연체(114)가 둘러싸여 있다.
즉, 본 실시예는 별도의 금속 재질의 관통전극(120)을 사용하지 않고, 기판 자체가 도전성이라는 점에 착안하여, 기판의 일부를 관통전극(120)으로 사용하였다.
실리콘 기판은 일반 금속에 비하여 녹는점이 월등히 높기 때문에, 고온의 공정에도 충분히 견딜 수 있게 된다. 참고로 기판 재질인 실리콘의 녹는점은 1414 ℃이고, 종래 관통전극(120)에 통상 사용되는 구리의 녹는점은 1084 ℃이다.
물론, 실리콘은 금속보다 비저항이 크다. 하지만, 멤스 구조물은 용도에 따라 단순한 전압차에 의한 신호만 필요하거나, 저항이 크더라도 소정의 목적을 달성할 수 있는 적용예가 많다. 또한, 물질의 비저항이 크다고 하더라도, 단면적을 크게 하거나, 길이를 줄여 결과적인 저항값을 낮출 수 있다.
한편, 이상에서는 기판의 일면에 우선 충전홈(112)을 형성한 후, 기판의 타면을 연마하여 충전홈(112)을 관통홀로 형성하여 관통전극(120)을 형성하는 실시예 를 설명하였으나, 이와 달리 바로 관통홀을 형성하여 관통전극(120)을 형성하는 것도 가능하다.
도 4 및 도 5를 참조하여, 상술한 제1실시예에 의한 관통전극의 변형예들을 설명한다.
먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 관통전극(160)의 제1변형예는 상술한 제1실시예와 같이 기판(110)과 같은 재질로 이루어지며, 관통홀에 충전된 절연체(114)에 의해 내부와 외부가 전기적으로 분리된다. 다만, 제1변형예는 관통전극(160)의 내측에 하나 이상의 내부 관통홀이 형성되고, 이러한 내부 관통홀에 도전성 물질(162)이 충전된다.
특히, 상기 도전성 물질(162)은 기판(110)의 재질보다 비저항이 더 작은 재질로 이루어져, 관통전극(160)의 저항을 낮출 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다. 이와 함께, 상기 도전성 물질(162)의 재질은 일반 금속보다 녹는점이 높아서 원활한 고온 공정이 가능하도록 구성하는 것이 더욱 바람직하다. 본 실시예에서 상기 도전성 물질(162)은 폴리 실리콘(poly silicon)으로 이루어진다.
도 5는 상술한 제1실시에의 제2변형예를 도시하고 있다.
본 실시예는, 폐곡면을 따라 관통홀이 형성되고 이러한 관통홀에 절연체(114)가 충전되어 있다는 점에서는 상술한 제1실시예와 동일하지만, 상기 관통전극(160)와 절연체(114) 사이에는 도전성 재질로 이루어진 도전층(172)이 도포되어 있다. 즉, 관통전극(170)의 외면에 도전층(172)이 형성되어, 전체 저항을 낮출 수 있게 구성되어 있다.
한편, 상기 도전층(172)의 재질은 기판(110)의 재질보다 비저항이 더 작으며, 일반 금속보다 녹는점이 높아서 원활한 고온 공정이 가능한 재질인 것이 바람직하다.
이상에서는, 내부 관통홀에 도전성 물질(162)이 충전되거나, 관통전극 외면에 도전층(172)이 형성된 형태를 설명하였으나, 제1변형예와 제2변형예가 모두 적용된 형태로 전기적 연결구조를 형성하는 것도 물론 가능하다.
도 6 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 멤스 구조물과 이의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 실시예에 따른 멤스 구조물 중 제1기판의 제조 공정을 순차적으로 나타낸 구성도, 도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 멤스 구조물 중 제2기판의 제조 공정을 순차적으로 나타낸 구성도, 도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 멤스 구조물의 적층 과정을 순차적으로 나타낸 구성도, 도 9는 도 8에서 전기적 연결에 관련한 주요부를 도시한 구성도이다.
먼저, 도 6를 참조하여, 제1기판의 제조 과정을 설명한다.
도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 하부 실리콘층(211), 절연층(212) 및 상부 실리콘층(213)을 순차적으로 적층하여 이루어진 SOI(Silicon On Insulator)기판형태의 제1기판(210)을 마련한다.
그리고, 상기 제1기판(210)의 상면에 폐곡면 형태의 관통홀을 형성하고, 상기 관통홀에 절연체(214)를 형성하여, 폐곡면 내측에 관통전극(220)을 생성한다. 이와 같은 과정을 거친 후의 제1기판(210)은 도 6의 (a)에 도시된 바와 같은 형태 를 가진다.
본 실시예는 상기 제1기판(210)이 SOI기판인 경우를 예로 들어 설명하고 있지만, 기판의 종류가 이에 한정되지는 않는다.
단일 층으로 이루어진 일반 기판을 사용하는 경우는, 제1실시예에서 상술한 바와 같이, 먼저 충전홈을 형성하여 상기 충전홈에 절연체를 충전한 후, 타면을 연마하여 충전홈을 관통홀로 형성하는 방법 등을 사용할 수 있다.
다음으로, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 관통전극(220) 상에 솔더(solder; 224)를 형성한다. 상기 솔더(224)는 금속 재질인 것이 바람직하다.
한편, 상기 관통전극(220)과 솔더(224) 사이에는 친수막(hydrophile film; 222)이 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 친수막(222)은 상기 솔더(224)가 액화되어 변형될 때, 친수막(222) 상에서만 변형될 수 있도록 하여, 솔더를 원하는 형태로 변형될 수 있도록 유도하는 역할을 수행한다.
그리고, 도 6의 (c)에서와 같이, 기판의 중앙부에 소정 형상의 구조체(216)를 형성한다.
다음으로, 도 7을 참조하여, 제2기판의 제조과정을 설명한다.
우선 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 제2기판(230)에 전기적 절연을 위한 격벽(232)을 형성한다.
그런 다음, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 내측으로 함몰된 형상의 트렌치(trench; 234)를 형성하고, 상기 트렌치(234) 상에 친수막(228)을 형성한다. 상기 친수막(222)은 상술한 바와 같이, 솔더(224)가 액화되어 변형되는 형태를 유도 한다.
다음으로, 도 8을 참조하여, 도 6과 도 7에 도시된 기판들을 순차적으로 접합하여 3차원 멤스 구조물을 제조하는 과정을 설명한다.
도 8의 (a)는 도 6에 도시된 제1기판(210) 과, 도 7에 도시된 제2기판(230)을 접합한 상태를 도시하고 있다.
상기 기판들(210,230)을 적층하면, 상기 제1기판(210)의 관통전극(220) 상에 구비되는 솔더(224)는 상기 제2기판(230)의 트렌치(234) 바로 아래에 위치하게 된다.
상기 제1기판(210)의 솔더(224)와 제2기판(230)의 트렌치(234)가 전기적으로 연결되는 과정에 대해서는 도 9를 참조하여 후술하기로 한다.
한편, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 제2기판(230)의 상면을 제2기판(230)의 격벽(232) 높이까지 연마하게 되면, 제2기판(230)에도 관통홀이 형성되면서 제2관통전극(240)이 생성된다.
그런 다음, 제2기판(230)의 중앙부에 소정 형상의 구조체(236)를 형성한다. 그리고, 상기 제2관통전극(240) 상에 다시 친수막(242)과 솔더(244)를 형성한다.
그리고, 상술한 과정을 반복하여, 도 8의 (c)에 도시된 바와 같이, 제2기판 (230)의 상부에 제3기판(250)을 적층한다.
그리고, 도 8의 (d)에서와 같이, 제2기판(230)과 제3기판(250)을 접합하여 전기적으로 연결하고, 상기 제3기판(250)의 상면을 연마하여 제3관통전극(260)을 생성하고 중앙부의 소정 형상의 구조체(256)를 형성한다. 한편, 상기 제3관통전 극(260) 상에는 친수막(262)과 솔더(264)를 형성한다.
도 8의 (e)는 제4기판(270)을 적층하고 제4관통전극(280)을 형성한 후, 상기 제4관통전극(280)의 상부에 외부단자(285)를 형성한 상태를 도시하고 있다.
이상에서 상술한 바와 같은 일련의 과정을 거쳐 다수의 기판을 적층함으로써, 3차원의 구조체(300)을 제작할 수 있으며 기판의 수직방향으로 전기적 연결을 이룰 수 있다.
한편, 도시되지는 않았지만, 중앙부에 형성된 상기 3차원 구조체(300)은 다양한 방식에 의해 관통전극에 전기적 연결이 가능하다. 따라서, 기판에 형성된 관통전극(220,240,260,280)에 의해 3차원 구조체(300)와 외부단자(285)를 전기적으로 연결할 수 있게 된다.
도 9를 참조하여, 제1기판과 제2기판을 예로 들어, 상기 기판 사이를 전기적으로 연결하는 과정을 설명하면 다음과 같다. 설명의 편의를 위해, 기판에 형성되는 관통전극의 도시는 생략하였다.
도 9의 (a)에 도시된 제2기판(230)에는 트렌치(234)가 형성되어 있고, 도 9의 (b)에 도시된 제1기판(210)에는 솔더(224)가 형성되어 있다. 한편, 상기 기판과 솔더(224) 사이에는 친수막(222)이 형성되어 있으며, 상기 트렌치(234)에도 친수막(238)이 형성되어 있다.
이 때, 두 기판(210,230)을 상호 접합하고 고온의 열처리를 행하면, 도 9의 (c)에 도시된 바와 같이, 기판(210) 상에 형성된 솔더(224)가 액화되어 친수막(222,238) 형성된 부위로 퍼지게 된다. 상기 솔더(224)가 이와 같이 변형하면서 상부의 트렌치(234)와 상호 접합하게 되어, 상기 솔더(224)와 트렌치(234)는 전기적으로 연결되게 된다.
이때, 친수막(222,238)은 솔더(224)가 녹아서 변형하는 형태를 원하는 형태로 유도하는 역할을 수행한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
특히, 지금까지 주로 기판 재질의 관통전극이 웨이퍼 레벨 패키지나, 다수 기판의 적층 구조에 적용한 예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 MEMS 공정에 적용이 가능하다.
상기의 구성을 가지는 본 발명에 따른 관통전극 형성방법, 이를 이용한 멤스 구조물 및 이의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 기존의 금속 관통전극 대신 기판과 같은 재질의 관통전극을 형성하여 멤스 구조물을 제조함으로써, 금속 재질로 인한 후속 공정상의 한계를 극복할 수 있다. 특히, 기판 재질로 관통전극을 형성하여 후속 공정에서 고온의 열처리가 필요한 경우에도 제약을 받지 않는 이점이 있다.
이와 함께, 관통전극의 외면이나 내측에 적절한 도전성 물질을 구비함으로써, 관통전극의 저항이 증가하는 것을 최소화할 수 있게 된다.
둘째, 본 발명은 고온의 공정을 거치더라도, 관통전극이 녹거나 변형되어 전기적인 불량이 발생하지 않아, 제품의 품질과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
셋째, 금속 관통전극 대신 기판 자체에서 관통홀을 형성하여 용이하게 관통전극을 형성함으로써, 전기적인 연결구조를 단순화하여 제품의 생산성을 향상시키고, 생산단가를 낮출 수 있는 이점이 있다.

Claims (14)

  1. 제1 기판을 제공하는 단계;
    상기 제1 기판의 일면에 폐곡면 형태의 충전홈을 형성하는 단계;
    상기 충전홈을 절연체로 충전하고, 상기 제1 기판의 타면을 연마하여 상기 폐곡면 내측에 상기 기판 재질의 관통전극을 생성하는 단계;
    상기 관통전극 상에 솔더를 구비하는 단계;
    트렌치가 형성된 제2 기판을 제공하는 단계;
    상기 제2 기판을 상기 제1 기판에 적층하여, 상기 제1 기판의 관통전극 상에 구비된는 솔더가 상기 제2 기판의 트렌치 아래에 위치되도록 하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 기판을 상호 접합하고 열처리를 행하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 관통전극에 의해 전기적 신호가 전달되는 멤스 구조물의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폐곡면은 링 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 멤스 구조물의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충전홈을 절연체로 충전하고, 상기 제1 기판의 타면을 연마하여 상기 폐곡면 내측에 상기 기판 재질의 관통전극을 생성하는 단계 바로 다음에, 상기 관통전극의 외면과 절연체 사이에 도전성 물질을 도포하여 도전층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 구조물의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 충전홈을 절연체로 충전하고, 상기 제1 기판의 타면을 연마하여 상기 폐곡면 내측에 상기 기판 재질의 관통전극을 생성하는 단계 바로 다음에, 상기 관통전극의 내측에 하나 이상의 내부 관통홀을 형성하고, 상기 내부 관통홀을 도전성 물질로 충전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 구조물의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 도전성 물질은 폴리 실리콘(poly Silicon)인 것을 특징으로 하는 멤스 구조물의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 제1기판을 제공하는 단계;
    트렌치가 구비된 제2기판을 제공하는 단계;
    상기 제1기판과 제2기판 중 어느 하나의 일면에 폐곡면 형태의 충전홈을 형성하는 단계;
    상기 폐곡면의 내측에 친수막을 형성하고, 상기 친수막에 솔더를 형성하는 단계;
    상기 충전홈을 절연체로 충전하는 단계;
    상기 제1기판과 제2기판 중 어느 하나에 소정의 멤스 소자를 장착하고, 상기 멤스 소자를 상기 폐곡면 내측 부위에 전기적으로 연결하는 단계;
    상기 제1기판과 제2기판을 상호 접합하여 멤스 소자를 패키징하는 단계; 및
    제1기판과 제2기판 중 상기 충전홈이 형성된 기판의 타면을 상기 충전홈이 형성된 깊이까지 연마하여 상기 충전홈을 관통홀로 형성함으로써, 상기 폐곡면 내측에 상기 기판 재질의 관통전극을 생성하는 단계;
    를 포함하는 관통전극을 갖는 멤스 구조물의 제조방법
  8. 제1기판을 제공하는 단계;
    트렌치를 구비하는 제2기판을 제공하는 단계;
    상기 제1기판에 폐곡면 형태의 관통홀을 형성하여, 상기 폐곡면 내측에 상기 기판 재질의 관통전극을 생성하는 단계;
    상기 관통홀을 절연체로 충전하는 단계;
    상기 관통전극 상에 솔더를 형성하는 단계;
    상기 제2기판을 상기 제1기판에 적층하여, 상기 트렌치가 상기 솔더를 밀봉하도록 접합하는 단계; 및
    상기 솔더와 트렌치를 상호 접합하여 전기적으로 연결되도록 하는 단계;
    를 포함하는 관통전극을 갖는 멤스 구조물의 제조방법.
  9. 폐곡면 형태의 관통홀이 형성된 제1 기판;
    트렌치가 형성된 제2 기판;
    상기 폐곡면의 내측에 구비되며, 상기 기판과 같은 재질로 이루어진 관통전극; 및
    상기 관통홀에 충전되는 절연체;
    상기 관통전극 상에 형성되는 솔더;
    를 포함하며,
    상기 제2 기판은 상기 제1 기판에 적층하여, 상기 트렌치가 상기 솔더를 밀봉하도록 접합되고, 상기 솔더와 트렌치를 상호 접합하여 전기적으로 연결되도록 하는 상기 관통전극에 의해 전기적 신호가 전달되는 관통전극을 갖는 멤스 구조물.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 관통전극의 외면과 절연체 사이에는 도전성 물질로 이루어진 도전층이 구비되는 것을 특징으로 하는 관통전극을 갖는 멤스 구조물.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 관통전극의 내측에 하나 이상의 내부 관통홀이 형성되며, 상기 내부 관통홀에 도전성 물질이 충전되는 것을 특징으로 하는 관통전극을 갖는 멤스 구조물.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 도전성 물질은 폴리 실리콘(poly Silicon)인 것을 특징으로 하는 관통전극을 갖는 멤스 구조물.
  13. 폐곡면 형태의 관통홀이 형성되고 상기 관통홀에 절연체가 충전된 제1기판;
    상기 폐곡면의 내측에 구비되며 상기 기판과 같은 재질로 이루어진 관통전극;
    상기 제1기판에 장착되고, 상기 관통전극에 전기적으로 연결되는 멤스 소자; 및
    상기 제1기판에 접합되어, 상기 멤스 소자를 패키징하는 제2기판;
    을 포함하여 구성되고,
    상기 관통전극 상에는 솔더가 형성되는 관통전극을 갖는 멤스 구조물.
  14. 폐곡면 형태의 관통홀이 형성되고 상기 관통홀에 절연체가 충전된 제1기판;
    상기 폐곡면의 내측에 구비되며 상기 기판과 같은 재질로 이루어진 관통전극;
    상기 관통전극 상에 구비되는 솔더; 및
    상기 솔더와 접합하여 전기적으로 연결되는 트렌치가 구비되며, 상기 제1기판에 접합되는 제2기판;
    을 포함하여 구성되는 관통전극을 갖는 멤스 구조물.
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