KR100233848B1 - 마이크로 자이로스코프 제조 방법 - Google Patents
마이크로 자이로스코프 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100233848B1 KR100233848B1 KR1019960069404A KR19960069404A KR100233848B1 KR 100233848 B1 KR100233848 B1 KR 100233848B1 KR 1019960069404 A KR1019960069404 A KR 1019960069404A KR 19960069404 A KR19960069404 A KR 19960069404A KR 100233848 B1 KR100233848 B1 KR 100233848B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- substrate
- etching
- silicon
- silicon substrate
- oxide film
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 64
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 49
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 48
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 48
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 30
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 11
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 8
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 7
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 5
- MAKDTFFYCIMFQP-UHFFFAOYSA-N titanium tungsten Chemical compound [Ti].[W] MAKDTFFYCIMFQP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 4
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 6
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 5
- 230000005660 hydrophilic surface Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 30
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 18
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 5
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000040 hydrogen fluoride Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910008045 Si-Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002808 Si–O–Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006411 Si—Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/84—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/185—Joining of semiconductor bodies for junction formation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
- H01L21/28008—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
- H01L21/28017—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
- H01L21/28158—Making the insulator
- H01L21/28167—Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/30604—Chemical etching
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
- B81B2201/02—Sensors
- B81B2201/0228—Inertial sensors
- B81B2201/0242—Gyroscopes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
본 발명은 반도체 장치 제조 방법에 관한 것으로, 각속도 측정 장치의 제조에 있어서 종래의 방법인 기판 가공 기술은 식각시 정확한 수직구조를 구현할 수 없는 문제점을 해결하기 위해 희생층을 형성하고 친수성 처리한 후 결정면이 ＜110＞ 방향인 실리콘 웨이퍼를 기판 접합 기술에 의해 하부 전극이 제조된 실리콘 웨이퍼 위에 부착하고, 표면 가공 기술인 기상 식각 공정으로 상기 희생층을 제거하므로써 고착 현상없이 구조체를 띄울 수 있고, 가로세로비가 크고 정확한 구조의 구현에 의해 안정된 미세 구조체의 제조를 통하여 고감도, 저전압 구동형 마이크로 자이로스코프의 구현이 가능하며, 저응력 미세 구조체의 제조와 주변 회로와의 접속을 위한 금속 전극의 제조가 용이한 마이크로 자이로스코프 제조 방법이 제시된다.
Description
본 발명은 반도체 장치 제조 방법에 관한 것으로, 특히 기판 접합(silicon direct bonding) 기술과 표면 가공(surface-micromachining) 기술을 복합적으로 웅용한 각속도 센서인 마이크로 자이로스코프(micro gyroscope)의 제조 방법에 관한 것이다.
각속도 센서는 물체의 운동 상태를 순시적으로 감지할 수 있으므로 자동차, 선박, 항공기 등 모든 수송 수단, 공장 자동화 및 로봇 등의 제어 시스템에 있어서 필수적인 소자로서 그 활용 범위를 넓히고 있다. 그러나 기존의 회전형 자이로스코프는 부피가 크고 고정밀도를 유지하기 위한 비용이 많이 소요되며, 충격과 진동에 쉽게 손상되는 등의 많은 단점을 갖고 있다. 광섬유, 레이저(laser) 등을 이용한 자이로스코프는 감도가 뛰어나지만 역시 제조가 힘들며 비용이 비싸고 부피가 크다는 단점을 극복하지 못하였다. 실리콘 각속도 센서는 실리콘의 기계적 성질이 우수하고, 기존에 확립된 반도체 집적회로의 공정 기술을 이용함으로써 신뢰성과 양산성이 우수하여 소자의 고감도, 소형화, 대량 생산, 경량화 및 저가격화가 가능하다는 장점들 때문에 여러 가지 방법으로 제조되고 있다. 미국의 시스트론(Systron)사에서는 압전 특성을 갖는 석영(quartz)을 음차형(tuning fork type) 보의 형태로 가공하고 코리올리 힘(Coriolis force)에 의한 변형량을 검출하는 제품을 생산하고 있다. 또한 단결정 실리콘의 표면 미세가공을 위한 기판으로 SOI(silicon-on-insulator)를 이용한 각속도 소자에 관한 기술이 발표되었으며, 이에 대한 기본 원리는 제7회 솔리드-스테이트 센서 & 액튜에이터(Solid-State Sensors and Actuators) 국제학회에서 발표되었다.
반도체 미세 가공 기술은 기판 가공(bulk-micromachining) 기술과 표면 가공 기술로 구별할 수 있다. 먼저, 기판 가공 기술은 화학적 식각(chemical etching)을 이용하여 기판(substrate) 자체를 가공함으로써 센서용 미세 구조물을 만드는 기술이다. 여기서 사용하는 화학적 식각은 기판 재질의 결정면 선정에 의해 식각 특성이 결정되므로 가로세로비(aspect ratio)가 큰 수직 구조를 제조할 수가 없으며, 내식성이 강한 불순물층이나 전기화학적 접점을 이용하여 식각을 조절하므로 정확하고 동일한 구조체를 재현하기 힘들다. 표면 가공 기술은 원래 집적회로 제조를 위한 기술로서 센서를 위한 미세구조물 뿐만 아니라 의료, 수술기, 전자, 통신, 정밀기기, 반도체 장비 등 응용 잠재력을 지닌 기술로 주목받고 있다. 이러한 표면 가공기술은 기판 위의 박막 소재를 가공하여 미세 구조물을 제조하며, 기판은 단순히 박막 구조물을 지지하는 역할만 한다. 이 기술의 가장 큰 장점은 미세 감지 구조물의 제조 공정이 반도체 집적회로의 제조 공정과 동일하여 기계 구조물과 전자회로를 동시에 제조할 수 있으므로 기계와 전자에 의한 복합 시스템을 하나의 칩으로 만들 수 있다. 최종적으로 이러한 기술들을 이용하면 가로세로비가 큰 안정된 미세 구조물의 제조를 통하여 저전압 구동형 마이크로 자이로스코프의 구현이 가능하고 저응력 미세 구조물의 제조와 주변 회로와의 접속을 위한 금속 전극의 제조가 용이하게 된다.
따라서, 본 발명은 이방성 식각 특성을 가지는 ＜110＞ 방향의 실리콘 웨이퍼를 기판 접합기술에 의해 하부 전극이 제조된 실리콘 웨이퍼 위에 부착하고, 표면 가공 기술을 이용하여 가로세로비(aspect ratio)가 크고 정화한 구조를 구현하므로써 안정된 미세 구조체를 제조하고, 고감도, 저전압 구동형 마이크로 자이로스코프의 구현을 가능하도록 하여, 저응력 미세 구조체의 제조과 주변 회로와의 접속을 위한 금속 전극의 제조가 용이하도록 하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 실리콘 기판 상부에 제1 열산화막, 질화막 및 다결정 실리콘을 증착한 후 상기 다결정 실리콘에 인을 도핑하는 단계와, 상기 다결정 실리콘의 선택된 영역을 식각한 후 희생층인 제 1 산화막을 증착하는 단계와, 상기 제 1 산화막을 포함한 기판 표면에 친수성 처리를 실시하는 단계와, 상기 제 1 산화막 상부에 결정면 방향이 ＜110＞ 인 실리콘 기판을 기판 접합 기술에 의해 접합시킨 후 상기(110) 실리콘 기판의 뒷면에 그라인딩을 실시하는 단계와, 상기 실리콘 기판의 뒷면에 제 2 열산화막을 성장시키는 단계와, 상기 실리콘 기판에 접합된(110) 실리콘 기판을 KOH 용액에서 식각하여 소정 두께만큼 가공한 후 인을 도핑하거나 금속을 도금하는 단계와, 상기(110) 실시콘 기판의 선택된 영역을 식각한 후 (110) 실리콘 기판 상부에 제 2 산화막을 증착하는 단계와, 상기 제 2 산화막을 포함한 전체 구조에 열처리를 실시한 후 제 2 산화막을 식각하여 제거하는 단계와, 상기(110) 실리콘 기판 상부에 티타늄텅스텐을 증착한 후 상기 티타늄텅스텐의 선택된 영역을 제거하고 기상 식각 방법으로 제 1 산화막을 제거하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
제1도는 본 발명에 따른 마이크로 자이로스코프의 평면도.
제2도는 빗살 전극 사이에 구동력과 불안정성이 발생되는 원리를 설명하기 위한 도면.
제3(a)도 내지 제3(c)도는 본 발명에서 이용된 실리콘 웨이퍼의 결정성과 이방성 식각특성을 설명하기 위한 도면.
제4(a)도 내지 제4(d)도는 본 발명에서 이용된 두 기판의 접착원리를 설명하기 위한 도면.
제5(a)도 내지 제5(i)도는 본 발명에 따른 마이크로 자이로스코프의 제조 방법을 순서적으로 도시한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 실리콘 기판 2 : 제1 열산화막
3 : 질화막 4 : 다결정 실리콘
5 : 제 1 산화막 6 : (110) 실리콘 기판
7 : 제2 열산화막 8 : 제 2산화막
본 발명에서는 단결정 실리콘막의 결정면 방향에 따른 이방성 식각 특성을 이용하기 위하여 결정면이 ＜110＞ 방향인 실리콘 웨이퍼를 기판 접합기술에 의해 하부 전극이 제조된 실리콘 웨이퍼 위에 부착하고, 그라인딩(grinding)과 KOH 용액에 의한 식각을 통하여 필요한 두께 만큼 가공한 후 표면 가공기술을 이용하여 각속도 센서인 마이크로 자이로스코프를 제조한다. 또한, 희생층을 기상 식각 공정으로 제거하여 고착 현상없이 다결정 실리콘을 띄울 수 있도록 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
제1도는 본 발명에 따른 마이크로 자이로스코프의 개략적인 평면도이다. 센서 전체의 크기는 974×830μm2이고, 정전구동 전극, 접지 및 센서 전극, 구조물 지지대(anchor)로 구성되어 있으며, 두 개의 공진 질량(mass)이 빔(beam)에 연결되어 서로 대칭구조를 이루고 있어 음차 모드(tunning fork mode)가 쉽게 발생한다. 이와 같은 음차형 공진기를 사용하면 외란이나 내부 불균형에 대해 강건해 질 수 있으므로 마이크로 자이로스코프를 음차형 진동구조로 선택하였다. 음차형 구조 진동자의 전압구동을 위하여 5.3μm 두께의 ＜110＞ 방향성을 갖는 실리콘 박막 소재에 인(phosphorus)이 주입되었다. 진동자의 두 질량에 교류 전류가 흐르면 진동자의 두 질량이 고정되어 있는 빗살 전극과 공진되는 질량에 부착되어 있는 빗살 전극과의 정전력(electrostatic force)이 발생하여 X축 방향으로 구동 진동이 시작된다. 이때, 각속도(Ω)가 Y축을 중심으로 진동이 인가되면 진동자의 두 질량은 코리올리 힘을 받아 Z 방향으로 감지 진동이 시작된다. 이 진동을 인이 주입된 실리콘의 센서 전극을 통해 수 fF(femto Farad)의 용량을 검출하여 각속도의 크기를 측정한다.
제2도는 빗살 전극에서 발생하는 구동력과 불안정성이 발생되는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 간격이 d인 두 빗살 제 1 전극과 제 2 전극사이에 전압차 V가 인가되면 에너지 U는 수학식 1과 같이 된다.
[수학식 1]
여기서, ε는 유전율이고, t는 빗살 전극의 두께, l은 중첩된 빗살의 길이 ,n은 이동 제 2 전극의 빗살 개수이다. 만약 d가 일정하다고 가정하면 제 2 전극이 받는 y 방향의 정전력 fy는 빗살의 쌍에 의해 상쇄되어 0이 되고 x 방향의 정전력 fx는 수학식 2와 같이 된다.
[수학식 2]
제 2 전극의 y방향으로 Δd만큼 약간 이동했다고 가정하면 x 방향의 정전력은 수학식 3과 같이 된다.
[수학식 3]
수학식 3은 수학식 2와 거의 차이가 나지 않지만, y 방향의 정전력은 수학식 4와 같이 되어 더욱 Δd를 증가시키는 방향으로 힘을 가하게 된다.
[수학식 4]
즉 Δd가 발생하면 제 1 전극과 제 2 전극사이에 불안정성이 생겨 최악의 경우 두 전극이 붙게 된다.
제1도에 도시된 바와 같이 중앙부에 있는 진동 질량은 x 방향과 y 방향으로 모두 진동하지만 빗살 전극 사이의 간격을 항상 일정하게 유지할 수 있으므로 빗살 전극에서의 불안정성은 야기되지 않으며, 고감도를 달성할 수 있다. 또한 수학식 2에서 알 수 있듯이 동일한 힘이 요구될 때 두 빗살 전극 사이의 간격 d를 줄이면 인가 전압도 줄일 수 있어 저전력 구동형 마이크로 자이로스코프의 구현이 가능하다.
제3(a)도는 밀러(Miller) 지수로 표시된 (100), (110), (111) 격자면을 도시한 것이고, 제3(b)도는 이 격자면에 대한 원자 구조를 도시한 것이다.
제3(c)도는 본 발명에 이용된 실리콘 웨이퍼의 결정성과 이방성 식각 특성을 설명하기 위한 도면으로서, 기판의 결정면이 ＜100＞인 경우는 식각시 웨이퍼 표면에 대해 각도 54. 74°인 방향으로 식각이 되는 이방성 식각특성을 가진다. 그러나 원자의 배열이 가장 느슨한 ＜110＞면의 실리콘인 경우는 표면에 대해 수직 방향으로 식각되는 이방성 식각특성을 가진다. 따라서 본 발명은 이러한 이방성 식각특성을 이용하기 위하여 결정면이 ＜110＞ 방향인 실리콘 웨이퍼를 기판 접합기술에 의해 하부 전극이 제조된 실리콘 웨이퍼 위에 부착하고, 그라인딩(grinding)과 KOH 용액에 의한 식각을 통하여 필요한 두께 만큼 가공한 후, 표면 가공기술인 기상 식각 공정을 이용하여 희생층을 제거하므로써 각속도 센서인 마이크로 자이로스코프를 제조한다. 이러한 기술들을 이용하여 가로세로비가 크고 정확한 구조의 구현에 의해 안정된 미세 구조체의 제조를 통하여 저전압 구동형 마이크로 자이로프코프의 구현이 가능하며, 저응력 미세 구조체의 제조와 주변 회로와의 접속을 위한 금속 전극의 제조가 용이하게 된다.
제4(a)도 내지 제4(d)도는 본 발명에 이용된 두 기판의 접착원리를 설명하기 위해 도시한 도면이다. 두 개의 실리콘 기판이 접합기술은 산화막에 흡착된 물분자 간의 인력인 반데르발스(Van der Waals) 힘에 의해 일차적으로 접합시킨 다음 열처리 온도에 따라 OH-간의 결합에서 Si-O-Si 결합으로 진행시켰다가 최종적으로 Si-Si 직접 접합이 이루어 진다. 제4(a)도와 같이 두 개의 실리콘 기판을 각각 부착하고 아래측의 실리콘 기판을 제4(b)도와 같이 휘게 한다. 제4(c)도와 같이 휜 상태로 두 개의 실리콘 기판들을 접착시켜 최종적으로 제4(d)도와 같이 아래측의 실리콘 기판을 서서히 원상태로 복귀시킨다. 기판 접합시 기공(void)이 발생되는 원인들은 기판 표면위에 존재하는 입자(particle), 기판 표면의 물리적인 상태인 편평도(flatness), 기판 사이에 갇힌 분위기 기체이다. 그러나 기판 표면 위에 존재하는 입자(particle)는 청정실(clean room)을 이용하거나 세정(cleaning) 공정을 이용하여 최소화할 수 있고, 기판의 편평도는 경면 가공을 통하여 충분히 해결 가능하다. 또한, 기판 사이에 갇힌 분위기 기체는 기판 표면을 H2O2/H2SO4로 친수성(hydrophilic) 처리를 하여 질소가스 분위기에서 회전 건조기(spin dryer)에 의해 감소시킬 수 있다.
제5(a)도 내지 제5(i)도는 본 발명에 따른 수직 중앙 부분에 대한 마이크로 자이로스코프의 제조 방법을 순서적으로 도시한 단면도이다.
제5(a)도는 실리콘 기판(1)과의 전기 절연을 위해 제 1 열산화막(2)을 1000Å의 두께로 성장한 후 질화막(3)을 2000Å의 두께로 증착한 단면도이다.
제5(b)도는 구동 전극 및 센서 전극과 지지대로 사용하기 위해 질화막(3) 상부에 다결정 실리콘(4)을 3000Å의 두께로 증착한 후 인(phosphorus)을 도핑한 상태의 단면도이다.
제5(c)도에 도시된 바와 같이 제 1 마스크(도시 안됨)를 사용하여 다결정 실리콘(4)의 선택된 영역을 식각한 후 희생층인 제 1 산화막(5)을 8000Å의 두께로 증착한다. 제 1 산화막(5)은 공진 질량 및 빔(beam) 등의 구조체를 띄우기 위한 것으로 TEOS, LTO 및 열산화막 중 어느 하나를 LPCVD 방법으로 증착하여 형성한다.
제5(d)도에 도시된 바와 같이 H2O2:H2SO4용액으로 기판 표면이 친수성 (hydrophilic)을 가지도록 처리한다. 제 1 산화막(5)을 포함한 하부 기판 상부에 결정면 방향이 ＜110＞인 실리콘 기판(6)을 기판 접합기술에 의해 접합시킨다.
제5(e)도에 도시된 바와 같이 접합된 (110) 실리콘 기판(6)의 뒷면을 50um 까지 그라인딩(grinding)하는데 이것은 스트레스(stress)가 가공 표면에서 20∼30um 정도 미치기 때문이다. 그리고 실리콘 기판(1)의 뒷면이 식각되는 것을 방지하기 위해 LPCVD 방법에 의해 제 2 열산화막(7)을 2000Å의 두께로 성장한다.
제5(f)도에 도시된 바와 같이 접합된 (110) 실리콘 기판(6)을 KOH 용액 속에 넣어 5.3um의 두께가 되도록 하고 나머지 부분은 식각한다. CMP 방법으로 웨이퍼 표면을 평탄화시킨 후 인을 도핑하거나 금속을 입혀 전도성 구조체를 제조한다.
제5(g)도는 구조체와 전극접점 구멍을 형성하기 위해 제 2 마스크(도시 안됨)를 이용하여 (110) 실리콘 기판(6)의 선택된 영역을 식각한 후 (110) 실리콘 기판(6) 상부에 제 2 산화막(8)을 증착한 단면도이다. 이때 제 2 산화막(8)은 3000Å의 두께로 증착한다.
제5(h)도는 구조체의 스트레스를 제거하기 위해 열처리(annealing)를 실시한 후 제 3 마스크(도시 안됨)를 이용하여 전극 접점을 제조하기 위해 제 2 산화막(8)을 식각하여 제거한 단면도이다.
제5(i)도는 전극 접점을 위해 티타늄텅스텐(TiW)를 증착한 후, 나머지 TiW를 제거하고 희생층인 제 1 산화막(5)을 기상 식각(gas phase etching)으로 제거한 단면도이다. 기상 식각은 무수 불화수소(anhydrous HF)와 메텐올(CH3OH)을 이용한 기상 식각 장치를 이용하여 실시한다. 기상 식각 장치의 반응실 내부는 무수 불화수소에 의한 부식을 방지하기 위해 테프론 코팅이 되어 있다. 상기와 같은 무수 불화수소를 이용한 제1산화막(5)의 식각 과정을 화학 반응식으로 살펴보면 다음과 같다.
HF(g)↔HF(ads)
M(g)↔M(ads), (M=CH3OH)
먼저 산화막에 흡착된 불화수소와 메탄올은 화학식 1과 같이 HF2 -(ads)로 이온화가 되며, 이 흡착된 HF2 -(ads)는 습식식각에서와 같이 가장 중요한 식각 반응인자이다. 이 식각 과정에서의 다른 부산물로서 화학식 2에서와 같이 H2SiF6(ads)를 생성시킨다. 이것은 화학식 3에서 보듯이 SiF4(g)와 HF(g)로 분해되어 물이나 메탄올처럼 기화된다. 따라서 이러한 기상식각 방법으로 단결정 또는 다결정 실리콘의 구조체 밑에 있는 희생층 산화막을 고착 현상없이 띄울 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 희생층을 형성한 후 친수성 처리하고, 수직 방향의 이방성 식각 특성을 가지는 ＜110＞ 방향의 실리콘 웨이퍼를 하부 전극이 제조된 실리콘 웨이퍼 위에 기판 접합 기술에 의해 부착하며 표면 가공 기술인 기상 식각 공정으로 희생층을 제거하여 고착 현상없이 구조체를 띄울 수 있고, 가로세로비가 크고 정확한 구조를 만들 수 있어 안정된 미세 구조체의 제조를 통하여 고감도, 저전압 구동형 마이크로 자이로스코프의 구현이 가능하며, 저응력 미세 구조체의 제조과 주변 회로와의 접속을 위한 금속 전극의 제조가 용이하도록 하는 효과가 있다.
Claims (3)
- 실리콘 기판 상부에 제 1 열산화막, 질화막 및 다결정 실리콘을 증착한 후 상기 다결정 실리콘에 인을 도핑하는 단계와, 상기 다결정 실리콘의 선택된 영역을 식각한 후 희생층인 제 1 산화막을 증착하는 단계와, 상기 제 1 산화막을 포함한 기판 표면에 친수성 처리를 실시하는 단계와, 상기 제 1 산화막 상부에 결정면 방향이 ＜110＞인 실리콘 기판을 기판 접합기술에 의해 접합시킨 후 상기(110) 실리콘 기판의 뒷면에 그라인딩을 실시하는 단계와, 상기 실리콘 기판의 뒷면에 제 2 열산화막을 성장시키는 단계와, 상기 실리콘 기판에 접합된 (110) 실리콘 기판을 KOH 용액에서 식각하여 소정 두께만큼 가공한 후 인을 도핑하거나 금속을 도금하는 단계와, 상기 (110) 실리콘 기판의 선택된 영역을 식각한 후 (110) 실리콘 기판 상부에 제 2 산화막을 증착하는 단계와, 상기 제 2 산화막을 포함한 전체 구조에 열처리를 실시한 후 제 2 산화막을 식각하여 제거하는 단계와, 상기 (110) 실리콘 기판 상부에 티타늄텅스텐을 증착한 후 상기 티타늄텅스텐의 선택은 영역을 제거하고 기상 식각 방법으로 제1산화막을 제거하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로 자이로스코프 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제 1 산화막은 TEOS, LTO 및 열산화막중 어느 하나를 증착한 후 기상 식각 방법으로 제거하는 것을 특징으로 하는 마이크로 자이로스코프 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 기판은 표면을 H2O2:H2SO4용액으로 친수성 처리하여 단결정 실리콘 (110)을 기판 접합 기술로 접합하고 이방성 식각 특성을 이용하여 가로세로비가 크고 재현성 있는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로 자이로스코프 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019960069404A KR100233848B1 (ko) | 1996-12-21 | 1996-12-21 | 마이크로 자이로스코프 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019960069404A KR100233848B1 (ko) | 1996-12-21 | 1996-12-21 | 마이크로 자이로스코프 제조 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR19980050573A KR19980050573A (ko) | 1998-09-15 |
| KR100233848B1 true KR100233848B1 (ko) | 1999-12-01 |
Family
ID=19489913
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019960069404A KR100233848B1 (ko) | 1996-12-21 | 1996-12-21 | 마이크로 자이로스코프 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100233848B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5016072A (en) * | 1988-01-13 | 1991-05-14 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Semiconductor chip gyroscopic transducer |
| US5216490A (en) * | 1988-01-13 | 1993-06-01 | Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Bridge electrodes for microelectromechanical devices |
| US5492596A (en) * | 1994-02-04 | 1996-02-20 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Method of making a micromechanical silicon-on-glass tuning fork gyroscope |
| US5576250A (en) * | 1992-12-28 | 1996-11-19 | Commissariat A L'energie Atomique | Process for the production of accelerometers using silicon on insulator technology |
-
1996
- 1996-12-21 KR KR1019960069404A patent/KR100233848B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5016072A (en) * | 1988-01-13 | 1991-05-14 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Semiconductor chip gyroscopic transducer |
| US5216490A (en) * | 1988-01-13 | 1993-06-01 | Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Bridge electrodes for microelectromechanical devices |
| US5576250A (en) * | 1992-12-28 | 1996-11-19 | Commissariat A L'energie Atomique | Process for the production of accelerometers using silicon on insulator technology |
| US5492596A (en) * | 1994-02-04 | 1996-02-20 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Method of making a micromechanical silicon-on-glass tuning fork gyroscope |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR19980050573A (ko) | 1998-09-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100651769B1 (ko) | 절연체상 실리콘 기판을 사용하는 현수된 빔의 형성 및 진동형 자이로미터의 제조에의 적용 | |
| US6988408B2 (en) | Surface/bulk micromachined single-crystalline silicon micro-gyroscope | |
| US5889207A (en) | Micromechanical rate of rotation sensor having ring with drive element and detection element | |
| KR100492105B1 (ko) | 수평 가진 수직형 ｍｅｍｓ 자이로스코프 및 그 제작 방법 | |
| JP3037416B2 (ja) | マイクロメカニック式の回転値センサ | |
| Oh et al. | A surface-micromachined tunable vibratory gyroscope | |
| US6242276B1 (en) | Method for fabricating micro inertia sensor | |
| Oh et al. | A tunable vibratory microgyroscope | |
| JP4362877B2 (ja) | 角速度センサ | |
| JP3346379B2 (ja) | 角速度センサおよびその製造方法 | |
| JPH10270714A (ja) | 半導体慣性センサの製造方法 | |
| KR100233848B1 (ko) | 마이크로 자이로스코프 제조 방법 | |
| KR100332360B1 (ko) | 단결정 실리콘 마이크로머시닝 기법으로 제작된 미세각속도계 | |
| JPH10163505A (ja) | 半導体慣性センサ及びその製造方法 | |
| Lee et al. | A de-coupled vibratory gyroscope using a mixed micro-machining technology | |
| CN115077508A (zh) | 一种mems器件及其形成方法 | |
| JPH10178183A (ja) | 半導体慣性センサ及びその製造方法 | |
| JPH10270719A (ja) | 半導体慣性センサ及びその製造方法 | |
| JP2010145121A (ja) | 圧電振動子および振動ジャイロ装置 | |
| KR100231715B1 (ko) | 평면 진동형 마이크로 자이로스코프 | |
| JPH10256568A (ja) | 半導体慣性センサの製造方法 | |
| KR100231711B1 (ko) | 마이크로 자이로스코프의 제작방법 | |
| JP2010145122A (ja) | 圧電振動子および振動ジャイロ装置 | |
| JPH10256571A (ja) | 半導体慣性センサの製造方法 | |
| JPH10242483A (ja) | 半導体慣性センサの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20070831 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |