KR0182291B1 - 개선된 반도체 압력 센서 수단 및 방법 - Google Patents

개선된 반도체 압력 센서 수단 및 방법 Download PDF

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빈센트 죠셉 로너
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Abstract

압저항 압력 센서 소자는 실리콘 웨이퍼의 앞면에 형성된다. 웨이퍼의 뒷면으로부터 캐비티(cavity)를 비등방으로 에칭함으로써, 얇은 다이어프램이 감지소자 아래에 형성된다. 실리콘 다이어프램(diaphragm)의 뒷면(캐비티측) 파괴 압력은 비등방 에칭된 캐비트를 등방 에칭되게 함으로써 최소한 2배가 된다. 이것은 장치 감도의 어떤 중요한 변화없이, 완성된 압력 센서의 캐비티측 과잉 압력률(over-pressure rating)을 개선한다.

Description

개선된 반도체 압력 센서 수단 및 방법
제1도는 압저항(piezo-resistive) 압력 센서의 간략화된 평면도.
제2도는 지정된 위치에서의 제1도의 압력 센서에 대한 간략화된 횡단면도.
제3도는 제2도와 유사하나, 캐비티측(cavity-side)의 과도한 압력(over-prssure)으로부터 다이어프램(diaphragm)이 붕괴됨을 보여주는 간략화된 횡단면도.
제4도 및 제5도는 제2도와 유사한 횡단면도이나, 다른 제조 단계에서의 간략화된 횡단면도.
제6도는 다이어프램 두께 변화 대 등방성 에칭 시간을 도시하는 도면.
제7도는 뒷면(캐비티측)의 다이어그램 파괴의 최소 압력 대 등방성 에칭 시간을 도시하는 도면.
제8도는 등방성 에칭 동안에 뒷면 다이어프램 파괴의 최소 압력 대 다이어프램 두께 변화를 도시하는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 압력 센서 12 : 기판
16 : 다이어프램 19 : 캐비티 측벽
21, 27 : 코너 23 : 뒷면(캐비티측)
본 발명은 압력 센서에 대한 향상된 수단과 방법, 특히, 반도체 압력 센서에 대한 향상된 수단과 방법에 관한 것이다.
반도체 기판을 이용한 압력 센서 제조는 전자 분야에서 공지되어 있다. 실리콘이 가장 일반적으로 사용되는 반도체 재료이지만, 다른 압저항(piezo-resistive) 및 압전기(piezo-electric) 재료가 사용될 수 있다.
전형적인 반도체 압력 센서에서, 압저항 영역은 반도체 표면상에 또는 내부에 형성된다. 전류는 이 저항을 통해 전달되고 이 저항 양단의 전압이 측정된다. 이 저항은 실리콘 기판이 그 인가된 압력이나 힘에 반응하여 휘어질 때, 최대의 압저항 효과가 얻어지도록 배향된다. 상기 장치의 감도를 증가시키기 위하여, 압저항 영역은 일반적으로 실리콘 기판의 일부분 상에 또는 내부에 형성되며, 이 부분은 기판보다 매우 얇으며, 예를 들면, 에칭된 다이어프램(diaphragm)이나 빔이 있다. 다이어프램(diaphragm)이나 빔은 항상 어떤 규칙적인 기하학적 모양, 즉, 원, 정사각형, 타원체, 직사각형 등이 있다. 다이어그램 형태의 압력센서 및 이를 생산하기 위한 방법은 본원에 참조된 미합중국 특허 제4783237호, 제4672354호, 제4670969호, 제4317126호, 제4275406호, 제4204185호, 제3994009호, 제3968466호, 제3767494호, 제3758830호, 및 제3230763호에 기술되어 있다.
상기 반도체 장치의 감도는, 기판의 결정(crystallographic) 배향, 전류 흐름의 방향, 다이어프램의 두께 및 가로방향(lateral)의 크기에 의존한다. 일반적으로, 상기 압력 센서의 설계는 가장 유리한 결과를 얻기 위하여, 제조 장치의 크기, 제조 원가 등에 대한 요구사항들의 모순 또는 경합하는 요구를 조화시킬 필요가 있다.
다이어프램의 두께 및 크기가 장치 성능과 제조 수율(manufacturing yield)에 중요하게 영향을 미치기 때문에, 상기 센서의 제조동안에 요구되는 가장 어려운 작업중의 하나는 다이어프램의 에칭이다. 전형적인 장치에서, 도핑된 저항 영역은 반도체 웨이퍼의 실질적으로 편평한 앞면(front face)상에 형성된다. 그후, 저항 영역 바로 뒤에 웨이퍼의 두께의 약 90 퍼센트 이상은 웨이퍼의 뒷면(rear face)으로부터 캐비티(cavity) 내측으로 에칭에 의해 제거되어, 압력 감지 다이어프램을 형성한다. 배향(100)을 갖는 실리콘은 실리콘 다이어프램의 두께와 형태를 제어하는데 도움이 되는 공지된 비등방성 에칭 특성때문에, 압력센서를 제조하는데 많이 사용된다.
상기 방식으로 형성된 실리콘 압력 센서는 비교적 만들기 쉽고, 일반적으로 좋은 감도와 재현성(repeatability)을 가지며, 다양한 응용에서 충분히 유리하게 적용된다. 압력 센서의 제조를 위한 수단 및 방법은 본 기술 분야에서 잘 공지되어 있다.
많은 응용에서, 측정될 압력은 압력 센서의 앞면(평면)에 인가되어지는 반면에, 뒷면(캐비티측)은 기준면이 된다. 이러한 배열은 특히, 대기압이상의 압력차가 측정되는 곳에서 공통적이다. 그러나, 다이어프램의 캐비티측에 가압하는 것이 바람직하며, 이 기압이 10 기압 또는 그 이상인 경우의 응용이 증가하고 있다. 인가된 압력이 높으면 높을수록, 다이어프램의 응력(stress)도 더 커지며 다이어프램의 파괴 가능성도 더욱 커진다.
비등방성으로 에칭된 압력 센서는 비대칭적인 과잉 압력에 의해 파손되는데, 다시말하면, 다이어프램의 파괴 압력은 압력이 다이어프램의 앞면에 인가될 때 보다도 다이어프램 뒷면(캐비티측)에 인가될 때가 훨씬 작다. 이것은 매우 바람직하지 못한데, 그 이유는 상기 사실로 인해, 적합한 다이어프램 뒷면의 파괴 능력과 우수한 감도를 결합하는 비등방성 에칭된 압력 센서를 제조하는 것이 훨씬 더 어려워지기 때문이다.
따라서, 에칭된 캐비티 형태 장치를 형성하기 위한 향상된 수단과 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 또, 뒷면(캐비티측) 파괴 압력을 증가시키는 다이어프램 형태의 압력 센서에 대한 향상된 수단과 방법을 제공하는 것이 본 발명의 또다른 목적이다.
상술한 내용 및 다른 목적과 장점은 제1실시예에서, 대향하는 제1면과 제2면을 갖는 기판을 제공하고, 상기 제2면에 인접한 다이어프램을 형성하기 위해 상기 제1면으로부터 기판내에 캐비티를 비등방성으로 에칭하고, 상기 제1면에 인가된 압력에 대한 다이어프램 파괴 강도를 증가시키기 위해 상기 캐비티를 등방성으로 에칭하고, 상기 기판을 제공한 단계후에 언제든지 다이어프램에 전자 소자를 형성하는 방법에 의해 실현된다. 제2면상에 압력 감지 소자를 형성하는 것이 편리하다. 바람직하게, 상기 등방성 에칭 단계는 다이어프램의 중앙 부분의 두께의 10퍼센트 미만을 제거한다. 양호한 등방성 부식제는 질산, 물이나 아세트산 혹은, 물-아세트 산 혼합물과 암모늄 불소산으로 구성되는데, 그 부피 합성비는 65 내지 85%의 HNO3, 15 내지 25%의 H2O/아세트산, 및 3 내지 6%의 NH4F가 유리하고, 73 내지 83%의 HNO3, 16 내지 23%의 H2O/아세트산, 및 3 내지 4%의 NH4F가 편리하며, 약 76%의 HNO3, 20%dml H2O, 및 4%의 NH4F 가 양호하다.
최종적인 장치는 대향하는 제1면과 제2면을 갖춘 기판과, 상기 제1면의 일부분내로 에칭되고 제1면에 확장되는 측벽 및 밑면을 가지는 캐비티를 포함하는데, 여기에서, 측벽은 실질적으로 125도의 각도로 제1면과 교차하고 더 나아가서는, 밑면을 가로지른다. 바람직하게, 다이어프램은 기판 두께의 10 퍼센트 미만의 두께를 가진다.
본 발명의 수단 및 방법은 도면을 참조하여 후술하겠다.
제1도는 기판(12), 캐비티(14), 다이어프램(16), 압저항 소자(20), 전류리드(22) 및 전압 리드(24)를 포함하는 압저항 압력 센서(10)의 간략화된 평면도이고, 제2도는 그 간략화된 단면도를 나타내고 있다. 기판(12)은 두께(13)을 가지고, 캐비티(14)은 깊이(15)를 가지며, 다이어프램(16)은 두께(17)을 갖는다. 또, 예를 들어 SiO2의 표면 안정화층(passivation layer)이 기판(12)를 덮고 있다.
대표적인 실리콘 압력 감지 장치에서, 기판 두께(13)는 전형적으로 약 0.38mm(15 mils)을 가지는 범위 0.25 내지 0.51 mm(10 내지 20 mils)에서 편리하다. 일반적으로, 캐비티(14)는 약 0.013 내지 0.038 mm(0.5 내지 1.5 mils)범위로, 더 전형적으로, 약 0.025 mm(1.0 mil)를 가지는 0.020 내지 0.028 mm(0.8 내지 1.1 mils)가 편리한 두께(17)를 가지는 다이어프램(16)을 제공하도록 기판(12)내의 캐비티(14)이 비등방성으로 에칭된다. 이와 같이, 캐비티(14)의 깊이(15)는 기판(12)의 두께(13)의 90 퍼센트 또는 그 이상이다. 다이어프램 두께(17)가 감소하고 다이어프램 면적이 증가될 때, 감도는 증가하지만 다이어프램 파괴 정도는 감소한다. 전형적인 가로방향의 크기는 약 3.1×3.1mm(120×120 mils)다이 크기로 되며, 다이어프램(16)은 약 1.4×1.4 mm(57×57 mils)을 갖는다.
제1도는 정사각형 다이어프램을 가지는 정사각형 형태의 압력 센서(10)를 도시한 것이다. 이것은 단지 설명의 편의를 위해서이다. 당업자들은 본 설명에 근거하여 센서(10)와 다이어프램(16)이 임의의 편리한 형태를 가질 수 있음을 인식할 것이다.
압저항이나 압전 소자(20)는 전형적으로 다이어프램(16)의 앞면(26)상에 또는 내부에 제조되지만, 다이어프램(16)의 밑면(18) 또는 뒷면상이나 내부에 제조될 수 있다. 소자(20)은 다이어프램(16)내의 도핑된 영역 또는 다이어프램(16)의 표면위에 얇은 막 영역, 또는 그 조합일 수도 있으며, 다이어프램의 양쪽 면위에 또는 내부에 위치된다. 따라서, 다이어프램위에 형성된 압력 감지 소자에 대한 이러한 참조는 당업자들에 이해 형성될 수 있는 모든 대안에 또는 조합을 포함하기 위한 것이다. 예를 들어 실리콘 기판내의 압저항 입력 감지 소자를 형성하기 위한 수단 및 방법은 본 기술 분야에서 잘 공지되어 있고, 상기 참조된 미국 특허에서 기술되어 있다.
캐비티 측벽(19)는 코너(21)에서 기판(12)의 뒷면(23)과 만나서 각도(25)를 이룬다. 또, 측벽(19)은 코너(27)에서 다이어프램(16)의 밑면(18)과 만나서 거기에서 각도(29)를 이룬다. 캐비티(14)가 배향(orientation)에 민감한 비등방성 에칭에 의해 형성될 때, 코너(21,27)에서의 각도(25,29)는 특정한 값을 갖는다. 예를 들면, 기판(!2)이 {100} 실리콘이고 캐비티(14)가 비등방으로 형성될 때, 배향에 민감한 비등방성 에칭(예를 들면, KOH 사용) 각도 (25,29)는 125.3도가 된다. 이것은 소정의 결정의 평면이, 다른 결정의 평면과의 상이한 속도로 에칭되기 때문이다. 이러한 선택적인 비등방성 에칭을 사용하는 장점은 다이어프램의 두께, 균일성, 및 가로방향의 크기가 보다 주의깊게 제어될 수 있다는 점이다. 이것은 높은 감도와 재현성을 갖는 압력 센서의 성공적인 제조에 중요하다.
기판(12)용으로 반도체 재료를 사용하는 장점은 i) 공지된 반도체 제조 기술이 압력 감지 소자와 다이어프램의 제조에 응용될 수 있고, ⅱ) 압력 감지 소자는 다이어프램과 함께 모놀리식(monolithic)으로 제조되고, ⅲ) 다른 수동 및 혹은 능동 소자(도시되지 않음)는 압력 감지 소자를 포함하는 동일한 반도체 다이내에 일체화될 수 있다는 것이다.
제3도는 압력 센서의 뒷면(캐비티측)에 인가된 과잉 압력으로부터 다이어프램이 파손된 후라는 점이외에는 제2도와 유사한 압력 센서(10)의 횡단면도이다. 간략화를 위해서, 감지 소자(20), 리드(22,24), 및 표면 안정화 층(11)은 제3도로부터 생략되어 있다.
일반적인 장치가 지탱할 수 있는 최대 압력은, 압력을 앞면(26)에 인가했을 때보다 뒷면(캐비티측)(18,23)에 인가했을 때가 훨씬 더 작다는 것이 발견된다. 예를 들어, 2.07 내지 3.45 MPa(300 내지 500psi)의 앞면 다이어프램 파괴압력을 가지는 장치는 0.41 내지 0.48MPa(60 내지 70psi)만큼 낮은 뒷면 다이어프램 파괴 압력을 나타낸다. 이것은 바람직하지 못하다.
제4도는 캐비티(14)가 기판(12)내에 형성되는 처리를 설명한 것이다. 기판(12)의 뒷면(23)은 개구(32)를 갖는 에칭 마스크(30)로 덮여있다. 앞면(26)은 동일한 에칭 마스크 재료로 또한 덮여있다. 임의의 적합한 마스킹 재료가 사용된다. 실리콘 질화물이 편리하지만, 다른 공지된 마스킹 재료가 또한 사용될 수도 있다.
밑면(18)과 측벽(19)을 갖춘 캐비티(14)를 형성하기 위해 기판(12)의 배향에 민감한 비등방적 에칭이 개구부(32)를 통해서 실행된다. 비등방성 배향에 민감한 선택적 에칭의 특성때문에, 코너(21,27)는 일반적으로 매우 뚜렷하게 형성된다. 배향에 민감한 비등방성 에칭에 대한 방법은 본 기술 분야에서 공지되었다. 비등방성 배향에 민감한 선택적 에칭에 의해 형성된 장치는 상기 언급된 비대칭 다이어프램 파괴 압력을 갖는다. 여기서, 뒷면(캐비티측) 파괴 압력은 앞면 파괴 압력보다 실질적으로 더 낮다.
제5도는 본 발명의 방법과 구조에 따르는 것외에는 제4도와 유사한 횡단면도이며, 비등방성 에칭 단계후에는 새로운 측벽(19')와 새로운 밑면(18')을 제공하는 더욱 실질적으로 등방성 에칭하는 단계가 이어지고, 이 등방성 에칭 단계에 의해, 밑면과 측벽이 교차하는 곳의 형상이 코너(27')로 변경된다.
제3도 및 제4도를 다시 언급하면, 이렇게 에칭된 다이어프램의 파괴 압력은 다이어프램의 두께에 직접적으로 관련된다. 만일, 다이어프램이 더 얇게 되면, 파괴 압력은 감소하고, 만일 더 두껍게 되면, 파괴 압력은 증가한다. 그러나, 더 두꺼운 다이어프램은 더 얇은 다이어프램보다 덜 민감하다. 그러므로, 종래 기술에서는, 다이어프램의 파괴 압력을 증가시키기 위해 감도를 희생할 필요가 있었다.
이제, 제5도에 대해서 언급하면, 만일, 추가의 박막화가 등방적으로 행해진다면, 비등방 에칭된 다이어프램의 추가의 박막화에 의해 뒷면(캐비티측) 다이어프램 파괴 압력은 매우 증가될 수가 있음을 알 수 있다. 이와 같이, 종래의 지식에 반하여, 더욱 얇은 다이어프램이 더욱 두꺼운 다이어프램보다 더 큰 파괴입력을 가질 수 있다. 단지 매우 작은 량의 재료가 다이어프램으로부터 제거된 것이지만, 예기치 않게, 매우 실질적인 개선안이 얻어진다. 이것은 장치의 감도를 거의 변화시키지 않고도 또는 앞면 파괴 압력을 감소시키지 않고도 뒷면(캐비티측) 파괴 압력이 매우 증가될 수 있음을 의미한다. 이것을 매우 바람직하다. 대안적으로, 더욱 얇은 다이어프램으로 시작해서 동일 파괴 입력에 대해 더 큰 감도가 얻어질 수 있다. 당업자들은 이러한 지침에 근거하여, 개선된 감도와 파괴 입력의 여러 중간 조합이 또한 얻어질 수 있음을 인식할 것이다.
[실시예]
제1도 내지 제2도에서 설명된 센서와 유사한 구조를 갖는 실리콘 압력센서는, 본 기술분야에서 공지된 수단을 사용하는 상기 설명한 것과 같은{100} N형 기판상에 준비되어 있다. P형 압저항 감지 소자는 N형 기판과 이에 부가된 알루미늄 접촉부내로의 이온 주입 및/ 또는 다른 도핑에 의하여 형성된다. 캐비티 에칭전에 도핑 단계를 수행하고 캐비티 에칭후에 금속 접촉부를 부가하는 것이 바람직하다. 그러나, 이것은 필수적인 것은 아니다.
얇은 다이어프램을 얻기 위한 캐비티 에칭은 종래의 배향에 민감한 비등방성 에칭을 사용하므로써 수행된다. 도핑된 에칭 저지층은 두께 조절을 위해서 다이어프램에서 사용되지 않는다. 오히려, 다이어프램의 두께는 소정의 시료 웨이퍼 두께에 대한 표준화된 에칭 조건하에 에칭 시간을 제어하므로써 설정된다. 이러한 캐비티 에칭 처리 공정은 본 기술분야에서 공지되어 있고 KOH는 공지된 적합한 부식제이다.
완성된 압력 감지 장치는 캐비티측을 아래로 하여, 플라스틱 하우징(housing)내에 넣기에 적합한 메탈 하우징이나 메탈 리드 프레임에, 예를 들면, 솔더링(soldering)에 의해 접착된다. 이때, 장치는 뒷면(캐비티측) 테스트를 받아서 뒷면 다이어프램 파괴 압력을 결정한다.
시료 N형 웨이퍼 기판 두께는 약 0.38 mm(15 mils)가 된다. 비등방성 에칭후와 등방성 에칭전에, 테스트 장치의 다이어프램은 약 1.4 mm(57 mils) 평방의 가로방향 크기와 약 25.1 마이크로미터(0.99 mils)의 두께를 갖는다. 다수의 이러한 압력 센서를 포함하는 웨이퍼는 여덟 부분으로 절단되는데, 각 부분은 실제적으로 동일한 장치를 포함한다. 캐비티를 비등방성 에칭한 후, 상기 부분들에 대해 다수의 다른 공정상 동방성 에칭 처리를 행한다. 나머지 제조 단계는 통상의 방식으로 완료되고, 이 장치를 테스트하여, 뒷면(캐비티측) 다이어프램 파괴 압력을 측정한다. 최초의 결과는 아래 표 1에 나타나 있다. 등방성 부식제의 조성은 표 3에 나타나 있다.
Figure kpo00002
부식제 A는 다이어프램 두께의 약 29퍼센트를 제거하지만, 평균 파괴 압력이 단지 약 7퍼센트 증가하고 최소 파괴 압력이 약 10퍼센트 증가한다.
부식제 B는 다른 에칭 시간에 대해 각각 다이어프램의 두께를 23퍼센트, 39퍼센트, 58퍼센트를 제거한다. 그리고, 평균 파괴 압력을 최소한 약 78퍼센트 증가시키며 최소 파괴 압력을 약 100 내지 110 퍼센트 증가시킨다. 그러나, 다이어프램 두께의 이러한 큰 변화는 센서의 다른 특징에 영향을 미쳐서, 그 결과, 이 장치의 특성은 등방성 에칭 처리를 받지 못한 장치의 특성과 실질적으로 다르다.
부식제 C는 다이어프램의 두께를 7 내지 11퍼센트를 제거하는 한편, 양쪽 에칭 시간에 대해 평균 파괴 압력을 최소한 78 퍼센트증가시킴과 함께 최소 파괴 압력을 최소한 110 퍼센트 증가시킨다. 부식제 C를 사용하여 제거한 다이어프램의 재료량은 다이어프램 두께의 약 10 퍼센트 이하이며, 센서의 다른 특성에 대한 영향은 다른 에칭 예에 대한 것보다도 훨씬 덜 영향을 받는다.
표 1에서 부호는 다수의 시료에서 다이어프램의 파괴 이전에 기판(12)과 그 마운트(도시하지 않음)간의 접착이 파손된 것을 나타내며, 이들 시료의 실제적인 다이어프램 파괴 압력은 기록된 것보다도 더 높다는 것을 나타낸다. 이러한 환경에서, 참(true)인 평균 파괴 압력은 표에 나타낸 수치보다 더 높다.
또다른 실험에 있어서, 두개의 웨이퍼를 4등분하고, 부식제 C중에 180초, 300초, 600초의 시간 주기에 위치시킨다. 상기 에칭 시간에 대한 평균 파괴 압력과 최소 파괴 압력을, 관련된 제어 시료(에칭시간 '0초')에 대한 데이타와 함께 표 2에 나타낸다.
Figure kpo00003
표 2에서, 부식제 C에 대한 에칭 시간에 의한 다이어프램의 두께의 감소는 매우 적다. 부식제C를 사용한 600초후의 다이어프램의 두께의 변화는 단지 0.7 내지 1.0 마이크로미터(0.03 내지 0.04 mils), 즉, 다이어프램 두께의 약 3 내지 4퍼센트가 됨이 발견된다. 이러한 에칭 시간에 대한 평균 파괴 압력은 최소한 89 내지 99퍼센트 증가하고, 최소 파괴 압력은 90 내지 111퍼센트 증가한다.
에칭 시간 180초와 300초에 대한 다이어프램 두께의 변화는, 비례적으로 변화하도록 기대된다(제6도 참조). 그러나, 사용가능한 측정기로 직접 측정할 수 있는 임계값보다도 낮다. 300초의 에칭 시간의 경우, 평균 파괴 압력은 최소한 74 내지 84퍼센트 증가하고, 최소 파괴 압력은 61 내지 70퍼센트로 증가한다. 180초의 에칭 시간의 경우, 평균 파괴 압력은 45 내지 56퍼센트 증가하고 최소 파괴 압력은 34 내지 35퍼센트 증가한다. 이러한 테스트에서, 다이어프램 두께의 변화는 약 5% 미만이며, 즉, 다이어프램 두께의 1 내지 2퍼센트 미만이기 때문에, 센서의 다른 특성으로의 영향은 이에 대응하여 더욱 적다.
표 2에서, 일부 엔트리를 수반하는 +기호는, 일부 다이어프램이 이들 테스트에 대해 1.65MPa(240psi)의 압력 한계를 초과하는 파괴 강도를 갖고 있음을 나타내며, 따라서, 이들 다이어프램은 파괴되지 않는다. 이런 환경에서, 실제의 평균 파괴 압력은 표의 수치보다 더 높다.
보다 큰 최대 압력 한계와 테스트에 대해 개선된 센서 마운트 봉인을 사용하여, 부식제 C 중에 600초간 시료를 에칭하는 것에 의해 또다른 실험을 행한다. 이러한 실험의 경우, 캐비티측의 파괴 압력은 일괄적으로 약 2.42MPa(350psi)을 초과한다. 이것은 본 발명의 등방성 에칭 처리가 행해지지 않은 점 이외에는 실질적으로 동일한 비등방성 에칭된 캐비티 압력 센서에 비해 300퍼센트 개선된 것이다.
등방성 에칭 단계동안에 제거된 다이어프램의 재료량은 다이어프램의 두께의 약 10퍼센트 정도인데, 되도록이면 약 5퍼센트 이하가 바람직하다. 파괴 강도에서 실제적인 개선은 다이어프램 두께의 추정된 변화가 1 내지 3퍼센트 만큼 작은 조건하에서 얻어진다.
비교적 낮은 속도의 부식제가 캐비티측 파괴 압력을 증가시키는데 바람직한 효과를 산출한다면, 이들 비교적 낮은 속도의 부식제를 사용하는 것이 바람직하다. 부식제A는 속도가 느린 에칭 속도(초당 약 6 나노미터)를 갖지만 캐비티측 파괴 강도를 비교적 작게 개선한다(7 내지 10%). 부식제 C는 비슷한 에칭속도(초당 1.4 내지 3.3 나노미터)을 갖지만, 캐비티측 파괴 압력을 매우 크게 개선한다(100 내지 300%). 일반적으로, 초당 약 10 나노미터미만으로, 편리하게는 초당 5 나노미터미만으로, 양호하게는 초당 1 내지 4 나노미터으로 다이어프램을 박막화하는 부식제를 사용하는 것이 바람직하다. 양호한 부식제 C는 평균적으로는 다이어프램 두께를 초당 1.4 내지 2.3 나노미터로 제거하지만, 초당 3.1 내지 3.3 나노미터로 속도를 증가시킨다. 에칭 시간이 짧으면 짧을수록, 관측되는 외관상 다이어프램의 에칭속도는 더 낮아진다.
제6도는 부식제 C를 사용한 경우의 에칭 시간에 대한 측정된 다이어프램의 두께의 변화를 도시한 것이며, 이러부터 짧은 시간에 대한 다이어프램의 두께의 변화를 직선 보간에 의해 추정하는 것이 가능하다. 제7도는 에칭 시간 대 최소의 뒷면(캐비티측) 다이어프램 파괴 압력을 나타내고, 제8도는 부식제 C에 대한 다이어프램 두께 변화 대 최소의 뒷면 다이어프램 파괴 압력을 나타낸다. 표 3은 여러가지 부식제의 형태와 조성을 나타낸다.
Figure kpo00004
플라즈마 에칭동안에 웨이퍼 온도는 정확하게 알려져 있지 않지만, 100℃ 미만으로 믿어진다. 습식 부식제는 약 25℃의 온도가 된다.
제4도와 유사한 단면인 제5도는 비등방적으로 에칭된 캐비티(4)를 더 나아가서 등방성 에칭 단계로 처리한 효과를 나타낸다. 등방성 에칭 단계는 실질적으로 모든 방향으로 똑같이 에칭되는 것으로 믿어지는데, 그 결과, 새로운 밑면(18')과 새로운 측벽(19')이 형성된다. 상기 등방성 에칭 단계동안에 예리한 형상의 코너(corner)가 완곡하게 되는 경향이 있다. 그래서, 변형된 코너(27')의 곡률 반경이 증가하고, 그 결과, 측벽(19')와 밑면(18')는 보다 점진적으로 교차하며, 즉, 밑면(18')와 측벽(19')이 접하는 새로운 코너(27')의 미소한 각도(29')는, 등방성 에칭 단계 이전의 원래의 코너(27)에서의 각도 (29)보다 더 크다. 측벽(19')이 뒷면과 접하는 각도(25')에 대한 영향은 적은 것으로 기대된다.
부식제 C의 조성은 등방성 에칭 단계에 대해서 적합하지만, 체적에서 약 65 내지 85퍼센트의 HNO, 15 내지 25 퍼센트의 HO, 및 3 내지 6퍼센트의 NHF의 범위로 있는 부식제 조성의 부식제도 유용하며, 약 73 내지 83퍼센트의 HNO, 16 내지 23퍼센트의 HO, 및 3 내지 4퍼센트의 NHF의 더 좁은 범위의 조성이 편리하다. 또한, 아세트산(CHCOOH) 또는 아세트산-물 혼합물을 순수 물 대신에 사용하며, 상기 부식제의 조성을 희석하는 것이 가능하다. 당업자들은, 여기서 주어진 정보를 근거로, 환경이 다른 경우에 부식제 조성을 조정하는 것이 가능함을 인식할 것이다.
상기 에칭동안에 제거된 다이어프램 재료량이 극히 작기 때문에, 비록 캐비티(14)의 형상이 거의 변하지 않더라도, 상기 제시된 에칭 데이타와 제7도로부터, 뒷면(캐비티측) 다이어프램 파괴 압력이 대폭 개선된 것을 용이하게 이해할 것이다. 이것은 예상하지 못한 결과이다. 상기 발견의 결과로서, 다른 다이어프램 두께에 민감한 장치 파라미터(예를 들면, 감도, 교정, 앞면 파괴 압력 등)에 크게 영향주지 않고도, 실질적으로 개선된 뒷면 파괴 압력을 갖는 장치를 제공하는 것이다. 이것은 중요한 개선이다.
본 발명을 기술하면, 본 발명의 방법 및 구조에 의해, 다른 장치 파라미터에 중대한 악영향 없이도, 개선된 뒷면(캐비티측) 다이어프램 파괴 압력을 제공한다. 더우기, 최소 및/또는 평균 파괴 압력에서 달성가능한 개선이 크므로 (예를 들면, 100 내지 300퍼센트), 파괴 압력과 감도간에서 유용한 양자택일을 행할 수 있다. 예를 들면, 초기적으로 비등방적으로 더 얇게 에칭된 다이어프램으로 시작해서, 다음에 이에 대해 상기 등방성 에칭 처리를 행하는 것으로, 보다 더 큰 감도 및 적합한 파괴 압력의 장치가 얻어진다. 더 얇게 된 다이어프램은 더 높은 민감도를 가지는데, 본 발명의 등방성 에칭 단계에 의해, 더욱 얇은 다이어프램에서 다른 방식으로 얻어진 압력보다도 더 큰 파괴 압력을 얻을 수 있다.
본 발명은 실리콘에 기초한 압저항 압력 센서에 대해서 기술되는 반면에, 본 발명은 다른 장치 및 결정 배향에 대해 에칭 감도를 나타내는 다른 재료, 및 특성을 사용하여, 또는 비등방성 에칭의 다른 재료 및(또는) 다른 형태를 사용하여 제조된 장치에서도 적용가능함이 당업자들에게 인식될 것이다. 더우기, 본 발명의 처리 공정은 압저항 소자이외에도, 예를 들면, 다른 압력 감지 소자에 적용된다.
따라서, 본 발명의 정신에 근거하여, 당업자들에 의해 개발될 수 있는 모든 변형안 및 동등안은 모두 청구범위에 포함된다.

Claims (3)

  1. 에칭된 캐비티(cavity) 장치를 형성하는 방법으로, 대향하는 제1면과 제2면을 갖는 기판을 제공하는 단계; 상기 제1면으로부터 상기 기판내에 캐비티를 비등방으로 에칭하여 상기 제2면에 인접한 다이어프램(diaphragm)을 형성하는 비등방 에칭 단계; 및 상기 제1면에 인가된 압력에 대해 상기 다이어프램 파괴 압력을 증가시키기 위해 상기 캐비티를 등방으로 에칭하는 단계를 포함하는 에칭된 캐비티 장치 형성방법.
  2. 에칭된 얇은 다이어프램을 갖는 반도체 장치를 형성하기 위한 방법으로, 배향(orientation)에 민감한 비등방성 에칭을 하는 제1주면 및 이에 대향하는 제2주면을 갖는 단결정 반도체 기판을 제공하는 단계; 상기 제1주면까지 연장하는 개구부를 가진 에칭 저지 마스크로 상기 제1주면을 마스킹하는 단계; 상기 개구부 아래에 노출된 기판 부분을 배향에 민감한 비등방성 에칭에 의해 제거하는 단계로서, 상기 제1주면쪽으로 배향된 제1표면 및 이 제1표면으로부터 상기 제1주면까지 연장하는 측벽을 갖는 다이어프램을 형성하는 비등방성 에칭에 의한 제거 단계; 및 상기 비등방 에칭후에, 최소한 상기 다이어프램의 제1표면과 측벽의 교차부를 등방으로 에칭하는 단계를 포함하는 에칭된 얇은 다이어프램을 갖는 반도체 장치의 형성방법.
  3. 대향하는 제1면과 제2면을 갖는 반도체 기판; 및 상기 제1면까지 연장하는 측벽 및 밑면을 가지며, 상기 제1면의 일부분내로 에칭된 캐비티를 구비하며, 상기 측벽은 실질적으로 125도 각도로 상기 제1면과 교차하고 상기 밑면과 더욱 점진적으로 교차하는 전자 장치.
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Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4978421A (en) * 1989-11-13 1990-12-18 International Business Machines Corporation Monolithic silicon membrane device fabrication process
CN1018844B (zh) * 1990-06-02 1992-10-28 中国科学院兰州化学物理研究所 防锈干膜润滑剂
JP3194594B2 (ja) * 1990-09-26 2001-07-30 株式会社日立製作所 構造体の製造方法
DE4206677C1 (ko) * 1992-02-28 1993-09-02 Siemens Ag, 80333 Muenchen, De
US5549785A (en) * 1992-09-14 1996-08-27 Nippondenso Co., Ltd. Method of producing a semiconductor dynamic sensor
US5351550A (en) * 1992-10-16 1994-10-04 Honeywell Inc. Pressure sensor adapted for use with a component carrier
US5413679A (en) * 1993-06-30 1995-05-09 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method of producing a silicon membrane using a silicon alloy etch stop layer
US5949118A (en) * 1994-03-14 1999-09-07 Nippondenso Co., Ltd. Etching method for silicon substrates and semiconductor sensor
US6021675A (en) * 1995-06-07 2000-02-08 Ssi Technologies, Inc. Resonating structure and method for forming the resonating structure
US5736430A (en) * 1995-06-07 1998-04-07 Ssi Technologies, Inc. Transducer having a silicon diaphragm and method for forming same
CA2176052A1 (en) * 1995-06-07 1996-12-08 James D. Seefeldt Transducer having a resonating silicon beam and method for forming same
DE19528961C2 (de) 1995-08-08 1998-10-29 Daimler Benz Ag Mikromechanischer Drehratensensor (DRS) und Sensoranordnung
US5759870A (en) * 1995-08-28 1998-06-02 Bei Electronics, Inc. Method of making a surface micro-machined silicon pressure sensor
US6284670B1 (en) 1997-07-23 2001-09-04 Denso Corporation Method of etching silicon wafer and silicon wafer
US5994161A (en) * 1997-09-03 1999-11-30 Motorola, Inc. Temperature coefficient of offset adjusted semiconductor device and method thereof
US6297069B1 (en) * 1999-01-28 2001-10-02 Honeywell Inc. Method for supporting during fabrication mechanical members of semi-conductive dies, wafers, and devices and an associated intermediate device assembly
US6622558B2 (en) * 2000-11-30 2003-09-23 Orbital Research Inc. Method and sensor for detecting strain using shape memory alloys
US8109149B2 (en) * 2004-11-17 2012-02-07 Lawrence Livermore National Security, Llc Contact stress sensor
US8132465B1 (en) 2007-08-01 2012-03-13 Silicon Microstructures, Inc. Sensor element placement for package stress compensation
DE102008035017A1 (de) * 2008-07-25 2010-01-28 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Halbleiterdrucksensor und Verfahren zu seiner Herstellung
US8028581B2 (en) * 2008-08-08 2011-10-04 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Methods and systems for ultrasonic inspection of rotating shafts
US8525279B2 (en) * 2009-06-04 2013-09-03 University Of Louisville Research Foundation, Inc. Single element three terminal piezoresistive pressure sensor
US8993451B2 (en) * 2011-04-15 2015-03-31 Freescale Semiconductor, Inc. Etching trenches in a substrate
US8709848B2 (en) 2011-04-15 2014-04-29 Freescale Semiconductor, Inc. Method for etched cavity devices
EP2693271A1 (en) * 2012-08-02 2014-02-05 LayTec AG Apparatus and method for measuring the dimensions of 1-dimensional and 0-dimensional nanostructures in real-time during epitaxial growth

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3230763A (en) * 1962-12-27 1966-01-25 Honeywell Inc Semiconductor pressure diaphragm
US3213681A (en) * 1963-05-21 1965-10-26 Fairchild Camera Instr Co Shear gauge pressure-measuring device
US4180422A (en) * 1969-02-03 1979-12-25 Raytheon Company Method of making semiconductor diodes
JPS4936792B1 (ko) * 1970-10-15 1974-10-03
US3758830A (en) * 1972-04-10 1973-09-11 Hewlett Packard Co Transducer formed in peripherally supported thin semiconductor web
US3994009A (en) * 1973-02-12 1976-11-23 Honeywell Inc. Stress sensor diaphragms over recessed substrates
JPS5624387B2 (ko) * 1973-10-09 1981-06-05
US4065970A (en) * 1976-05-17 1978-01-03 Becton, Dickinson Electronics Company Diffused semiconductor pressure gauge
US4204185A (en) * 1977-10-13 1980-05-20 Kulite Semiconductor Products, Inc. Integral transducer assemblies employing thin homogeneous diaphragms
DE2841312C2 (de) * 1978-09-22 1985-06-05 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Monolithischer Halbleiter-Drucksensor und Verfahren zu dessen Herstellung
US4317126A (en) * 1980-04-14 1982-02-23 Motorola, Inc. Silicon pressure sensor
JPS59117271A (ja) * 1982-12-24 1984-07-06 Hitachi Ltd 圧力感知素子を有する半導体装置とその製造法
US4783237A (en) * 1983-12-01 1988-11-08 Harry E. Aine Solid state transducer and method of making same
JPH0712086B2 (ja) * 1984-01-27 1995-02-08 株式会社日立製作所 ダイヤフラムセンサの製造方法
JPS6260270A (ja) * 1985-09-10 1987-03-16 Fujikura Ltd 圧力センサのダイアフラム形成法
US4766666A (en) * 1985-09-30 1988-08-30 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Semiconductor pressure sensor and method of manufacturing the same
US4672354A (en) * 1985-12-05 1987-06-09 Kulite Semiconductor Products, Inc. Fabrication of dielectrically isolated fine line semiconductor transducers and apparatus
JPH0810170B2 (ja) * 1987-03-06 1996-01-31 株式会社日立製作所 半導体絶対圧力センサの製造方法
US4784721A (en) * 1988-02-22 1988-11-15 Honeywell Inc. Integrated thin-film diaphragm; backside etch
JPH0634074A (ja) * 1992-07-10 1994-02-08 Sekisui Chem Co Ltd 管体の接続装置

Also Published As

Publication number Publication date
US4889590A (en) 1989-12-26
KR900017093A (ko) 1990-11-15
DE69012196D1 (de) 1994-10-13
EP0394664A2 (en) 1990-10-31
EP0394664B1 (en) 1994-09-07
JPH039574A (ja) 1991-01-17
DE69012196T2 (de) 1995-03-30
EP0394664A3 (en) 1992-06-03

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