KR100622704B1 - 압력 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압력 센서에 관한 것으로서, 해결하고자 하는 기술적 과제는 다이아프레임에 다수의 압저항 및 메탈 라인을 형성하고, 트리밍을 통하여 압력 범위를 조절할 수 있는 압력 센서를 제공하는데 있다.
이를 해결하기 위해 본 발명에 의한 해결 방법의 요지는 하면에 이방성 에칭에 의해 요홈이 형성된 반도체 기판과, 반도체 기판의 상면에 일정 두께로 형성된 다이아프레임과, 다이아프레임의 네방향에 각각 일렬로 배열되어 형성된 다수의 압저항과, 각 압저항의 양단에 연결되어 외측 방향으로 일정길이 연장된 제1배선 라인과, 다수의 제1배선 라인에 공통으로 연결되어 외측 방향으로 일정 길이 연장된 제2배선 라인으로 이루어진 압력센서가 개시된다.
압력센서, 다이아프레임, 압저항, 메탈 라인, 반도체 기판

Description

압력 센서{Pressure sensor for measuring multi-pressure}
도 1a는 종래의 일반적인 압력 센서를 도시한 평면도이고, 도 1b는 도 1a의 1-1선 단면도이다.
도 2a는 본 발명에 의한 압력 센서를 도시한 평면도이고, 도 2b는 도 2a의 2-2선 단면도이다.
도 3a는 본 발명에 의한 압력 센서를 저압용으로 사용하기 위한 메탈 라인의 트리밍 상태를 도시한 평면도이고, 도 3b는 중압용으로 사용하기 위한 트리밍 상태를 도시한 평면도이며, 도 3c는 고압용으로 사용하기 위한 트리밍 상태를 도시한 평면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100; 본 발명에 의한 압력 센서
110; 반도체 기판 112; 요홈
120; 다이아프레임 130; 압저항
131; 저압용 압저항 132; 중압용 압저항
133; 고압용 압저항 140; 제1배선 라인
141; 도전 라인 142; 메탈 라인
150; 제2배선 라인 160; 본딩 패드
본 발명은 압력 센서에 관한 것으로서, 보다 상세히는 다이아프레임에 다수의 압저항 및 메탈 라인을 형성하고, 트리밍을 통하여 압력 범위를 조절할 수 있는 압력 센서에 관한 것이다.
일반적으로 압력 센서는 반도체 기판의 표면에 확산이나 이온주입 방법 등으로 다수의 압저항을 형성함으로써, 외부로부터 발생되는 압력에 의해 상기 압저항의 저항값 변화(전압값 변화)를 유도하여 압력을 측정하고 있다. 이러한 압력센서는 자동차의 MAP 센서, 혈압센서 및 산업용 센서 등으로 매우 폭넓게 이용되고 있으며, 이를 도 1a 및 도 도1b를 참조하여 설명하면 아래와 같다.
도시된 바와 같이 종래의 압력 센서(100')는 하면에 이방성 에칭에 의해 요홈(112')이 형성된 반도체 기판(110')과, 그 상면에 일정 두께로 형서된 다이아프레임(120')과, 상기 다이아프레임(120')에 확산 또는 이온주입에 의해 형성된 다수의 압저항(130')과, 상기 압저항(130')을 대략 휘스톤 브리지 형태로 상호 연결하는 다수의 배선 라인(140')과, 상기 배선 라인(140')의 단부에 형성되어 차후 패키지와 와이어 본딩되는 본딩 패드(160')로 이루어져 있다.
이러한 압력센서(100')는 주지된 바와 같이 상기 다이아프레임(120')에 소정 압력이 가해질 경우, 그 다이아프레임(120')이 변형되고, 이에 따라 그 다이아프레임(120')에 형성된 다수의 압저항(130')에서 발생하는 저항값(전압값)이 변하게 되 며, 이러한 변화된 값을 증폭 및 연산 처리함으로써, 일정 범위의 압력을 감지하고 있다.
한편, 이러한 압력센서는 사용하고자 하는 압력 범위마다 상술한 다이아프레임의 두께 및 압저항의 농도에 차이를 두어 제조하고 있다. 예를 들어, 저압(예를 들면 0~20KPa) 범위의 압력을 측정하는 압력 센서의 경우에는 다이아프레임의 두께가 상대적으로 얇게 형성된다. 또한, 중압(예를 들면 20~1000KPa) 범위의 압력을 측정하는 압력 센서의 경우에는 다이아프레임의 두께가 상대적으로 약간 두껍게 형성된다. 물론, 고압(예를 들면 1000Kpa 이상) 범위의 압력을 측정하는 압력 센서의 경우에는 상기 다이아프레임의 두께가 가장 두껍게 형성된다.
따라서, 종래에는 사용하고자 하는 압력 범위에 따라 상기 다이아프레임의 두께 및/또는 압저항의 농도를 모두 다르게 설계하고, 또한 제조시 공정 조건을 각각 다르게 제어해야 함으로써, 제조 공정이 복잡해지고 또한 어려운 문제가 있다.
더불어, 하나의 웨이퍼에서 압력 센서는 수천~수만개가 제조되는데, 이러한 하나의 웨이퍼에서 저압, 중압 또는 고압중 선택된 어느 한 범위의 압력 센서만이 제조되기 때문에, 수요가 별로 없는 범위의 압력 센서인 경우에도 웨이퍼가 전체로 사용되어야 함으로써, 웨이퍼가 과도하게 낭비되는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 다이아프레임에 다수의 압저항 및 메탈 라인을 배치하고, 트리밍을 통하여 압력 범위를 조절함으로써, 공정을 단순화시킬 수 있는 압력 센서를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 압력 센서는 하면에 이방성 에칭에 의해 요홈이 형성된 반도체 기판과, 반도체 기판의 상면에 일정 두께로 형성된 다이아프레임과, 다이아프레임의 네방향에 각각 일렬로 배열되어 형성된 다수의 압저항과, 각 압저항의 양단에 연결되어 외측 방향으로 일정길이 연장된 제1배선 라인과, 다수의 제1배선 라인에 공통으로 연결되어 외측 방향으로 일정 길이 연장된 제2배선 라인으로 이루어질 수 있다.
여기서 상기 요홈은 평면상 네 개의 변을 갖는 사각 형태로 형성되고, 상기 각 변의 중앙과 대응되는 다이아프레임에 다수의 압저항이 배열될 수 있다.
또한, 상기 압저항은 상기 변의 내측과 대응되는 영역에 형성된 저압용 압저항과, 상기 변과 대응되는 영역에 형성된 중압용 압저항과, 상기 변의 외측과 대응되는 영역에 형성된 고압용 압저항으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 저압용 압저항, 중압용 압저항 및 고압용 압저항은 각각 양단에 제1배선 라인이 연결되고, 상기 각각의 제1배선 라인은 제2배선 라인에 모두 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1배선 라인은 상기 각 압저항과 연결되도록 이온 주입에 의해 형성된 도전라인과, 상기 도전라인과 제2배선 라인 사이에 형성되며 메탈 증착에 의해 형성된 메탈 라인으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 메탈 라인중 중압용 압저항 및 고압용 압저항에 연결된 메탈 라인이 트리밍되어, 저압용 압저항만 작동될 수 있다.
또한, 상기 메탈 라인중 저압용 압저항 및 고압용 압저항에 연결된 메탈 라인이 트리밍되어, 중압용 압저항만 작동될 수 있다.
또한, 상기 메탈 라인중 저압용 압저항 및 중압용 압저항에 연결된 메탈 라인이 트리밍되어, 고압용 압저항만 작동될 수 있다.
또한, 상기 제2배선 라인에는 패키지와 와이어 본딩되도록 본딩 패드가 각각 형성될 수 있다.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 압력 센서는 하나의 공정에서 저압용, 중압용 및 고압용 압력 센서를 모두 제조하고, 와이어 본딩 공정 전이나 또는 패키징 공정 전에 필요없는 부분의 메탈 라인을 트리밍하여 제거함으로써, 실제 측정하고자 하는 압력 범위에 알맞은 압력 센서를 간단하게 제조할 수 있게 된다. 예를 들어, 저압용 압력센서로 이용하고자 할 경우에 중압용 압저항 및 고압용 압저항에 연결된 메탈 라인을 제거하면, 저압용 압저항만이 작동하게 됨으로써, 결국 저압용 압력센서로 이용할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 압력에 따라 다이아프레임 내의 응력 분포가 다르게 나타난다는 점에 착안하여, 각 압력 범위에 따라 다이아프레임의 두께를 변화시키지 않고, 압저항의 위치만을 적절히 변경하여 제조함으로써, 제조 공정이 단순해지고 또한 공정 관리도 편리해진다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2a를 참조하면, 본 발명에 의한 압력 센서의 평면도가 도시되어 있고, 도 2b를 참조하면, 도 2a의 2-2선 단면도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 압력 센서(100)는 반도체 기판(110)과, 상기 반도체 기판(110) 위에 형성된 다이아프레임(120)과, 상기 다이아프레임(120) 표면에 형성된 다수의 압저항(130)과, 상기 각 압저항(130)에 연결된 제1배선 라인(140)과, 상기 각 제1배선 라인(140)이 공통으로 연결된 제2배선 라인(150)과, 상기 제2배선 라인(150)에 연결된 본딩패드(160)로 이루어져 있다.
상기 반도체 기판(110)은 통상의 P형 또는 N형 실리콘 기판일 수 있으며, 하면에는 이방성 에칭 방법에 의해 단면상 대략 사다리꼴의 요홈(112)이 형성되어 있다. 또한, 이러한 요홈(112)은 평면상 대략 네 개의 변을 갖는 사각 형태일 수 있다.
상기 다이아프레임(120)은 상기 반도체 기판(110)의 상면에 형성되어 있으며, 이는 상기 반도체 기판(110)과 반대로 N형 또는 P형의 에피택셜층일 수 있다.
상기 다수의 압저항(130)은 상기 다이아프레임(120)의 표면에 일정 농도 및 깊이로 불순물이 이온주입되어 형성되어 있다. 즉, 상기 요홈(112)의 각 변과 대응되는 중앙에 저압용 압저항(131), 중압용 압저항(132) 및 고압용 압저항(133)이 일렬로 배열되어 형성되어 있다.
좀더 구체적으로, 상기 저압용 압저항(131)은 요홈(112)의 각 변 내측과 대응되는 다이아프레임(120)의 표면에 형성함이 좋다. 즉, 상기 다이아프레임(120)중 외압에 가장 민감하게 반응하는 영역이 상기 각 변의 내측 영역이기 때문에, 이러 한 영역에 저압용 압저항(131)을 형성해야지만 저압을 적절하게 감지할 수 있게 된다. 물론, 이러한 저압용 압저항(131)은 상기 요홈(112)의 네변 내측 영역에 4개가 형성되어 있다.
또한, 상기 중압용 압저항(132)은 요홈(112)의 각변과 대응되는 다이아프레임(120)의 표면에 형성함이 좋다. 즉, 상기 다이아프레임(120)중 외압에 대략 중간 정도로 반응하는 영역이 상기 각변 영역이기 때문에, 이러한 영역에 중압용 압저항(132)을 형성해야지만 중압을 적절하게 감지할 수 있게 된다. 물론, 중압용 압저항(132)은 상기 요홈(112)의 네변 중앙에 4개가 형성되어 있다.
더불어, 상기 고압용 압저항(133)은 요홈(112)의 각변 외측과 대응되는 다이아프레임(120)의 표면에 형성함이 좋다. 즉, 상기 다이아프레임(120)중 외압에 가장 둔감하게 반응하는 영역이 상기 각변 외측 영역이기 때문에, 이러한 영역에 고압용 압저항(133)을 형성해지만 고압을 적절하게 감지할 수 있게 된다. 물론, 고압용 압저항(133)은 상기 요홈(112)의 네변 외측에 4개가 형성되어 있다.
한편, 한변의 저압용 압저항(131), 중압용 압저항(132) 및 고압용 압저항(133)은 대략 일렬로 배열되어 있으며, 이러한 저압용 압저항(131), 중압용 압저항(132) 및 고압용 압저항(133)은 일례로 붕소(B) 등이 저농도로 이온주입되어 형성된 고저항 영역이다.
상기 다수의 제1배선 라인(140)은 상기 압저항(130) 즉, 저압용 압저항(131), 중압용 압저항(132) 및 고압용 압저항(133)의 양단에 각각 연결된 동시에 타단은 상술한 제2배선 라인(150)에 연결되어 있다. 좀더 구체적으로, 상기 제1배 선 라인(140)은 상기 압저항(130)에 직접 연결되어 있되, 이온 주입에 의해 형성된 도전 라인(141)과, 상기 도전 라인(141)과 제2배선 라인(150) 사이에 형성된 메탈 라인(142)으로 이루어져 있다. 이러한 메탈 라인(142)은 차후 레이저나 핀셋 등에 의해 물리적으로 트리밍 가능한 영역이다. 여기서, 상기 도전 라인(141)은 예를 들면 붕소(B) 등이 고농도로 이온주입되어 형성된 저저항 영역이다. 또한, 상기 메탈 라인(142)은 통상의 알루미늄, 구리 또는 그 등가물이 증착 공정에 의해 형성된 것이며, 이러한 메탈 라인(142) 역시 저저항 영역이다.
상기 제2배선 라인(150)은 상기 다수의 제1배선 라인(140)이 공통으로 연결되어 있으며, 외측으로 일정 길이 연장되어 있다. 즉, 상기 저압용 압저항(131), 중압용 압저항(132) 및 고압용 압저항(133)에 연결된 제1배선 라인(140)이 모두 하나의 제1배선 라인(140)에 공통으로 연결되어 있다. 물론, 이러한 제2배선 라인(150) 역시 통상의 알루미늄, 구리 또는 그 등가물이 증착 공정에 의해 형성된 것이며, 이러한 제2배선 라인(150) 역시 저저항 영역이다.
마지막으로, 상기 본딩패드(160)는 각각의 제2배선 라인(150)의 끝단에 형성되어 있으며, 이는 차후 패키징 공정에서 골드 와이어 등과 전기적으로 연결되는 부분이다. 물론, 이러한 본딩패드(160)는 상기 제2배선 라인(150)과 같은 알루미늄, 구리 또는 그 등가물로 형성가능하며 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
도 3a를 참조하면, 본 발명에 의한 압력 센서를 저압용으로 사용하기 위한 메탈 라인의 트리밍 상태가 도시되어 있고, 도 3b를 참조하면, 중압용으로 사용하 기 위한 트리밍 상태가 도시되어 있으며, 도 3c를 참조하면, 고압용으로 사용하기 위한 트리밍 상태가 도시되어 있다.
이와 같은 메탈 라인(142)의 트리밍은 통상 와이어 본딩 공정 전이나 또는 패키징 공정 전에 레이저 또는 핀셋 등으로 수행될 수 있다.
먼저, 본 발명에 의한 압력 센서(100)를 저압용으로 사용하기 위해서는 도 3a에 도시된 바와 같이 모든 중압용 압저항(132) 및 고압용 압저항(133)에 연결된 일측의 메탈 라인(142)을 트리밍하여 제거한다. 즉, 중압용 압저항(132) 및 고압용 압저항(133)과 그것에 연결된 메탈 라인(142)을 전기적으로 분리한다. 이와 같은 트리밍에 의해, 상기 중압용 압저항(132) 및 고압용 압저항(133)으로부터는 전기적 신호가 출력되지 않게 된다. 따라서, 온전하게 전기적으로 연결된 저압용 압저항(131)으로부터만 전기적 신호가 출력되며, 이를 증폭 및 연산하여 저압용 압력 센서(100)로 이용할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 의한 압력 센서(100)를 중압용으로 사용하기 위해서는 도 3b에 도시된 바와 같이 모든 저압용 압저항(131) 및 고압용 압저항(133)에 연결된 일측의 메탈 라인(142)을 트리밍하여 제거한다. 즉, 저압용 압저항(131) 및 고압용 압저항(133)과 그것에 연결된 메탈 라인(142)을 전기적으로 분리한다. 이와 같은 트리밍에 의해, 상기 저압용 압저항(131) 및 고압용 압저항(133)으로부터는 전기적 신호가 출력되지 않게 된다. 따라서, 온전하게 전기적으로 연결된 중압용 압저항(132)으로부터만 전기적 신호가 출력되며, 이를 증폭 및 연산하여 중압용 압력 센서(100)로 이용할 수 있게 된다.
더불어, 본 발명에 의한 압력 센서(100)를 고압용으로 사용하기 위해서는 도 3c에 도시된 바와 같이 모든 저압용 압저항(131) 및 중압용 압저항(132)에 연결된 일측의 메탈 라인(142)을 트리밍하여 제거한다. 즉, 저압용 압저항(131) 및 중압용 압저항(132)과 그것에 연결된 메탈 라인(142)을 전기적으로 분리한다. 이와 같은 트리밍에 의해, 상기 저압용 압저항(131) 및 중압용 압저항(132)으로부터는 전기적 신호가 출력되지 않게 된다. 따라서, 온전하게 전기적으로 연결된 고압용 압저항(133)으로부터만 전기적 신호가 출력되며, 이를 증폭 및 연산하여 중압용 압력 센서(100)로 이용할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 압력 센서는 하나의 공정에서 저압용, 중압용 및 고압용 압력 센서를 모두 제조하고, 와이어 본딩 공정 전이나 또는 패키징 공정 전에 필요없는 부분의 메탈 라인을 트리밍하여 제거함으로써, 실제 측정하고자 하는 압력 범위에 알맞은 압력 센서를 간단하게 제조할 수 있게 된다. 예를 들어, 저압용 압력센서로 이용하고자 할 경우에 중압용 압저항 및 고압용 압저항에 연결된 메탈 라인을 제거하면, 저압용 압저항만이 작동하게 됨으로써, 결국 저압용 압력센서로 이용할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 압력에 따라 다이아프레임 내의 응력 분포가 다르게 나타난다는 점에 착안하여, 각 압력 범위에 따라 다이아프레임의 두께를 변화시키지 않고, 압저항의 위치만을 적절히 변경하여 제조함으로써, 제조 공정이 단순해지고 또한 공정 관리도 편리해진다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 압력 센서를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 하면에 이방성 에칭에 의해 요홈이 형성된 반도체 기판과,
    상기 반도체 기판의 상면에 일정 두께로 형성된 다이아프레임과,
    상기 다이아프레임의 네방향에 각각 일렬로 배열되어 형성된 다수의 압저항과,
    상기 각 압저항의 양단에 연결되어 외측 방향으로 일정길이 연장된 제1배선 라인과,
    상기 다수의 제1배선 라인에 공통으로 연결되어 외측 방향으로 일정 길이 연장된 제2배선 라인을 포함하고,
    상기 요홈은 평면상 네 개의 변을 갖는 사각 형태로 형성되고, 상기 각 변의 중앙과 대응되는 다이아프레임 및 그 주변에 다수의 압저항이 배열되어 있되, 상기 압저항은 상기 변의 내측과 대응되는 영역에 형성된 저압용 압저항과, 상기 변과 대응되는 영역에 형성된 중압용 압저항과, 상기 변의 외측과 대응되는 영역에 형성된 고압용 압저항으로 이루어진 것을 특징으로 하는 압력 센서.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 저압용 압저항, 중압용 압저항 및 고압용 압저항은 각각 양단에 제1배선 라인이 연결되고, 상기 각각의 제1배선 라인은 제2배선 라인에 모두 연결된 것을 특징으로 하는 압력 센서.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제1배선 라인은 상기 각 압저항과 연결되도록 이온 주입에 의해 형성된 도전라인과, 상기 도전라인과 제2배선 라인 사이에 형성되며 메탈 증착에 의해 형성된 메탈 라인으로 이루어진 것을 특징으로 하는 압력 센서.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 메탈 라인중 중압용 압저항 및 고압용 압저항에 연결된 메탈 라인이 트리밍되어, 저압용 압저항만 작동됨을 특징으로 하는 압력 센서.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 메탈 라인중 저압용 압저항 및 고압용 압저항에 연결된 메탈 라인이 트리밍되어, 중압용 압저항만 작동됨을 특징으로 하는 압력 센서.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 메탈 라인중 저압용 압저항 및 중압용 압저항에 연결된 메탈 라인이 트리밍되어, 고압용 압저항만 작동됨을 특징으로 하는 압력 센서.
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