KR100817731B1 - Capacitance type humidity sensor and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 일반적인 정전용량형 습도센서의 구조를 개략적으로 설명하기 위한 사시도.1 is a perspective view for schematically illustrating a structure of a general capacitance type humidity sensor.
도 2는 본 발명에 따른 정전용량형 습도센서의 바람직한 실시 예를 설명하기 위한 사시도.Figure 2 is a perspective view for explaining a preferred embodiment of the capacitive humidity sensor according to the present invention.
도 3a와 도 3b는 본 발명에 따라 돌출부의 소정영역의 절개를 통해 습도센서에서 출력되는 정전용량을 조정하는 경우의 예를 설명하기 위한 평면도.3A and 3B are plan views illustrating an example of adjusting the capacitance output from the humidity sensor through the cutting of a predetermined region of the protrusion according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 하부전극의 바람직한 다른 실시 예를 설명하기 위한 평면도.4 is a plan view for explaining another preferred embodiment of the lower electrode according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따라 정전용량을 조정하기 전과 조정한 후의 정전용량 값의 변화를 나타내는 그래프.5 is a graph showing changes in capacitance values before and after adjusting capacitance in accordance with the present invention.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 정전용량형 습도센서의 제조방법을 설명하기 위한 사시도.6A to 6E are perspective views illustrating a method of manufacturing a capacitive humidity sensor according to a preferred embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명에 따라 정전용량을 조정하기 위해 레이저로 돌출부의 소정영역을 절개한 모습을 도시한 실제 사진.7 is a real picture showing a state in which a predetermined area of the protrusion is cut with a laser to adjust the capacitance in accordance with the present invention.
<도면의 주요부분의 부호에 대한 설명><Description of Signs of Major Parts of Drawings>
100. 기판 110. 하부전극100.
120. 절연막 130. 감습막120.
140. 상부전극 150. 보호층140.
본 발명은 정전용량형 습도센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 정전용량형 습도센서의 감습막 두께 편차로 인한 정전용량의 오차를 전극 면적의 조정을 통해 보정하여 동일한 습도에서 동일한 정전용량 값이 검출되고 생산 수율을 향상시킬 수 있는 구조의 정전용량형 습도센서와 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a capacitive humidity sensor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to correct the error of the capacitance due to the deviation of the film thickness of the capacitive humidity sensor by adjusting the electrode area to the same at the same humidity The present invention relates to a capacitive humidity sensor having a structure capable of detecting a capacitance value and improving a production yield, and a manufacturing method thereof.
다른 주위의 환경과 달리 습도는 인체에 직접적인 해를 끼치거나 환경적으로 큰 영향을 주는 것이 아니어서 이전에는 습도에 대한 관심이 그리 크지 않았다.Unlike other surroundings, humidity was not a direct harm to the human body or a significant environmental impact.
그러나, 현대에 이르러 산업체의 생산 공정, 품질관리뿐만 아니라 일반 가정에서 쾌적한 실내환경을 유지하기 위해 습도의 측정과 조절에 대한 중요성이 날로 증가하고 있다.However, in modern times, the importance of humidity measurement and control is increasing day by day not only for the industrial production process and quality control but also to maintain a comfortable indoor environment in the home.
일상생활에서 흔히 말하는 습도는 상대습도로서 공기 중의 수증기 분압과 이 온도에서의 포화수증기압 비를 백분율로 나타낸 것이다.Humidity, commonly used in everyday life, is the relative humidity, which is the ratio of the partial pressure of water vapor in air to the saturated water vapor pressure at this temperature.
이러한 습도를 측정하기 위한 습도센서는 보통 수분에 의한 감습물질의 전기적 성질의 변화를 이용하여 습도를 측정하는데, 예를 들면, 저항형 습도센서, 정전용량 습도센서 등이 있다.The humidity sensor for measuring the humidity is usually measured by using a change in the electrical properties of the moisture-sensitive material by moisture, for example, there is a resistance type humidity sensor, a capacitance humidity sensor.
저항형 습도센서는 저습도 영역 및 고습도 영역에서의 측정이 어렵고, 온도 변화에 대한 변화폭이 커서 사용할 수 있는 온도 범위가 제한적이고, 습도에 대한 측정값이 비선형적으로 변화하며, 수증기, 응결, 소금물 및 화학물질 등에 대한 안정성이 취약하다는 단점이 있다.The resistive humidity sensor is difficult to measure in the low and high humidity ranges, and because of the large change in temperature change, the available temperature range is limited, the measured value for humidity changes nonlinearly, and water vapor, condensation, and salt water And there is a disadvantage that the stability to chemicals and the like is weak.
뿐만 아니라, 저항형 습도센서는 감습물질의 전해작용 및 전극재료의 전리 현상에 의하여 영구적 특성 저하가 발생할 수 있는 문제점도 있다.In addition, the resistance-type humidity sensor has a problem that can be caused by a permanent degradation due to the electrolytic action of the moisture sensitive material and the ionization of the electrode material.
하지만, 정전용량형 습도센서는 감습막에 흡착되는 물 분자량에 따라 정전용량이 변화되는 원리를 이용한 센서로서, 감습막을 이루는 감습물질로는 일반적으로 폴리이미드계열의 고분자 물질을 사용하여 화학적, 열적, 전기적 안정성이 우수하고, -40℃ ~ 100℃의 매우 넓은 온도 범위에서 별도의 온도보상장치 없이도 동작이 가능하고, 습도의 측정범위도 0% RH(Relative Humidity) ~ 100% RH로 넓고, 습도에 대한 측정값이 선형적인 특성을 보이기 때문에 응용회로를 간소하게 구성하는데 매우 유리하며, 직류에서 작동되므로 마이크로 컴퓨터를 활용한 회로에 적용하기가 쉽다는 장점도 있다.However, the capacitive type humidity sensor is a sensor using the principle that the capacitance changes according to the water molecular weight adsorbed on the moisture-sensitive film. As the moisture-sensitive material of the moisture-sensitive film, a chemical, thermal, It has excellent electrical stability and can be operated without a temperature compensation device in a very wide temperature range of -40 ℃ ~ 100 ℃, and the measurement range of humidity is 0% RH (Relative Humidity) ~ 100% RH. Because the measured values are linear, it is very advantageous to simplify the application circuit, and it is easy to apply to the circuit using microcomputer because it operates at DC.
한편, 정전용량형 습도센서는 1% RH 정도의 측정 오차를 갖는데 반해, 상기 한 저항형 습도센서는 일반적으로 3% RH 정도의 측정 오차를 갖기 때문에, 정밀도면에서도 정전용량형 습도센서가 저항형 습도센서에 비해 월등하게 우수하다고 할 수 있다.On the other hand, while the capacitive humidity sensor has a measurement error of about 1% RH, the resistive humidity sensor generally has a measurement error of about 3% RH. It is much superior to the humidity sensor.
종래의 정전용량형 습도센서의 구성에 대해서 간략히 설명하면, 정전용량형 습도센서는 도 1에 도시된 바와 같이 하부전극(11)과 상부전극(14)이 감습물질로 이루어진 감습막(13)을 사이에 두고 캐패시터(Capacitor) 구조로 이루어진 형태가 일반적이며, 참고로, 감습막(13)의 상부에 위치하는 상부전극(14)은 수분의 흡착 및 탈착이 가능하도록 다수 공핵 또는 미세 균열을 포함하도록 구성된다.Referring to the configuration of the conventional capacitive humidity sensor briefly, the capacitive humidity sensor is a
이러한 종래의 정전용량형 습도센서는 통상적으로 반도체 제조공정을 이용하여 제작하는데, 그 제조과정을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.Such a conventional capacitive humidity sensor is typically manufactured using a semiconductor manufacturing process, which is briefly described as follows.
우선, 기판(10) 상부에 하부전극(11)을 증착하고, 그 상부에 절연막(12)을 형성한다.First, the
그리고, 절연막(12) 상부에 감습막(13)을 형성한 후, 감습막(13) 상부에 상부전극(14)을 증착한다.Then, after the moisture
여기서, 하부전극(11) 및 상부전극(14)은 물리적기상증착법인 이베포레이션(Evaporation) 또는 스퍼터링(Sputtering) 등을 이용하여 증착하고, 감습막(13)은 액상의 폴리이미드를 스핀코팅(Spin-Coating) 방식으로 코팅하여 형성한다.Here, the
한편, 정전용량형 습도센서에서 검출되는 정전용량 값은 아래 수학식 1에 의해서 산출된다.Meanwhile, the capacitance value detected by the capacitive humidity sensor is calculated by
여기서, C는 정전용량 값, ε0은 진공 상태에서의 유전율, εr은 진공에 대한 전극들 사이를 채우고 있는 물질의 비유전율(또는 상대유전율), A는 전극들이 공통적으로 겹치는 영역의 면적, d는 전극들 사이의 거리를 각각 나타낸다.Where C is the capacitance value, ε 0 is the dielectric constant in the vacuum state, ε r is the relative dielectric constant (or relative dielectric constant) of the material filling between the electrodes for vacuum, A is the area of the region where the electrodes commonly overlap, d represents the distance between electrodes, respectively.
이때, 상기 전극 사이를 채우고 있는 물질이란 절연막(12)과 수분이 흡착된 감습막(13)을 모두 포함하므로, 상기 εr은 흡착된 수분량, 다르게 말하면, 습도에 따라 달라질 수 있다.In this case, since the material filling the electrodes includes both the
한편, 상기 수학식 1에서 알 수 있듯이, 정전용량형 습도센서의 정전용량 값(C)은 전극들(11, 14)이 공통적으로 겹치는 영역의 면적(A)과 전극들(11, 14) 사이의 거리(d)에 따라 결정된다.On the other hand, as can be seen in
그러므로, 정전용량형 습도센서들 각각의 정전용량 값이 동일한 습도에서 일정하게 검출되도록 하기 위해서는, 습도센서들 각각의 전극들(11, 14) 사이에 공통적으로 겹치는 영역의 면적(A)을 모두 동일하게 하고, 전극들(11, 14) 사이의 거리(d)도 모두 동일하도록 구성해야 한다.Therefore, in order for the capacitance value of each of the capacitive humidity sensors to be constantly detected at the same humidity, the areas A of the areas overlapping in common between the
여기서, 상기 전극들(11, 14) 사이의 거리(d)는 감습막(13)의 두께에 의해서 결정되는데, 앞에서 언급한 바와 같이, 감습막(13)은 액상의 폴리이미드를 이용하여 스핀코팅 방식으로 형성된다.Here, the distance (d) between the electrodes (11, 14) is determined by the thickness of the moisture-
그런데, 상기 액상의 폴리이미드는 점도가 상당히 높기 때문에, 감습막(13)의 두께를 균일하게 제조하기가 쉽지 않을 뿐만 아니라, 습도센서 각각이 동일한 감습막 두께를 갖게 하는 것도 매우 어렵다는 문제점이 있으며, 이는 곧 습도센서의 생산 수율 저하로 이어진다.However, since the liquid polyimide has a considerably high viscosity, it is not only easy to uniformly manufacture the thickness of the moisture
이러한 정전용량 습도센서들 각각이 동일한 조건하에서 동일한 정전용량 출력 값을 갖도록 하기 위한 종래의 방법으로는, 감습재료의 점도를 낮추어 감습막의 두께 편차를 줄이고, 균일성을 높이는 방법이나, 습도센서 각각의 감습막에서 두께가 불균일한 영역을 부분적으로 식각하여 감습막 두께를 보정하는 방법 등이 있는데, 공정이 복잡하고, 실질적인 수율 향상에 미치는 영향이 크지 않다는 단점이 있었다.Conventional methods for ensuring that each of the capacitive humidity sensors have the same capacitance output value under the same conditions include a method of increasing the uniformity of the humidity sensor by reducing the viscosity of the moisture sensitive material, reducing the thickness variation of the moisture sensitive film, There is a method of compensating the thickness of the damp film by partially etching the non-uniform thickness region of the damp film, which has the disadvantage that the process is complicated and the effect on the actual yield improvement is not large.
또 다른 방법으로는, 트리밍 공정시 드릴링을 통해 전극 면적을 감소시켜 정전용량 출력 값을 조정하는 방법도 있는데, 이러한 방법은 정밀성이 낮고, 전극간 단락, 소자구조의 왜곡으로 인한 신뢰성 저하 등의 문제를 야기시킬 수 있다.Another method is to adjust the capacitance output value by reducing the electrode area through drilling during the trimming process. This method has low precision, problems such as short-circuit between electrodes and reliability deterioration due to distortion of the device structure. May cause.
그리고, 레이저를 통해 트리밍하는 방법은, 미세한 공정 부산물이 다수 공핵 또는 미세균열을 포함한 상부전극의 표면을 오염시켜 수분의 정상적인 흡탈착을 방해하는 요소로 작용할 수 있고, 레이저 가열로 인해 특성 변화가 우려되어 실제로 적용된 경우는 없다.In addition, in the method of trimming through a laser, minute process by-products may contaminate the surface of the upper electrode including a plurality of nucleus or microcracks and may act as a factor that prevents normal adsorption and desorption of moisture, and a change in characteristics may occur due to laser heating. It is not actually applied.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 감습막이 두께 편차를 갖더라도 소자들 각각의 정전용량 값이 동일한 습도 조건하에서 일정하게 출력될 수 있도록, 하부전극 또는 상부전극에 레이저 트리밍(Trimming) 공정을 통해 전극 면적을 조정할 수 있는 패턴을 구비함으로써, 출력 특성이 동일한 정전용량형 습도센서를 양산할 수 있으며, 수율을 향상시킬 수 있는 정전용량형 습도센서 및 그 제조방법을 제공하는 것이 목적이다.The present invention for solving the problems of the prior art, the laser trimming on the lower electrode or the upper electrode so that the capacitance value of each of the elements can be constantly output under the same humidity conditions even if the moisture-sensitive film has a thickness variation By providing a pattern for adjusting the electrode area through a trimming process, it is possible to mass-produce a capacitive humidity sensor having the same output characteristics, and to provide a capacitive humidity sensor and a manufacturing method thereof capable of improving yield. Purpose.
또한, 본 발명의 정전용량형 습도센서 및 그 제조방법의 다른 목적은, 전극의 면적을 세밀하게 조정할 수 있도록 다양한 면적을 갖는 복수개의 패턴을 구비함으로써, 정전용량 값의 오차 크기에 따라 적합한 면적을 갖는 패턴들을 레이저 트리밍을 통해 전기적으로 단선시켜 출력되는 정전용량 값을 정밀하게 제어할 수 있으며, 레이저 트리밍시 레이저 가열로 인해 소자 특성이 저하되는 것을 방지하기 위한 전극 패턴 구조를 제공하는 것이다.In addition, another object of the capacitive humidity sensor of the present invention and a method of manufacturing the same is to provide a suitable area according to the error size of the capacitance value by having a plurality of patterns having various areas to finely adjust the area of the electrode. It is possible to precisely control the output capacitance value by electrically disconnecting the patterns having the laser pattern through a laser trimming, and to provide an electrode pattern structure for preventing device characteristics from deteriorating due to laser heating during laser trimming.
본 발명의 정전용량형 습도센서는, 기판 상부에 하부전극, 절연막, 감습막, 상부전극이 차례로 적층된 정전용량형 습도센서에 있어서, 상기 하부전극과 상부전극 중 어느 한 전극이, 측면에서 내부로 파진 홈과 측면에서 외부로 돌출된 돌출부를 각각 구비하며, 상기 돌출부의 끄트머리가 상기 홈 내부로 수용되도록 연장된 형상인 것을 특징으로 한다.The capacitive humidity sensor of the present invention is a capacitive humidity sensor in which a lower electrode, an insulating film, a moisture sensitive film, and an upper electrode are sequentially stacked on a substrate, wherein any one of the lower electrode and the upper electrode is disposed at a side thereof. And each of the protrusions protruding outward from the groove and the side of the groove, and the edge of the protrusion is extended to be received into the groove.
또한, 본 발명의 정전용량형 습도센서에 따르면, 상기 돌출부의 소정영역이 절개되어 있을 수도 있다.In addition, according to the capacitive humidity sensor of the present invention, a predetermined region of the protrusion may be cut out.
또한, 본 발명의 정전용량형 습도센서에 따르면, 상기 돌출부의 끄트머리는 상기 홈 내벽과 접촉하지 않는 것이 바람직하다.In addition, according to the capacitive humidity sensor of the present invention, it is preferable that the edge of the protrusion does not contact the inner wall of the groove.
또한, 본 발명의 정전용량형 습도센서에 따르면, 상기 홈 또는 돌출부는 복수개인 것이 바람직하다.In addition, according to the capacitive humidity sensor of the present invention, it is preferable that the grooves or protrusions are plural.
여기서, 본 발명의 정전용량형 습도센서에 따르면, 상기 돌출부들은 상기 홈들 내부로 수용된 끄트머리들의 면적이 서로 다르게 구성할 수 있다.Here, according to the capacitive humidity sensor of the present invention, the protrusions may be configured to have different areas of the ends accommodated in the grooves.
한편, 본 발명의 정전용량형 습도센서 제조방법에 따르면, 기판 상부에 하부전극을 형성하는 단계; 상기 하부전극이 측면에서 내부로 파진 홈과 측면에서 외부로 돌출된 돌출부를 가지며, 상기 돌출부의 끄트머리가 상기 홈 내부로 수용되도록 연장된 형상으로 패터닝하는 단계; 상기 하부전극의 상기 홈 내부로 수용된 상기 돌출부의 끄트머리 영역을 덮도록 상기 하부전극 상부에 절연막, 감습막, 상부전극을 차례로 적층시키는 단계; 및 상기 기판 상부에 상기 형성된 하부전극, 절연막, 감습막, 상부전극의 노출된 외부를 모두 덮도록 보호층을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.On the other hand, according to the capacitive humidity sensor manufacturing method of the present invention, forming a lower electrode on the substrate; Patterning the lower electrode into a groove extending from the side to the inside and a protrusion protruding from the side to an extended shape such that the edge of the protrusion is received into the groove; Stacking an insulating film, a moisture sensitive film, and an upper electrode on the lower electrode in order to cover the edge region of the protrusion accommodated in the groove of the lower electrode; And forming a protective layer on the substrate to cover all of the lower electrode, the insulating film, the moisture sensitive film, and the exposed outside of the upper electrode.
다르게는, 기판 상부에 하부전극, 절연막, 감습막, 상부전극을 차례로 적층시키는 단계; 상기 상부전극이 측면에서 내부로 파진 홈과 측면에서 외부로 돌출된 돌출부를 가지며, 상기 돌출부의 끄트머리가 상기 홈 내부로 수용되도록 연장된 형상으로 패터닝하는 단계; 및 상기 기판 상부에 상기 형성된 하부전극, 절연막, 감습막, 상부전극의 노출된 외부를 모두 덮도록 보호층을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어질 수도 있다.Alternatively, stacking a lower electrode, an insulating film, a moisture sensitive film, and an upper electrode in order on the substrate; Patterning the upper electrode into a groove extending from the side to the inside and a protrusion protruding from the side to an extended shape such that the edge of the protrusion is received into the groove; And forming a protective layer on the substrate to cover all of the formed lower electrode, the insulating film, the moisture sensitive film, and the exposed outside of the upper electrode.
여기서, 본 발명의 정전용량형 습도센서 제조방법에 따르면, 상기 보호층을 형성하는 단계 이후 상기 보호층으로 덮여있는 상기 하부전극 또는 상부전극의 상기 돌출부의 소정영역을 트리밍하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.Here, according to the method of manufacturing the capacitive humidity sensor of the present invention, after the forming of the protective layer, the method may further include trimming a predetermined region of the protrusion of the lower electrode or the upper electrode covered with the protective layer. desirable.
또한, 본 발명의 정전용량형 습도센서 제조방법에 따르면, 상기 패터닝하는 단계에서 상기 홈 또는 돌출부를 복수개 형성하는 것이 바람직하다.In addition, according to the capacitive humidity sensor manufacturing method of the present invention, it is preferable to form a plurality of grooves or protrusions in the patterning step.
또한, 본 발명의 정전용량형 습도센서 제조방법에 따르면, 상기 패터닝하는 단계에서 상기 돌출부의 끄트머리가 상기 홈 내벽과 접촉하지 않도록 형성하는 것이 바람직하다.In addition, according to the method of manufacturing the capacitive humidity sensor of the present invention, it is preferable to form the edge of the protrusion so as not to contact the inner wall of the groove in the patterning step.
또한, 본 발명의 정전용량형 습도센서 제조방법에 따르면, 상기 트리밍하는 단계는 레이저를 이용하는 것이 바람직하다.In addition, according to the capacitive humidity sensor manufacturing method of the present invention, the trimming step is preferably using a laser.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 정전용량형 습도센서 및 그 제조방법의 바람직한 실시 예에 대해서 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of a capacitive humidity sensor and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 정전용량형 습도센서의 바람직한 실시 예를 설명하기 위한 사시도이다.2 is a perspective view for explaining a preferred embodiment of the capacitive humidity sensor according to the present invention.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 정전용량형 습도센서는, 기판(미도시) 상부에 도시된 바와 같은 하부전극(110), 절연막(120), 감습막(130), 상부전극(140)을 적층시킨 구조로 이루어진다.In the capacitive humidity sensor according to the preferred embodiment of the present invention, the
여기서, 상기 하부전극(110)은 전극의 측면에서 내부로 파진 홈들(111a, 111b, 111c)과 측면에서 외부로 돌출된 돌출부들(112a, 112b)을 각각 구비하며, 상 기 돌출부들의 끄트머리들(112a-1, 112a-2, 112b-1, 112b-2)이 상기 홈들(111a, 111b, 111c) 내부로 수용되도록 연장된 형상을 갖는 것이 바람직하다.Here, the
이때, 홈과 돌출부를 구체적으로 정의하면, 상기 홈들은 종래의 하부전극 측면선(I-I)을 기준으로 전극 내부로 파진 부분(111a, 111b, 111c)을 가리키고, 상기 돌출부들은 종래의 하부전극 측면선(I-I)을 기준으로 외부로 돌출된 전극 면 부분을 가리킨다.In this case, when the groove and the protrusion are defined in detail, the grooves indicate
여기서는, 상기 하부전극(110)의 측면에서 112a, 112b와 같은 2 개의 돌출부가 돌출되고, 이 돌출부들(112a, 112b)이 112a-1, 112a-2 및 112b-1, 112b-2와 같이 두 갈래로 갈라져 각각 한 쌍씩의 끄트머리를 갖도록 구성된 경우를 예로 들었으나, 돌출부들 각각이 하나의 끄트머리를 갖도록 구성할 수도 있다.Here, two protrusions such as 112a and 112b protrude from the side of the
또한, 상기 돌출부의 끄트머리들(112a-1, 112a-2, 112b-1, 112b-2) 중 112a-2, 112b-1는 하나의 홈(111b)에 수용되도록 구성하였으나, 각각의 끄트머리에 대응되는 홈을 가지도록 구성하고, 끄트머리들 각각이 별개의 홈에 수용되도록 구성할 수도 있다.In addition, although 112a-2 and 112b-1 of the
그리고, 앞에서 언급하였듯이, 돌출부의 끄트머리들(112a-1, 112a-2, 112b-1, 112b-2)이 홈들(111a, 111b, 111c) 내부로 수용되어 있는 것이 바람직한데, 여기서는 각각의 끄트머리들의 일부 영역들(①, ②, ③, ④)이 홈들 내부에 수용되도록 구성하였다.And, as mentioned above, it is preferable that the
이때, 상기 일부 영역들(①, ②, ③, ④)은 소정 정전용량을 기여할 수 있도록 미리 계산된 면적을 갖는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that the
상기 돌출부들의 끄트머리들은 상기 홈들 내벽과 접촉하지 않도록 이격된 것이 바람직하다.The edges of the protrusions are preferably spaced apart from contacting the inner wall of the grooves.
절연막(120)은 상기한 바와 같은 끄트머리들의 일부 영역들(①, ②, ③, ④)을 덮도록 적층시키는 것이 바람직하다.The insulating
그리고, 절연막(120)은 통상의 산화막 또는 질화막으로 구성될 수 있으며, 그 두께는 정전용량변화비의 설계에 따라 상이할 수 있으나, 약 1000Å 정도로 형성된다.In addition, the insulating
또한, 절연막(120) 상부에 형성되는 감습막(130)을 위한 버퍼층의 역할을 하는 동시에 일정한 유전율을 갖고 있어, 그 감습막과 함께 정전용량변화를 유도하는 센싱부의 역할도 한다.In addition, it serves as a buffer layer for the moisture
감습막(130)은 폴리이미드계 물질로 이루어지며, 그 적용형태에 따라 다른 전기적 특성의 폴리머 물질을 사용할 수도 있다.The moisture
그리고, 감습막(130)은 액상의 폴리이미드를 스핀코터(Spin-Coater)를 통해 회전에 의한 원심력을 이용하여 1㎛ 정도의 두께로 도포되어지는 것이 바람직하고, 일정한 온도에서 경화시키는 과정을 통해 형성될 수 있다.In addition, the moisture-
상부전극(140)은 니켈(Ni), 크롬(Cr) 또는 니켈-크롬(Ni-Cr) 합금을 물리적기상증착법인 이베포레이션(Evaporation) 또는 스퍼터링(Sputtering) 등을 통해 증착되는 것이 일반적인데, 수분의 흡착 및 탈착이 가능하도록 다수 공핵 또는 미세 균열이 포함된 구조를 갖도록 제작되어지는 것이 바람직하다.The
그리고, 이와 같은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 정전용량형 습도센서 는, 레이저 트리밍 공정을 통해 상기 하부전극(110)에서 돌출부들의 소정영역들(T1, T2, T3, T4)을 선택적으로 절개함으로써, 일부 영역들(①, ②, ③, ④)이 기여하던 정전용량만큼을 선택적으로 감소시킬 수 있으며, 이를 통해 출력되는 정전용량을 정밀하게 보정하고, 정전용량의 오차를 조정할 수 있다.In addition, the capacitive humidity sensor according to an exemplary embodiment of the present invention selectively cuts predetermined regions T1, T2, T3, and T4 of the protrusions in the
또한, 상기와 같이 전극의 테두리 상에 위치하는 일부 영역들(①, ②, ③, ④)을 레이저 트리밍하기 때문에, 레이저 가열로 인한 습도센서의 특성 저하가 발생할 우려가 적다.In addition, the laser trimming of some
한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 정전용량형 습도센서의 출력되는 정전용량은, 해칭된 ①, ②, ③, ④, ⑤ 영역들의 면적의 합에 비례하여 결정되는데, 이러한 영역들은 상부전극(140)을 수직으로 투영했을 때 투영면과 겹쳐지는 영역으로서, 습도센서의 출력되는 정전용량 값에 영향을 미치는 부분, 즉, 정전용량에 기여하는 부분이라고 할 수 있다.On the other hand, the output capacitance of the capacitive humidity sensor according to an embodiment of the present invention is determined in proportion to the sum of the areas of the hatched ①, ②, ③, ④, ⑤ areas, these areas are the upper electrode ( 140 is a region overlapping the projection surface when vertically projected, and may be referred to as a portion that affects the output capacitance value of the humidity sensor, that is, a portion that contributes to the capacitance.
여기서, ⑤영역은 일정한 정전용량 값을 기여하도록 고정된 면적을 갖는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the
본 실시 예에서는, 상기 끄트머리의 일부 영역들(①, ②, ③, ④) 면적이 모두 다르게 구성한 경우를 예로 들었으나, 모두 동일한 면적을 가지도록 구성할 수도 있으며, 반드시 네 개의 영역만으로 구성할 필요는 없다.In the present embodiment, the case in which the areas of the areas (①, ②, ③, ④) of the edges are all configured differently is taken as an example, but they may all be configured to have the same area, and only four areas must be configured. There is no.
한편, 도시하지는 않았으나, 상기 하부전극(110) 및 상부전극(140) 각각은 외부와 전기적으로 연결시키기 위한 단자가 더 형성되는 것이 바람직하지만, 본 발명의 특징부로 오해할 우려가 있고, 본 발명의 본질적 구성을 명확히 이해하는데 도움이 되지 않는다고 판단되어 그에 대한 설명은 생략한다.Although not shown, each of the
도 3a와 도 3b는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 정전용량형 습도센서에서 돌출부의 소정영역 절개를 통해 출력되는 정전용량을 조정한 경우의 예를 설명하기 위한 평면도이다.3A and 3B are plan views illustrating an example in which the capacitance output through the cut-off of a predetermined region of the capacitive humidity sensor according to the preferred embodiment of the present invention is adjusted.
앞에서 언급하였듯이, 레이저 트리밍 공정을 통해 하부전극(110)에서 돌출부들의 소정영역들(T1, T2, T3, T4), 구체적으로 상기 돌출부에서 상기 하부전극(110)의 측면 테두리에 해당하는 영역들을 선택적으로 절개함으로써, 일부 영역들(①, ②, ③, ④)이 기여하던 정전용량만큼을 선택적으로 감소시킬 수 있으며, 이를 통해 출력되는 정전용량을 정밀하게 보정하고 정전용량의 오차를 조정할 수 있다.As mentioned above, predetermined regions T1, T2, T3, and T4 of the protrusions in the
예를 들어서, 일정 습도에서 출력되는 정전용량과 미리 설정한 기준 정전용량 값의 차이가 대략 ①영역의 면적에 따른 정전용량 값만큼 발생된다고 가정하면, 도 3a에 도시된 바와 같이, 레이저 트리밍을 통해 T1 영역을 절개시킴으로써, 정전용량을 조정할 수 있다.For example, assuming that a difference between the capacitance output at a constant humidity and a predetermined reference capacitance value is generated by approximately the capacitance value according to the area of the
한편, 일정 습도에서 출력되는 정전용량과 미리 설정한 기준 정전용량 값의 차이가 대략 ②와 ④영역의 면적의 합에 따른 정전용량 값만큼 발생된다고 가정하면, 상기와 마찬가지 방법으로 T2, T4 영역을 도 3b에 도시된 바와 같이 절개시킴으로써, 정전용량을 조정할 수 있다.On the other hand, assuming that a difference between the capacitance output at a constant humidity and a predetermined reference capacitance value is generated by approximately the capacitance value according to the sum of the areas of the
정리하면, 도시된 소정영역들(①, ②, ③, ④)의 면적을 절개할 영역(T1, T2, T3, T4)의 절개를 통해 전기적으로 단선시킴으로써, 해당 면적에 따른 정전용량 값만큼을 감소시킬 수 있게 된다.In summary, the area of the
즉, 도 3a에 도시된 바와 같은 경우, ①영역의 면적을 전기적으로 단선시켜 두었기 때문에, 습도센서는 ①영역의 면적에 대한 정전용량 값만큼 제외된 나머지 ②, ③, ④, ⑤영역의 면적에 비례하는 정전용량 값이 출력되게 된다.That is, as shown in FIG. 3A, since the area of the area is electrically disconnected, the humidity sensor is the area of the remaining
또한, 도 3b에 도시된 바와 같은 경우, ②, ④영역의 면적을 전기적으로 단선시켜 두었기 때문에, 습도센서는 ②, ④영역의 면적에 대한 정전용량 값만큼 제외된 나머지 ①, ③, ⑤영역의 면적에 비례하는 정전용량 값이 출력되게 된다.In addition, in the case shown in FIG. 3B, since the areas of the
도 4는 본 발명에 따른 하부전극의 바람직한 다른 실시 예를 설명하기 위한 평면도이다.4 is a plan view for explaining another preferred embodiment of the lower electrode according to the present invention.
이 경우에도 앞에서 언급한 바와 마찬가지로, ⑤영역은 일정한 정전용량 값을 기여하는 고정된 면적을 가지며, 정전용량에 기여하되 선택적으로 전기적으로 단선시킬 수 있는 소정영역들(①, ②, ③, ④)은 각각 0.25pF, 0.5pF, 1.0pF, 2.0pF 만큼의 정전용량을 기여할 수 있도록 미리 계산된 면적을 갖도록 하는 것이 바람직하다.In this case, as mentioned above, the
예를 들어, 일정습도에서 이와 같은 하부전극을 갖는 습도센서의 정전용량 값이 기준되는 정전용량 값과 대략 1.75pF만큼 차이가 발생한다고 가정하면, 0.25pF, 0.5pF, 1.0pF의 정전용량을 기여하는 ①, ②, ③영역의 면적을 전기적으로 단선시키기 위해 T1, T2, T3 영역을 절개시킴으로써, 습도센서에서 출력되는 정전용량을 조정할 수 있고, 같은 습도에서 균일한 정전용량을 출력하는 습도센서를 제작할 수 있다.For example, assuming that the capacitance value of the humidity sensor having such a lower electrode at a predetermined humidity is about 1.75pF different from the reference capacitance value, contributes 0.25pF, 0.5pF, 1.0pF capacitance. By cutting the T1, T2, and T3 areas to electrically disconnect the
도 4에 도시된 바와 같은 실시 예의 경우, T1, T2, T3, T4 영역을 적절히 조합하여 선택적으로 절개시킬 경우 조정 가능한 정전용량 범위는 0pF ~ 3.75pF 까지 0.25pF 단위로 조정할 수 있다.In the case of the embodiment as shown in Figure 4, when the appropriate incision by selectively combining the T1, T2, T3, T4 region can be adjusted in the range of 0pF ~ 3.75pF in 0.25pF units.
도 5는 본 발명에 따라 정전용량을 조정하기 전과 조정한 후의 정전용량 값의 변화를 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing changes in capacitance values before and after adjusting capacitance in accordance with the present invention.
본 그래프에서는, 약 1pF 정도의 정전용량을 기여하는 면적을 갖는 영역을 전기적으로 단선시키기 전과 후, 다시 말해, 정전용량 값을 조정하기 전과 후의 습도의 변화에 따른 정전용량의 변화를 나타낸다.The graph shows the change in capacitance with the change in humidity before and after electrically disconnecting an area having an area contributing about 1 pF of capacitance, that is, before and after adjusting the capacitance value.
이와 같이, 본 발명에 따른 습도센서는, 전극의 정전용량에 기여하는 일부 영역을 전기적으로 단선되도록 트리밍함으로써 출력되는 정전용량의 값을 감소시키는 조정을 할 수 있게 된다.As described above, the humidity sensor according to the present invention can adjust to reduce the value of the output capacitance by trimming the partial region contributing to the capacitance of the electrode to be electrically disconnected.
참고로, 정전용량형 습도센서는 도시된 그래프에서도 알 수 있듯이 전반적인 습도 범위에서 정전용량 값이 비교적 선형적으로 출력되어 다른 습도센서들에 비해 습도 검출에 있어서 정밀한 장점이 있다.For reference, the capacitive humidity sensor has a precise advantage in detecting humidity compared to other humidity sensors because the capacitance value is relatively linearly output in the overall humidity range as can be seen from the graph shown.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 정전용량형 습도센서의 제조방법을 설명하기 위한 사시도이다.6A through 6E are perspective views illustrating a method of manufacturing a capacitive humidity sensor according to a preferred embodiment of the present invention.
우선, 기판(100) 상부에 하부전극(110)을 형성하고, 상기 하부전극이 측면에서 내부로 파진 홈(111a, 111b, 111c)과 측면에서 외부로 돌출된 돌출부(112a, 112b)를 가지며, 상기 돌출부의 끄트머리들(112a-1, 112a-2, 112b-1, 112b-2)이 도시된 바와 같이 홈들 내부로 수용된 형상으로 연장되도록 패터닝한다.(도 6a)First, a
여기서, 이후 레이저 트리밍 수행시 레이저 가열로 인한 소자 특성 저하를 방지하기 위해, 돌출부의 절개하기 위한 소정영역들(T1, T2, T3, T4)은 도시된 바와 같이 전극 테두리 영역에 형성시키는 것이 바람직하다.Here, in order to prevent deterioration of device characteristics due to laser heating during laser trimming, predetermined regions T1, T2, T3, and T4 for cutting the protrusion may be formed in the electrode edge region as shown. .
또한, 상기 패터닝시 상기 돌출부들의 끄트머리들이 상기 홈들의 내벽과 접촉하지 않도록 형성하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to form the edges of the protrusions so as not to contact the inner wall of the grooves during the patterning.
그리고, 상기 하부전극(110)의 상기 홈들 내부로 수용된 상기 돌출부의 끄트머리 영역들을 모두 덮도록 상기 하부전극 상부에 절연막(120), 감습막(130), 상부전극(140)을 차례로 적층시킨다.(도 6b)In addition, an insulating
이때, 상기 절연막(120), 감습막(130), 상부전극(140)의 면적은 모두 동일한 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that the areas of the insulating
상기 절연막(120)은 통상의 산화막 또는 질화막으로 구성될 수 있으며, 그 두께는 정전용량변화비의 설계에 따라 상이할 수 있으나, 약 1000Å 정도로 형성된다.The insulating
또한, 상기 절연막(120) 상부에 형성되는 감습막(130)을 위한 버퍼층의 역할을 하는 동시에 일정한 유전율을 갖고 있어, 그 감습막과 함께 정전용량변화를 유도하는 센싱부의 역할도 한다.In addition, it serves as a buffer layer for the
한편, 상기 감습막(130)은 폴리이미드계 물질로 이루어지며, 그 적용형태에 따라 다른 전기적 특성의 폴리머 물질을 사용할 수도 있다.Meanwhile, the moisture
상기 감습막(130)은 액상의 폴리이미드를 스핀코터(Spin-Coater)를 통해 회전에 의한 원심력을 이용하여 1㎛ 정도의 두께로 도포되어지는 것이 바람직하고, 일정한 온도에서 경화시키는 과정을 통해 형성될 수 있다.The moisture-
상기 상부전극(140)은 니켈(Ni), 크롬(Cr) 또는 니켈-크롬(Ni-Cr) 합금을 물리적기상증착법인 이베포레이션(Evaporation) 또는 스퍼터링(Sputtering) 등을 통해 증착되는 것이 일반적인데, 수분의 흡착 및 탈착이 가능하도록 다수 공핵 또는 미세 균열이 포함된 구조를 갖도록 제작되어지는 것이 바람직하다.The
이어서, 상기 기판(100) 상부에 형성된 하부전극(110), 절연막(120), 감습막(130), 상부전극(140)의 노출된 외부를 모두 덮도록 보호층(150)을 형성한다.(도 6c)Subsequently, a
도면상에서 상기 보호층(150)은 설명의 이해를 돕기 위해 형상은 도시하지 않고, 해칭만으로 표시하였다.In the drawings, the
한편, 상기 보호층(150)은 습기의 출입을 위해 다수균열을 포함하는 상부전극(140) 표면을 다이싱, 솔더링, 트리밍 등과 같은 반도체 후공정시 발생되는 부산물 또는 오염물로부터 보호하는 역할을 하기 위해 형성하는 층으로서, 포토레지스트(Photoresist), 산화아연(ZnO), 실리콘 산화막(SiO2), 질화알루미늄(AlN) 등의 제거가 용이한 물질을 이용하는 것이 바람직하다.Meanwhile, the
그리고, 상기 보호층(150)으로 덮여있는 상기 하부전극(110)의 상기 돌출부들의 일부 영역들 중 감소시키고자 하는 정전용량만큼의 면적을 갖는 일부 영역이 전기적으로 단선되도록 소정영역을 절개한다.(도 6d)Then, a predetermined region is cut out so that some regions having an area equal to the capacitance to be reduced among the regions of the protrusions of the
여기서는, 레이저 트리밍을 통해 T1 영역을 절개시킴으로써, ①영역의 면적에 비례하는 정전용량이 검출되지 못하도록 전기적으로 단선시켜 정전용량을 감소시킨 경우의 예를 든 것이다.Here, an example is a case where the capacitance is reduced by cutting the T1 region through laser trimming, thereby electrically disconnecting the capacitor so that a capacitance proportional to the area of the region is not detected.
마지막으로, 상기 기판(100) 상부에 형성한 보호층(150)을 제거한다.(도 6e)Finally, the
상기와 같은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 정전용량형 습도센서 제조방법을 통해서, 동일한 습도조건에서 습도센서들 각각의 정전용량 출력 값의 오차를 줄여 특성이 균일한 습도센서들을 양산할 수 있으며, 결과적으로, 정전용량형 습도센서의 제작 수율을 향상시킬 수 있다.Through the capacitive humidity sensor manufacturing method according to a preferred embodiment of the present invention as described above, by reducing the error of the capacitance output value of each of the humidity sensors in the same humidity conditions, it is possible to mass-produce humidity sensors with uniform characteristics, As a result, the manufacturing yield of the capacitive humidity sensor can be improved.
도 7은 본 발명에 따라 정전용량을 조정하기 위해 레이저로 돌출부(112)의 소정영역(A)을 절개한 모습을 도시한 실제 사진이다.FIG. 7 is an actual photograph showing a state in which a predetermined area A of the
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 발명의 구성을 하부전극에 대하여 상세히 설명하였지만, 하부전극 대신 상부전극에 적용할 수도 있으며, 더 나아가 본 발명은 반드시 이러한 실시 예로 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다.In the above, the configuration of the invention according to the embodiment of the present invention has been described in detail with respect to the lower electrode, but may be applied to the upper electrode instead of the lower electrode, and furthermore, the present invention is not necessarily limited to these embodiments. Various modifications can be made without departing from the spirit.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 정전용량형 습도센서 및 그의 제조방법은, 생산 수율을 극대화시킬 수 있고, 소자의 출력 값에 대한 신뢰성을 확보하게 할 뿐만 아니라, 상부전극에 보호층을 적용하므로, 별도의 클리닝 공정을 하지 않더라도, 레이저 트리밍시에 발생되는 부산물이 상부전극의 다수 공핵 또는 미세 균열 등을 막아서 원활한 수분 흡착 및 탈착에 방해가 되는 문제를 방지할 수 있으며, 정전용량형 습도센서의 제작 공정을 보다 단순화시킬 수 있다.The capacitive humidity sensor and its manufacturing method according to the present invention as described above can maximize the production yield, ensure the reliability of the output value of the device, as well as applying a protective layer to the upper electrode, Even without a separate cleaning process, the by-products generated during laser trimming can prevent many nuclei or micro cracks of the upper electrode, thereby preventing the problem of smooth moisture adsorption and desorption. The process can be simplified further.
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20120312 Year of fee payment: 5 |
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |