KR0132495B1

KR0132495B1 - 체감센서의 상부구조 제조방법

Info

Publication number: KR0132495B1
Application number: KR1019940007744A
Authority: KR
Inventors: 김인식
Original assignee: 이헌조; 엘지전자주식회사
Priority date: 1994-04-13
Filing date: 1994-04-13
Publication date: 1998-04-16

Abstract

본 발명은 체감센서의 상부구조 제조방법에 관한 것으로, 열전쌍의 내부저항을 최적화하여 열노이즈를 줄임으로써 체감센서의 감도특성을 향상시키기 위한 것이다.

이를 위해 본 발명은 기판상에 열산화막, 질화막, 산화막을 차례로 형성하는 공정과, 상기 산화막위에 LPCVD방법에 의해 다결정실리콘을 형성하는 공정, 상기 다결정실리콘에 이온을 주입하고 열처리하는 공정, 상기 다결정실리콘을 습식식각에 의해 선택적으로 식각하여 제1열전대를 형성하는 공정, 상기 제1열전대를 이루는 다결정실리콘을 재결정화시키는 공정, 상기 제1열전대가 형성된 기판 상부의 소정영역에 제2열전대를 형성하는 공정, 기판 전면에 보호막을 형성하는 공정, 기판 후면을 이방성식각하여 다이아프레임을 형성하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 체감센서의 상부구조 제조방법을 제공한다.

Description

체삼센서의 상부구조 제조방법

제1도는 종래기술에 의한 체감센서의 열전대 제조방법을 도시한 공정순서도.

제2도는 본 발명에 의한 체감센서의 열전대 제조방법을 도시한 공정순서도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 기판 2 : 열산화막

3 : 질화막 4 : 산화막

5 : 다결정실리콘 6 : 이온주입

7 : 제1열전대 8 : 제2열전대

9 : 보호막 10 : 기판의 이방성식각

11 : 펄스레이저 처리

본 발명은 체감센서의 상부구조 제조방법에 관한 것으로, 특히 체감센서의 상부구조인 열전대(Thermopile) 제조방법에 관한 것이다.

체감센서는 기본적으로 인간의 체온 조절기구를 모듈화한 것으로, 외부환경과의 열교환량을 측정하는 구조로 구성되어 있다. 즉, 인간의 혈류에 상당하는 히터(Heater)를 구성하는 하부구조와 이 하부구조의 히터에서 발생한 열량이 외부조건(실내온도, 실내의 공기흐름, 벽/천정/인체등으로부터의 복사열등)에 의해 변화하는 양을 측정하는 상부구조로 구성된다.

이중, 상부구조는 상술한 바와 같이 외부환경으로부터의 영향을 직접 감지하는 센서로 중요한 구성요소이다. 따라서 상부구조의 센서로서는 열전대형 센서나 열저항(Thermistor)형 센서를 일반적으로 사용하고 있다. 여기서 열전대형 센서란 두가지 서로다른 전도체를 한쪽 끝만 서로 접촉시키고 다른 쪽 끝은 떼어 놓을 때 이 접촉부분과 개방부분에 온도차가 생기면 온도차의 크기로 주어지는 기전력(electromotive force)이 발생한다는 제벡효과(Seebeck effect)를 이용하여 온도를 감지하는 열전쌍(Thermocouple)을 N개 직렬로 연결한 구조로 구성된다.

한편, 열저항형 센서는 주변의 온도가 변화함에 따라 도체의 저항이 변화하는 현상인 온도의 변화에 따른 물질의 비저항(resistivity) 변화율(저항 온도계수:TCR)을 이용하는 구조로 구성된다.

특히 열전대형 센서가 상술한 바와 같이 열전쌍을 N개를 직렬로 연결한 경우 그 출력값이 커지게 되어 시스템에 연계시킬 때 별도의 증폭회로가 필요없이 그 출력값을 그대로 이용할 수 있는 장점 때문에 체감센서 구조에서는 열저항형 센서보다 더 적합하다.

열전대형 센서에 관해 상세히 설명하면 다음과 같다.

상술한 구조와 같이 서로 다른 물질을 한쪽만 접합하고 다른 한쪽은 개방시켰을 때 그 열전대의 출력값은 다음과 같게 된다.

△Vout = (S1-S2)△T

(S1,S2:열전쌍을 구성하는 두 물질의 제벡계수, △T:접합부와 개방부의 온도차)

결국 열전쌍을 구성하는 두 물질의 제벡계수차가 클수록 보다 더 큰 출력전압을 얻을 수 있으며, 이는 곧 감도를 개선시키는 중요한 방법이 된다.

통상 백금+텅스텐, 백금+니켈과 같은 두가지 금속으로 열전쌍을 구성하거나, 인(Phosphorus)이나 보론(Boron)을 고농도로 도핑한 다결정실리콘과 알루미늄을 이용하고 있다.

제1도를 참조하여 종래의 열전대 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

우선, 비저항이 5-10Ω-㎝이며, 결정방향이 〈100〉인 p형 실리콘웨이퍼를 기판(1)으로 선택하고(제1도 (a)), 다이아프레임 형성후의 스테레스 보상(stress compensation)을 위하여 제1도 (b),(c),(d)와 같이 열산화막(2)/LPCVD 질화막(3)/APCVD 산화막(4)의 3층구조를 형성한다.

다음에 제1도 (e)와 같이 제1열전대물질(5)로서 LPCVD다결정실리콘을 0.3㎛두께로 상기 APCVD산화막(4)위에 형성하고, 제1도 (f)와 같이 보론의 농도가 1X10¹⁹㎝^-3이 되도록 이온주입(6)을 행한 후, 습식식각을 통해 제1열전대(7)를 형성한다(제1도 (g) ).

이어서 제1도 (h)와 같이 제2열전대(8)로서 알루미늄을 전자빔증착방법에 의해 증착한 후, 리프트오프(lift-off)방법으로 형상화한 다음 제1도 (i)와 같이 전면에 보호막(9)으로서 PECVD질화막을 형성한다.

마지막으로 제1도 (j)와 같이 기판의 후면에 1㎜×1㎜크기로 습식식각을 통해 실리콘의 이방성식각(10)으로 다이아프레임을 형성한다.

그러나 상기한 종래기술과 같이 열전대의 도핑농도를 최적화시킨다 하더라도 열전대의 내부저항을 낮추는데 한계가 있으며, 아울러 도핑농도의 최적화만으로는 열노이즈(Thermal Noise)를 최소화시키는데 한계가 있다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 열전쌍의 내부저항을 최적화하여 열노이즈를 줄임으로써 체감센서의 감도특성을 향상시키는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 체감센서의 상부구조 제조방법은 기판상에 열산화막, 질화막, 산화막을 차례로 형성하는 공정과, 상기 산화막위에 LPCVD방법에 의해 다결정실리콘을 형성하는 공정, 상기 다결정실리콘에 이온을 주입하고 열처리하는 공정, 상기 다결정실리콘을 습식식각에 의해 선택적으로 식각하여 제1열전대를 형성하는 공정, 상기 제1열전대를 이루는 다결정실리콘을 재결정화시키는 공정, 상기 제1열전대가 형성된 기판 상부의 소정영역에 제2열전대를 형성하는 공정, 기판 전면에 보호막을 형성하는 공정, 기판 후면을 이방성식각하여 다이아프레임을 형성하는 공정으로 이루어진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제2도를 참조하여 본 발명에 의한 체감센서 제조방법을 공정순서에 따라 설명하면 다음과 같다.

우선, 비저항이 5-10Ω-㎝이며, 결정방향이 (100)인 p형 실리콘웨이퍼를 기판 (1’)으로 선택하고 (제2도 (a)), 다이아프레임 형성후의 스트레스 보상(stress compensation)을 위하여 제2도 (b),(c),(d)와 같이 열산화막(2’)/LPCVD 질화막(3’)/APCVD 산화막(4’)의 3층구조를 형성한다.

다음에 제2도 (e)와 같이 제1열전대물질(5’)로서 다결정실리콘을 0.3㎛두께로 상기 APCVD산화막(4)위에 LPCVD(Low Pressure Vapor Deposition)방법으로 증착한 후, 보론을 고농도(5×10¹⁸㎝^-3)로 도핑하기 위하여 35keV의 에너지로 4×10¹⁴dose의 보론을 다결정실리콘내로 이온주입(6’)한 다음 900℃에서 30분간 열처리하여 이온주입된 보론 도즈(dose)를 활성화시킨다(제2도 (f) ). 이와 같이 처리된 다결정실리콘(5’)을 습식식각을 통해 선택적으로 식각하여 제1열전대(7’)를 형성한다(제2도 (g) ).

이어서 제2도 (h)와 같이 상기 제1열전대(7’)를 이루는 다결정실리콘의 그레인(grain)을 크게 재결정화(recrystallization)하기 위하여 300℃에서 스폿크기(spot size):0.01㎜, 스캐닝속도(scanning speed):0.5㎝, 레어저파워(laser power):5W인 조건으로 펄스 Ar+레이저(pulse Ar+ laser)처리(11)를 행한다.

다음에 제2도 (i)와 같이 제2열전대(8’)로서 알루미늄을 전자빔증착방법에 의해 증착한 후, 리프트오프(lift-off)방법으로 형상화한 다음 제2도 (j)와 같이 전면에 보호막(9’)으로서 PECVD질화막을 형성한다.

마지막으로 제2도 (k)와 같이 기판의 후면에 1㎜×1㎜크기로 습식식각을 통해 실리콘의 이방성식각(10’)으로 다이아프레임을 형성한다.

이와 같이 제조된 본 발명의 열전대의 특성을 종래의 것과 비교하면 다음과 같다.

즉, 상기와 같이 펄스 레이저처리를 하여 제1열전대(7’)인 다결정실리콘을 재결정화함으로써 열전대의 내부저항이 135kΩ에서 105kΩ으로 낮아지며, 그 결과 제벡계수는 375㎶/K에서 408㎶/K로, 또한 70쌍의 열전쌍에서 나오는 총출력은 12㎷에서 19㎷로 58% 향상된다.

이상 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 펄스 레이저를 이용하여 열전대인 다결정실리콘을 재결정화시킴으로써 열전대의 내부저항을 낮추어 열노이즈를 최소화하여 열전대의 출력을 크게 할 수 있다.

Claims

기판상에 열산화막, 질화막, 산화막을 차례로 형성하는 공정과, 상기 산화막위에 LPCVD방법에 의해 다결정실리콘을 형성하는 공정, 상기 다결정실리콘에 이온을 주입하고 열처리하는 공정, 상기 다결정실리콘을 습식식각에 의해 선택적으로 식각하여 제1열전대를 형성하는 공정, 상기 제1열전대를 이루는 다결정실리콘을 재결정화시키는 공정, 상기 제1열전대가 형성된 기판 상부의 소정영역에 제2열전대를 형성하는 공정, 기판 전면에 보호막을 형성하는 공정, 기판 후면을 이방성식각하여 다이아프레임을 형성하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 체감센서의 상부구조를 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 다결정실리콘에 주입하는 이온으로 보론을 사용하는 것을 특징으로 하는 체감센서의 상부구조 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 다결정실리콘을 재결정화시키는 공정은 펄스레이저처리에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 체감센서의 상부구조 제조방법.
제3항에 있어서, 상기 펄스레이저 처리의 조건은 스폿크기: 0.01㎜, 스캐닝속도: 0.5㎝, 레이저파워: 5W로 하는 것을 특징으로 하는 체감센서의 상부구조 제조방법.