KR100612203B1 - Temperature sensor - Google Patents

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Abstract

기판상에 마련되며, 온도변화에 대해 일정한 저항값을 유지하도록 일정 크기의 온도계수(TCR)를 가지는 제1저항층과; 제1저항층에 직렬 연결되며, 온도변화에 따라 저항값이 변화하도록 가변되는 온도계수(TCR)를 가지는 제2저항층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 저항성 온도센서가 개시된다.A first resistance layer provided on the substrate and having a predetermined temperature coefficient (TCR) to maintain a constant resistance value against temperature change; Disclosed is a resistive temperature sensor comprising: a second resistive layer connected in series with a first resistive layer, the second resistive layer having a temperature coefficient (TCR) which is varied to change a resistance value in response to a temperature change.

온도센서, 저항, 폴리실리콘, 온도계수Temperature sensor, resistance, polysilicon, temperature coefficient

Description

온도센서{Temperature sensor}Temperature sensor {Temperature sensor}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서를 도시한 도면,1 is a view showing a temperature sensor according to an embodiment of the present invention,

도 2는 도 1에 도시된 온도센서를 설명하기 위한 등가회로도,2 is an equivalent circuit diagram illustrating the temperature sensor shown in FIG. 1;

도 3a 내지 도 3f는 도 1에 도시된 온도센서의 제조방법을 설명하기 위한 도면.3a to 3f are views for explaining the manufacturing method of the temperature sensor shown in FIG.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

10..기판 20..절연층10. Substrate 20. Insulation layer

30..온도센서 40..폴리실리콘층30. Temperature sensor 40. Polysilicon layer

41..제1저항층 43..제2저항층41 .. First resistive layer 43. Second resistive layer

45..전극패드 51,52,53..제1, 제2 및 제2전극단자45. Electrode pads 51, 52, 53. First, second and second electrode terminals

]60..전압공급부 70..전압측정부] 60. Voltage supply part 70. Voltage measurement part

80..제1보호막 90..제2보호막80..First protective film 90..Second protective film

본 발명은 온도센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 MEMS(Micro Electro Mechanical System)에 적용 가능한 온도센서에 관한 것이다.The present invention relates to a temperature sensor, and more particularly to a temperature sensor applicable to the MEMS (Micro Electro Mechanical System).

MEMS 기술은 기계적 부품들을 반도체공정을 이용하여 전기적 소자로 구현하는 기술로서, 이를 이용하면 수㎛ 이하의 초미세구조를 지닌 기계·장비를 설계할 수 있다는 점에서, 전자·기계·의료·방산 등 전 산업 분야에 엄청난 변혁을 불러올 것으로 예측하고 있다. 특히 최근 각광을 받고 있는 MEMS 기술로 제조된 센서들은, 일반적으로 초소형으로 제조될 수 있으므로, 휴대폰과 같은 각종 소형기기등에 내장되어 다양한 정보를 감지하여 제공한다.MEMS technology is a technology that implements mechanical parts into electrical devices using semiconductor processes.In this way, it is possible to design machines and equipment with ultra-fine structures of several micrometers or less. It is expected to revolutionize the entire industry. In particular, the sensors manufactured by the MEMS technology, which has recently been in the spotlight, are generally manufactured in a very small size, and thus are provided in various small devices such as a mobile phone to sense and provide various information.

한편, 온도 센서는 산업 전반에 걸쳐서 다양하게 이용되고 있다. 예를 들어 에어 컨디셔너, 냉장고 등 가전 제품에서 온도 제어를 위하여 이용될 뿐만 아니라, 반도체 산업과 같은 정밀 산업 등에서도 제품을 정밀하게 생산하기 위하여 필수적으로 이용되고 있다.On the other hand, temperature sensors are used in various ways throughout the industry. For example, it is not only used for temperature control in home appliances such as air conditioners and refrigerators, but is also essential for precise production of products in precision industries such as the semiconductor industry.

현재 사용되어 있는 온도계를 측정원리에 따라 분류하면 다음과 같다.The thermometers currently used are classified according to the measurement principle as follows.

먼저, 열팽창을 이용한 온도계가 있다. 여기에는 기체온도계, 액체온도계, 바이메탈온도계가 있다. 이 중 액체온도계는 수은이나 등유를 사용하는 온도계가 있다. 액주(液 柱)가 붉은 온도계는 예전부터 대부분 알코올온도계(빨간 물감을 들인 알코올을 사용)이었으나, 액주 상부 공간에 응축이 일어나기 쉬워 지시에 오차가 생길 수 있기 때문에 30년 전부터 등유를 사용하게 되었다. 가정용 한란계와 체온계도 이 액체온도계의 하나이다. 또, 이 액체온도계를 사용한 최고최저온도계, 베크만 온도계가 있다. 바이메탈온도계는 열팽창계수가 서로 다른 2종류의 금속판, 즉 구리와 니켈의 박판 2장을 밀착시킨 바이메탈을 사용한다. 이 바이메탈온도계에서는 구리의 팽창계수가 니켈보다 크기 때문에 고온이 되면 니켈판 쪽으로 구부러 지고, 저온이 되면 구리판 쪽으로 구부러지는 원리를 이용하여 온도를 표시한다.First, there is a thermometer using thermal expansion. These include gas thermometers, liquid thermometers, and bimetal thermometers. Among them, the liquid thermometer includes a thermometer using mercury or kerosene. Most of the red thermometers used to be alcohol thermometers have used alcohol thermometers (using alcohol with red paint), but kerosene has been used since 30 years since condensation in the upper part of the liquor can easily occur, causing errors. Household thermometers and thermometers are one of these liquid thermometers. In addition, there is a minimum temperature thermometer and Beckman thermometer using this liquid thermometer. The bimetal thermometer uses a bimetal in which two kinds of metal plates having different thermal expansion coefficients, that is, two sheets of copper and nickel are in close contact with each other. In this bimetal thermometer, the expansion coefficient of copper is larger than that of nickel, so the temperature is displayed using the principle of bending toward the nickel plate at high temperature and bending toward the copper plate at low temperature.

다음으로, 전기저항의 온도변화를 이용한 열저항성 온도계가 있다. 여기에는 저항온도계가 속하는데, 이것은 금속, 반도체의 전기저항값이 온도의존성을 가진다는 점을 이용한 온도계이다.Next, there is a thermal resistance thermometer using the temperature change of the electrical resistance. This includes a resistance thermometer, which uses a temperature dependence of the electrical resistance of metals and semiconductors.

열전쌍온도계는 2종류의 다른 금속 또는 합금철사 양끝을 접촉시켜 전기가 흐르는 루프모양 회로를 만든다. 이렇게 접촉시킨 양끝에 온도차가 주어지면 그 양끝에 열기전력이 발생해서 전류가 흐른다. 이것을 펠티에효과(열전기효과)라고 하는데, 이를 응용한 온도계가 열전쌍온도계이다. 발생한 열기전력의 측정은 전위차계 또는 내부저항이 큰 밀리볼트계로 측정하며 온도-열기전력 보정에서 온도계측에 가장 널리 이용되고 있다. 그 이유는 감습부(感濕部)인 금속접합부 부피가 대단히 작으므로 열용량에 따른 오차가 적으며 열에 대한 응답성이 뛰어난 데에 있다. 이용되는 열정쌍으로서는 백금선, 백금로듐합금선, 구리선, 콘스탄탄선 등이 있다.Thermocouple thermometers make loops of electricity flow by touching two different metal or alloy wires at both ends. Given the difference in temperature at both ends, the thermoelectric power is generated at both ends and current flows. This is called the Peltier effect (thermoelectric effect), and the application of this is a thermocouple thermometer. The measured thermoelectric power is measured with a potentiometer or a millivolt meter with large internal resistance and is most widely used for thermometers in temperature-thermal power calibration. The reason for this is that the volume of the metal joint, which is a moisture sensitive part, is very small, so that the error according to the heat capacity is small and the response to heat is excellent. As a passion pair used, a platinum wire, a platinum rhodium alloy wire, a copper wire, a constantan wire, etc. are mentioned.

그리고, 빛에 따른 색온도계가 있다. 여기에는 광고온계(optical pyrometer;광학고온계라고도 한다)와 복사고온계가 있다. 광고온계는 피측정체의 색온도를 표준색온도와 비교측정함으로써 구하는 방법인데 700 ∼ 2500℃ 정도까지 측정할 수 있다. 복사고온계는 피측정체로부터 복사되는 열에너지를 렌즈 또는 오목거울로 집광하고 초점에 서미스터(주위온도에 민감한 저항기)를 놓아 서미스터의 온도상승에 따른 저항값의 변화를 기준으로 하여 온도를 측정한다. 복사고온계의 하나로서, 적외선에 대한 반도체감온소자를 사용한 서모그래피용 온도계가 있다. 이를 이용하여 인공위성에서 지구의 표면온도 분포나 인체의 피부온도 분포 등을 조사한다.And there is a color thermometer according to the light. These include optical pyrometers and radiation pyrometers. Advertising thermometer is obtained by comparing the color temperature of the object with the standard color temperature, and can measure up to 700 ~ 2500 ℃. Radiation pyrometers collect the thermal energy radiated from the object under measurement with a lens or concave mirror and place a thermistor (a resistor sensitive to ambient temperature) at the focal point and measure the temperature based on the change in the resistance of the thermistor as the temperature increases. As one of the radiation pyrometers, there is a thermometer for thermography using a semiconductor thermosensitive element for infrared rays. Use this to investigate the surface temperature distribution of the earth or the skin temperature distribution of the human body in satellites.

그 밖에 제게르콘온도계와 서모컬러온도계가 있다. 제게르콘온도계는 규산염과 금속산화물을 개어 만든 높이 10cm 정도의 심각뿔이다. 이것은 노(爐) 안의 각곳에 배치하고 가열하여 삼각뿔이 녹는 정도를 살펴 노 안의 온도분포를 조사하는 데에 사용된다. 서모컬러온도계는 시온도료(示溫塗料)라고도 불리는 서모컬러가 색이 변하는 원리를 이용한 온도계이다. 주로 코발트, 크롬 등의 착염(錯鹽)이 온도에 따라 가역적으로 색변화를 일으키는 현상을 이용한 온도계이며 이 재료를 점토와 개어 건조시킨 것을 서모클레이라고 한다. 최근 서모컬러온도계로서 액정(液晶)의 온도특성을 이용한 액정온도계도 나오고 있다.There are also other zegercon and thermo color thermometers. Zegeron thermometer is a serious pyramid of about 10cm in height made of silicate and metal oxide. It is used to examine the temperature distribution in the furnace by placing it in various places in the furnace and heating it to see how the triangular pyramid melts. A thermo color thermometer is a thermometer that uses the principle that the color of a thermo color, also called a visual material, changes color. It is a thermometer using the phenomenon that cobalt, chromium, and other complex salts reversibly change color with temperature, and the material is dried with clay and is called thermocle. Recently, liquid crystal thermometers using the temperature characteristics of liquid crystals have also emerged as thermo color thermometers.

위와 같이 다양한 측정원리에 따른 온도계들 중 열저항성 온도 측정법은, 도체에 있어서 전기저항이 온도의 변화에 따라 변화하는 점을 이용한 것이다. 즉, 단위 온도 변화에 대한 저항 변동율을 안다면 변동되는 저항치 만으로 해당온도를 측정할 수 있다는 점을 이용한 것이다. 여기서, 단위온도에 대한 저항 변동율은 온도계수(TCR: temperature coefficient of resistance)라 하며, 온도 증가시 저항치가 증가하면 정의 온도계수(positive TCR)라 하고, 저항치가 감소하면 부의 온도계수(negative TCR)라고 한다.Among the thermometers according to various measurement principles as described above, the thermal resistance temperature measurement method uses the point that the electrical resistance of the conductor changes with the change of temperature. In other words, if the change rate of resistance to unit temperature change is known, the corresponding temperature can be measured using only the variable resistance value. Here, the rate of change of resistance with respect to the unit temperature is called a temperature coefficient of resistance (TCR), and when the resistance increases with increasing temperature, it is called a positive temperature coefficient (positive TCR), and when the resistance decreases, a negative temperature coefficient (negative TCR) It is called.

주로 온도 측정에 사용되는 금속재질은 정의 온도계수를 갖고 있으며 이중에서도 온도측정에 사용되는 재질은 백금, 니켈, 동 등이 주로 사용된다.Metal materials mainly used for temperature measurement have positive temperature coefficients. Among them, platinum, nickel, and copper are mainly used for temperature measurement.

한편, MEMS 기술에서는 열 저항성 온도센서의 재질로서 폴리실리콘(Polysilicon)이 주로 사용되고 있다. In the MEMS technology, polysilicon is mainly used as a material of a heat resistant temperature sensor.

폴리실리콘의 경우, 양단에 전압을 인가하며, 폴리실리콘이 저항체로 작용하 여 온도변화에 따라서 측정되는 전류값이 다르게 나타난다. 따라서, 인가된 전압에 대응하여 측정되는 전류를 측정함으로써 온도를 측정할 수 있게 된다.In the case of polysilicon, a voltage is applied at both ends, and the polysilicon acts as a resistor, and thus the measured current value varies according to the temperature change. Therefore, the temperature can be measured by measuring the current measured corresponding to the applied voltage.

이러한 폴리실리콘의 경우, 다음과 같은 2가지 TCR 특성을 갖는다. 즉, 도핑(doping)에 의한 저항값을 나타내는 내부격자 저항(Intragrain resistance)에 의하면, 온도가 올라갈 수록 실리콘 격자간의 산란(phonon scattering)이 증가하여 저항값이 커지는 정의 온도계수(positive TCR)를 갖는다.Such polysilicon has the following two TCR characteristics. That is, according to Intragrain Resistance, which represents the resistance value due to doping, the positive temperature coefficient (positive TCR) increases as the temperature increases and the phonon scattering between the silicon lattice increases. .

또한 , 격자 바운더리(grain boundary) 사이의 경계(barrier)에 대한 저항값을 나타내는 격자 바운더리 저항(Grain boundary resistance)에 의하면, 온도가 높아지면 저항값이 작아지는 부의 온도계수(negative TCR)를 갖는다.In addition, the grain boundary resistance, which represents a resistance value to a barrier between grain boundaries, has a negative temperature coefficient (Negative TCR) in which the resistance value decreases as the temperature increases.

따라서, 폴리실리콘의 경우 도핑 농도 및 결정(grain)의 크기를 적절히 제어하여 TCR값 조절과 면저항 값 조절이 가능하다. 상기와 같이 저항형(Resistive type) 온도센서를 사용할 경우, 온도측정감도와 그 정확도가 우수하기 때문에 MEMS 기술에서 많이 사용되고 있으나, 저항형 온도센서는 많은 전력을 소모하기 때문에, 무선기기, 모바일기기 등에 적용하기에는 많은 문제점이 있다.Accordingly, in the case of polysilicon, the TCR value and the sheet resistance value can be controlled by appropriately controlling the doping concentration and the grain size. When using a resistive type temperature sensor as described above, it is widely used in MEMS technology because it is excellent in temperature measurement sensitivity and accuracy, but since the resistive temperature sensor consumes a lot of power, it is used in wireless devices, mobile devices, etc. There are many problems to apply.

또한, 출력전류값을 측정하고, 그 측정된 전류를 전압으로 변화시키는 작업이 필료하므로 복잡한 구성을 갖게 된다.In addition, since the operation of measuring the output current value and changing the measured current into a voltage is necessary, it has a complicated configuration.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전력을 많이 소비하지 않으면서도 온도를 측정할 수 있는 온도센서를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention to provide a temperature sensor that can measure the temperature without consuming a lot of power.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 온도센서는, 기판상에 마련되며, 온도변화에 따른 저항값의 변화율이 미소한 온도계수(TCR)를 가지는 제1저항층과; 상기 제1저항층에 직렬 연결되며, 상기 제1저항층에 비하여 온도변화에 따른 저항값의 변화율이 큰 온도계수(TCR)를 가지는 제2저항층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.The temperature sensor of the present invention for achieving the above object is provided on the substrate, the first resistance layer having a temperature coefficient (TCR) of the change rate of the resistance value according to the temperature change is minute; And a second resistance layer connected in series with the first resistance layer and having a temperature coefficient (TCR) having a large rate of change in resistance value according to temperature change compared to the first resistance layer.

여기서, 상기 제1저항층의 양단에 마련되는 제1 및 제2전극단자와; 상기 제2저항층의 일단에 마련되는 제3전극단자;를 더 포함하는 것이 바람직하다.Here, first and second electrode terminals provided at both ends of the first resistance layer; It is preferable to further include a; third electrode terminal provided at one end of the second resistance layer.

또한, 상기 제1저항층은 상기 제2저항층보다 기본 저항값이 더 큰 것이 좋다.In addition, the first resistance layer may have a larger base resistance than the second resistance layer.

또한, 상기 제1저항층과 상기 제2저항층은 서로 다른 횟수의 도핑공정을 통해 형성된 것이 좋다.In addition, the first resistance layer and the second resistance layer is preferably formed through a different number of doping process.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 온도센서 제조방법은, 기판 상에 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층 상에 폴리실리콘을 증착한 후, 전체면에 걸쳐 소정 물질로 1차 도핑하는 단계; 및 상기 1차 도핑된 폴리실리콘층의 소정 영역을 2차 도핑하는 단계; 및 상기 1차 도핑된 부분의 일부영역과 상기 2차도핑된 영역이 남도록 패터닝하여 제1 및 제2저항층을 형성하는 단계; 및 상기 제1 및 제2저항층에 전극단자를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the temperature sensor manufacturing method of the present invention for achieving the above object, forming an insulating layer on the substrate; Depositing polysilicon on the insulating layer and then first doping with a predetermined material over the entire surface; And second doping a predetermined region of the first doped polysilicon layer; And forming a first and a second resistance layer by patterning the partial region of the first doped portion and the second doped region to remain. And forming electrode terminals on the first and second resistance layers.

여기서, 상기 2차 도핑단계는, 상기 1차 도핑된 폴리실리콘층 상에 제1보호막을 증착한 뒤 상기 제1보호막의 상기 제1저항층에 대응되는 부위를 패터닝하여 제거함으로써 노출시키는 단계; 및 상기 노출된 폴리실리콘층을 도핑하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.The second doping step may include exposing a first passivation layer on the first doped polysilicon layer and then patterning and removing a portion corresponding to the first resistance layer of the first passivation layer; And doping the exposed polysilicon layer.

또한, 상기 제1 및 제2저항층 형성단계는, 상기 제1보호막과 상기 노출된 폴리실리콘 전체면에 걸쳐서 제2보호막을 증착하는 단계; 상기 제1 및 제1저항층의 상부를 덮는 부위를 제외하고 상기 제2보호막의 소정 영역을 패터닝하여 상기 기판을 노출시키는 단계; 및 상기 제1 및 제2보호막을 제거하여 상기 제1 및 제2저항층을 노출시키는 단계;를 포함하는 것이 좋다.The forming of the first and second resistive layers may include depositing a second passivation layer over the entire surface of the first passivation layer and the exposed polysilicon; Exposing the substrate by patterning a predetermined region of the second passivation layer except for portions covering the upper portions of the first and first resistance layers; And exposing the first and second resistive layers by removing the first and second passivation layers.

또한, 상기 전극단자 형성단계는, 상기 제1 및 제2저항층과 상기 노출된 절연층 상에 금속물질을 증착하는 단계; 및 상기 증착된 금속물질을 패터닝하여 제1 및 제2저항층의 일부영역에 전극단자를 마련하는 단계;를 포함하는 것이 좋다.The electrode terminal forming step may include depositing a metal material on the first and second resistance layers and the exposed insulating layer; And patterning the deposited metal material to provide electrode terminals in partial regions of the first and second resistance layers.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described the present invention in more detail.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 저항형 온도센서를 나타내 보인 개략적인 도면이다.1 is a schematic view showing a resistance temperature sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 기판(10) 상에 절연층(20)이 증착되어 있다. 상기 절연층(20) 상부에 온도센서(30)가 형성되어 있다. 온도센서(30)는 제1저항층(41)과 제2저항층(43)을 구비하며, 이 저항층들(41,43)은 단일층의 폴리실리콘층(40)으로서 일체로 구성된다. 즉, 제1 및 제2저항층(41,43) 각각은 폴리실리콘 물질로 형성되며, 서로 직렬 연결되도록 절연층(20) 상에 동일 두께로 형성된다. 상기 제1저항층(41)은 온도변화에 따라 저항값이 미소하게 변하는 즉, 저항값이 거의 변하지 않는 온도계수(TCR)를 가진다. 그리고, 상기 제2저항층(43)은 온도변화에 따라 저항값이 크게 변하되, 상기 제1저항층(41)에 비해 상대적으로 큰 저항값의 변화율을 가지는 온도계수(TCR)를 가진다. 예를 들어, 온도가 1도 변할 때를 기준으로 저항값의 변화 정도가, 제2저항층(43)이 제1저항층(41)에 비해 수십 내지 수백 배가 되도록 설정할 수 있다. 이 경우, 제1저항층(41)은 제2저항층(43)에 비해 매우 작은 비율로 저항값의 크기가 변화되고, 그러한 정도의 변화율은 오차범위 내의 것으로 간주할 수 있다. 따라서, 실질적으로 제1저항층(41)은 제2저항층(43)에 대한 상대적인 기준으로 설정할 때, 온도변화에 대해 저항값이 변하지 않는 것으로 간주할 수 있다. 이와 같이 각 저항층(41,43)이 서로 다른 온도계수를 가지도록 하기 위해서는, 후술하겠지만 제조과정에서 폴리실리콘층(40)에 소정 도핑첨가물질을 1차 또는 2차 도핑(doping) 공정을 통에 각각 다르게 도핑할 수 있다. 본 실시예에서는 제1저항층(41)이 2차 도핑되어 형성되고, 제2저항층(43)은 1차 도핑되어 형성된다. 즉, 첨가물질이 많을 수록 온도변화에 대한 저항값의 변화율이 작은 온도계수를 갖게 된다.Referring to FIG. 1, an insulating layer 20 is deposited on a substrate 10. The temperature sensor 30 is formed on the insulating layer 20. The temperature sensor 30 includes a first resistive layer 41 and a second resistive layer 43, and the resistive layers 41 and 43 are integrally formed as a single polysilicon layer 40. That is, each of the first and second resistance layers 41 and 43 is formed of a polysilicon material, and is formed on the insulating layer 20 to have the same thickness so as to be connected in series with each other. The first resistance layer 41 has a temperature coefficient TCR whose resistance value changes minutely, that is, the resistance value hardly changes as the temperature changes. In addition, the second resistance layer 43 has a large resistance value according to the temperature change, but has a temperature coefficient (TCR) having a change rate of the resistance value relatively larger than the first resistance layer 41. For example, the degree of change in the resistance value on the basis of when the temperature changes by 1 degree may be set so that the second resistance layer 43 is tens or hundreds of times larger than the first resistance layer 41. In this case, the size of the resistance value changes at a very small rate compared to the second resistance layer 43 in the first resistance layer 41, and such a change rate can be regarded as being within an error range. Therefore, when the first resistance layer 41 is substantially set as a relative reference to the second resistance layer 43, it can be regarded that the resistance value does not change with temperature change. As described above, in order to have each of the resistance layers 41 and 43 have different temperature coefficients, a predetermined doping additive is applied to the polysilicon layer 40 through a primary or secondary doping process. Each can be doped differently. In the present embodiment, the first resistive layer 41 is formed by secondary doping, and the second resistive layer 43 is formed by primary doping. In other words, the more additives, the smaller the temperature coefficient of change in the resistance value against temperature change.

또한, 상기 폴리실리콘층(40)은 제2저항층(43)에 연결되는 전극패드층(45)을 가진다. 상기 전극패드층(45)도 제1저항층(41)과 마찬가지로 2차 도핑처리되어 소정 온도계수, 바람직하게는 제1저항층(41)과 동일한 온도계수를 가질 수 있다.In addition, the polysilicon layer 40 has an electrode pad layer 45 connected to the second resistance layer 43. Like the first resistive layer 41, the electrode pad layer 45 may be secondly doped to have a predetermined temperature coefficient, preferably the same temperature coefficient as the first resistive layer 41.

또한, 상기 제1저항층(41)의 양단 상부에는 제1 및 제2전극단자(51,52)가 마련된다. 그리고, 상기 전극패드층(45)의 상부에는 제3전극단자(53)가 형성된다.In addition, first and second electrode terminals 51 and 52 are provided on both ends of the first resistance layer 41. In addition, a third electrode terminal 53 is formed on the electrode pad layer 45.

상기 제1 및 제2저항층(41,43)은 도 2에 도시된 바와 같이, 서로 직렬로 연결된다. 그리고, 각 저항층(41,43)은 각 전극단자들(51,53)을 통해 전압공급부(60)로부터 소정 크기의 전압이 인가되도록 연결된다.The first and second resistance layers 41 and 43 are connected in series with each other, as shown in FIG. 2. Each of the resistor layers 41 and 43 is connected to each other so that a voltage having a predetermined magnitude is applied from the voltage supply unit 60 through the electrode terminals 51 and 53.

따라서, 상기 전압공급부(60)에서 각 저항층(41,42)으로 전압이 인가될 때, 상기 각 전극단자(51,52)에 걸리는 전압을 전압측정부(70)에서 측정하면, 온도변화에 따라서 가변되는 전압값을 산출할 수 있게 된다. 즉, 상기 제2저항층(43)은 온도에 따라 큰 비율로 가변되는 저항값을 가지므로, 제2저항층(43)에 걸리는 전압값이 변하게 되고, 제1저항층(41)에서는 제2저항층(43)에 비해 상대적으로 거의 저항이 변하지 않게 된다. 따라서, 제1저항층(41)의 양단에 걸리는 전압의 변화량으로부터 제2저항층(43)에 전압의 변화량을 검출하고, 검출된 전압을 통해서 제2저항층(43)의 저항 변화값을 산출할 수 있다. 그리고, 변화된 저항값으로부터 온도를 산출해낼 수 있게 된다.Therefore, when voltage is applied from the voltage supply unit 60 to each of the resistance layers 41 and 42, the voltage across the electrode terminals 51 and 52 is measured by the voltage measuring unit 70. Therefore, the variable voltage value can be calculated. That is, since the second resistance layer 43 has a resistance value that varies at a large rate according to temperature, the voltage value applied to the second resistance layer 43 is changed, and the second resistance layer 41 has a second resistance value. Compared to the resistance layer 43, the resistance hardly changes. Accordingly, the amount of change in voltage is detected in the second resistor layer 43 from the amount of change in voltage across the first resistor layer 41, and the resistance change value of the second resistor layer 43 is calculated based on the detected voltage. can do. Then, the temperature can be calculated from the changed resistance value.

여기서, 상기 제1저항층(41)의 기본 저항값을 상기 제2저항층(43)보다 크게 갖도록 형성함으로서, 전압공급부(60)에서 작은 전압을 인가하더라도, 제1저항층(41)에서 기본적으로 큰 출력값을 얻을 수 있으므로, 제2저항층(43)의 온도변화에 따른 변화량을 정밀하게 측정할 수 있게 된다. 따라서, 온도센서를 구동시키기 위한 전력소비를 줄일 수 있게 된다.Here, by forming the basic resistance value of the first resistance layer 41 to be larger than the second resistance layer 43, even if a small voltage is applied from the voltage supply unit 60, the first resistance layer 41 is basically Since a large output value can be obtained, the change amount according to the temperature change of the second resistance layer 43 can be accurately measured. Therefore, power consumption for driving the temperature sensor can be reduced.

상기 제2저항층(43)의 온도계수(TCR)는 부(negative)의 값을 갖거나, 정(positive)의 값을 갖도록 소정 도핑첨가물을 적절히 선택하여 형성할 수 있다.The temperature coefficient TCR of the second resistance layer 43 may be formed by appropriately selecting a predetermined doping additive to have a negative value or a positive value.

상기 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 온도센서 제조방법을 살펴보기로 한다.It looks at the temperature sensor manufacturing method according to an embodiment of the present invention having the above configuration.

먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(10)의 상면에 절연층(20)을 증착한다. 상기 절연층(20)을 증착한 뒤, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 절연층(20)의 상면 전체에 걸쳐서 폴리실리콘(polysilicon)물질을 증착하여 폴리실리콘층(40)을 형성한다. 그리고 나서, 폴리실리콘층(40) 전체를 소정 도핑첨가물질로 1차 도핑한다.First, as shown in FIG. 3A, the insulating layer 20 is deposited on the upper surface of the silicon substrate 10. After depositing the insulating layer 20, as shown in FIG. 3B, a polysilicon material is deposited on the entire upper surface of the insulating layer 20 to form a polysilicon layer 40. Then, the entire polysilicon layer 40 is first doped with a predetermined doping additive.

다음으로, 도 3c에 도시된 바와 같이, 1차 도핑된 폴리실리콘층(40) 위에 제1보호막(80)을 증착한 뒤, 패터닝하여 소정 영역의 폴리실리콘층(40)을 노출시킨다.Next, as shown in FIG. 3C, the first passivation layer 80 is deposited on the first doped polysilicon layer 40, and then patterned to expose the polysilicon layer 40 in a predetermined region.

다음으로, 도 3c에 도시된 바와 같이, 노출된 폴리실리콘층(40)과 제1보호막(80)에 대해서 2차로 소정 도핑물질로 도핑처리한다.Next, as shown in FIG. 3C, the exposed polysilicon layer 40 and the first passivation layer 80 are secondly doped with a predetermined doping material.

그리고 나서, 도 3d에 도시된 바와 같이, 폴리실리콘층(40)의 2차 도핑된 부분과 제1보호막(80) 전체에 걸쳐서 제2보호막(90)을 증착한 뒤 패터닝하여 일부영역을 제거한다. 이 때, 상기 폴리실리콘층(40)과 제2보호막(80)도 일부 영역을 제외하고 제거된다.Then, as illustrated in FIG. 3D, the second passivation layer 90 is deposited over the second doped portion of the polysilicon layer 40 and the entire first passivation layer 80, and then patterned to remove a partial region. . At this time, the polysilicon layer 40 and the second passivation layer 80 are also removed except for some regions.

상기 상태에서, 도 3e에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2보호막(80)(90)을 동시에 제거하여 폴리실리콘층(40)을 노출시킨다. 노출된 폴리실리콘층(40)은 제1 및 제2저항층(41,43)과 전극패드층(45)을 포함한다.In this state, as shown in FIG. 3E, the first and second passivation layers 80 and 90 are simultaneously removed to expose the polysilicon layer 40. The exposed polysilicon layer 40 includes first and second resistance layers 41 and 43 and an electrode pad layer 45.

다음으로, 도 3f에 도시된 바와 같이, 노출된 폴리실리콘층(40)과 절연층(20)의 상부표면 전체에 걸쳐서 금속물질로 증착한 뒤, 패터닝하여 상기 폴리실리콘(40)의 일부영역에만 금속물질을 남겨둔다. 그러면, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제 3전극단자(51,52,53)가 폴리실리콘층(40) 상부 소정 영역에 형성된다.Next, as illustrated in FIG. 3F, a metal material is deposited over the entire upper surface of the exposed polysilicon layer 40 and the insulating layer 20, and then patterned to only a partial region of the polysilicon 40. Leave metal material. Then, as shown in FIG. 1, the first to third electrode terminals 51, 52, and 53 are formed in a predetermined region on the polysilicon layer 40.

한편, 상기와 같은 제조공정 중에, 폴리실리콘층(40)을 1차 및 2차로 도핑하는 과정에서, 도핑첨가물로는 일반적으로 산업전반에서 널리 알려진 다양한 도핑 첨가물질이 사용될 수 있다. On the other hand, during the manufacturing process as described above, in the process of doping the polysilicon layer 40 first and second, as a doping additive, various doping additives generally known in the industry can be used.

그리고, 1차 도핑된 제2저항층(43)은 온도변화게 따라서 그 저항값이 크게 변하도록 제조되는 반면에, 2차 도핑처리된 제1저항층(1)은 바람직하게는 온도변화에 따라 저항값이 거의 변하지 않거나, 변하더라도 오차 범위 내에서 미세하게 변하도록 제작된다.In addition, the first doped second resistive layer 43 is manufactured so that the resistance thereof changes significantly according to the temperature change, while the second doped first resistive layer 1 is preferably changed according to the temperature change. The resistance value is hardly changed or manufactured so that it changes minutely within the error range.

지금까지, 온도변화에 따라 저항값이 변화하는 폴리실리콘물질을 이용한 저항형 온도센서를 제안하고, 이의 구체적인 예를 도시하고 설명하였다. 본 저항형 온도센서는 MEMS(Micro Electro Mechanical System)에 적용이 가능하며, 적용시 우수한 효과를 얻을 수 있다.Until now, a resistance temperature sensor using a polysilicon material whose resistance value changes with temperature change has been proposed, and specific examples thereof have been illustrated and described. This resistance type temperature sensor can be applied to MEMS (Micro Electro Mechanical System), and excellent effect can be obtained when applied.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른, 저항형 온도센서는 온도측정감도와 그 정확도가 우수할 뿐만 아니라, 전력 소모량을 최소화할 수 있게 된다.As described above, the resistance type temperature sensor according to the present invention is not only excellent in temperature measurement sensitivity and accuracy, but also minimizes power consumption.

또한, 본 저항형온도센서는, 구동체를 이용하지 않았기 때문에 교정(calibration)과 제조공정이 용이하다.In addition, this resistance type temperature sensor is easy to calibrate and manufacture because no driving body is used.

Claims (8)

기판상에 마련되며, 온도변화에 따른 저항값의 변화율이 미소한 온도계수(TCR)를 가지는 제1저항층과;A first resistance layer provided on the substrate and having a temperature coefficient (TCR) having a small rate of change in resistance according to temperature change; 상기 제1저항층에 직렬 연결되며, 상기 제1저항층에 비하여 온도변화에 따른 저항값의 변화율이 큰 온도계수(TCR)를 가지는 제2저항층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 저항성 온도센서.And a second resistance layer connected in series with the first resistance layer, the second resistance layer having a temperature coefficient (TCR) having a larger rate of change of resistance value according to temperature change than the first resistance layer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1저항층의 양단에 마련되는 제1 및 제2전극단자와;First and second electrode terminals provided at both ends of the first resistance layer; 상기 제2저항층의 일단에 마련되는 제3전극단자;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저항성 온도센서.And a third electrode terminal provided at one end of the second resistance layer. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제1저항층은 상기 제2저항층보다 기본 저항값이 더 큰 것을 특징으로 하는 저항성 온도센서.The first resistance layer has a resistive temperature sensor, characterized in that the basic resistance value is larger than the second resistance layer. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제1저항층과 상기 제2저항층은 서로 다른 횟수의 도핑공정을 통해 형성된 것을 특징으로 하는 저항성 온도센서.The first resistance layer and the second resistance layer is a resistive temperature sensor, characterized in that formed through a different number of doping process. 기판 상에 절연층을 형성하는 단계;Forming an insulating layer on the substrate; 상기 절연층 상에 폴리실리콘을 증착한 후, 전체면에 걸쳐 소정 물질로 1차 도핑하는 단계; 및Depositing polysilicon on the insulating layer and then first doping with a predetermined material over the entire surface; And 상기 1차 도핑된 폴리실리콘층의 소정 영역을 2차 도핑하는 단계; 및Second doping a predetermined region of the first doped polysilicon layer; And 상기 1차 도핑된 부분의 일부영역과 상기 2차도핑된 영역이 남도록 패터닝하여 제1 및 제2저항층을 형성하는 단계; 및Patterning a portion of the first doped portion and the second doped region to form first and second resistive layers; And 상기 제1 및 제2저항층에 전극단자를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도센서 제조방법.And forming electrode terminals on the first and second resistance layers. 제5항에 있어서, 상기 2차 도핑단계는,The method of claim 5, wherein the second doping step, 상기 1차 도핑된 폴리실리콘층 상에 제1보호막을 증착한 뒤 상기 제1보호막의 상기 제1저항층에 대응되는 부위를 패터닝하여 제거함으로써 노출시키는 단계; 및Depositing a first passivation layer on the first doped polysilicon layer and then patterning and removing a portion corresponding to the first resistance layer of the first passivation layer to expose the first passivation layer; And 상기 노출된 폴리실리콘층을 도핑하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도센서 제조방법. Doping the exposed polysilicon layer; temperature sensor manufacturing method comprising a. 제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2저항층 형성단계는,The method of claim 6, wherein the first and second resistance layer forming step, 상기 제1보호막과 상기 노출된 폴리실리콘 전체면에 걸쳐서 제2보호막을 증착하는 단계;Depositing a second passivation layer over the entire surface of the first passivation layer and the exposed polysilicon; 상기 제1 및 제1저항층의 상부를 덮는 부위를 제외하고 상기 제2보호막의 소정 영역을 패터닝하여 상기 기판을 노출시키는 단계; 및Exposing the substrate by patterning a predetermined region of the second passivation layer except for portions covering the upper portions of the first and first resistance layers; And 상기 제1 및 제2보호막을 제거하여 상기 제1 및 제2저항층을 노출시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도센서 제조방법.Exposing the first and second resistive layers by removing the first and second passivation layers. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 5 to 7, 상기 전극단자 형성단계는,The electrode terminal forming step, 상기 제1 및 제2저항층과 상기 노출된 절연층 상에 금속물질을 증착하는 단계; 및Depositing a metal material on the first and second resistive layers and the exposed insulating layer; And 상기 증착된 금속물질을 패터닝하여 제1 및 제2저항층의 일부영역에 전극단자를 마련하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도센서 제조방법.And patterning the deposited metal material to provide electrode terminals in partial regions of the first and second resistive layers.
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