KR100266823B1 - Method of fabricating acceleration sensor - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing an acceleration sensor is provided to simplify a manufacturing process by inserting a multitude of sensor element pattern into one mask. CONSTITUTION: A basic material(30) is formed by inserting an oxide layer(32) between two silicon wafers(31,33). An oxide layer is grown at both sides of the basic material(30). A bridge beam and a piezoresistance region are formed at one side of the basic material(30) by performing a photo process. An inertial mass is formed at the other side by performing a general semiconductor manufacturing process. In the photo process, the bridge beam and the piezoresistance region are patterned simultaneously by using a pattern mask.

Description

가속도센서 제조방법Acceleration Sensor Manufacturing Method

본 발명은 가속도센서 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 반도체 가속도 센서용 포토마스크를 제조할 때 하나의 마스크에 다수의 센서 엘리먼트 패턴을 삽입하여 공정을 간소화하여 센서의 감도향상 및 비용경감을 할 수 있는 가속도센서 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an acceleration sensor, and in detail, when manufacturing a photomask for a semiconductor acceleration sensor, a plurality of sensor element patterns may be inserted into one mask to simplify the process to improve sensor sensitivity and reduce cost. It relates to an acceleration sensor manufacturing method.

가속도 센서는 진동, 충격, 가속도 등의 물리량을 감지하는 센서이다. 가속도 센서는 자동차, 비행기, 선박 등 각종 수송수단, 그리고 공장자동화 및 로봇 등의 제어시스템에 있어서 필수적인 소자이다. 통상 실리콘 가속도 센서는 가속도에 의하여 작용되는 힘을 받아들이는 미세기계구조부, 이 힘을 전기적 신호로 바꾸는 변환 소자부, 정격출력을 만들어 주는 신호처리부의 세 부분으로 구성되어 있다.The acceleration sensor is a sensor that detects physical quantities such as vibration, shock, and acceleration. Accelerometers are essential elements in various means of transportation such as automobiles, airplanes, ships, and control systems such as factory automation and robots. Typically, the silicon acceleration sensor is composed of three parts, a micromechanical structure that receives a force applied by the acceleration, a conversion element unit that converts this force into an electrical signal, and a signal processing unit that produces a rated output.

변환 소자부는 미세구조에 가해지는 응력을 전기적 신호로 바꾸어 주는 변환기로서 저항변화, 용량변화, 압전효과 등을 이용하여 제조된다. 특히 압저항형은 선형성이 우수하며 전압을 출력신호로 이용하기 때문에 신호처리가 용이하다.The converter element is a transducer that converts the stress applied to the microstructure into an electrical signal, and is manufactured using resistance change, capacitance change, piezoelectric effect, and the like. In particular, piezoresistive type has excellent linearity and easy signal processing because voltage is used as output signal.

도 1의 (a)는 종래의 가속도 센서의 브리지빔 패턴마스크의 평면도이다.1A is a plan view of a bridge beam pattern mask of a conventional acceleration sensor.

도 1의 (b)는 종래의 가속도 센서의 압저항체 패턴마스크의 평면도이다.1B is a plan view of a piezoresistive pattern mask of a conventional acceleration sensor.

도 2는 종래의 가속도센서의 공정도이다.2 is a process diagram of a conventional acceleration sensor.

먼저, 실리콘웨이퍼(30)를 준비한다(도 2a). 이때 사용하는 실리콘 웨이퍼(30)는 산화막(SiO2)(32)이 형성되어 있는 실리콘 웨이퍼(31)에 다른 실리콘 웨이퍼(33)를 산화막(SiO2)(32)위에 접합을 한 웨이퍼(Silicon direct bonding wafer, SDB wafer)이다.First, the silicon wafer 30 is prepared (FIG. 2A). In this case of using the silicon wafer 30 is oxidized film (SiO 2) (32), a wafer bonding on the oxide film (SiO 2) (32), the other silicon wafer 33 to the silicon wafer 31 that is formed (Silicon direct bonding wafer, SDB wafer).

준비된 실리콘 웨이퍼(SDB wafer)(30)의 양면에 실리콘 산화막(SiO2)(34)을 성장시킨다(도 2b). 실리콘 산화막(34)을 성장시킨 후에는 사진공정을 이용하여 브리지빔 패턴마스크(10)로 실리콘웨이퍼의 실리콘 산화막면에 패터닝한다(도 2c). 그에 따라 브리지빔의 패턴(35)이 형성된다.A silicon oxide film (SiO 2 ) 34 is grown on both surfaces of the prepared silicon wafer (SDB wafer) 30 (FIG. 2B). After the silicon oxide film 34 has been grown, the bridge beam pattern mask 10 is patterned on the silicon oxide film surface of the silicon wafer using a photographic process (FIG. 2C). As a result, a pattern 35 of the bridge beam is formed.

브리지 빔의 패턴(35)이 형성되고 나면 사진공정을 이용하여 압저항의 패턴마스크(20)로 압저항영역(36)을 패터닝한다(도 2d). 압저항영역(36)의 패턴을 패터닝 할 때에는 먼저 패터닝되어 있는 브리지 빔의 패턴과 자리맞춤 즉, 패턴마스크의 정렬을 하여야 한다. 압저항을 패터닝하여 압저항영역(36)이 형성되면 이온주입을 하여 압저항(37)을 형성한다(도 2e). 이온주입은 압저항영역(36)에 붕소(Boron)이온을 주입하는 것이다. 이온 주입이란 원자 이온을 목표물의 표면을 뚫고 들어 갈 만큼 큰 에너지를 갖게 하여 목표물 속으로 넣어 주는 것을 말한다. 붕소이온을 주입하고 난 다음에는 확산처리(Diffusion process)를 통하여 주입된 이온을 활성화시킨다.After the bridge beam pattern 35 is formed, the piezoresistive region 36 is patterned by the piezoresistive pattern mask 20 using a photolithography process (FIG. 2D). When the pattern of the piezoresistive region 36 is patterned, it is necessary to first align the pattern of the patterned bridge beam, that is, align the pattern mask. When the piezoresistor is patterned to form the piezoresistive region 36, ion implantation is performed to form the piezoresistor 37 (FIG. 2E). The ion implantation is to inject boron ions into the piezoresistive region 36. Ion implantation is the insertion of atomic ions into a target with enough energy to penetrate the surface of the target. After implanting boron ions, the implanted ions are activated through a diffusion process.

그러나 전술한 바와 같이 가속도 센서를 제조할 때 센서 엘리먼트(빔브리지, 압저항)를 두 개의 패턴 마스크를 이용하여 패턴을 형성할 경우에는 다음과 같은 문제점이 있다. 첫 번째 패턴 마스크를 이용하여 패턴을 형성하고 난후 또 다른 패턴 마스크를 이용하여 패턴을 형성할 경우에는 정렬(Alignment)을 하여야 한다. 즉, 각 패턴 마스크간의 자리맞춤을 하여야 하는데 이때에 정렬오차가 발생한다. 이 정렬오차에 의하여 가속도 센서에서 빔(Beam) 양 끝단의 가속도에 가장 민감한 부분에 위치해야 할 압저항의 위치가 어긋나게 된다. 그리하여 가속도 센서의 감도저하가 일어나게 되고 제품의 신뢰성이 저하되게 된다. 또한 패턴 마스크를 각각 따로 제작을 해야 하므로 단가가 비싸진다.However, when manufacturing the acceleration sensor as described above, when the sensor element (beam bridge, piezoresistive) to form a pattern using two pattern masks, there are the following problems. After the pattern is formed using the first pattern mask, alignment should be performed when the pattern is formed using another pattern mask. That is, the alignment between the pattern masks must be performed, and alignment errors occur at this time. This misalignment shifts the position of the piezoresistor, which should be located at the most sensitive part of the acceleration at both ends of the beam in the acceleration sensor. Thus, the sensitivity of the acceleration sensor is lowered and the reliability of the product is lowered. In addition, since the pattern masks must be manufactured separately, the unit price is expensive.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여, 브리지빔(Bridge beam)패턴과 압저항 패턴을 하나의 패턴 마스크로 제작하여 공정을 간소화시켜 정렬오차의 발생을 막아서 센서 감도를 높이고 제조단가를 절감할 수 있는 가속도센서 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.In order to solve the above-mentioned problem, the bridge beam pattern and the piezoresistive pattern are manufactured as one pattern mask to simplify the process to prevent the occurrence of misalignment, thereby increasing the sensor sensitivity and reducing the manufacturing cost. It is to provide an acceleration sensor manufacturing method.

도 1의 (a)는 종래의 가속도 센서의 브리지빔 패턴 마스크의 평면도이다.1A is a plan view of a bridge beam pattern mask of a conventional acceleration sensor.

도 1의 (b)는 종래의 가속도 센서의 압저항 패턴 마스크의 평면도이다.1B is a plan view of a piezoresistive pattern mask of a conventional acceleration sensor.

도2는 종래의 가속도 센서의 공정도이다.2 is a process diagram of a conventional acceleration sensor.

도3은 본 발명에 따른 가속도 센서의 패턴 마스크의 평면도이다.3 is a plan view of a pattern mask of an acceleration sensor according to the present invention.

도4는 본 발명에 따른 가속도 센서의 공정도이다.4 is a process diagram of an acceleration sensor according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

30:실리콘 웨이퍼(SDB Wafer) 34:실리콘 산화막30: silicon wafer (SDB Wafer) 34: silicon oxide film

40:패턴 마스크 41:브리지 빔의 패턴 42:압저항의 패턴40: pattern mask 41: pattern of bridge beam 42: pattern of piezoresistor

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 가속도 센서 제조방법에 있어서, 센서엘리먼트 패턴을 단일 패턴마스크에 의하여 형성하는 사진공정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이다.The present invention for achieving the above object is a method for producing an acceleration sensor, characterized in that it comprises a photo process step of forming a sensor element pattern by a single pattern mask.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 양호한 실시 예를 상세하게 설명하겠다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 따른 패턴 마스크의 평면도이다. 도 3을 참조하면 패턴 마스크(40)에 브리지빔 패턴(41) 과 압저항 패턴(42)이 함께 형성되어 있다.3 is a plan view of a pattern mask according to the present invention. Referring to FIG. 3, a bridge beam pattern 41 and a piezoresistive pattern 42 are formed together in the pattern mask 40.

도 4는 본 발명에 따른 가속도 센서의 공정도이다.4 is a process diagram of an acceleration sensor according to the present invention.

먼저, 실리콘웨이퍼(30)를 준비한다(도 4a). 이때 사용하는 실리콘 웨이퍼(30)는 산화막(SiO2)(32)이 형성되어 있는 실리콘 웨이퍼(31)에 다른 실리콘 웨이퍼(33)를 산화막(SiO2)(32)위에 접합을 한 웨이퍼(Silicon direct bonding wafer, SDB wafer)이다. 즉, 실리콘 웨이퍼사이에 산화막(SiO2)(32)이 끼여있는 상태이다. 준비된 실리콘 웨이퍼(SDB wafer)(30)에 실리콘 산화막(SiO2)(34)을 성장시킨다(도 4b).First, the silicon wafer 30 is prepared (FIG. 4A). In this case of using the silicon wafer 30 is oxidized film (SiO 2) (32), a wafer bonding on the oxide film (SiO 2) (32), the other silicon wafer 33 to the silicon wafer 31 that is formed (Silicon direct bonding wafer, SDB wafer). That is, the oxide film (SiO 2 ) 32 is sandwiched between the silicon wafers. A silicon oxide film (SiO 2 ) 34 is grown on the prepared silicon wafer (SDB wafer) 30 (FIG. 4B).

실리콘 산화막(34)을 성장시킨 후에는 사진공정을 이용하여 패턴마스크(40)로 패터닝한다(도 4c). 패턴마스크(40)에는 브리빔의 패턴(41)과 압저항의 패턴(42)이 하나의 패턴으로 형성되어 있어서 전술한 패터닝과정에서 브리지 빔(35)과 압저항영역(36)이 동시에 패터닝된다. 이때 압저항영역(36)은 가속도에 가장 민감한 브리지 빔(35)의 끝단에 정확하게 위치하게 된다. 다시 말하여 정렬오차 없이 초기 설계시의 위치에 정확하게 위치하게 된다.After the silicon oxide film 34 is grown, it is patterned into a pattern mask 40 using a photolithography process (FIG. 4C). In the pattern mask 40, the bridging pattern 41 and the piezoresistive pattern 42 are formed in one pattern so that the bridge beam 35 and the piezoresistive region 36 are simultaneously patterned in the aforementioned patterning process. . At this time, the piezoresistive region 36 is accurately positioned at the end of the bridge beam 35 most sensitive to acceleration. In other words, it is precisely positioned at the initial design position without misalignment.

패턴마스크(40)를 이용하여 브리지 빔의 패턴(41)과 압저항의 패턴(42)을 패터닝하고 나면 압저항영역(36)에 붕소(Boron, B)이온을 주입하고 확산처리(Diffusion process)를 통하여 주입된 이온을 활성화시켜 압저항(37)을 형성한다(도 4d). 이온 주입이란 원자 이온을 목표물의 표면을 뚫고 들어 갈 만큼 큰 에너지를 갖게 하여 목표물 속으로 넣어 주는 것을 말한다.After the pattern 41 of the bridge beam 41 and the piezoresistive pattern 42 are patterned using the pattern mask 40, boron (B) ions are implanted into the piezoresistive region 36, and a diffusion process is performed. Activation of the ions implanted through the to form a piezoresistive 37 (Fig. 4d). Ion implantation is the insertion of atomic ions into a target with enough energy to penetrate the surface of the target.

전술한 바와 같이 하나의 패턴마스크를 이용하므로 사용자의 의도대로 압저항영역(36)은 가속도에 가장 민감한 브리지 빔(35)의 끝단에 정렬오차 없이 정확하게 위치하게 된다.As described above, since one pattern mask is used, the piezoresistive region 36 is accurately positioned at the end of the bridge beam 35 that is most sensitive to acceleration, without alignment error, as the user intends.

본 발명에 따른 가속도 센서 제조방법에 의하여, 브리지 빔과 압저항이 같이 형성된 패턴 마스크를 이용하여 브리지 빔과 압저항을 동시에 패터닝함으로써 정렬(Alignment)오차로 발생하였던 센서감도저하를 막을 수 있다. 즉, 가속도 센서의 4개의 빔의 응력이 가장 민감한 부분에 압저항을 정확하게 위치시킬 수 있으므로 가속도 센서의 감도를 개선시킬 수 있다. 또한, 종래에 비하여 마스크 공정이 줄어들어 비용절감을 할 수 있다.According to the method of manufacturing an acceleration sensor according to the present invention, by using a pattern mask in which a bridge beam and a piezoresistance are formed together, the bridge beam and the piezoresistor are simultaneously patterned to prevent deterioration of the sensor sensitivity caused by alignment error. That is, since the piezoresistor can be accurately positioned at the most sensitive part of the stress of the four beams of the acceleration sensor, the sensitivity of the acceleration sensor can be improved. In addition, the mask process can be reduced compared to the prior art can reduce the cost.

Claims (1)

두개의 실리콘 웨이퍼들(31) (33) 사이에 산화막(32)이 접합되어 끼워진 모재(30)를 마련하고, 그 모재(30)의 양면에 산화막(34)을 성장시킨 후 사진공정을 이용하여 상기 모재(30)의 일측면에 브리지빔(35)과 압저항영역(36)을 형성한 다음 통상의 반도체 제조공정을 적용하여 상기 모재(30)의 타측면에 가속도에 의하여 작용하는 힘을 받는 관성 질량을 형성하는 단계를 포함하는 가속도 센서의 제조방법에 있어서,After the oxide film 32 is bonded and sandwiched between two silicon wafers 31 and 33, the oxide film 34 is grown on both surfaces of the substrate 30 and then photographed using a photographic process. After forming the bridge beam 35 and the piezoresistive region 36 on one side of the base material 30, a normal semiconductor manufacturing process is applied to receive the force acting on the other side of the base material 30 by acceleration. In the manufacturing method of the acceleration sensor comprising the step of forming an inertial mass, 상기 사진공정단계는,The photo process step, 상기 브리지빔(35)과 압저항영역(36)을 개별적으로 패터닝하여 형성할 때 발생되는 정렬오차를 방지하도록, 상기 브리지빔의 패턴(41) 및 상기 압저항체의 패턴(42)이 함께 제작된 한장의 패턴마스크(40)를 사용하여 동시에 상기 브리지빔(35)과 압저항영역(36)을 패터닝하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서의 제조방법.The bridge beam pattern 41 and the piezoresistor pattern 42 are fabricated together to prevent misalignment caused when the bridge beam 35 and the piezoresistive region 36 are individually patterned. Method for manufacturing an acceleration sensor, characterized in that for patterning the bridge beam (35) and the piezoresistive region (36) at the same time using a single pattern mask (40).
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