KR100293268B1 - 압력센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 압력센서 및 그 제조방법은, 실리콘 웨이퍼의 프론트면에 단결정 실리콘 에피층을 형성하는 공정과, 불순물 이온주입 공정을 통해 상기 기판의 프론트면 내부 소정 부분에 제 1 저항 단자를 형성하는 공정과, 상기 에피층 상에 산화막을 형성하는 공정과, 상기 실리콘 웨이퍼의 백면 각 모서리부에 감광막 패턴을 형성하는 공정과, 상기 감광막 패턴을 마스크로 이용하여 상기 실리콘 웨이퍼와 상기 에피층을 식각하여 측면이 오픈된 구조의 요홈부를 형성하고, 상기 감광막 패턴을 제거하는 공정과, 상기 산화막 상의 소정 부분에 폴리실리콘층을 형성하는 공정 및, 불순물 이온 주입 공정을 통해 상기 폴리실리콘층 내부 소정 부분에 제 2 저항 단자를 형성하는 공정으로 이루어져, 1) 요홈부 형성시 실리콘 웨이퍼의 중앙부에 수십 ㎛의 실리콘이 잔존하도록 식각 공정을 진행할 필요가 없으므로, 이 과정에서 야기되던 과식각이나 식각부족 현상을 방지할 수 있게 되어 압력센서의 재현성있는 설계가 가능하게 되고, 2) 센서 자체의 정확도를 향상시킬 수 있게 되므로 고신뢰성의 압력센서를 구현할 수 있게 된다.
Description
본 발명은 압력센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공정 변경을 통하여 압력센서의 재현성 있는 설계가 가능하도록 한 압력센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래 일반적으로 사용되어 오던 압력센서는 크게, 실리콘 웨이퍼의 백면(back side)에는 각 모서리 부분을 제외한 네 측면이 모두 오픈되도록 요홈부가 형성되고, 프론트면(front side)면의 소정 부분에는 저항 단자(예컨대, 기준 저항 단자 및 가변 저항 단자)가 형성되며, 각 모서리부의 내측에는 상기 저항 단자에서 발생되는 저항값을 검출하기 위한 신호 검출부가 형성되도록 이루어져, 외부로부터 실리콘 웨이퍼의 프론트면에 외압이 가해질 때 상기 저항 단자에서 발생되는 저항값 변화를 신호 검출부를 통해 검출해 주는 방식으로 압력을 측정하고 있다.
도 1 내지 도 4에는 상기 구조를 갖는 종래의 압력센서 제조방법을 도시한 공정수순도가 제시되어 있다. 상기 공정수순도를 참조하여 그 제조방법을 제 4 단계로 구분하여 살펴보면 다음과 같다.
제 1 단계로서, 도 1에 도시된 바와 같이 실리콘 웨이퍼(10)의 프론트면에 소정 두께의 단결정 실리콘 에피층(12)을 형성한다.
제 2 단계로서, 도 2에 도시된 바와 같이 실리콘 웨이퍼(10)의 백면 중앙부가 노출되도록 상기 웨이퍼(10)의 백면 각 모서리부에 감광막 패턴(14)을 형성하고, 이를 마스크로 이용하여 실리콘 웨이퍼(10)를 소정 두께 식각하여 실리콘 웨이퍼(10) 내부에 요홈부(h)를 형성한다. 이때, 실리콘 웨이퍼(10)의 식각 공정은 상기 웨이퍼의 총 두께가 500 ~ 550㎛ 정도의 두께를 가진다는 점을 감안하여 요홈부(h) 하측의 실리콘 웨이퍼(10)가 약 10 ~ 30㎛의 두께(d)를 가지도록 진행된다. 바람직한 두께(d)는 20㎛이다.
제 3 단계로서, 도 3에 도시된 바와 같이 감광막 패턴(14)을 제거하고, 저항 단자 형성부의 에피층(12) 표면이 소정 부분 노출되도록 그 위에 감광막 패턴(14)을 형성한 다음, 이를 마스크로 이용하여 에피층(12) 상으로 불순물을 이온주입한 뒤 어닐링하여 실리콘 웨이퍼(10) 내에 제 1 및 제 2 저항 단자(16a),(16b)로 사용되어질 불순물 주입 영역을 형성한다. 여기서, 참조번호 16a로 표시된 제 1 저항 단자는 외부로부터 실리콘 웨이퍼(10) 표면에 외압이 가해지더라도 그 하단의 실리콘 웨이퍼(10)로 인해 지지되어져 저항값의 변화가 없게 되므로 기준 저항 단자로 사용되고, 참조번호 16b로 표시된 제 2 저항 단자는 외부로터 외압이 가해질 경우 이 부분의 실리콘 웨이퍼 두께(d)가 상대적으로 얇아 연직 하방향으로 소량의 휨이 발생하게 되어 저항값이 다소 변화하게 되므로 가변 저항 단자로 사용된다.
이와 같이 저항 단자(16a),(106b)를 형성해 준 것은 외부로부터 실리콘 웨이퍼(10) 상으로 외압이 가해지게 되면 기준 저항 단자의 저항값은 변화되지 않으나 가변 저항 단자의 저항값은 변화되게 되므로, 이 저항값 차이를 실리콘 웨이퍼(10)의 내측벽 소정 부분에 형성된 신호 검출부를 통해 검출해 주는 방식으로 압력의 크기를 측정하기 위함이다.
제 4 단계로서, 도 4에 도시된 바와 같이 감광막 패턴(14)과 단결정 실리콘 에피층(12)을 제거해 주므로써, 본 공정 진행을 완료한다.
그러나, 상기 공정을 거쳐 압력센서를 제조할 경우에는 공정 진행 과정에서 다음과 같은 문제점이 발생하게 된다. 실리콘 웨이퍼(10)의 백면에 요홈부(h) 형성시, 실리콘 웨이퍼의 중앙부 두께(d)가 수십 ㎛(예컨대, 10 ~ 30㎛) 정도 잔존되도록 식각 공정을 진행해 주어야 하는데, 식각공정 진행시 그 종료점(end point)을 정확하게 검출하기 어려운 관계로 인해 과식각(over etch)나 식각부족(under etch) 현상이 빈번하게 발생된다. 이와 같이 과식각이나 식각부족 현상이 발생될 경우, 압력 센서의 재현성있는 설계가 어려울 뿐 아니라 센서 자체의 정확도가 떨어지는 현상이 초래되므로 압력센서의 전체적인 신뢰성이 저하되는 문제가 발생하게 된다.
이에 본 발명의 목적은, 제 1 저항 단자가 구비된 실리콘 웨이퍼의 프론트면에 박막 판 구조의 산화막을 형성한 뒤, 상기 산화막의 표면이 노출될 때까지 웨이퍼의 백면으로부터 실리콘 웨이퍼를 식각하여 요홈부를 형성하고, 그 상측의 상기 산화막 상에 제 2 저항 단자가 구비된 폴리실리콘층을 형성해 주는 방식으로 압력센서를 제조해 주므로써, 식각공정의 어려움없이도 압력센서를 재현성 있게 설계할 수 있도록 한 압력센서를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 압력센서의 효과적인 제조방법을 제공함에 있다.
도 1 내지 도 4는 종래의 압력센서 제조방법을 도시한 공정수순도,
도 5 내지 도 8은 본 발명에 의한 압력센서 제조방법을 도시한 공정수순도이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 박막 판 구조의 산화막과; 단결정 실리콘 에피층을 사이에 두고 상기 산화막의 각 모서리 하단부에 형성된 실리콘 웨이퍼와; 상기 산화막 상의 중앙부에 형성된 폴리실리콘층; 및 상기 에피층 하단의 상기 실리콘 웨이퍼 내부 소정 부분과 상기 폴리실리콘층 내부 소정 부분에 각각 형성된 제 1 및 제 2 저항 단자로 이루어진 압력센서가 제공된다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 실리콘 웨이퍼의 프론트면에 단결정 실리콘 에피층을 형성하는 공정과; 불순물 이온주입 공정을 통해 상기 기판의 프론트면 내부 소정 부분에 제 1 저항 단자를 형성하는 공정과; 상기 에피층 상에 산화막을 형성하는 공정과; 상기 실리콘 웨이퍼의 백면 각 모서리부에 감광막 패턴을 형성하는 공정과; 상기 감광막 패턴을 마스크로 이용하여 상기 실리콘 웨이퍼와 상기 에피층을 식각하여 측면이 오픈된 구조의 요홈부를 형성하고, 상기 감광막 패턴을 제거하는 공정과; 상기 산화막 상의 소정 부분에 폴리실리콘층을 형성하는 공정; 및 불순물 이온 주입 공정을 통해 상기 폴리실리콘층 내부 소정 부분에 제 2 저항 단자를 형성하는 공정으로 이루어진 압력센서 제조방법을 제공함에 있다.
상기 구조를 가지도록 압력센서를 제조할 경우, 실리콘 웨이퍼의 프론트면에 형성된 산화막으로 인해 요홈부 형성시 10 ~ 30㎛ 두께의 실리콘 웨이퍼가 잔존되도록 식각 공정을 진행할 필요가 없게 되므로, 실리콘 웨이퍼의 식각 공정 진행시 야기되던 과식각이나 식각부족 현상을 제거할 수 있게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 5 내지 도 8은 본 발명에서 제시된 압력센서의 제조방법을 도시한 공정수순도를 나타낸 것으로, 이를 참조하여 그 제조방법을 크게 제 4 단계로 구분하여 살펴보면 다음과 같다.
제 1 단계로서, 도 5에 도시된 바와 같이 실리콘 웨이퍼(100)의 프론트면에 9 ~ 11㎛ 두께의 단결정 실리콘 에피층(102)을 형성한 다음, 저항 단자 형성부에만 선택적으로 불순물을 이온주입하여 상기 웨이퍼(100)의 프론트면 내부 소정 부분에 제 1 저항 단자(104a)로 사용될 불순물 주입 영역을 형성하고, 상기 에피층(102) 상에 소정 두께의 산화막(106)을 형성한다. 이때, 산화막(106)은 "열산화막(106a)/CVD 산화막(106b)"의 적층 구조를 가지도록 형성되는데, 이와 같이 열산화막(106a)을 형성해 준 것은 에피층(102)과 CVD 산화막(106b) 간의 접착 특성을 형성시켜 주기 위함이다. 이 경우, 열산화막(106a)은 0.1㎛ 이하의 두께를 가지도록 형성되고, CVD 산화막(106b)은 10 ~ 15㎛ 두께를 가지도록 형성한다.
제 2 단계로서, 도 6에 도시된 바와 같이 실리콘 에피층(100)의 백면 중앙부가 노출되도록 상기 웨이퍼(100)의 백면 각 모서리부에 감광막 패턴(108)을 형성하고, 이를 마스크로 이용하여 상기 산화막(102)의 표면이 소정 부분 노출되도록 실리콘 웨이퍼(100)와 에피층(102)을 습식식각한다. 그 결과, 감광막 패턴(108)에 의해 보호된 각 모서리 부분을 제외한 네측면이 모두 오픈된 구조의 요홈부(h)가 형성된다. 이와 같이 식각 공정을 진행할 경우, 산화막(106)이 에치스토퍼(etch stopper)의 역할을 하므로 종래 실리콘 웨이퍼 식각시 야기되던 과식각이나 식각부족 현상이 발생하지 않게 된다.
제 3 단계로서, 도 7에 도시된 바와 같이 실리콘 웨이퍼(100) 백면의 감광막 패턴(108)을 제거하고, 상기 요홈부(h) 상측의 산화막(106) 상에 0.3 ~ 0.5㎛ 두께의 폴리실리콘층(110)을 형성한다.
제 4 단계로서, 도 8에 도시된 바와 같이 저항 단자가 형성될 부분의 폴리실리콘층(100) 상으로만 선택적으로 불순물을 이온주입하여 그 내부 소정 부분에 제 2 저항 단자(104b)로 사용될 불순물 주입 영역을 형성하므로써, 본 공정 진행을 완료한다.
그 결과, 도 8에서 알 수 있듯이 박막 판 구조를 갖는 산화막(106)의 각 모서리 하단부에는 에피층(102)을 사이에 두고 500 ~ 550㎛ 두께의 실리콘 웨이퍼(100)가 형성되고, 상기 산화막(106) 상의 중앙부에는 폴리실리콘층(110)이 형성되며, 에피층(102) 하단의 실리콘 웨이퍼(100) 내부 소정과 폴리실리콘층(110)의 내부 소정 부분에는 제 1 및 제 2 저항 단자(104a),(104b)가 형성된 구조의 압력센서가 완성된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 1) 압력센서의 요홈부(h) 형성시 실리콘 웨이퍼의 중앙부에 수십 ㎛의 실리콘이 잔존되도록 식각 공정을 진행할 필요가 없으므로, 이 과정에서 야기되던 과식각이나 식각부족 현상을 방지할 수 있게 되어 압력센서의 재현성있는 설계가 가능하게 되고, 2) 이로 인해 센서 자체의 정확도를 향상시킬 수 있게 되므로 고신뢰성의 압력센서를 구현할 수 있게 된다.
Claims (10)
- 박막 판 구조의 산화막과;단결정 실리콘 에피층을 사이에 두고 상기 산화막의 각 모서리 하단부에 형성된 실리콘 웨이퍼와;상기 산화막 상의 중앙부에 형성된 폴리실리콘층; 및상기 에피층 하단의 상기 실리콘 웨이퍼 내부 소정 부분과 상기 폴리실리콘층 내부 소정 부분에 각각 형성된 제 1 및 제 2 저항 단자로 이루어진 것을 특징으로 하는 압력센서.
- 제 1항에 있어서, 상기 산화막은 "열산화막/CVD 산화막"의 적층 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 압력센서.
- 제 2항에 있어서, 상기 열산화막은 0.1㎛ 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 압력센서.
- 제 2항에 있어서, 상기 CVD 산화막은 10 ~ 15㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 압력센서.
- 제 1항에 있어서, 상기 폴리실리콘층은 0.3 ~ 0.5㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 압력센서.
- 실리콘 웨이퍼의 프론트면에 단결정 실리콘 에피층을 형성하는 공정과;불순물 이온주입 공정을 통해 상기 기판의 프론트면 내부 소정 부분에 제 1 저항 단자를 형성하는 공정과;상기 에피층 상에 산화막을 형성하는 공정과;상기 실리콘 웨이퍼의 백면 각 모서리부에 감광막 패턴을 형성하는 공정과; 상기 감광막 패턴을 마스크로 이용하여 상기 실리콘 웨이퍼와 상기 에피층을 식각하여 측면이 오픈된 구조의 요홈부를 형성하고, 상기 감광막 패턴을 제거하는 공정과;상기 산화막 상의 소정 부분에 폴리실리콘층을 형성하는 공정; 및불순물 이온 주입 공정을 통해 상기 폴리실리콘층 내부 소정 부분에 제 2 저항 단자를 형성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 압력센서 제조방법.
- 제 6항에 있어서, 상기 산화막은 "열산화막/CVD 산화막"의 적층 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 압력센서 제조방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 열산화막은 0.1㎛ 이하의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 압력센서 제조방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 CVD 산화막은 10 ~ 15㎛의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 압력센서 제조방법.
- 제 6항에 있어서, 상기 폴리실리콘층은 0.3 ~ 0.5㎛의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 압력센서 제조방법.
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