KR100655888B1 - Method for Manufacturing Humidity Sensor by using Porous Silicon Layer and Sensor Manufactured by it - Google Patents

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

본 발명은, 다공성 실리콘 층을 이용한 습도 감지용 센서의 제조 방법 및 그에 의해 제조된 센서에 관한 것임.The present invention relates to a method of manufacturing a sensor for sensing humidity using a porous silicon layer, and a sensor manufactured thereby.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제2. The technical problem to be solved by the invention

본 발명은, 다공성 실리콘 및 폴리이미드 박막을 이용하고 초소형 전자정밀기계(micro electro mechanical system; MEMS) 구조의 에칭 영역을 사용함으로써, 센서 외부에 열려진 부분을 없애 사용상의 안정성을 확보하기 위한, 다공성 실리콘 층을 이용한 습도 감지용 센서의 제조 방법 및 그에 의해 제조된 센서를 제공하는데 그 목적이 있음.The present invention utilizes porous silicon and polyimide thin films and uses an etching region of a micro electro mechanical system (MEMS) structure, thereby eliminating open portions on the outside of the sensor to ensure stability in use. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a sensor for sensing humidity using a layer and a sensor manufactured thereby.

3. 발명의 해결방법의 요지3. Summary of Solution to Invention

본 발명은, 다공성 실리콘 층을 이용한 습도 감지용 센서의 제조 방법에 있어서, n 타입의 제 1실리콘 웨이퍼를 에칭하여 제 1경사면을 생성하는 단계, 상기 제 1실리콘 웨이퍼에 p 타입의 확산 영역을 생성하고, 이를 불산에서 전기분해하여 다공성 실리콘층을 생성하여, 상부구조를 구성하는 단계, n 타입의 제 2실리콘 웨이퍼를 에칭하여 제 2경사면을 생성하는 단계, 상기 제 2실리콘 웨이퍼에 p 타입의 확산에 의하여 저항 영역을 생성하고, 이 저항 영역의 외부 연결을 위한 p+ 전극부 및 금속 전극부를 형성하는 단계, 상기 제 2경사면에 폴리이미드를 스핀 코팅하고 경화하여, 하부구조를 구성하는 단계, 및 상기 상부구조 및 상기 하부구조를 접합하는 단계를 포함함.The present invention provides a method of manufacturing a sensor for sensing humidity using a porous silicon layer, the method comprising: etching a n-type first silicon wafer to generate a first sloped surface; generating a p-type diffusion region on the first silicon wafer And forming a porous silicon layer by electrolysis in hydrofluoric acid to form a superstructure, etching the n-type second silicon wafer to generate a second sloped surface, and diffusing p-type to the second silicon wafer. Creating a resistive region, forming a p + electrode portion and a metal electrode portion for external connection of the resistive region , spin coating and curing a polyimide on the second inclined surface to form a substructure; and Bonding the superstructure and the substructure.

4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention

본 발명은 센서 시스템 등에 이용됨.The invention is used in sensor systems and the like.

습도 센서, 다공성 실리콘층, 폴리이미드 박막Humidity Sensor, Porous Silicon Layer, Polyimide Thin Film

Description

다공성 실리콘 층을 이용한 습도 감지용 센서의 제조 방법 및 그에 의해 제조된 센서{Method for Manufacturing Humidity Sensor by using Porous Silicon Layer and Sensor Manufactured by it} Method for manufacturing a sensor for sensing humidity using a porous silicon layer and a sensor manufactured by the same {Method for Manufacturing Humidity Sensor by using Porous Silicon Layer and Sensor Manufactured by it}             

도 1은 본 발명에 따른 다공성 실리콘 층을 이용한 습도 감지용 센서의 일실시예 구조도,1 is a structural diagram of an embodiment of a sensor for sensing humidity using a porous silicon layer according to the present invention;

도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 따른 다공성 실리콘 층을 이용한 습도 감지용 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 일실시예 과정도,2a to 2f is an embodiment process diagram for explaining a manufacturing method of a sensor for sensing humidity using a porous silicon layer according to the present invention,

도 3a는 저습도의 경우에 상기 도 1의 습도 검출층의 반응을 설명하기 위한 일예시도,3A is an exemplary view for explaining the reaction of the humidity detection layer of FIG. 1 in the case of low humidity;

도 3b는 고습도의 경우에 상기 도 1의 습도 검출층의 반응을 설명하기 위한 일예시도.Figure 3b is an example for explaining the reaction of the humidity detection layer of Figure 1 in the case of high humidity.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

101, 102 : 실리콘 웨이퍼 111, 112, 113 : SiO2층101, 102: silicon wafer 111, 112, 113: SiO 2 layer

120 : 습도 검출층 130 : 다공성 실리콘층120: humidity detection layer 130: porous silicon layer

140 : 에폭시 접착층 150 : 저항 영역140: epoxy adhesive layer 150: resistance region

161, 162 : p+ 전극부 17, 172 : 금속 전극부161, 162: p + electrode portion 17, 172: metal electrode portion

본 발명은 다공성 실리콘 층을 이용한 습도 감지용 센서의 제조 방법 및 그에 의해 제조된 센서에 관한 것으로, 특히 공기 중의 수증기를 탐지하기 위한 센서 시스템에 사용하기 위한, 다공성 실리콘 층을 이용한 습도 감지용 센서의 제조 방법 및 그에 의해 제조된 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a sensor for sensing humidity using a porous silicon layer and to a sensor manufactured thereby, and more particularly to a sensor for sensing humidity using a porous silicon layer for use in a sensor system for detecting water vapor in the air. A manufacturing method and a sensor manufactured thereby.

일반적으로, 센서(sensor)란, 온도·압력·소리·빛 등 여러 종류의 물리량을 검지·검출하거나 판별·측정하여 신호로 전달하는 기능을 갖춘 소자(素子), 또는 이러한 소자를 이용한 계측기를 일컫는 것으로, 특히 공기 중의 수증기를 검지·검출하는 센서를 습도 센서라 한다.In general, a sensor refers to an element having a function of detecting, detecting, determining, measuring, and transmitting various kinds of physical quantities such as temperature, pressure, sound, and light, or a measuring instrument using such an element. In particular, a sensor for detecting and detecting water vapor in the air is called a humidity sensor.

이러한 습도 센서는 다양한 구조로 제작되고 있으며, 습기를 검출하는 박막을 구성하고 이 박막이 습기에 노출되는 경우 전기 전도도가 변화하는 것을 이용하는 구조가 주로 사용되고 있다. The humidity sensor is manufactured in various structures, and a structure that uses a thin film for detecting moisture and changes electrical conductivity when the thin film is exposed to moisture is mainly used.

이때, 감습막으로서 폴리이미드(polyimide) 등의 폴리머(polymer) 박막이 이용되는 경우가 있으며, 이는 최근에 기존의 박막을 대체하기 위한 재료로 사용되 고 있다. 다만, 폴리머 박막은 그 자체로는 전기적 특성을 얻기가 어려우므로, 또 다른 박막 위에 폴리머 박막을 형성하고 폴리머 박막의 변형에 의하여 아랫 부분의 박막의 형상이 변화하게 되어 전기적 특성이 변화하는 현상을 이용하고 있다. In this case, a polymer thin film such as polyimide may be used as the moisture-sensitive film, which has recently been used as a material for replacing an existing thin film. However, since the polymer thin film is difficult to obtain electrical characteristics by itself, the polymer thin film is formed on another thin film and the shape of the lower thin film is changed by the deformation of the polymer thin film. Doing.

그러나, 상기한 바와 같은 구조의 센서들은, 습도를 검출하기 위한 박막이 외부로 노출되어 있으므로 습기 이외의 다른 물질이 닿을 수 있으며, 이로 인한 센서부의 파손이 일어날 수 있는 문제점이 있다.However, the above-described sensors have a problem in that a thin film for detecting humidity is exposed to the outside, so that a substance other than moisture may come into contact with the sensor, thereby causing damage to the sensor unit.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 다공성 실리콘 및 폴리이미드 박막을 이용하고 초소형 전자정밀기계(micro electro mechanical system; MEMS) 구조의 에칭 영역을 사용함으로써, 센서 외부에 열려진 부분을 없애 사용상의 안정성을 확보하기 위한, 다공성 실리콘 층을 이용한 습도 감지용 센서의 제조 방법 및 그에 의해 제조된 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been proposed in order to solve the above problems, which is opened outside the sensor by using a porous silicon and polyimide thin film and using an etching region of a micro electro mechanical system (MEMS) structure. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a sensor for sensing humidity using a porous silicon layer and a sensor manufactured by the same, in order to secure stability in use.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다공성 실리콘 층을 이용한 습도 감지용 센서의 제조 방법에 있어서, n 타입의 제 1실리콘 웨이퍼를 에칭하여 제 1경사면을 생성하는 단계, 상기 제 1실리콘 웨이퍼에 p 타입의 확산 영역을 생성하고, 이를 불산에서 전기분해하여 다공성 실리콘층을 생성하여, 상부구조를 구성하는 단계, n 타입의 제 2실리콘 웨이퍼를 에칭하여 제 2경사면을 생성하는 단계, 상기 제 2실리콘 웨이퍼에 p 타입의 확산에 의하여 저항 영역을 생성하고, 이 저항 영역의 외부 연결을 위한 p+ 전극부 및 금속 전극부를 형성하는 단계, 상기 제 2경사면에 폴리이미드를 스핀 코팅하고 경화하여, 하부구조를 구성하는 단계, 및 상기 상부구조 및 상기 하부구조를 접합하는 단계를 포함하는 다공성 실리콘 층을 이용한 습도 감지용 센서의 제조 방법을 제공한다.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a sensor for sensing humidity using a porous silicon layer, the method comprising: etching a n-type first silicon wafer to generate a first sloped surface; Generating a diffusion region of the type and electrolysing it in hydrofluoric acid to form a porous silicon layer, constructing a superstructure, etching an n-type second silicon wafer to produce a second inclined surface, and the second silicon Forming a resistive region by p-type diffusion on the wafer, and forming a p + electrode portion and a metal electrode portion for external connection of the resistive region , spin-coating and curing the polyimide on the second inclined surface to form an underlying structure. Manufacturing method of the sensor for sensing humidity using a porous silicon layer comprising the step of forming, and bonding the superstructure and the substructure Provide the law.

또한, 본 발명은 상기 제조 방법에 의해 제조된 습도 감지용 센서를 제공한다.In addition, the present invention provides a sensor for sensing humidity manufactured by the manufacturing method.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components have the same number as much as possible even if displayed on different drawings. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 다공성 실리콘 층을 이용한 습도 감지용 센서의 일실시예 구조도이다.1 is a structural diagram of an embodiment of a sensor for sensing humidity using a porous silicon layer according to the present invention.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 센서는, 상부 실리콘 웨이퍼(101), 하부 실리콘 웨이퍼(102), SiO2층(111, 112, 113), 습도 검출층(120), 다공성 실리콘층(130), 에폭시 접착층(140), 저항 영역(150), p+ 전극부(161, 162) 및 금속 전극부(171, 172)를 포함한다.As shown in the figure, the sensor according to the present invention, the upper silicon wafer 101, lower silicon wafer 102, SiO 2 layer (111, 112, 113), humidity detection layer 120, porous silicon layer ( 130, an epoxy adhesive layer 140, a resistance region 150, p + electrode portions 161 and 162, and metal electrode portions 171 and 172.

본 발명의 센서는 두 개의 실리콘 웨이퍼(101, 102)를 이용하여, 상부구조 및 하부구조로 이루어진다.The sensor of the present invention is composed of an upper structure and a lower structure using two silicon wafers 101 and 102.

먼저 상부의 에칭된 실리콘 웨이퍼(101)는 습기만을 통과시키고 물방울과 같은 입자가 큰 그 외의 물질은 통과시키지 않는 기능을 담당한다. 이는 상기 다공성 실리콘층(porous silicon layer)(130)에 의해 가능하다. 상기 다공성 실리콘층(130)은 반도체를 불산 안에서 전기분해할 때 발생하는 것으로, 일반적으로 p+ 또는 p 타입(type)의 실리콘 영역이 불산과 반응하여 다공성 영역으로 변화하게 되는 것이다.First, the upper etched silicon wafer 101 functions to pass only moisture and not to pass other materials having large particles such as water droplets. This is made possible by the porous silicon layer 130. The porous silicon layer 130 is generated when the semiconductor is electrolyzed in hydrofluoric acid. In general, a silicon region of p + or p type is reacted with hydrofluoric acid to change into a porous region.

또한, 하부의 에칭된 실리콘 웨이퍼(102)는 습도의 양에 따라 상기 저항 영역(150)의 형상을 변화시켜, 변화량에서 습도의 변화량을 검출할 수 있도록 하는 기능을 담당한다.In addition, the lower etched silicon wafer 102 has a function of changing the shape of the resistance region 150 according to the amount of humidity, so that the change amount of humidity can be detected from the change amount.

이하, 도 2a 내지 도 2f를 참조로 하여, 본 발명의 센서의 제조 방법을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing the sensor of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2A to 2F.

도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 따른 다공성 실리콘 층을 이용한 습도 감지용 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 일실시예 과정도이다.2a to 2f is an embodiment process diagram for explaining a method of manufacturing a sensor for sensing humidity using a porous silicon layer according to the present invention.

상기 도 2a와 같이, 본 발명의 센서 제조 방법은, 상기 실리콘 웨이퍼(102)의 n 타입 영역을 TMAH 용액을 이용하여 에칭하여 경사진 홈(A)을 만든다. 이후, 상기 n 타입의 실리콘 웨이퍼(101)에 p 타입의 확산 영역을 생성하고, 해당 p 타입 영역을 불산 안에서 반응시키면, 상기 도 2b와 같이 상기 p 타입 영역이 상기 다공성 실리콘층(130)으로 바뀌게 된다. 이렇게 생성된 상기 다공성 실리콘층(130)은 습도만을 통과시키는 투습층으로 작용하게 된다. As shown in FIG. 2A, in the sensor manufacturing method of the present invention, the n-type region of the silicon wafer 102 is etched using a TMAH solution to form an inclined groove A. Subsequently, when a p-type diffusion region is generated in the n-type silicon wafer 101 and the p-type region is reacted in hydrofluoric acid, the p-type region is changed into the porous silicon layer 130 as shown in FIG. 2B. do. The porous silicon layer 130 thus produced serves as a moisture permeable layer that passes only humidity.

다음으로 습도를 검출하기 위한 하부구조를 만들기 위하여, 상기 도 2c와 같이 상기 실리콘 웨이퍼(102)를 THAH 용액으로 에칭하여 경사 식각면(B)을 얻고, 상기 도 2d와 같이 상기 n 타입의 실리콘 웨이퍼(102)에 p 타입의 확산에 의하여 저항 영역(15)을 생성하고, 이 저항 영역(150)의 외부 연결을 위해 상기 p+ 전극부(161, 162)를 생성한다. 이후, 상기 도 2e와 같이 상기 금속 전극부(171, 172)를 형성하여, 센서의 하부구조를 구성할 수 있다.Next, in order to create a substructure for detecting humidity, the silicon wafer 102 is etched with a THAH solution as shown in FIG. 2C to obtain an inclined etching surface B, and the n-type silicon wafer as shown in FIG. 2D. The resistive region 15 is formed by the p-type diffusion in the 102, and the p + electrode portions 161 and 162 are formed for external connection of the resistive region 150. Thereafter, as shown in FIG. 2E, the metal electrode parts 171 and 172 may be formed to form a lower structure of the sensor.

다음으로, 상기 도 2f와 같이 상기 하부구조의 경사 식각면(B)에 폴리이미드를 스핀 코팅하고 경화하여 상기 습도 검출층(120)을 구성할 수 있으며, 상기와 같은 방식으로 얻어진 상부구조 및 하부구조를 에폭시(epoxy)를 이용하여 접합(140)하면, 상기 도 1과 같은 최종 구조물이 생성될 수 있다.Next, as shown in FIG. 2F, the humidity detection layer 120 may be formed by spin coating and curing polyimide on the inclined etching surface B of the lower structure, and the upper structure and the lower structure obtained in the same manner as described above. When the structure is bonded 140 using epoxy, the final structure as shown in FIG. 1 may be generated.

본 발명에 따른 습도 센서는, 상기 다공성 실리콘층(130)을 통과한 습도에 의하여 폴리이미드가 팽창 또는 수축하는 특성을 이용하여, 상기 습도 검출층(120)에 부착된 하부구조의 상기 저항 영역(150)의 형상 변화가 저항성분의 변화로 나타나도록 하였다. Humidity sensor according to the present invention, by using the characteristic that the polyimide is expanded or contracted by the humidity passing through the porous silicon layer 130, the resistance region of the substructure attached to the humidity detection layer 120 ( The shape change of 150) is represented by the change of the resistance component.

도 3a 및 도 3b는 각각 저습도 및 고습도의 경우에 상기 도 1의 습도 검출층의 반응을 설명하기 위한 일예시도이다.3A and 3B are exemplary views illustrating the reaction of the humidity detection layer of FIG. 1 in the case of low humidity and high humidity, respectively.

도면에 도시된 바와 같이, 습도가 높은 경우에는 상기 습도 검출층(120)이 팽창하여 상기 저항 영역(150)이 바깥쪽으로 휘어서 상기 저항 영역(150)이 길어지게 되며, 습도가 낮아지는 경우에는 상기 저항 영역(150)이 안쪽으로 휘어서 상기 저항 영역(150)이 짧아지게 되므로, 이와 같은 상기 저항 영역(150)의 형상의 변화에 따른 저항의 변화량에서 습도의 변화량을 검출할 수 있다.As shown in the figure, when the humidity is high, the humidity detection layer 120 expands and the resistance region 150 bends outward so that the resistance region 150 is long, and when the humidity is low, Since the resistance region 150 is bent inward to shorten the resistance region 150, the change in humidity can be detected from the change in resistance caused by the change in shape of the resistance region 150.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.

상기한 바와 같은 본 발명은, 습도를 검출하는 부분을 다공성 실리콘층에 의해 보호함으로써, 습기 이외의 이물질에 대하여 오염을 방지할 수 있도록 하는 효과가 있으며, 따라서, 민감한 폴리이미드층의 손상을 방지함으로써 보다 안정적이고 신뢰성 있는 습도 검출을 가능하도록 하는 효과가 있다.The present invention as described above has the effect of preventing contamination of foreign matter other than moisture by protecting the portion for detecting humidity by the porous silicon layer, and therefore, by preventing damage to the sensitive polyimide layer There is an effect to enable more stable and reliable humidity detection.

또한, 본 발명은 폴리이미드층에 대한 보호층을 형상함으로써, 센서의 최종적인 패키지(package) 공정을 단순화할 수 있도록 하는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of simplifying the final package process of the sensor by forming a protective layer for the polyimide layer.

Claims (2)

다공성 실리콘 층을 이용한 습도 감지용 센서의 제조 방법에 있어서,In the manufacturing method of the sensor for sensing humidity using a porous silicon layer, n 타입의 제 1실리콘 웨이퍼를 에칭하여 제 1경사면을 생성하는 단계;etching the n-type first silicon wafer to produce a first sloped surface; 상기 제 1실리콘 웨이퍼에 p 타입의 확산 영역을 생성하고, 이를 불산에서 전기분해하여 다공성 실리콘층을 생성하여, 상부구조를 구성하는 단계;Generating a p-type diffusion region on the first silicon wafer and electrolyzing it in hydrofluoric acid to form a porous silicon layer, thereby forming an upper structure; n 타입의 제 2실리콘 웨이퍼를 에칭하여 제 2경사면을 생성하는 단계;etching the n-type second silicon wafer to produce a second sloped surface; 상기 제 2실리콘 웨이퍼에 p 타입의 확산에 의하여 저항 영역을 생성하고, 이 저항 영역의 외부 연결을 위한 p+ 전극부 및 금속 전극부를 형성하는 단계; Creating a resistive region on the second silicon wafer by p-type diffusion , and forming a p + electrode portion and a metal electrode portion for external connection of the resistive region ; 상기 제 2경사면에 폴리이미드를 스핀 코팅하고 경화하여, 하부구조를 구성하는 단계; 및Spin-coating and curing the polyimide on the second inclined surface to form a substructure; And 상기 상부구조 및 상기 하부구조를 접합하는 단계Bonding the superstructure and the substructure 를 포함하는 다공성 실리콘 층을 이용한 습도 감지용 센서의 제조 방법.Method of manufacturing a sensor for sensing humidity using a porous silicon layer comprising a. 제 1항의 제조 방법에 의해 제조된 습도 감지용 센서.Humidity sensing sensor manufactured by the manufacturing method of claim 1.
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