KR100804759B1 - 멤스 가속도 센서 제조 방법 및 그 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 멤스(MEMS) 가속도 센서 제조 방법 및 그 센서에 관한 것으로, 유리로 된 상부 기판에 상부 전극을 접착하고, 유리로 된 하부 기판에 하부 전극을 접착한 다음, 상기 상부 기판과 하부 기판을 반도체로 된 중앙 기판의 상부와 하부에 접착한 후, 상기 상부 기판과 하부 기판에 각각 상부 외부 단자 패드와 하부 외부 단자 패드를 형성한다.
본 발명에 의하면, -극성의 대전층 역할을 하는 유리로 된 상부 기판과 하부 기판을 직접 중앙 기판에 접착할 수 있으므로, 중앙 기판과 상부 기판 및 하부 기판이 모두 실리콘 기판으로 되어 있는 종래의 멤스 가속도 센서 제조 방법에 있어서, 상기 중앙 기판과 상부 기판을 접착하기 위하여, 그리고 중앙 기판과 하부 기판을 접착하기 위하여 별도로 유리 대전층을 형성한 후 또다시 이를 제거하는 공정이 불필요하며, 그 결과 멤스 가속도 센서의 전체 제조 공정이 종래에 비해 월등하게 간편해지는 장점이 있다.
가속도 센서, 실리콘 기판, 유리 기판

Description

멤스 가속도 센서 제조 방법 및 그 센서{METHOD OF MANUFACTURING MEMS ACCELERATION DETECTING SENSORS AND THE SENSORS THEREOF}
도 1은 종래의 멤스 가속도 센서를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 멤스 가속도 센서를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 멤스 가속도 센서 제조 방법을 나타낸 공정도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 중앙 기판 11: 질량체(mass)
12: 캔틸레버(cantilever) 20a: 상부 전극
20b: 하부 전극 30a: 상부 유리 절연층
30b: 하부 유리 절연층 40a: 상부 기판
40b: 하부 기판 50a: 상부 외부 단자 패드
50b: 하부 외부 단자 패드 60: 중앙 기판
61: 질량체(mass) 62: 캔틸레버(cantilever)
70a: 상부 기판 70b: 하부 기판
70c: 요홈 70d: 씨드(seed) 층
70e: 도금용 몰드 패턴 70f: 접지층
71a,71b: 도전층 72a: 상부 전극
72b: 하부 전극 73a: 상부 외부 단자 패드
73b: 하부 외부 단자 패드
본 발명은 가속도 센서에 관한 것이며, 더욱 상세히는 유리 기판을 이용한 멤스(MEMS; Micro Electro Mechanical System) 가속도 센서 제조 방법 및 그 센서에 관한 것이다.
일반적으로 가속도 센서는 기계식 가속도 센서 혹은 멤스 가속도 센서 등으로 구분되며, 상기 멤스 가속도 센서로는 도 1에 나타낸 바와 같이 실리콘(Si)을 이용한 멤스 가속도 센서가 널리 사용된다.
도 1을 참조하면, 종래의 실리콘(Si)을 이용한 멤스 가속도 센서는, 외력의 가속도에 비례하여 진동하는 질량체(mass;11)가 스프링 역할을 하는 캔틸레버(cantilever;12)의 선단에 형성되어 있는 중앙 기판(10)과, 상기 중앙 기판(10)의 상부에 특정 패턴으로 접착되는 상부 전극(20a), 상기 중앙 기판(10)의 하부에 특정 패턴으로 접착되는 하부 전극(20b), 특정 패턴의 상부 유리 절연층(30a)을 사이에 두고 상기 상부 전극(20a)의 일부(도 1의 A1, A2 부분)와 도통하도록 상기 상 부 전극(20a)의 상부에 접착되는 상부 기판(40a), 특정 패턴의 하부 유리 절연층(30b)을 사이에 두고 상기 하부 전극(20b)의 일부(도 1의 B1, B2 부분)와 도통하도록 상기 하부 전극(20b)의 하부에 접착되는 하부 기판(40b), 외부 단자가 연결되는 상기 상부 기판(40a)의 상부에 접착되는 상부 외부 단자 패드(50a), 및 외부 단자가 연결되는 상기 하부 기판(40b)의 하부에 접착되는 하부 외부 단자 패드(50b)로 구성된다.
상기 중앙 기판(10)과 상부 기판(40a) 및 하부 기판(40b)은 모두 실리콘(Si) 기판이다.
상기와 같이 구성되는 종래의 실리콘(Si)을 이용한 멤스 가속도 센서는 상기 중앙 기판(10)의 질량체(11)가 외력의 가속도에 비례하여 진동할 때 발생하는 저항값의 변화에 따른 전기적 신호를 상기 상부/하부 전극(20a,20b)과 상부/하부 기판(40a,40b), 상부/하부 외부 단자 패드(50a,50b)를 경유하여 외부의 증폭기, 비교기 등과 같은 신호처리장치로 출력하며, 상기 외부의 신호처리장치는 가속도 센서의 출력 신호의 전압 변동 값을 증폭한 후 미리 설정된 기준 값과 비교함으로써 상기한 외력에 대응하는 가속도의 크기를 검출한다.
한편, 상기와 같이 구성되는 실리콘(Si)을 이용한 멤스 가속도 센서는 제조 공정 중에, 도 1에 나타낸 바와 같이 상기 상부 기판(40a)에 특정 패턴으로 상부 유리 절연층(30a)을 형성한 후 상기 상부 유리 절연층(30a)에 상기 상부 전극(20a) 을 접착한 다음, 상기 상부 외부 단자 패드(50a)를 상부 기판(30a)에 접착하기 전에 상기 상부 기판(40a)을 중앙 기판(10)에 접착한다.
또한, 상기 하부 기판(40b)에 특정 패턴으로 하부 유리 절연층(30b)을 형성한 후 상기 하부 유리 절연층(30b)에 상기 하부 전극(20b)을 접착한 다음, 상기 상부 외부 단자 패드(50a)를 하부 기판(40b)에 접착하기 전에 상기 상부 기판(40a)이 이미 접착되어 있는 중앙 기판(10)에 접착한다.
이때, 상기 중앙 기판(10)을 전기적으로 접지시킨 상태에서 상기 상부 기판(40a)의 상부에 -극성의 유리 대전층(도시하지 않음)을 형성하여 상부 기판(40a)을 중앙 기판(10)에 접착하며, 이후 상기 유리 대전층을 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 처리하여 제거한 다음 상기 상부 외부 단자 패드(50a)를 상부 기판(40a)에 접착한다.
이어서, 상기 상부 기판(40a)이 이미 접착된 중앙 기판(10)을 전기적으로 접지시킨 상태에서 상기 하부 기판(40b)의 하부에 -극성의 유리 대전층(도시하지 않음)을 형성하여 하부 기판(40b)을 중앙 기판(10)에 접착하며, 이후 상기 유리 대전층을 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 처리하여 제거한 다음 상기 하부 외부 단자 패드(50b)를 하부 기판(40b)에 접착한다.
상기와 같이 모두 실리콘(Si) 기판으로 된 상기 중앙 기판(10)과 상부 기판(40a)을 접착하기 위하여, 그리고 상기 상부 기판(40a)이 이미 접착된 중앙 기판(10)과 하부 기판(40b)을 접착하기 위하여 별도로 유리 대전층을 형성한 후 또다 시 이를 제거하면 종래의 멤스 가속도 센서의 전체 제조 공정이 복잡해지는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 유리로 된 상부 기판에 상부 전극을 접착하고, 유리로 된 하부 기판에 하부 전극을 접착한 다음, 상기 상부 기판과 하부 기판을 반도체로 된 중앙 기판의 상부와 하부에 접착한 후, 상기 상부 기판과 하부 기판에 각각 상부 외부 단자 패드와 하부 외부 단자 패드를 형성하는 멤스 가속도 센서 제조 방법 및 그 센서를 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 멤스 가속도 센서 제조 방법은, 유리 기판에 특정 패턴으로 다수의 요홈을 형성하는 제1 과정과; 상기 다수의 요홈이 형성된 유리 기판의 상면에 씨드(seed) 층을 형성하는 제2 과정; 상기 씨드 층의 각 요홈 부분을 제외한 나머지 부분에 도금용 몰드 패턴을 형성하는 제3 과정; 상기 씨드 층의 각 요홈에 도전층을 도금하는 제4 과정; 상기 도전층이 형성된 유리 기판의 상면과 하면을 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 처리로 제거하여 상기 유리 기판의 상면과 하면을 관통하는 도전층을 형성한 다음, 상기 도전층의 상부를 일부 식각하는 제5 과정; 상기 제5 과정을 거 쳐 제조된 유리 기판 중 상부 기판의 하부에 도전층과 연결되도록 특정 패턴의 상부 전극을 접착하는 제6 과정; 상기 제5 과정을 거쳐 제조된 유리 기판 중 하부 기판의 상부에 도전층과 연결되도록 특정 패턴의 하부 전극을 접착하는 제7 과정; 외력의 가속도에 비례하여 진동하는 질량체(mass)가 스프링 역할을 하는 캔틸레버(cantilever)의 선단에 형성되도록 미리 제조된 반도체 중앙 기판을 전기적으로 접지시킨 상태에서 상기 상부 전극이 접착된 상부 기판을 -극성으로 대전시켜 상기 중앙 기판의 상부에 접착하는 제8 과정; 중앙 기판에 접착된 상부 기판의 상부에 접지층을 형성하는 제9 과정; 접지층을 전기적으로 접지시킨 상태에서 상기 하부 전극이 접착된 하부 기판을 -극성으로 대전시켜 상기 중앙 기판의 하부에 접착하는 제10 과정; 및 접지층을 CMP 처리로 제거하고, 중앙 기판에 접착된 상부 기판의 도전층 상부와 하부 기판의 도전층 하부에 각각 외부 단자가 연결되는 상부 외부 단자 패드와 하부 외부 단자 패드를 접착하는 제11 과정;으로 이루어진다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 멤스 가속도 센서는, 외력의 가속도에 비례하여 진동하는 질량체(mass)가 스프링 역할을 하는 캔틸레버(cantilever)의 선단에 형성되어 있는 반도체 중앙 기판과; 상면과 하면을 관통하는 도전층이 특정 패턴으로 형성되어 있고, 상기 도전층의 하부와 상부에 각각 상부 전극과 상부 외부 단자 패드가 접착되어 있으며, 상기 상부 전극이 상기 중앙 기판의 상부와 연결되도록 상기 중앙 기판의 상부에 접착되는 상부 기판; 및 상면과 하면을 관통하는 도전층이 특정 패턴으로 형성되어 있고, 상기 도전 층의 상부와 하부에 각각 하부 전극과 하부 외부 단자 패드가 접착되어 있으며, 상기 하부 전극이 상기 중앙 기판의 하부와 연결되도록 상기 중앙 기판의 하부에 접착되는 하부 기판;으로 구성된다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 멤스 가속도 센서는, 외력의 가속도에 비례하여 진동하는 질량체(mass;61)가 스프링 역할을 하는 캔틸레버(cantilever;62)의 선단에 형성되어 있는 반도체 중앙 기판(60)의 상부와 하부에 각각 유리로 된 상부 기판(70a)과 유리로 된 하부 기판(70b)이 접착된 구조로 되어 있다.
상기 반도체 중앙 기판(60)은 실리콘(Si)으로 제조하는 것이 바람직하다.
상기 상부 기판(70a)은 상면과 하면을 관통하는 도전층(71a)이 특정 패턴으로 형성되어 있고, 상기 도전층(71a)의 하부와 상부에 각각 상부 전극(72a)과 상부 외부 단자 패드(73a)가 접착되어 있으며, 상기 상부 전극(72a)이 상기 중앙 기판(60)의 상부와 연결되도록 상기 중앙 기판(60)의 상부에 접착된다.
상기 상부 외부 단자 패드(73a)에는 본 발명에 따른 멤스 가속도 센서의 감지 신호를 외부의 증폭기, 비교기 등과 같은 신호처리장치로 전달하기 위한 외부 단자(도시하지 않음)가 연결된다.
상기 하부 기판(70b)은 상면과 하면을 관통하는 도전층(71b)이 특정 패턴으로 형성되어 있고, 상기 도전층(71b)의 상부와 하부에 각각 하부 전극(72b)과 하부 외부 단자 패드(73b)가 접착되어 있으며, 상기 하부 전극(72b)이 상기 중앙 기 판(60)의 하부와 연결되도록 상기 중앙 기판(60)의 하부에 접착된다.
상기 하부 외부 단자 패드(73b)에는 본 발명에 따른 멤스 가속도 센서의 감지 신호를 외부의 증폭기, 비교기 등과 같은 신호처리장치로 전달하기 위한 외부 단자(도시하지 않음)가 연결된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 멤스 가속도 센서는 다음과 같이 제조된다.
도 3을 참조하면, 가장 먼저 유리 기판(70a,70b)에 특정 패턴으로 다수의 요홈(70c)을 형성한 다음(S10), 상기 다수의 요홈(70c)이 형성된 유리 기판(70a,70b)의 상면에 상기 도전층(71a,72b) 도금을 위한 씨드 층(70d)을 형성한다(S20).
이어서, 상기 씨드 층(70d)의 각 요홈(70c) 부분을 제외한 나머지 부분에 도금용 몰드 패턴(70e)을 형성한 다음(S30), 상기 씨드 층(70d)의 각 요홈(70c)에 도전층(71a,71b)을 도금한다(S40).
상기와 같이 도전층(71a,71b)이 형성되고 나면, 상기 유리 기판(70a,70b)의 상면과 하면을 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 처리로 제거하여 상기 유리 기판(70a,70b)의 상면과 하면을 관통하는 도전층(71a,71b)을 형성한 다음, 상기 도전층(71a,71b)의 상부를 일부 식각한다(S50,S55).
상기 유리 기판(70a,70b)의 상면과 하면을 관통하는 도전층(71a,71b)의 상부가 일부 식각되고 나면, 상기 도전층(71a,71b)이 형성된 2개의 유리 기판(70a,70b) 중 상부 기판(70a)의 하부에 도전층(71a)과 연결되도록 특정 패턴의 상부 전극(72a)을 접착하고(S60), 이어서, 상기 2개의 유리 기판(70a,70b) 중 하부 기판(70b)의 상부에 도전층(71b)과 연결되도록 특정 패턴의 하부 전극(72b)을 접착한다(S70).
상기와 같이 상부 전극(72a)이 접착된 상부 기판(70a)과 하부 전극(72b)이 접착된 하부 기판(70b)이 준비되며, 외력의 가속도에 비례하여 진동하는 질량체(mass;61)가 스프링 역할을 하는 캔틸레버(cantilever;62)의 선단에 형성되도록 실리콘(Si)으로 미리 제조된 반도체 중앙 기판(60)을 전기적으로 접지시킨 상태에서 상기 상부 전극(72a)이 접착된 상부 기판(70a)을 -극성으로 대전시켜 상기 중앙 기판(60)의 상부에 접착한다(S80).
이어서, 상기 중앙 기판(60)에 접착된 상부 기판(70a)의 상부에 접지층(70f)을 형성한 후(S90), 상기 접지층(70f)을 전기적으로 접지시킴으로써 상부 기판(70a)과 중앙 기판(60)을 모두 전기적으로 접지시킨 상태에서 상기 하부 전극(72b)이 접착된 하부 기판(70b)을 -극성으로 대전시켜 상기 중앙 기판(60)의 하부에 접착한다(S100).
이후, 상기 접지층(70f)을 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 처리로 제거한 다음, 상기 중앙 기판(60)에 접착된 상부 기판(70a)의 도전층(71a) 상부와 하부 기판(70b)의 도전층(71b) 하부에 각각 외부 단자가 연결되는 상부 외부 단자 패드(73a)와 하부 외부 단자 패드(73b)를 접착하면(S110), 본 발명에 따른 유리 기판 을 이용한 반도체 제조 공정이 완료된다.
상기와 같이 제조되는 본 발명에 따른 유리 기판(70a,70b)을 이용하는 멤스 가속도 센서는, 상기 중앙 기판(60)의 질량체(61)가 외력의 가속도에 비례하여 진동할 때 발생하는 저항값의 변화에 따른 전기적 신호를 상기 상부/하부 전극(72a,72b)과 상하부 도전층(71a,71b), 상부/하부 외부 단자 패드(73a,73b)를 경유하여 외부의 증폭기, 비교기 등과 같은 신호처리장치로 출력하며, 상기 외부의 신호처리장치는 가속도 센서의 출력 신호의 전압 변동 값을 증폭한 후 미리 설정된 기준 값과 비교함으로써 상기한 외력에 대응하는 가속도의 크기를 검출한다
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 멤스 가속도 센서 제조 방법 및 그 센서를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, -극성의 대전층 역할을 하는 유리로 된 상부 기판과 하부 기판을 직접 중앙 기판에 접착할 수 있으므로, 중앙 기판과 상부 기판 및 하부 기판이 모두 실리콘 기판으로 되어 있는 종래의 멤스 가속도 센서 제 조 방법에 있어서, 상기 중앙 기판과 상부 기판을 접착하기 위하여, 그리고 중앙 기판과 하부 기판을 접착하기 위하여 별도로 유리 대전층을 형성한 후 또다시 이를 제거하는 공정이 불필요하며, 그 결과 멤스 가속도 센서의 전체 제조 공정이 종래에 비해 월등하게 간편해지는 장점이 있다.

Claims (3)

  1. 유리 기판(70a,70b)에 특정 패턴으로 다수의 요홈(70c)을 형성하는 제1 과정(S10)과;
    상기 다수의 요홈(70c)이 형성된 유리 기판(70a,70b)의 상면에 씨드(seed) 층(70d)을 형성하는 제2 과정(S20);
    상기 씨드 층(70d)의 각 요홈(70c) 부분을 제외한 나머지 부분에 도금용 몰드 패턴(70e)을 형성하는 제3 과정(S30);
    상기 씨드 층(70d)의 각 요홈(70c)에 도전층(71a,71b)을 도금하는 제4 과정(S40);
    상기 도전층(71a,71b)이 형성된 유리 기판(70a,70b)의 상면과 하면을 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 처리로 제거하여 상기 유리 기판(70a,70b)의 상면과 하면을 관통하는 도전층(71a,71b)을 형성한 다음, 상기 도전층(71a,71b)의 상부를 일부 식각하는 제5 과정(S50,S55);
    상기 제5 과정을 거쳐 제조된 유리 기판(70a,70b) 중 상부 기판(70a)의 하부에 도전층(71a)과 연결되도록 특정 패턴의 상부 전극(72a)을 접착하는 제6 과정(S60);
    상기 제5 과정을 거쳐 제조된 유리 기판(70a,70b) 중 하부 기판(70b)의 상부에 도전층(71b)과 연결되도록 특정 패턴의 하부 전극(72b)을 접착하는 제7 과정(S70);
    외력의 가속도에 비례하여 진동하는 질량체(mass;61)가 스프링 역할을 하는 캔틸레버(cantilever;62)의 선단에 형성되도록 미리 제조된 반도체 중앙 기판(60)을 전기적으로 접지시킨 상태에서 상기 상부 전극(72a)이 접착된 상부 기판(70a)을 -극성으로 대전시켜 상기 중앙 기판(60)의 상부에 접착하는 제8 과정(S80);
    중앙 기판(60)에 접착된 상부 기판(70a)의 상부에 접지층(70f)을 형성하는 제9 과정(S90);
    접지층(70f)을 전기적으로 접지시킨 상태에서 상기 하부 전극(72b)이 접착된 하부 기판(70b)을 -극성으로 대전시켜 상기 중앙 기판(60)의 하부에 접착하는 제10 과정(S100); 및
    접지층(70f)을 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 처리로 제거하고, 중앙 기판(60)에 접착된 상부 기판(70a)의 도전층(71a) 상부와 하부 기판(70b)의 도전층(71b) 하부에 각각 외부 단자가 연결되는 상부 외부 단자 패드(73a)와 하부 외부 단자 패드(73b)를 접착하는 제11 과정(S110);
    으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 멤스 가속도 센서 제조 방법.
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