KR101156931B1 - 공정 효율을 향상시키는 수직축 관성 센서 제조방법 - Google Patents

공정 효율을 향상시키는 수직축 관성 센서 제조방법 Download PDF

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Abstract

공정 효율을 향상시키는 수직축 관성 센서 제조방법이 게시된다. 본 발명의 수직축 관성 센서 제조방법은 본 발명의 수직축 관성 센서 제조방법은 기판상에 절연막이 형성되고, 상기 절연막 상에 베이스 전극층이 형성된 전극 기판을 준비하는 전극 기판 준비 단계; 상기 베이스 전극층 상에 접합 돌기 및 단차 돌기를 형성하는 돌기 형성 단계로서, 상기 접합 돌기는 상기 부착 구조물이 형성되는 부착 영역 내에 형성되며, 상기 단차 돌기는 상기 제1 감지 전극들이 형성되는 제1 감지 영역 내에 형성되는 상기 돌기 형성 단계로서, 상기 접합 돌기 및 상기 단차 돌기는 상기 단차에 대응하는 두께를 가지며, 동일한 성분의 물질로 동시에 형성되는 상기 돌기 형성 단계; 및 상기 부착 영역, 상기 제1 감지 영역 및 제2 감지 영역을 분리시키기 위하여 상기 전극층을 식각하고, 상기 제1 감지 전극들 및 상기 제2 감지 전극들을 상기 기판으로부터 부유시키는 전극 형성 단계로서, 상기 제2 감지 영역에는 상기 제2 감지 전극들이 형성되는 상기 전극 형성 단계를 구비한다. 본 발명의 수직축 관성 센서 제조방법에 의하면, 고정 전극과 유동 전극 사이의 단차가 상부에 있으며, 공정 효율이 크게 향상되는 수직축 관성 센서가 제공된다.

Description

공정 효율을 향상시키는 수직축 관성 센서 제조방법{Fabrication method for Vertical axis Inertial Sensor with improving Process efficiency}
본 발명은 관성 센서 제조방법에 관한 것으로서, 특히 공정 효율을 향상시키는 수직축 관성 센서 제조방법에 관한 것이다.
가속도 센서, 자이로 센서 등과 같은 관성 센서는 MEMS 기술로 제작된 대표적인 소자로서, 물체에 가속도가 인가될 때, 부유된 구조물의 상하 운동에 따른 변화를 측정하여, 인가되는 가속도 또는 각속도를 센싱하는 소자이다.
MEMS 기술로 제작된 관성 센서 중에서도, 온도 변화에 둔감하며 비선형성이 적은 용량형 관성 센서가 널리 사용되고 있다. 용량형 관성 센서는 외부에서 입력되는 가속도 또는 각속도에 대하여 움직이는 유동 전극과 기판에 고정된 고정 전극 사이의 오버랩되는 면적의 변화, 또는 전극간의 마주보는 거리의 변화가 일으키는 커패시턴스의 변화를 측정하는 센서이다. 따라서, 가속도 또는 각속도의 입력에 대하여 충분한 커패시턴스 변화를 얻기 위하여, 복수 개의 고정된 고정 전극들과 움직이는 유동 전극들이 빗살 형태로 맞물려 서로 마주보고 있는 구조인 콤(comb) 구조가 많이 채용되고 있다.
이러한 콤 구조의 관성 센서들 중에서, 수직축 관성 센서의 경우에는, 상기 고정 전극들과 유동 전극들이 수직 방향으로 확장된다. 이때, 상기 고정 전극들과 상기 유동 전극들 사이에는 상부 또는 하부에서 단차가 요구된다. 특히, 유동 전극이 고정 전극보다 길고 상부에 단차가 있는 경우에는, 아래쪽 방향으로 인가되는 가속도 또는 각속도를 검출할 수 있다.
그리고, 상기 고정 전극들 및 상기 유동 전극들은 외부의 충격으로부터 보호하기 위하여 패키지된다. 이러한 패키지는 기판에 보호캡을 부착하여 내부에 상기 고정 전극들 및 상기 유동 전극들을 포함하는 다양한 구성요소들을 수용하는 형태로 구성된다.
한편, MEMS 기술로 수직축 관성 센서를 구현하는 경우, 비용의 측면에 공정 단계를 감소시키는 것이 매우 중요하다.
따라서, 고정 전극과 유동 전극 사이의 단차가 상부에 있는 수직축 관성 센서로서, 공정 효율이 향상되는 수직축 관성 센서 제조방법이 요구된다.
본 발명의 목적은 고정 전극과 유동 전극 사이의 단차가 상부에 있는 수직축 관성 센서 제조방법으로서, 공정 효율을 향상시키는 수직축 관성 센서 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 상부에 단차를 가지는 제1 감지 전극들과 제2 감지 전극들을 가지며, 보호캡이 부착될 수 있는 부착 구조물을 포함하는 수직축 관성 센서 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 수직축 관성 센서 제조방법은 기판상에 절연막이 형성되고, 상기 절연막 상에 베이스 전극층이 형성된 전극 기판을 준비하는 전극 기판 준비 단계; 상기 베이스 전극층 상에 접합 돌기 및 단차 돌기를 형성하는 돌기 형성 단계로서, 상기 접합 돌기는 상기 부착 구조물이 형성되는 부착 영역 내에 형성되며, 상기 단차 돌기는 상기 제1 감지 전극들이 형성되는 제1 감지 영역 내에 형성되는 상기 돌기 형성 단계로서, 상기 접합 돌기 및 상기 단차 돌기는 상기 단차에 대응하는 두께를 가지며, 동일한 성분의 물질로 동시에 형성되는 상기 돌기 형성 단계; 및 상기 부착 영역, 상기 제1 감지 영역 및 제2 감지 영역을 분리시키기 위하여 상기 전극층을 식각하고, 상기 제1 감지 전극들 및 상기 제2 감지 전극들을 상기 기판으로부터 부유시키는 전극 형성 단계로서, 상기 제2 감지 영역에는 상기 제2 감지 전극들이 형성되는 상기 전극 형성 단계를 구비한다.
본 발명의 수직축 관성 센서 제조방법에 의하면, 고정 전극과 유동 전극 사이의 단차가 상부에 있으며, 공정 효율이 크게 향상되는 수직축 관성 센서가 제공된다.
본 발명에서 사용되는 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수직축 관성 센서 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 2a 내지 도 2g는 도 1의 제조방법에 따른 각 단계가 수행된 상태에서의 수직축 관성 센서의 단면을 나타내는 단면도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 잇점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. 각 도면을 이해함에 있어서, 동일한 부재는 가능한 한 동일한 참조부호로 도시하고자 함에 유의해야 한다. 또한, 하기의 설명에서, 구체적인 처리흐름과 같은 많은 특정 상세들은 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 기술된다. 그러나, 이들 특정 상세들 없이도, 본 발명의 실시될 수 있다는 것은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이다. 그리고, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
본 명세서에서 "수직" 이라는 용어는 중력 가속도의 방향과 일치하는 방향을 의미한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수직축 관성 센서 제조방법을 나타내는 순서도로서, 상부에 단차를 가지는 제1 감지 전극(EL1)들과 제2 감지 전극(EL2)들, 그리고 부착 구조물(BACN)을 포함하는 수직축 관성 센서 제조방법을 나타내는 순서도이다.
본 명세서에서, 상기 제1 감지 전극(EL1)들 및 상기 제2 감지 전극(EL2)들 중의 어느 하나는 유동 전극들(M)로 설정될 수 있으며, 다른 하나는 고정 전극들(S)로 설정될 수 있다.
본 실시예에서는, 상기 제1 감지 전극(EL1)들이 유동 전극들(M)로 설정되며, 상기 제2 감지 전극(EL2)들은 고정 전극들(S)로 설정된다. 그리고, 상기 부착 구조물(BACN)에는, 패키지 시에 보호캡이 부착된다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 수직축 관성 센서 제조방법은 전극 기판 준비 단계(S10), 돌기 형성 단계(S20) 및 전극 형성 단계(S30)를 구비한다.
상기 전극 기판 준비 단계(S10)에서는, 도 2a에 도시되는 바와 같이, 기판(10)상에 절연막(20)이 형성되고, 상기 절연막(20)상에 베이스 전극층(30)이 형성되는 전극 기판(EL_SUB)이 준비된다. 이때, 상기 베이스 전극층(30)은 실리콘층이 될 수도 있다.
이러한 전극 기판(EL_SUB)은 SOI(Silicon On Insulator) 웨이퍼 등과 같이 기제작된 제품의 구매를 통하여 준비될 수도 있으며, 기판(10)에 상기 절연막(20)과 상기 베이스 전극층(30)을 차례로 형성함으로써 준비될 수도 있다.
상기 돌기 형성 단계(S20)에서는, 상기 베이스 전극층(30) 상에 접합 돌기(ST_CN) 및 단차 돌기(ST_DF)가 형성된다.
상기 돌기 형성 단계(S20)는 구체적으로 돌기 전극층 형성과정(S21), 돌기 마스크 형성과정(S23) 및 돌기 전극층 식각 과정(S25)을 구비한다.
상기 돌기 전극층 형성과정(S21)에서는, 도 2b에 도시되는 바와 같이, 상기 베이스 전극층(30) 상에 상기 돌기 전극층(40)이 형성된다. 이때, 상기 돌기 전극층(40)은 상기 제1 감지 전극(EL1)과 상기 제2 감지 전극(EL2) 사이의 단차에 대응하는 두께를 가진다.
상기 돌기 마스크 형성과정(S23)에서는, 도 2c에 도시되는 바와 같이, 상기 돌기 전극층(40) 상에 상기 접합 돌기(ST_CN) 및 상기 단차 돌기(ST_DF)가 형성되는 돌기 영역(AR_ST)이 특정되어 돌기 마스크(50)가 형성된다.
여기서, 상기 돌기 마스크(50)는 포토 레지스트를 도포한 후 에칭 공정을 통하여 형성될 수 있음은 당업자에게는 자명하므로, 설명의 간략화를 위하여, 이에 대한 구체적인 기술은 생략된다.
상기 돌기 전극층 식각 과정(S25)에서는, 도 2d에 도시되는 바와 같이, 상기 돌기 마스크(50)로 마스킹되어 상기 돌기 전극층(40)이 식각된다. 이에 따라, 상기 베이스 전극층(30) 상에 상기 접합 돌기(ST_CN) 및 상기 단차 돌기(ST_DF)가 형성된다.
이때, 상기 접합 돌기(ST_CN)는 상기 부착 구조물(BACN)이 형성되는 부착 영역(AR_CN) 내에 형성되며, 상기 단차 돌기(ST_DF)는 상기 제1 감지 전극들(EL1)이 형성되는 제1 감지 영역(AR_E1) 내에 형성된다.
그리고, 상기 접합 돌기(ST_CN)와 상기 단차 돌기(ST_DF)는 상기 제1 감지 전극(EL1)과 상기 제2 감지 전극(EL2) 사이의 단차에 대응하는 두께를 가지며, 동일한 성분의 물질로 동시에 형성된다.
상기 단차 돌기(ST_DF)는, 본 실시예에서, 상기 제1 감지 전극들(EL1)과 일체로 형성된다. 그러므로, 본 명세서에는, 상기 단차 돌기(ST_DF)는 상기 제1 감지 전극들(EL1)의 일부로 작용하여, 상기 제1 감지 전극들(EL1)과 상기 제2 감지 전극들(EL2) 사이의 단차를 형성하게 된다.
계속하여, 상기 전극 형성 단계(S30)에서는, 상기 부착 영역(AR_CN), 상기 제1 감지 영역(AR_E1) 및 제2 감지 영역(AR_E2)을 분리시키기 위하여 상기 베이스 전극층(30)이 식각되고, 상기 제1 감지 전극들(EL1) 및 상기 제2 감지 전극들(EL2)이 상기 기판(10)으로부터 부유된다. 여기서, 상기 제2 감지 영역(AR_E2)은 상기 제2 감지 전극들(EL2)이 형성되는 영역이다.
그리고, 상기 전극 형성 단계(S30)에서는, 여러가지 신호 및 전압을 제공하기 위한 배선 전극(SUP)이 형성되는 배선 영역(AR_SP)도 상기 부착 영역(AR_CN), 상기 제1 감지 영역(AR_E1) 및 상기 제2 감지 영역(AR_E2)으로부터 분리된다.
구체적으로, 상기 전극 형성 단계(S30)는 분리 마스크 형성과정(S31), 전극층 식각 과정(S33) 및 전극 부유 과정(S35)을 구비한다.
상기 분리 마스크 형성(S31)에서는, 도 2e에 도시되는 바와 같이, 상기 부착 영역(AR_CN), 상기 제1 감지 영역(AR_E1) 및 상기 제2 감지 영역(AR_E2)을 특정하여 마스킹하는 분리 마스크(60)가 형성된다. 이때, 상기 분리 마스크(60)에 의하여, 상기 배선 영역(AR_SP)도 특정된다.
여기서, 상기 분리 마스크(50)는 포토 레지스트를 도포한 후 에칭 공정을 통하여 형성될 수 있음은 당업자에게는 자명하므로, 설명의 간략화를 위하여, 이에 대한 구체적인 기술은 생략된다.
상기 전극층 식각 과정(S33)에서는, 도 2f에 도시되는 바와 같이, 상기 분리 마스크(50)로 마스킹하여 상기 베이스 전극층(30)이 식각된다. 이와 같은 상기 전극층 식각 과정(S33)을 통하여, 상기 부착 구조물(BACN), 제1 감지 전극(EL1) 및 제2 감지 전극(EL2)이 형성된다.
상기 전극 부유 과정(S35)에서는, 도 2g에서와 같이, 상기 절연막(20)이 식각되어, 제1 감지 전극들(EL1)과 상기 제2 감지 전극들(EL2)이 상기 기판(10)으로부터 부유된다. 이러한 상기 전극 부유 식각 단계(S50)는 다양한 방법으로 수행될 수 있으며, 이는 당업자에게는 자명하다. 그러므로, 본 명세서에는, 이에 대한 구체적인 기술은 생략된다.
이로써, 상부에 단차를 가지는 상기 제1 감지 전극(EL1)들 및 상기 제2 감지 전극들(EL2)이 형성된다.
이후, 상기 제1 감지 전극(EL1)들 및 상기 제2 감지 전극(EL2)을 포함하는 수직축 관성 센서를 제조하는 공정은 다양한 방법으로 구현될 수 있으며, 또한, 당업자라면 용이하게 구현할 수 있으므로, 본 명세서에서는, 이에 대한 구체적인 기술은 생략된다.
그리고, 전술한 바와 같이, 상기 "제1 감지 전극(EL1)"은 고정 전극(S) 및 유동 전극(M) 중의 어느하나이며, 상기 "제2 감지 전극(EL2)"은 고정 전극(S) 및 유동 전극(M) 중의 다른 어느하나이다.
본 실시예에서, 상기 "제1 감지 전극(EL1)"이 고정 전극(S)으로, "제2 감지 전극(EL2)"이 유동 전극(M)으로 설정되는 경우에는, 아래쪽 방향으로 인가되는 가속도가 검출될 수 있다.
본 발명의 수직축 관성 센서 제조방법에 의하면, 고정 전극과 유동 전극 사이의 단차가 상부에 있는 수직축 관성 센서가 제공된다.
계속 도 1을 참조하면, 본 발명의 수직축 관성 센서 제조방법은 보호캡 부착 단계(S40)를 더 구비한다.
상기 보호캡 부착 단계(S40)에서는, 도 2h에 도시되는 바와 같이, 상기 접합 돌기(ST_CN)에 상기 보호캡(70)이 부착된다. 이때, 상기 기판(10)과 상기 보호캡(70) 사이에는 중공(中空)이 형성되어, 상기 제1 감지 전극들(EL1) 및 상기 제2 감지 전극들(EL2)이 수용된다.
상기와 같은 본 발명의 수직축 관성 센서 제조방법에서는, 보호캡(70)이 접속되는 접합 돌기(ST_CN)과 전극들(EL1, EL2) 사이의 단차를 형성시키기 위한 단차 돌기(ST_DF)가 동시에 형성된다.
그러므로, 본 발명의 수직축 관성 센서 제조방법에 의하면, 공정 효율이 크게 향상된다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 상부에 단차를 가지는 제1 감지 전극들과 제2 감지 전극들을 가지며, 보호캡이 부착될 수 있는 부착 구조물을 포함하는 수직축 관성 센서 제조방법에 있어서,
    기판상에 절연막이 형성되고, 상기 절연막 상에 베이스 전극층이 형성된 전극 기판을 준비하는 전극 기판 준비 단계;
    상기 베이스 전극층 상에 접합 돌기 및 단차 돌기를 형성하는 돌기 형성 단계로서, 상기 접합 돌기는 상기 부착 구조물이 형성되는 부착 영역 내에 형성되며, 상기 단차 돌기는 상기 제1 감지 전극들이 형성되는 제1 감지 영역 내에 형성되는 상기 돌기 형성 단계로서, 상기 접합 돌기 및 상기 단차 돌기는 상기 단차에 대응하는 두께를 가지며, 동일한 성분의 물질로 동시에 형성되는 상기 돌기 형성 단계; 및
    상기 부착 영역, 상기 제1 감지 영역 및 제2 감지 영역을 분리시키기 위하여 상기 전극층을 식각하고, 상기 제1 감지 전극들 및 상기 제2 감지 전극들을 상기 기판으로부터 부유시키는 전극 형성 단계로서, 상기 제2 감지 영역에는 상기 제2 감지 전극들이 형성되는 상기 전극 형성 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 수직축 관성 센서 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 돌기 형성 단계는
    상기 베이스 전극층 상에 돌기 전극층을 형성하는 돌기 전극층 형성과정;
    상기 돌기 전극층 상에 돌기 영역을 특정하는 돌기 마스크를 형성하는 돌기 마스크 형성과정으로서, 상기 돌기 영역에는 상기 접합 돌기 및 상기 단차 돌기가 형성되는 상기 돌기 마스크 형성과정; 및
    상기 돌기 마스크로 마스킹하여 상기 돌기 전극층을 식각하는 돌기 전극층 식각 과정을 구비하는 것을 특징으로 하는 수직축 관성 센서 제조 방법.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 전극 형성 단계는
    상기 부착 영역, 상기 제1 감지 영역 및 상기 제2 감지 영역을 특정하여 마스킹하는 분리 마스크를 형성하는 분리 마스크 형성과정;
    상기 분리 마스크로 마스킹하여 상기 베이스 전극층을 식각하는 베이스 전극층 식각 과정; 및
    상기 제1 감지 전극들 및 상기 제2 감지 전극들을 상기 기판으로부터 부유시키는 전극 부유 과정을 구비하는 것을 특징으로 하는 수직축 관성 센서 제조 방법.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 수직축 관성 센서 제조 방법은
    상기 제1 감지 전극들 및 상기 제2 감지 전극들을 수용하도록, 상기 접합 돌기에 상기 보호캡을 부착하는 보호캡 부착단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 수직축 관성 센서 제조 방법.
  5. 상부에 단차를 가지는 제1 감지 전극들과 제2 감지 전극들을 가지며, 보호캡이 부착될 수 있는 부착 구조물을 포함하는 수직축 관성 센서 제조방법에 있어서,
    단차 돌기 및 접합 돌기를 동일한 성분의 물질로 동시에 형성하는 돌기 형성 단계로서, 상기 단차 돌기는 상기 제1 감지 전극들과 상기 제2 감지 전극들 사이에 단차를 형성하며, 상기 접합 돌기는 상기 부착 구조물 상에 형성되어 상기 보호캡이 접합될 수 있는 상기 돌기 형성 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 수직축 관성 센서 제조 방법.
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