KR100298810B1 - 진공 밀봉형 실리콘 각속도 센서의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초소형 정밀기계 가공기술을 이용하여 실리콘 각속도 센서를 제조할 때 진동체를 유리와의 진공접합을 통하여 진공을 유지되게한 상태에서 각속도 센서를 구동시킴과 아울러 각속도에 의한 신호를 검출함으로서 감도를 향상시킬 수 있는 진공 밀봉형 실리콘 각속도 센서의 제조방법에 관한 것으로,

즉, 다결정 실리콘을 구조물로 사용하여 진동체를 제조한 후 밀봉 영역을 사진 식각 방법으로 정의한 유리를 실리콘 기판과 진공중에 접합하여 제조함에 따라, 소자 제조의 수율을 진공중에서 동작할 때 검출감도 및 안정성을 높이게 된 것이다.

Description

진공 밀봉형 실리콘 각속도 센서의 제조방법

본 발명은 진공 밀봉형 실리콘 각속도 센서의 제조방법, 더욱 상세하게는 초소형 정밀기계 가공기술을 이용하여 실리콘 각속도 센서를 제조할 때 진동체를 유리와의 진공접합을 통하여 진공을 유지되게한 상태에서 각속도 센서를 구동시킴과 아울러 각속도에 의한 신호를 검출함으로서 감도를 향상시킬 수 있는 실리콘 각속도 센서의 제조방법에 관한 것이다.

최근에 초소형 정밀기계 가공기술의 발달과 초소형, 초정밀 센서 및 시스템의 요구가 증가되면서 압력, 힘, 가속도 및 각속도 등의 역학센서의 연구와 개발이 활발하게 진행되고 있다.

이중 각속도계는 차량의 항법장치, 캠코더 등의 손떨림 방지장치, 차량의 자세제어 등에 적용되고 있으며, 이러한 각속도계의 성능 및 수율을 향상시키기 위한 연구가 진행되고 있다.

초소형 정밀기계 가공기술을 이용한 각속도계는 소형화가 가능할 뿐 아니라 제작비용을 절감함과 아울러 기능을 향상시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.

종래의 각속도 센서는 진동체를 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘으로 하여 진동체를 고유 진동수로 구동시키되 최대 진폭을 얻고 각속도에 의하여 발생하는 코리올리의 힘에 의하여 발생하는 변위를 용량변화나 압저항의 변화 등을 이용하여 측정하는 방법을 사용하고 있다.

이러한 각속도 센서는 상온에서의 공기 유체에 의한 스퀴즈 댐핑(squeeze damping)등의 감쇄 현상으로 힌하여 Q-factor가 10-100정도로 낮기 때문에 작은 각속도를 검출할 수 없는 단점이 있다.

상기 단점을 극복하기 위하여 진동체를 진공하에서 구동하기 위한 연구가 진행되고 있으며, 이러한 방법으로는 진동체를 형성한 후 부분 산화 등의 방법으로 진공 밀봉하거나, 화학 기상 증착법으로 실리콘 질화막이나 산화막을 증착하여 진공 밀봉하는 방법이 있다.

그러나 부분 산화를 이용하는 방법은 기판의 물질에 따라 산화 속도가 다르므로, 버드 베익(bird's beak)현상 등의 문제점이 발생하여 사용할 수 있는 소재 및 공정이 제한 되며, 화학 기상 증착법을 이용하여 진공 밀봉하는 방법은 증착된 밀봉층의 내부 응력으로 인하여 진공 밀봉 영역의 크기 등이 제한 된다는 단점이 있다.

본 발명은 위와 같은 종래의 실리콘 각속도 센서 제조시 발생되는 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 미세한 각속도를 검출하여 성능 및 수율을 향상시킬 수 있는 진공 밀봉형 실리콘 각속도 센서의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 기판의 사용소재를 다양화하고 진동체의 구동을 안정화할 수 있는 진공 밀봉형 실리콘 각속도 센서의 제조방법을 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다결정 실리콘을 구조물로 사용하여 진동체를 제조한 후 밀봉 영역을 사진 식각 방법으로 정의한 유리를 실리콘 기판과 진공중에 접합하여 제조함에 따라, 소자 제조의 수율을 진공중에서 동작할 때 검출감도 및 안정성을 높이게 됨을 특징으로 한다.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예의 각속도 센서의 제조방법을 공정별로 예시한 구성도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 실리콘 기판 20 : 산화막

30 : 질화막 40 : 희생층

50 : 진동체 60 : 유리기판

이하, 본 발명의 진공 밀봉형 실리콘 각속도 센서의 제조방법을 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예의 각속도 센서의 제조방법을 공정별로 예시한 구성도로서, 실리콘 기판(10)에 절연층으로서 산화막(20)과 질화막(30)을 형성하되 상기 산화막(20)은 습식 산화법으로 두께약 1㎛으로 하고, 질화막(30)은 화학 기상증착법으로 두께 0.3㎛를 성장한다.

이후, 도 1b를 참조하면, 희생층(40)으로 사용할 산화막을 화학 기상증착법으로 두께 약 1.5㎛를 성장하고, 진동체(50)로 사용할 다결정 실리콘을 두께 약 6㎛로 성장한다.

이어서 도 1c에서와 같이, 사진식각 방법을 이용하여 다결정 실리콘을 식각하고 희생층(40)을 제거하여 진동체 및 구동체 전극을 형성한다.

마지막으로 도 1d에서와 같이, 사진 식각 방법으로 진공 영역을 정의한 파이렉스(pyrex;내열유리) #7740 유리기판(60)과 다결정 실리콘 기판을 진공중에서 접합하여 진공 밀봉된 초소형 각속도 센서를 제조한다.

상기 접합 방법은 양극 접합으로 사용하여 접합온도는 300-500℃, 이때 접합에 사용되는 전압은 800-1000V가 바람직하다.

따라서, 진동체와 진공영역이 정의된 유리기판을 접합하여 진공중에서 동작하게 됨에 따라, 극히 미세한 각속도를 정확하게 검출할 수 있는 것이다.

상기한 바와 같이 본 발명의 진공 밀봉형 실리콘 각속도 센서의 제조방법은 사진 식각 방법으로 진공 영역을 정의한 유리와 진동체가 형성된 실리콘 기판을 진공 중에서 접합함으로서 실리콘 각속도 센서의 감도를 향상시키고 제조된 센서의 안정성 및 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 실리콘 기판(10)에 산화막(20)과 질화막(30)을 절연층으로서 형성하되 상기 산화막(20)은 습식 산화법으로 두께약 1㎛으로 하고 질화막(30)은 화학 기상증착법으로 두께 0.3㎛를 성장하는 단계와;

   희생층(40)으로 사용할 산화막을 화학 기상증착법으로 두께 약 1.5㎛를 성장하되 진동체(50)로 사용할 다결정 실리콘을 두께 약 6㎛로 성장하는 단계와;

   사진식각 방법을 이용하여 다결정 실리콘을 식각하고 희생층(40)을 제거하여 진동체 및 구동체 전극을 형성하는 단계와;

   사진 식각 방법으로 진공 영역을 정의한 파이렉스(pyrex;내열유리) #7740 유리기판(60)과 다결정 실리콘 기판을 진공중에서 접합하여 진공 밀봉된 초소형 각속도 센서를 제조하는 단계로 됨을 특징으로 하는 진공 밀봉형 실리콘 각속도 센서의 제조방법.

Images