KR100880044B1 - 다기능 미소기전집적시스템 센서의 제조방법 - Google Patents

다기능 미소기전집적시스템 센서의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100880044B1
KR100880044B1 KR1020070084718A KR20070084718A KR100880044B1 KR 100880044 B1 KR100880044 B1 KR 100880044B1 KR 1020070084718 A KR1020070084718 A KR 1020070084718A KR 20070084718 A KR20070084718 A KR 20070084718A KR 100880044 B1 KR100880044 B1 KR 100880044B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
layer
forming
sensor
sacrificial layer
Prior art date
Application number
KR1020070084718A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20080050990A (ko
Inventor
고상춘
전치훈
표현봉
박선희
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Publication of KR20080050990A publication Critical patent/KR20080050990A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100880044B1 publication Critical patent/KR100880044B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00134—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems comprising flexible or deformable structures
    • B81C1/0015—Cantilevers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00134—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems comprising flexible or deformable structures
    • B81C1/00182—Arrangements of deformable or non-deformable structures, e.g. membrane and cavity for use in a transducer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0042—Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/121—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid for determining moisture content, e.g. humidity, of the fluid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
    • B81B2203/0118—Cantilevers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2201/00—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems
    • B81C2201/01—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate
    • B81C2201/0101—Shaping material; Structuring the bulk substrate or layers on the substrate; Film patterning
    • B81C2201/0128—Processes for removing material
    • B81C2201/013—Etching
    • B81C2201/0133—Wet etching

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

본 발명은 유비쿼터스 센스 네트워크(Ubiquitous Sensor Network, USN) 응용을 위한 다기능 MEMS 센서의 일괄 제조방법에 관한 것으로, 이를 위한 본 발명의 다기능 MEMS 센서의 제조방법은 기판 상부에 정전력형 물리량 감지센서의 제1전극을 형성하는 단계; 상기 제1전극을 포함하는 결과물 전면에 제1희생층을 형성하는 단계; 상기 제1전극 상부 영역의 상기 제1희생층에 불순물도핑층을 형성하는 단계; 상기 불순물도핑층을 포함하는 결과물의 전면에 제2희생층을 형성하는 단계; 상기 제2희생층 상부에 정전력형 물리량 감지센서의 제2전극을 포함하는 부양구조물을 형성하는 단계; 상기 제2희생층 및 제1희생층을 선택적으로 식각하여 상기 불순물도핑층의 측벽이 노출되도록 식각홀을 형성하는 단계 및 상기 불순물도핑층과 상기 불순물도핑층과 접하는 제1희생층 및 제2희생층을 선택적으로 습식식각하여, 상기 제1전극과 제2전극 사이에 공기간극을 형성하는 단계를 포함하고 있으며, 이를 통하여 유비쿼터스 센서 네트워크를 보다 효과적으로 구현할 수 있는 효과가 있다.
미세기전집적시스템, MEMS, 센서, 희생층

Description

다기능 미소기전집적시스템 센서의 제조방법{METHOD OF FABRICATING MULTI FUNCTION MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEM SENSOR}
본 발명은 미세기전집적시스템(Micro Electro Mechanical System, 이하, MEMS라 함)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유비쿼터스 센스 네트워크(Ubiquitous Sensor Network, USN) 응용을 위한 다기능 MEMS 센서의 일괄 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.[과제관리번호: 2006-S-007-01, 과제명: 유비쿼터스 건강관리용 모듈/시스템]
센서는 온도, 습도, 진동 또는 음향과 같은 여러 종류의 물리량을 감지, 검출, 판별 또는 계측하는 기능을 가진 소자로써 다양한 분야에서 사용 및 응용되고 있다. 생활 및 산업의 다양한 분야에서 정교한 센서 시스템에 대한 요구가 증대됨에 따라 인간의 오감인 시각, 후각, 촉각, 청각 및 미각을 구현할 수 있는 센서가 모두 개발되었으며, 더 나아가 그 성능을 개선하기 위한 연구가 집중적으로 진행되고 있다. 성능의 개선에 있어서는 S/N비(Signal-to-Noise ratio)의 향상과 소형화를 통한 다양한 응용분야에 대한 적응력이 중요한 이슈가 되고 있다.
이에 따라, 기존의 반도체 공정과의 호환성이 우수하여 다양한 구조를 갖는 고성능 센서를 저렴한 생산비용으로 제조할 수 있는 MEMS 기술을 활용하여 작고 뛰어난 성능을 갖는 센서를 구현하기 위한 연구가 많이 진행되고 있다.
최근에는 유비쿼터스 센서 네트워크의 등장으로 여러 가지 물리량을 동시에 감지할 수 있는 다기능 센서에 대한 연구개발 요구가 크게 증가하고 있다. 지금까지는 다기능 센서를 구현하기 위하여 하나의 기능을 갖는 센서를 개별적으로 제작한 후, 필요한 기능을 가진 센서들만 선택하여 조합시킨 하이브리드형(hybrid type) 센서 시스템이 주류를 이루고 있다. 하지만 하이브리드형 센서 시스템은 서로 다른 기능을 갖는 센서들을 조합하여 형성하기 때문에 소형화에 한계가 있으며, 추가적인 패키징(packing) 공정으로 인하여 생산비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, MEMS 기술을 이용하여 서로 다른 기능을 갖는 센서들을 하나의 칩 상에 일괄적으로 구현할 수 있는 다기능 MEMS 센서의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 다기능 MEMS 센서를 제조하는데 있어서, 공정과정을 단순화시키고 생산비용을 절감할 수 있는 다기능 MEMS 센서의 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명의 다기능 MEMS 센서의 제조방법은 기판 상부에 정전력형 물리량 감지센서의 제1전극을 형성하는 단계; 상기 제1전극을 포함하는 결과물 전면에 제1희생층을 형성하는 단계; 상기 제1전극 상부 영역의 상기 제1희생층에 불순물도핑층을 형성하는 단계; 상기 불순물도핑층을 포함하는 결과물의 전면에 제2희생층을 형성하는 단계; 상기 제2희생층 상부에 정전력형 물리량 감지센서의 제2전극을 포함하는 부양구조물을 형성하는 단계; 상기 제2희생층 및 제1희생층을 선택적으로 식각하여 상기 불순물도핑층의 측벽이 노출되도록 식각홀을 형성하는 단계 및 상기 불순물도핑층과 상기 불순물도핑층과 접하는 제1희생층 및 제2희생층을 선택적으로 습식식각하여, 상기 제1전극과 제2전극 사이에 공기간극을 형성하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 불순물도핑층은 P2O5층 또는 B2O3층 중 어느 하나로 형성할 수 있으며, 상기 P2O5층은 POCl3를 이용하여 형성할 수 있고, 상기 B2O3층은 BBr3을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 제1희생층 및 제2희생층은 산화물이며 상기 습식식각은 HF 용액을 사용하여 실시할 수 있다.
상기 부양구조물을 형성하는 단계는, 상기 제2전극 상부에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막 상부에 가스센서용 감지전극을 형성하는 단계; 상기 절연막 상부에 상기 가스센서용 감지전극을 둘러싸도록 히터를 형성하는 단계 및 상기 가스센서용 감지전극 상에 가스감응막을 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 부양구조물은 멤브레인(membrane), 캔틸레버(cantilever) 및 브릿지(bridge)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 한 형태로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 다기능 MEMS 센서의 제조방법은 상기 제1전극 상에 복수개의 스톱퍼(stopper)를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 스톱퍼를 형성하는 단계는, 상기 제1전극 상에 질화막 및 폴리실리콘막을 차례로 형성하는 단계 및 상기 질화막 및 폴리실리콘막을 선택적으로 식각하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 정전력형 물리량 감지센서는 음향 또는 진동 중 어느 하나를 감지할 수 있으며, 본 발명의 다기능 MEMS 센서의 제조방법은 상기 기판 상부에 온도센서 및 습도센서을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 MEMS 기술을 활용하여 하나의 칩 상에 서로 다른 기능을 갖는 센서들을 일괄적으로 구현할 수 있는 다기능 MEMS 센서의 제조방법을 제공함으로써, 유비쿼터스 센서 네트워크를 보다 효과적으로 구현할 수 있는 효과가 있다. 또한, 공정과정을 단순화시킬 수 있으며 생산비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 희생층 내부에 불순물도핑층을 형성함으로써, 희생층 일부를 선택적으로 식각할 수 있으며, 미리 정의된 제거 대상의 희생층이 아닌 다른 영역의 희생층이 식각되는 것을 최소화할 수 이는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기판의 배면 공정없이 기판의 상면에서만 공정이 이루어짐으로써, 후면 공정을 통해 발생할 수 있는 문제점들을 원천적으로 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 식각용액에 쉽게 식각되는 희생층을 이용함으로써 MEMS 공정분야에서 적층형 센서 및 액츄에이터의 구조물 제작 공정에도 적용할 수 있어 그 효용성이 크다.
이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다. 또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판상 에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 도면번호로 표시된 부분은 동일한 요소를 나타낸다.
도 1a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서를 도시한 사시도이고, 도 1b는 도 1a에 도시된 Ⅰ-Ⅰ`, Ⅱ-Ⅱ` 및 Ⅲ-Ⅲ` 절취선을 따라 도시한 단면도이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 미세기전집적시스템 센서는 습도센서(A), 온도센서(B), 가스센서(C) 및 정전력형 물리량 감지센서(D)가 하나의 칩 상에 형성되어 있다.
습도센서(A)는 기판(100) 상부에 물리적으로 상호 분리된 두 개의 전극으로 형성된 습도센서용 감지전극(114) 및 습도센서용 감지전극(114) 상부에 형성된 습도감응막(122)을 포함할 수 있다. 이러한 구성을 갖는 습도센서(A)는 대기중의 습도에 따라 전기전인 특성이 변화하는 습도감응막(122)으로 인하여 물리적으로 상호 분리된 습도센서용 감지전극(114) 사이의 정전용량이 변화하는 것을 감지하여 습도를 측정할 수 있다.
온도센서(B)는 기판(100) 상부에 지그재그 형태로 형성된 온도센서용 감지전극(119)을 포함할 수 있으며, 온도센서용 감지전극(119)의 양단에 전압을 인가한 상태에서 온도의 변화에 따라 온도변화용 감지전극(119) 양단에 흐르는 전류의 변화량을 감지하여 온도의 변화를 측정할 수 있다.
부양구조물 상부에 형성된 가스센서(C)는 물리적으로 상호 분리된 두 개의 전극으로 형성된 가스센서용 감지전극(117), 가스센서용 감지전극(117)을 둘러싸도 록 형성된 히터(118), 히터(118)를 덮도록 형성된 제2절연막(120) 및 가스센서용 감지전극(117) 상부에 형성된 가스감응막(123)을 포함할 수 있다. 이러한 구성을 갖는 가스센서(C)는 가스감응막(123)과 가스의 결합으로 인하여 발생하는 전류의 변화량을 감지하여 특정 가스의 검출할 수 있다.
여기서, 가스센서(C)는 특정 가스를 빠르고 정확하게 검출하기 위하여 정확한 온도조절이 필수적으로 요구된다. 또한, 특정 가스를 검출할 때마다 가스감응막(123)에 흡착되어 있는 가스 또는 수분을 고온 가열에 의해 강제적으로 제거하여 가스감응막(123)을 초기 상태로 복구시킨 후 가스 농도를 측정해야 한다. 따라서, 가스센서(C)는 열적안정성을 확보할 수 있는 영역 즉, 기판(100)과 물리적으로 분리된 부양구조물 상부에 형성하는 것이 바람직하다.
정전력형 물리량 감지센서(D)는 기판(100) 상부에 형성된 제1전극(102), 부양구조물 하부에 형성된 제2전극(110) 및 기판(100)과 부양구조물 사이에 형성된 공기간극(air gap, 121)을 포함할 수 있다. 또한, 제1전극(102) 상부에 형성된 스톱퍼(105)를 더 포함할 수 있다. 이때, 스톱퍼(105)는 기판(100)과 부양구조물 사이의 고착(stiction)현상 및 스냅다운(snapdown) 방지하기 위한 것이다. 이러한 구성을 갖는 정전력형 물리량 감지센서는 외부의 음향 또는 진동에 따른 부양구조물의 변위로 인하여 제1전극(102)과 제2전극(110) 사이의 정전용량이 변화하는 것을 감지하여 음향 또는 진동의 변화량을 감지할 수 있다. 즉, 정전력형 물리량 감지센서는 음향센서 또는 진동센서로 이용할 수 있다.
여기서, 본 발명의 각 센서들의 감지전극(114, 117, 119) 및 히터(118)는 폴 리실리콘, 백금 또는 적어도 백금을 포함하는 적층 구조로 형성할 수 있다. 이외에, 전이금속, 히토류 금속 또는 도전성 화합물 중 어느 하나로 형성할 수도 있다. 예컨대, 전이 금속으로는 철(Fe), 코발트(Co), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 몰리브덴(Mo) 또는 티타늄(Ti) 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 히토류 금속으로는 어븀(Er), 이터륨(Yb), 사마륨(Sm), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 톨륨(Tm) 또는 루테튬(Lu) 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 그리고, 도전성 화합물로는 산화아연(Zinc Oxide, ZnO), 산화주석(Tin Oxide, SnO2), 산화인듐주석(Indium Tin Oxide, ITO), 또는 갈륨질화물(GaN) 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
각 센서의 감응막(122, 123)은 금속 산화물인 SnO2, ZnO, WO3, In2O3, Ga2O3, Fe2O3, TiO2, NiO 및 MoO3으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나로 형성하거나, 상술한 금속 산화물에 특정 불순물이 더 첨가된 물질로 형성할 수도 있다. 이 외에도, 가스농도 또는 습도변화에 따라 전기적 특성이 변화하는 물질은 모두 사용할 수 있다. 예를 들면, 탄소나 실리콘, 금속으로 된 나노튜브(nano tube) 또는 나노 와이어(nano wire)가 있으며, 특정 재료에 한정됨이 없이 금속 산화물, 금속, 반도체 또는 폴리머를 포함하는 물질중 어느 하나 또는 이들이 조합된 물질을 사용하여 형성할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명은 서로 다른 기능을 갖는 센서들을 하나의 칩 상에 집적함으로써, 종래의 하이브리드형 다기능 센서에 비하여 소형화시킬 수 있으며 이를 통하여, 유비쿼터스 센서 네트워크(USN) 환경을 보다 손쉽게 구현할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 다기능 MEMS 센서의 제조방법에 대한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 공정설명에서 반도체 소자의 제조방법이나 이에 관련된 성막방법에 관련된 기술내용 중 알려진 기술에 대해서는 설명하지 아니하였고, 이는 이러한 알려진 기술들에 의해 본 발명의 기술적 범위가 제한되지 않음을 의미한다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서의 제조방법을 도시한 공정단면도이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상부에 매립산화층(101)을 형성한다. 이때, 매립산화층(101)은 후속공정을 통하여 형성될 정전력형 물리량 감지센서의 제1전극과 기판(100) 사이를 전기적으로 분리시키기 위한 것으로 실리콘산화막(SiO2)으로 형성할 수 있다.
다음으로, 매립산화층(101) 상에 정전력형 물리량 감지센서의 제1전극(102)을 형성한다. 이때, 제1전극(102)은 매립산화층(101) 전면에 형성하거나, 정전력형 물리량 감지센서가 형성될 영역에만 선택적으로 형성할 수 있다. 바람직하게는 후속공정을 통하여 기판(100) 상부에 형성되는 센서들과의 제1전극(102) 사이의 상호작용으로 인하여 센서들 예컨대, 정전력형 물리량 감지센서, 습도센서 및 온도센서의 감지특성이 저하되는 것을 방지하기 위하여 정전력형 물리량 감지센서가 형성될 영역에만 선택적으로 형성하는 것이 좋다.
또한, 제1전극(102)은 폴리실리콘, 금속, 도전성 금속질화물 또는 금속실리사이드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나로 형성할 수 있다.
다음으로, 제1전극(102) 상부에 복수개의 스톱퍼(stopper)(105)를 형성한다. 이때, 스톱퍼는 제1전극(102) 상부에 질화막과 폴리실리콘막을 차례로 증착한 후, 폴리실리콘막과 질화막을 선택적으로 식각하여 질화막과 폴리실리콘막이 적층된 적층패턴으로 형성할 수 있다.
여기서, 스톱퍼(105)를 형성하는 이유는 후속 공정을 통하여 형성될 정전력형 물리량 감지센서의 제1전극(102)과 제2전극(110) 사이의 고착현상 및 스냅다운을 방지하기 위함이다. 이때, 고착현상은 기판(100)과 부양구조물 사이의 갭(gap)이 작은 경우 부양구조물이 기판(100)에 달라붙어 떨어지지 않는 현상을 말한다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 제1전극(102)을 포함하는 결과물 전면에 제1희생층(106)을 형성한다. 이때, 제1희생층(106)은 습식산화공정, 건식산화공정 및 라디칼(radical)산화공정으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 한 방법을 사용하여 산화물 예컨대, 저온산화막(Low Temperature Oxide, LTO), 실리콘산화막(SiO2), BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass), PSG(Phosphorus Silicate Glass), TEOS(Tetra Ethyle Ortho Silicate), USG(Un-doped Silicate Glass), SOG(Spin On Glass), 고밀도플라즈마산화막(High Density Plasma, HDP) 및 SOD(Spin On Dielectric) 로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성할 수 있다.
다음으로, 제1전극(102) 상부영역의 제1희생층(106) 표면에 불순물도핑 층(107)을 형성한다. 이때, 불순물도핑층(107)은 제1희생층(106)의 표면으로부터 소정 깊이, 예컨대 수백 Å 정도의 두께로 비교적 얇은 두께, 바람직하게는 100Å ~ 900Å 범위의 두께로 형성하는 것이 좋다.
여기서, 불순물도핑층(107) P2O5층 또는 B2O3층 중 어느 하나로 형성할 수 있다. 예를 들어, 불순물도핑층(107)을 P2O5층으로 형성하는 경우 온도 950℃, 산소(O2) 분위기에서 제1희생층(106) 표면에 POCl3을 30분 동안 도핑(doping)하여 제1희생층(106)의 표면에 P2O5층을 형성할 수 있다.
또한, 불순물도핑층(107)을 B2O3층으로 형성하는 경우, BBr3를 이용한 도핑 공정을 통하여 형성하거나, 고체 웨이퍼 소스(solid type wafer source)인 BN 웨이퍼를 산화시켜 제1희생층(106) 표면에 B2O3층을 형성할 수 있다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 불순물도핑층(107)을 포함하는 결과물 전면에 제2희생층(108)을 형성한다. 이때, 제2희생층(108)은 습식산화공정, 건식산화공정 및 라디칼 산화공정으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 한 방법을 사용하여 산화물로 형성할 수 있다.
다음으로, 제1전극 상부영역의 제2희생층 상에 정전력형 물리량 감지센서의 제2전극을 형성한다. 이때, 제2전극은 폴리실리콘, 금속, 도전성 금속질화물 및 금속실리사이드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나로 형성할 수 있다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 정전력형 물리량 감지센서의 제2전극(110)을 포 함하는 결과물 전면에 제1절연막(111)을 형성한다. 이때, 제1절연막(111)은 정전력형 물리량 감지센서의 제2전극(110)과 부양구조물 상부에 형성될 가스센서와의 전기적인 분리 및 부양구조물을 지지하는 지지막으로 작용한다.
다음으로, 제1절연막(111), 제2희생층(108) 및 제1희생층(106)을 선택적으로 식각하여 불순물도핑층(106)의 측벽이 노출되도록 식각홀(112)을 형성할 수 있다. 이때, 식각홀(112)을 건식식각공정을 통하여 트렌치형(trench)으로 형성할 수 있으며, 후속 공기간극을 형성하기 위한 식각공정시 소요되는 시간을 단축하기 위하여 복수개로 형성할 수 있다.
다음으로, 정전력형 물리량 감지센서의 제1전극(102) 및 제2전극(110)의 외부배선용 패드를 형성하기 위하여 콘택홀(113)을 형성한다. 이때, 콘택홀(113)은 건식식각공정을 통하여 트렌치형으로 형성할 수 있으며, 식각홀(112)을 형성하기 위한 식각공정과 동시에 실시할 수도 있다.
도 2e에 도시된 바와 같이, 제1절연막(111) 상부에 습도센서용 감지전극(114), 온도센서용 감지전극(119), 정전력형 물리량 감지센서의 제1전극패드(115) 및 제2전극패드(116), 가스센서용 감지전극(117) 및 가스센서용 히터(118)를 형성한다.
가스센서용 감지전극(117)은 두 개의 전극이 물리적으로 상호 분리된 1쌍의 구조를 갖도록 형성할 수 있으며, 각 전극은 물리적으로 분리된 가지(finger)를 갖는 IDA(InterDigitated Array) 구조로서, 사각형이나 원형의 빗(comb) 모양으로 형성할 수 있다. 그리고, 가스센서용 히터(118)는 가스센서용 감지전극(117)을 둘러 싸는 구조를 갖도록 형성할 수 있다.
습도센서용 감지전극(114)은 가스센서용 감지전극(117)과 동일한 형태로 형성할 수 있으며, 온도센서의 감지전극(119)은 온도의 변화를 효과적으로 감지하기 위하여 표면적이 큰 구조 즉, 지그재그 형태로 형성할 수 있다.
정전력형 물리향 감지센서의 제1전극패드(115) 및 제2전극패드(116)은 콘택홀(113)에 도전성 물질을 매립하여 형성할 수 있다.
여기서, 각 센서들의 감지전극(114, 117, 119), 전극 패드(115, 116) 및 히터(118)는 폴리실리콘, 백금 또는 적어도 백금을 포함하는 적층 구조로 형성할 수 있다. 이외에, 전이금속, 히토류 금속 또는 도전성 화합물 중 어느 하나로 형성할 수도 있다. 예컨대, 전이 금속으로는 철(Fe), 코발트(Co), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 몰리브덴(Mo) 또는 티타늄(Ti) 중 어느 하나로 형성할 수 있으며, 히토류 금속으로는 어븀(Er), 이터륨(Yb), 사마륨(Sm), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 톨륨(Tm) 또는 루테튬(Lu) 중 어느 하나로 형성할 수 있다. 전도성 화합물로는 산화아연(Zinc Oxide, ZnO), 산화주석(Tin Oxide, SnO2), 산화인듐주석(Indium Tin Oxide, ITO) 또는 갈륨질화물(GaN) 중 어느 하나로 형성할 수 있다.
도 2f에 도시된 바와 같이, 제1절연막(111) 상부에 가스센서용 감지전극(117)과 가스센서용 히터(118) 사이의 전기적인 절연을 위하여 히터(118)를 덮도록 제2절연막(120)을 형성한다.
다음으로, 식각홀(112) 및 등방성 습식식각공정을 이용하여 불순물도핑 층(107), 제1희생층(106) 및 제2희생층(108)을 선택적으로 제거하여 공기간극(121)을 형성한다. 이때, 공기간극(121)을 형성함으로써, 정전력형 물리량 감지센서의 제2전극(110)을 포함하는 부양구조물을 기판(100)으로부터 부양시킬 수 있다.
공기간극(121)을 형성하는 방법을 보다 자세히 설명하면, 식각홀(112)을 통하여 탈이온수(Deionized water, DI)와 HF 용액이 희석된 용액을 주입하여 불순물도핑층(107)이 형성된 영역만 선택적으로 제거할 수 있다. 이는 불순물도핑층(107)이 불순물이 도핑되지 않는 제1희생층(106) 및 제2희생층(108)에 비하여 20∼30배 빠른 식각률을 가지기 때문이다. 즉, 제1희생층(106)과 제2희생층(108) 사이의 경계에 매몰된 불순물도핑층(107)과 제1희생층(106)과 제2희생층(108)의 급속한 식각률 차이로 인하여 불순물도핑층(107)의 연장방향인 측면방향으로 마이크로채널이 형성되며, 이 마이크로채널을 통해 유입된 식각용액(HF)에 의해 마이크로채널의 상부 및 하부에 있는 제1희생층(106) 및 제2희생층(108)의 식각을 유도함으로써 미리 정의된 특정 공간내에 있는 희생층만을 빠르게 선택적으로 식각할 수 있다.
다음으로, 가스센서 및 습도센서의 감지전극(117, 114) 상부에 가스감응막(123) 및 습도감응막(122)을 형성한다. 이때, 습도감응막(122) 및 가스감응막( 123)은 리프트-오프(lift off) 공정으로 형성할 수 있는데, 리프트-오프 공정은 우선 감응막이 형성될 영역이 개방된 감광막 패턴을 형성한 후 그 상부에 감지막용 물질을 증착한 다음, 감광막 패턴을 제거하는 공정으로 실시할 수 있다.
여기서, 습도감응막(122) 및 가스감응막(123)은 전자빔증착법(E-beam evaporation), 스퍼터링법(sputtering), 펄스레이져증착법(Pulse Laser Deposition), 졸겔법(sol-gel), 화학기상증착법, 스프레이코팅법(sprayer coating), 침적법(depping) 및 스크린 프린팅(screen printing)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 한 방법으로 형성할 수 있으며, 감응막의 두께는 센서의 감도 대역에 따라 그 범위가 확장될 수 있다.
또한, 습도감응막(122) 및 가스감응막(123)은 금속산화물 예컨대, SnO2, ZnO, WO3, In2O3, Ga2O3, Fe2O3, TiO2, NiO 및 MoO3로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나로 형성하거나, 상술한 금속산화물에 특정 불순물을 첨가한 물질로 형성할 수도 있다. 또한, 습도 또는 가스에 따라서 전기적 특성이 변화하는 물질은 모두 사용할 수 있다. 예를 들어, 탄소, 실리콘 또는 금속으로 구성된 나노튜브(nano tube) 또는 나노 와이어(nano wire)를 사용할 수 있다.
이외에도, 상술한 특정 재료에 한정됨이 없이 금속 산화물, 금속, 반도체 또는 폴리머를 포함하는 물질중 어느 하나 또는 이들이 조합된 물질을 사용하여 형성할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명은 MEMS 기술을 활용하여 하나의 칩 상에 서로 다른 기능을 갖는 센서들을 일괄적으로 구현할 수 있는 다기능 MEMS 센서의 제조방법을 제공함으로써, 유비쿼터스 센서 네트워크를 보다 효과적으로 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 서로 다른 기능을 갖는 센서들을 일괄적으로 한번에 형성함으로써, 공정과정을 단순화시킬 수 있으며 생산비용을 절감할 수 있는 효과가 있 다.
또한, 본 발명은 희생층 내부에 불순물도핑층을 형성함으로써, 희생층 일부를 선택적으로 식각할 수 있으며, 미리 정의된 제거 대상의 희생층이 아닌 다른 영역의 희생층이 식각되는 것을 최소화할 수 이는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기판의 배면 공정없이 기판의 상면에서만 공정이 이루어짐으로써, 후면 공정을 통해 발생할 수 있는 문제점들을 원천적으로 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 식각용액에 쉽게 식각되는 희생층을 이용함으로써 MEMS 공정분야에서 적층형 센서 및 액츄에이터의 구조물 제작 공정에도 적용할 수 있어 그 효용성이 크다.
상술한 본 발명의 실시예에서는 브릿지형 부양 구조물을 형성하는 방법을 예시하였으나, 이는 일례로서, 캔틸레버(cantilever), 멤브레인(membrane)형의 부양 구조물을 형성하는 것도 가능하며, 이 외에도, MEMS 공정 기술 분야에서 적층형 센서 및 엑츄에이터 구조물을 제작시 희생층을 사용하여 특정 구조물을 기판 상에 부양시키거나, 마이크로(micro) 공동 구조 또는 공기나 다른 물리량의 유입 구멍을 형성하고자 하는 경우에도 모두 적용할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위내의 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
도 1a는 본 발명의 다기능 MEMS 센서의 구조를 도시한 사시도.
도 1b는 도 1a에 도시된 Ⅰ-Ⅰ`, Ⅱ-Ⅱ` 및 Ⅲ-Ⅲ` 절취선을 따라 본 발명의 다기능 MEMS 센서를 도시한 단면도.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도.
***도면 주요 부분에 대한 부호 설명***
100 : 기판 101 : 매립 산화층
102 : 제1전극 103 : 질화막
104 : 폴리실리콘막 105 : 스톱퍼(stopper)
106 : 제1희생층 107 : 불순물도핑층
108 : 제2희생층 110 : 제2전극
111 : 제1절연막 112 : 식각홀
113 : 콘택홀 114 : 습도센서용 감지전극
115 : 제1전극패드 116 : 제2전극패드
117 : 가스센서용 감지전극 118 : 가스센서용 히터
119 : 온도센서용 감지전극 120 : 제2절연막
121 : 공기간극 122 : 습도감응막
123 : 가스감응막

Claims (11)

  1. 기판 상부에 정전력형 물리량 감지센서의 제1전극을 형성하는 단계;
    상기 제1전극을 포함하는 결과물 전면에 제1희생층을 형성하는 단계;
    상기 제1전극 상부 영역의 상기 제1희생층에 불순물도핑층을 형성하는 단계;
    상기 불순물도핑층을 포함하는 결과물의 전면에 제2희생층을 형성하는 단계;
    상기 제2희생층 상부에 정전력형 물리량 감지센서의 제2전극을 포함하는 부양구조물을 형성하는 단계;
    상기 제2희생층 및 제1희생층을 선택적으로 식각하여 상기 불순물도핑층의 측벽이 노출되도록 식각홀을 형성하는 단계; 및
    상기 불순물도핑층과 상기 불순물도핑층과 접하는 제1희생층 및 제2희생층을 선택적으로 습식식각하여, 상기 제1전극과 제2전극 사이에 공기간극을 형성하는 단계
    를 포함하는 다기능 MEMS 센서의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 불순물도핑층은 P2O5층 또는 B2O3층 중 어느 하나로 형성하는 다기능 MEMS 센서의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 P2O5층은 POCl3를 이용하여 형성하는 다기능 MEMS 센서의 제조방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 B2O3층은 BBr3을 이용하여 형성하는 다기능 MEMS 센서의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1희생층 및 제2희생층은 산화물이며 상기 습식식각은 HF 용액을 사용하여 실시하는 다기능 MEMS 센서의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극 상에 복수개의 스톱퍼(stopper)를 형성하는 단계를 더 포함하는 다기능 MEMS 센서의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스톱퍼를 형성하는 단계는,
    상기 제1전극 상에 질화막 및 폴리실리콘막을 차례로 형성하는 단계; 및
    상기 질화막 및 폴리실리콘막을 선택적으로 식각하는 단계
    를 포함하는 다기능 MEMS 센서의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 부양구조물을 형성하는 단계는,
    상기 제2전극 상부에 절연막을 형성하는 단계;
    상기 절연막 상부에 가스센서용 감지전극을 형성하는 단계;
    상기 절연막 상부에 상기 가스센서용 감지전극을 둘러싸도록 히터를 형성하는 단계; 및
    상기 가스센서용 감지전극 상에 가스감응막을 형성하는 단계
    를 포함하는 다기능 MEMS 센서의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 부양구조물은 멤브레인(membrane), 캔틸레버(cantilever) 및 브릿지(bridge)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 한 형태로 형성하는 다기능 MEMS 센서의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 정전력형 물리량 감지센서는 음향 또는 진동중 어느 하나를 감지하는 다기능 MEMS 센서의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기판 상부에 온도센서 및 습도센서을 형성하는 단계를 더 포함하는 다기능 MEMS 센서의 제조방법.
KR1020070084718A 2006-12-04 2007-08-23 다기능 미소기전집적시스템 센서의 제조방법 KR100880044B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060121251 2006-12-04
KR20060121251 2006-12-04

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080050990A KR20080050990A (ko) 2008-06-10
KR100880044B1 true KR100880044B1 (ko) 2009-01-22

Family

ID=39806139

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070084718A KR100880044B1 (ko) 2006-12-04 2007-08-23 다기능 미소기전집적시스템 센서의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100880044B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102238937B1 (ko) * 2014-07-22 2021-04-09 주식회사 키 파운드리 배선 사이의 중공에 형성된 습도 센서 및 그 제조 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5464966A (en) 1992-10-26 1995-11-07 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Micro-hotplate devices and methods for their fabrication
JPH10256564A (ja) 1997-03-04 1998-09-25 Sgs Thomson Microelectron Srl 圧力マイクロセンサ製造方法
JP2003229608A (ja) 2002-02-01 2003-08-15 Denso Corp メンブレンを有する半導体装置およびその製造方法
KR100600685B1 (ko) 2004-02-09 2006-07-19 야마하 가부시키가이샤 물리량 센서

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5464966A (en) 1992-10-26 1995-11-07 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Micro-hotplate devices and methods for their fabrication
JPH10256564A (ja) 1997-03-04 1998-09-25 Sgs Thomson Microelectron Srl 圧力マイクロセンサ製造方法
JP2003229608A (ja) 2002-02-01 2003-08-15 Denso Corp メンブレンを有する半導体装置およびその製造方法
KR100600685B1 (ko) 2004-02-09 2006-07-19 야마하 가부시키가이샤 물리량 센서

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Zhongyu Hou 외 "A MEMS-Based Ionization Gas Sensor Using Carbon Nanotubes" IEEE, Vol. 54, June, 2007, pp. 20~23
최낙진 외 "High Sensitivity and Low Power Consumption Gas Sensor Using MEMS" Journal of the Korean Physical Society, Vol. 45, No. 5, November 2004, pp. 1205~1209

Also Published As

Publication number Publication date
KR20080050990A (ko) 2008-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101094870B1 (ko) 습도 센서 및 이의 제조 방법
KR100812996B1 (ko) 마이크로 가스 센서 및 그 제조방법
US7861575B2 (en) Micro gas sensor and manufacturing method thereof
KR100942439B1 (ko) 마이크로 가스센서 및 제조방법
CN104335339B (zh) 顺应性的微型器件转移头部
KR100501750B1 (ko) 센서및센서제조방법
JP5232220B2 (ja) マイクロメカニカル構成素子および製造方法
KR100856391B1 (ko) 미소기전집적시스템 소자의 부양 구조물 제조방법
CN112694062B (zh) 一种基于tsv的晶圆级mems气体传感器阵列、制备方法及应用
CN107381495B (zh) 一种mems微热板及其制造方法
KR20080052297A (ko) 부양형 나노선 센서 및 그 제조 방법
KR20100026810A (ko) 접촉 연소식 수소센서 및 그 제조방법
WO2007086489A1 (ja) 静電容量型圧力センサ
US20180340901A1 (en) Gas sensor platform and the method of making the same
KR100537093B1 (ko) Ｍｅｍｓ 구조물을 이용한 탄소나노튜브 가스센서 및 그제작방법
KR100880044B1 (ko) 다기능 미소기전집적시스템 센서의 제조방법
KR101250447B1 (ko) 멤스 디바이스 제조방법
KR100701152B1 (ko) 단차를 가지지 않는 일체형 ｍｅｍｓ 센서 및 그 제조방법
EP2067158A2 (en) Mechanical switch with a curved bilayer
CN113226979A (zh) 传感器装置和用于制造传感器装置的方法
KR100540972B1 (ko) 미세기둥 구조를 갖는 마이크로 가스센서 및 그 제조방법
KR101992022B1 (ko) 반도체식 가스센서
KR20190014981A (ko) 마이크로 가스센서 어레이 및 그 제조방법
KR100609764B1 (ko) 가스 감지 디바이스 어레이 및 그 제조방법
KR101047363B1 (ko) 자가 발전이 가능한 다중 기능 센서 및 이의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120116

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee