KR100411715B1 - 페하미터의 기준전극 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 페하미터의 은/염화은(Ag/AgCl)을 이용한 기준전극의 형성 과정에서 전극 형성 부위에 대한 은/염화은 전극의 증착 공정의 어려움과 형성에 따른 안정성을 갖도록 하는 페하미터의 기준전극 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 이를 구현하기 위한 본 발명의 구성은, 식각 공정에 의해 실리콘 웨이퍼의 소정 부위가 캐비티로 형성되고, 상기 캐비티에 의해 돌출된 형성상을 이루는 소정 부위에 도전성 박막이 증착되어 이루어지는 페하미터의 기준전극에 있어서, 상기 도전성 박막은 몰리브덴과 티타늄이 순차적으로 증착되는 티타늄/몰리브덴(Ti/Mo) 전극으로 형성됨을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 의하면, 식각액에 대하여 내식성이 강한 티타늄/몰리브덴(Ti/Mo) 소재가 사용됨에 의해 식각 공정 이전에 전극층을 형성하게 되고, 이러한 전극층이 형성된 그 사이 공간을 식각하도록 함으로써 그 제조 과정이 보다 용이하고, 보다 안정적으로 구조를 이루는 효과가 있다.

Description

페하미터의 기준전극 및 그 제조방법{standard electrode of pH-equipment and manufacturing method there of}

본 발명은 페하미터의 기준전극 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 페하미터의 은/염화은(Ag/AgCl)을 이용한 기준전극의 형성 과정에서 전극 형성 부위에 대한 은/염화은 전극의 증착 공정의 어려움과 형성에 따른 안정성을 갖도록 하는 페하미터의 기준전극 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 수소이온농도(이하, 페하(pH)라 한다)는, 농경학, 화학, 생물학등에 널리 사용되는 용어로서, 용액 1ℓ당 약 1∼10^-14g 당량의 수소이온 농도값을 0∼14의 숫자로 전환하여 나타낸 것으로서, pH의 측정은 통상 시료용액에 있는 두 전극 사이의 기전력 차이를 pH 값으로 바꾸는 pH미터에 의해 이루어진다.

이러한 pHalxj는 전압계와 연결된 pH 감응전극과 기준전극으로 구성되며, 여기서 pH 감응전극은 유리전극이고, 기준전극은 보통 칼로멜(carmel)(수은-염화수은)전극 또는 은-염화은(Ag/AgCl)전극이 사용된다.

이들 두 js극은 시료용액에 침지됨으로써 전지로서 작용하게 되고, 유리전극은 용액에서 수소이온 활동도와 직접 관련된 전위를 발생시키게 되며, 전압계는 유리전극과 기준전극 사이의 전위차를 측정하게 됨으로써 이를 통해 pH 값을 산출하게 된다.

여기서, 상술한 기준전극의 종래 기술은 주로 은-염화은 전극 구조로서 그 제조과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 실리콘 웨이퍼 상에 포토레지스터를 도포하고, 그 전면에 대하여 전극부 형성 부위를 제외한 나머지 부위에 포토레지스터를 제거토록 노광 및 현상함으로써 소정 패턴을 형성한다.

이어 패턴 형성에 의해 노출되는 실리콘 웨이퍼 부위를 식각(etching)함으로써 검출부 및 기준전극부를 보다 돌출된 형상에 있도록 그 사이 공간에 캐비티(cavity)를 형성하고, 이에 따른 검출부 및 기준전극부 상에 은과 염화은을 순차적으로 증착하여 형성하게 된다.

이때 은-염화은이 기준전극 부위에만 증착이 이루어지도록 하기 위하여 새도우마스크(shadow mask)를 사용하게 된다.

그러나, 상술한 바와 같이, 은/염화은 증착에 따른 새도우마스크와 실리콘 웨이퍼 상의 기준전극부 간에는 상호 정확히 정렬될 것이 요구되며, 그 정렬 과정과 정렬된 상태의 새도우 마스크를 고정 위치시키기 어려운 문제가 있었다.

또한, 은/염화은을 증착하는 공정은 통상 식각 공정시 식각액에 의해 은/ 염화은이 식가되어 전극부로부터 들뜨는 문제가 있으며, 이에 따라 전극부의 돌출된 부위와 캐비티 사이의 경계인 모서리 부위에서 은/염화은 전극층 형상이 불안정한 상태를 이루는 등의 문제가 있었다.

그리고, 은/염화은 전극층은 실리콘 웨이퍼와의 접촉면에 대한 접합 정도가 미약하여 들뜸 현상을 유발하고, 또 이후 외부전극과의 연결을 위한 와이어 본딩 공정에서 알루미늄 와이어와의 접착 접속성이 미약한 문제가 있었다.

본 발명의 목적은, 종래 문제점의 해결하기 위한 것으로서, 식각액에 대하여 내식성이 강한 티타늄/몰리브덴(Ti/Mo)을 식각 공정 이전에 형성하여 그 사이 공간을 식각하도록 함으로써 용이하게 제조될 수 있도록 하고, 보다 안정적인 전극을 형성하도록 하는데 있는 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 페하미터의 전극부 구성 관계를 계략적으로 나타낸 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 그 제조 과정을 나타낸 순서도이다.

도 3은 도 2의 과정을 통해 제작된 페하미터의 전극부 구성 관계를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 페하미터의 기준전극의 구성은, 식각 공정에 의해 실리콘 웨이퍼의 소정 부위가 캐비티로 형성되고, 상기 캐비티에 의해 돌출된 형성상을 이루는 소정 부위에 도전성 박막이 증착되어 이루어지는 페하미터의 기준전극에 있어서, 상기 도전성 박막은 몰리브덴과 티타늄이 순차적으로 증착되는 티타늄/몰리브덴(Ti/Mo) 전극으로 형성됨을 특징으로 한다.

실리콘 웨이퍼의 표면 소정 부위에 볼리브덴(Mo)층을 증착공정을 통해 증착 형성하는 단계와; 상기 몰리브덴(Mo)층 표면에 티타늄(Ti)층을 증착 공정을 통해 증착 형성하는 단계와; 상기 티타늄/몰리브덴 층이 형성된 외주연 소정 부위에 식각액으로 식각하여 캐비티를 형성하는 단계와; 상기 캐비티에 염화칼륨(KCl)을 충진하는 단계; 및 상호 이웃하는 상기 티타늄/몰리브덴 층 가장자리 부위를 포함하여 그 사이의 염화칼륨을 밀봉토록 커버하는 단계;를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 증착 공정은 스퍼터링(sputtering)공정을 이용함이 바람직하다.

그리고, 상기 몰리브덴의 증착 두께는 400∼600Å 정도로 형성되고, 그 위의 상기 티타늄의 증착 두께는 700∼900Å 정도로 증착 형성함이 바람직하다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 페하(pH)미터의 기준전극 및 그 제조방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지준전극의 형성 과정을 나타낸 순서도이고, 도 3은 도 2의 과정을 통해 형성된 티타늄/몰리브덴 전극의 구성 관계를 계략적으로 나타낸 단면도로서, 종래와 동일한 부분에 대하여 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명은, 도 2 또는 도 3에 도시된 기준전극의 형성 과정에서 알 수 있는 바와 같이, 먼저 소정 두께를 갖는 실리콘 웨이퍼의 배면 소정 부위에 통상의 방법으로 불순물(P)을 주입하여 기준전극으로 사용하기 위한 소정 영역을 설정하게 된다.

이후 실리콘 웨이퍼의 전면 소정 부위에 증착공정, 여기서는 스퍼터링(sputtering) 공정을 통해 몰리브덴층을 약 400∼600Å의 두께로 증착 형성하고, 이렇게 증착된 몰리브덴(Mo)층을 커버하는 형상으로 티타늄(Ti)이 상술한 증착 고정을 통해 약 700∼900Å 두께의 층을 이루도록 증착 형성된다.

이때 상술한 몰리브덴 층은 실리콘 웨이퍼와 접촉을 안정적으로 유지시키고, 열팽창율이 낮을 뿐 아니라 특히 화학물질로 이루어진 에칭 용액에 대하여 강한 내식성을 지니는 장점을 지닌다.

그리고, 상술한 티타늄 층은 몰리브덴 층 위에 형성되어 몰리브덴 층에 비교하여 우수한 전기 w3js도도를 이룸에 따라 전극으로서 사용되고, 특히 외부전극과의 연결을 위하여 사용되는 와이어 본딩 공정에서 알루미늄 와이어와 접착 접속성이 우수하게 나타나는 장점이 있다.

한편, 이상의 공정을 통해 티타늄/몰리브덴 층이 형성되고, 이러한 티타늄/몰리브덴 층이 형성되지 않은 실리콘 웨이퍼의 소정 부위를 포토레지스터를 이용한 통상의 방법으로 패턴을 형성한 후 에칭 용액으로 식각하여 요구되는 캐비티를 형성하게 된다.

이때 사용되는 에칭 용액은 수산화칼륨(KOH)과 TMAH 용액이다.

한편, 티타늄/몰리브덴 층은 에칭용액에 대하여 식각되지 않는 특성이 있으므로 식각 공정 이후 티타늄/몰리브덴 층의 형성시 형상을 계속적으로 유지할 수 있게 된다.

이러한 특성을 이용하여, 종래 기술에 따른 제작 과정과는 달리 전극을 식각공정에 의한 캐비티 형성 이전에 형성할 수 있으며, 이에 따라 공정 순서의 변화와 함께 전극이 보다 용이하고 원하는 영역에 형성된다.

이후 상술한 캐비티에 염화칼륨(KCl) 용액을 충진하여 그 위에 에폭시 수지로 밀봉토록 함으로써 페하미터의 기준전극으로 작동할 수 있는 구조를 이루게 된다.

따라서, 본 발명에 의하면, 식각액에 대하여 내식성이 강한 티타늄/몰리브덴(Ti/Mo) 소재가 사용됨에 의해 식각 공정 이전에 전극층을 형성하게 되고, 이러한 전극층이 형성된 그 사이 공간을 식각하도록 함으로써 그 제조 과정이 보다 용이하고, 보다 안정적으로 구조를 이루는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (4)

1. 식각 공정에 의해 실리콘 웨이퍼의 소정 부위가 캐비티로 형성되고, 상기 캐비티에 의해 돌출된 형성상을 이루는 소정 부위에 도전성 박막이 증착되어 이루어지는 페하미터의 기준전극에 있어서, 상기 도전성 박막은 몰리브덴과 티타늄이 순차적으로 증착되는 티타늄/몰리브덴(Ti/Mo) 전극으로 형성됨을 특징으로 하는 페하미터의 기준전극.
2. 실리콘 웨이퍼의 표면 소정 부위에 볼리브덴(Mo)층을 증착공정을 통해 증착 형성하는 단계와; 상기 몰리브덴(Mo)층 표면에 티타늄(Ti)층을 증착 공정을 통해 증착 형성하는 단계와; 상기 티타늄/몰리브덴 층이 형성된 외주연 소정 부위에 식각액으로 식각하여 캐비티를 형성하는 단계와; 상기 캐비티에 염화칼륨(KCl)을 충진하는 단계; 및 상호 이웃하는 상기 티타늄/몰리브덴 층 가장자리 부위를 포함하여 그 사이의 염화칼륨을 밀봉토록 커버하는 단계;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 페하미터의 기준전극 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 증착 공정은 스퍼터링(sputtering)공정임을 특징으로 하는 상기 페하미터의 기준전극 제조방법.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 몰리브덴의 증착 두께는 400∼600Å 정도로 형성되고, 그 위의 상기 티타늄의 증착 두께는 700∼900Å 정도로 증착 형성됨을 특징으로 하는 상기 페하미터의 기준전극 제조방법.