KR101215922B1 - Capacitive type pressure sensor and method for fabricating the same - Google Patents

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KR101215922B1 KR1020100078350A KR20100078350A KR101215922B1 KR 101215922 B1 KR101215922 B1 KR 101215922B1 KR 1020100078350 A KR1020100078350 A KR 1020100078350A KR 20100078350 A KR20100078350 A KR 20100078350A KR 101215922 B1 KR101215922 B1 KR 101215922B1
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Abstract

본 발명은 제조공정을 단순화시키고, 접합특성과 감지특성을 향상시킬 수 있는 정전용량형(capacitive type) 압력센서 및 그의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이를 위해, 본 발명은 홈부를 구비한 유리기판과, 상기 홈부 내에 형성된 상부전극과, 후면에 멤브레인을 구비한 실리콘기판과, 상기 실리콘기판의 전면에 이온주입공정을 실시하여 상기 실리콘기판의 전면으로부터 일정 깊이를 갖도록 상기 실리콘기판 내에 서로 이격되어 형성된 제1 및 제2 하부전극을 포함하고, 상기 제1 및 제2 하부전극의 적어도 일부가 상기 상부전극과 대향되도록 상기 실리콘기판과 상기 유리기판이 양극접합(anodic bonding)으로 이종접합된 정전용량형 압력센서를 제공한다.
따라서, 본 발명은 실리콘기판 내에 제1 및 제2 하부전극을 형성하고, 유리기판 상에 상부전극을 형성하며, 상기 실리콘기판과 상기 유리기판을 양극접합으로 이종접합시켜 정전용량형 압력센서를 구현함으로써 종래기술에 따른 실리콘 융합 접합방법(실리콘-실리콘 접합)에 비해 공정을 단순화시키고, 접합 및 감도특성을 향상시킬 수 있다.
It is an object of the present invention to provide a capacitive pressure sensor and a method of manufacturing the same, which can simplify the manufacturing process and improve the bonding and sensing characteristics.
To this end, the present invention provides a glass substrate having a groove portion, an upper electrode formed in the groove portion, a silicon substrate having a membrane at the rear side, and an ion implantation process on the front surface of the silicon substrate to perform an ion implantation process from the front surface of the silicon substrate. A first lower electrode and a second lower electrode formed to be spaced apart from each other in the silicon substrate to have a predetermined depth, and the silicon substrate and the glass substrate are anodes such that at least a portion of the first and second lower electrodes face the upper electrode. Anodized capacitive pressure sensor is provided.
Therefore, the present invention forms the first and second lower electrodes in the silicon substrate, the upper electrode on the glass substrate, and hetero-junction of the silicon substrate and the glass substrate by a bipolar junction to implement a capacitive pressure sensor. As a result, the process can be simplified and the bonding and sensitivity characteristics can be improved compared to the silicon fusion bonding method according to the related art (silicon-silicon bonding).

Description

정전용량형 압력센서 및 그의 제조방법{CAPACITIVE TYPE PRESSURE SENSOR AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}CAPACITIVE TYPE PRESSURE SENSOR AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}

본 발명은 반도체 압력센서에 관한 것으로, 특히, 공정을 단순화시키고, 감지특성을 향상시킬 수 있는 정전용량형(capacitive type) 압력센서 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor pressure sensors, and more particularly, to a capacitive type pressure sensor capable of simplifying a process and improving a sensing characteristic and a method of manufacturing the same.

현재 반도체 제조공정을 이용한 미세가공기술인 마이크로머시닝(micromachining) 기술을 이용하는 반도체 압력센서에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 마이크로머시닝 기술에 의해 미세가공된 반도체 압력센서는 자동차 시스템, 산업 제어, 환경 모니터링, 생의학적 진단 등과 같은 분야에서 널리 응용된다. Currently, research on semiconductor pressure sensors using micromachining technology, which is a microfabrication technology using a semiconductor manufacturing process, is being actively conducted. Semiconductor pressure sensors microfabricated by micromachining technology are widely used in fields such as automotive systems, industrial control, environmental monitoring and biomedical diagnostics.

반도체 압력센서는 절대압 또는 상대압을 측정하는 소자로서, 그 감지원리에 따라 스트레인 게이지 타입의 메탈(metal)형 압력센서와, 압저항형 압력센서와, 압전형 압력센서와, MOSFET형과, 피에조정션(Piezojunction)형과, 광섬유 압력센서와, 정전용량형(capacitive type) 압력센서로 구분된다. 이중 금속을 이용하는 메탈형을 제외하고 나머지는 반도체 물질인 실리콘을 이용하여 마이크로머시닝 기술로 제작된다.The semiconductor pressure sensor is a device for measuring absolute or relative pressure, and according to the sensing principle, a strain gauge type metal pressure sensor, a piezoresistive pressure sensor, a piezoelectric pressure sensor, a MOSFET type, and a piezo It is divided into junction type, optical fiber pressure sensor and capacitive type pressure sensor. Except for the metal type using the double metal, the remainder is manufactured by micromachining technology using the semiconductor material silicon.

정전용량형 압력센서는 실리콘 박막 멤브레인(membrane)과 지지대 사이의 평판 커패시터(parallel plate capacitor)를 형성하여 외부에서 인가되는 압력에 따라 실리콘 박막 다이아프램의 휨(deflection)(즉, 멤브레인의 변형)에 따른 두 전극사이의 간격이 변하는 것에 의한 정전용량(capacitance) 값이 변화하는 원리를 이용한다.The capacitive pressure sensor forms a flat plate capacitor between the silicon membrane and the support, so that the deflection of the silicon thin film diaphragm (i.e., the deformation of the membrane) according to the pressure applied from the outside is formed. According to the principle of changing the capacitance (capacitance) due to the change in the distance between the two electrodes is used.

이와 같이, 멤브레인의 변형을 이용해 두 전극 사이의 용량값을 검출해 내는 정전용량형 압력센서는 압저항형 압력센서보다도 감도가 수십에서 수백 배 이상의 값(즉, 더 높은 민감도)을 가질 뿐만 아니라 안정성(즉, 더 낮은 온도계수, 더 강인한 구조)이 뛰어나고 소비전력이 적다(더 낮은 전력 소모)는 장점을 가지고 있다.As such, the capacitive pressure sensor, which detects the capacitance between the two electrodes by using the deformation of the membrane, has not only a tens to hundreds of times more sensitivity (ie, higher sensitivity) than the piezoresistive pressure sensor, but also stability. (Ie, lower temperature coefficient, stronger structure) and lower power consumption (lower power consumption).

종래기술에 따른 정전용량형 압력센서의 제조방법은 다음과 같은 방법으로 진행한다. The manufacturing method of the capacitive pressure sensor according to the prior art proceeds as follows.

제1 실리콘 기판의 전면을 일정 깊이 식각하여 홈을 형성한 후 그 홈 내에 증착공정 또는 전기도금법을 이용하여 금속물질로 이루어진 상부전극을 형성한다. 그리고, 제1 실리콘 기판과 독립적으로 분리된 제2 실리콘 기판 상에 하부전극을 형성한다. 그런 다음, 제1 및 제2 실리콘 기판을 상호 접합시킨 후 제1 실리콘 기판의 배면을 식각하여 멤브레인을 형성하면 정전용량형 압력센서의 제조가 완료된다. After etching the entire surface of the first silicon substrate to a predetermined depth to form a groove, an upper electrode made of a metal material is formed in the groove by a deposition process or an electroplating method. Then, a lower electrode is formed on the second silicon substrate separated from the first silicon substrate. Thereafter, after the first and second silicon substrates are bonded to each other, the back surface of the first silicon substrate is etched to form a membrane, thereby completing the manufacture of the capacitive pressure sensor.

종래기술에 따른 정전용량형 압력센서는 웨이퍼 접합이 실리콘-실리콘 접합으로 이루어지며, 이를 위해 실리콘 융합 접합(fusion bonding)방법을 사용하고 있다. In the capacitive pressure sensor according to the prior art, the wafer bonding is made of silicon-silicon bonding, and for this purpose, a silicon fusion bonding method is used.

실리콘 융합 접합방법은 웨이퍼 사이에 용가재로 도전성을 가진 금속을 사용한다. 두 기판 사이의 거리가 작아서 계면 에너지(interfacial energy)를 제거하기 위해 표면을 합체하는 것이 에너지적으로 선호될 때 금속접합을 형성한다. 이러한 표면은 압력을 인가하여 합체될 수 있다. 초기에 표면 거칠기로 인해 표면에서 돌기 접촉(asperity contact)이 되는 곳에서 접합이 형성된다. 재료가 압력으로 인해 변형하면서 돌기의 높이는 감소하고 더 많은 영역이 접촉하게 된다. 원자간의 인력이 금속에서의 표면 돌기를 극복하기 위해 상온에서는 상대적으로 높은 압력이 요구된다. The silicon fusion bonding method uses a conductive metal as a filler material between wafers. The distance between the two substrates is so small that a metal bond forms when it is energetically preferred to coalesce the surface to remove interfacial energy. Such surfaces can be coalesced by applying pressure. Initially, the joint is formed where surface roughness results in asperity contact. As the material deforms due to pressure, the height of the projections decreases and more areas come into contact. A relatively high pressure is required at room temperature in order for the attraction between atoms to overcome surface projections in the metal.

그러나, 실리콘 융합 접합방법을 이용한 종래기술에 따른 정전용량형 압력센서는 용가재로 사용되는 금속(납땜, 구리 등)이 산화되는 경우 별도로 산화물을 제거하기 위한 공정이 별도로 추가되어 제조공정이 복잡해질 수 있다. 또한, 접합되는 실리콘의 표면이 균일하지 않는 경우 접합 특성이 크게 저하되는 문제가 발생한다. 또한, 종래기술에 따른 정전용량형 압력센서의 제조방법에서는 제1 실리콘 기판을 일부 식각한 후 그 식각면에 증착공정을 실시하여 하부전극을 형성하고 있는데, 이 경우 필수적으로 식각 및 증착공정이 필요하여 제조공정이 복잡해지는 문제가 있다.
However, the capacitive pressure sensor according to the prior art using the silicon fusion bonding method, when the metal (solder, copper, etc.) used as the filler metal is oxidized, a separate process for removing oxides may be added, which may complicate the manufacturing process. have. In addition, when the surface of the silicon to be bonded is not uniform, there is a problem that the bonding properties are greatly reduced. In addition, in the method of manufacturing a capacitive pressure sensor according to the related art, after etching a part of the first silicon substrate, a lower electrode is formed by performing a deposition process on the etched surface. In this case, an etching and a deposition process are necessary. There is a problem that the manufacturing process is complicated.

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술에 따른 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 다음과 같은 목적들이 있다. Accordingly, the present invention has been proposed to solve the above problems according to the prior art, and has the following objects.

첫째, 본 발명은 공정을 단순화시킬 수 있는 정전용량형 압력센서를 제공하는 그 목적이 있다. First, it is an object of the present invention to provide a capacitive pressure sensor that can simplify the process.

둘째, 본 발명은 접합특성을 향상시킬 수 있는 정전용량형 압력센서를 제공하는데 다른 목적이 있다. Second, the present invention has another object to provide a capacitive pressure sensor that can improve the bonding characteristics.

셋째, 본 발명은 감도특성을 향상시킬 수 있는 정전용량형 압력센서를 제공하는데 또 다른 목적이 있다. Third, another object of the present invention is to provide a capacitive pressure sensor capable of improving sensitivity characteristics.

넷째, 본 발명은 상기한 정전용량형 압력센서의 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
Fourth, the present invention has another object to provide a method of manufacturing the capacitive pressure sensor described above.

상기한 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명은 홈부를 구비한 유리기판과, 상기 홈부 내에 형성된 상부전극과, 후면에 멤브레인을 구비한 실리콘기판과, 상기 실리콘기판의 전면에 이온주입공정을 실시하여 상기 실리콘기판의 전면으로부터 일정 깊이를 갖도록 상기 실리콘기판 내에 서로 이격되어 형성된 제1 및 제2 하부전극을 포함하고, 상기 제1 및 제2 하부전극의 적어도 일부가 상기 상부전극과 대향되도록 상기 실리콘기판과 상기 유리기판이 양극접합(anodic bonding)으로 이종접합된 정전용량형 압력센서를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a glass substrate having a groove portion, an upper electrode formed in the groove portion, a silicon substrate having a membrane at a rear surface thereof, and an ion implantation process on the front surface of the silicon substrate. And first and second lower electrodes spaced apart from each other in the silicon substrate so as to have a predetermined depth from the front surface of the silicon substrate, wherein at least a portion of the first and second lower electrodes face the upper electrode. Provided is a capacitive pressure sensor in which a silicon substrate and the glass substrate are heterojunction by anodic bonding.

상기 제1 및 제2 하부전극은 상기 상부전극과 함께 각각 제1 및 제2 캐패시터를 구성할 수 있다. The first and second lower electrodes may form first and second capacitors together with the upper electrode, respectively.

또한, 상기 제1 및 제2 하부전극의 각 상면으로부터 상기 유리기판 상부까지 연장된 제1 및 제2 신호라인과, 상기 제1 및 제2 신호라인과 각각 연결된 제1 및 제2 범프를 더 포함할 수 있다.The display device may further include first and second signal lines extending from upper surfaces of the first and second lower electrodes to an upper portion of the glass substrate, and first and second bumps connected to the first and second signal lines, respectively. can do.

상기한 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은 실리콘기판의 전면에 이온주입공정을 실시하여 상기 실리콘기판의 전면으로부터 일정 깊이를 갖도록 상기 실리콘기판 내에 서로 이격되도록 제1 및 제2 하부전극을 형성하는 단계와, 유리기판의 홈부 내에 상부전극을 형성하는 단계와, 상기 제1 및 제2 하부전극의 적어도 일부가 상기 상부전극과 대향되도록 상기 실리콘기판과 상기 유리기판을 양극접합(anodic bonding)으로 이종접합하는 단계와, 상기 실리콘기판의 후면을 식각하여 멤브레인을 형성하는 단계를 포함하는 정전용량형 압력센서의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, an ion implantation process is performed on a front surface of a silicon substrate so that the first and second lower electrodes are spaced apart from each other in the silicon substrate to have a predetermined depth from the front surface of the silicon substrate. Forming an upper electrode in the groove of the glass substrate, and anodically bonding the silicon substrate and the glass substrate such that at least a portion of the first and second lower electrodes face the upper electrode. It provides a method of manufacturing a capacitive pressure sensor comprising the step of heterojunction, and forming a membrane by etching the back of the silicon substrate.

또한, 상기 제1 및 제2 하부전극의 각 상면으로부터 상기 유리기판 상부까지 연장된 제1 및 제2 신호라인을 형성하는 단계와, 상기 제1 및 제2 신호라인과 각각 연결된 제1 및 제2 범프를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
The method may further include forming first and second signal lines extending from upper surfaces of the first and second lower electrodes to the upper portion of the glass substrate, and first and second connected to the first and second signal lines, respectively. The method may further include forming a bump.

본 발명에 따르면, 실리콘기판 내에 제1 및 제2 하부전극을 형성하고, 유리기판 상에 상부전극을 형성하며, 상기 실리콘기판과 상기 유리기판을 양극접합으로 이종접합시켜 정전용량형 압력센서를 구현함으로써 종래기술에 따른 실리콘 융합 접합방법(실리콘-실리콘 접합)에 비해 공정을 단순화시키고, 접합 및 감도특성을 향상시킬 수 있다.
According to the present invention, the first and second lower electrodes are formed in the silicon substrate, the upper electrode is formed on the glass substrate, and the silicon substrate and the glass substrate are heterojunctionally bonded by bipolar bonding to implement a capacitive pressure sensor. As a result, the process can be simplified and the bonding and sensitivity characteristics can be improved compared to the silicon fusion bonding method according to the related art (silicon-silicon bonding).

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정전용량형 압력센서를 도시한 단면도.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 정전용량형 압력센서의 제조방법을 도시한 공정 단면도.
1 is a cross-sectional view showing a capacitive pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitive pressure sensor according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below but may be implemented in various different forms.

본 명세서에서 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. The embodiments herein are provided to make the disclosure of the present invention complete, and to fully inform the scope of the invention to those skilled in the art. And the present invention is only defined by the scope of the claims. Thus, in some embodiments, well known components, well known operations and well known techniques are not described in detail in order to avoid obscuring the present invention.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. Like reference numerals refer to like elements throughout. Moreover, terms used herein (to be referred to) are intended to illustrate embodiments and are not intended to limit the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. Also, components and acts referred to as " comprising (or comprising) " do not exclude the presence or addition of one or more other components and operations.

또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 층이 다른 층 또는 기판 "상(또는 상부)"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한, 동일한 도면번호로 표시된 부분은 동일한 층을 나타낸다. In addition, in the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity, and if it is said that a layer is on or above another layer or substrate it is directly on the other layer or substrate. It may be formed, or a third layer may be interposed therebetween. Also, parts denoted by the same reference numerals denote the same layer.

또한, 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
In addition, unless otherwise defined, all terms used in the present specification (including technical and scientific terms) may be used as meanings that can be commonly understood by those skilled in the art. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless they are defined.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정전용량형 압력센서를 설명하기 위하여 도시한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view for explaining a capacitive pressure sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 정전용량형 압력센서는 유리기판(20)과 실리콘기판(10a)을 양극접합(anodic bonding)으로 이종접합시켜 형성한다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압력센서는 양극접합법을 이용하여 유리기판(20)과 실리콘기판(10a)을 이종접합시켜 제조함으로써 종래기술에 따른 실리콘 융합 접합방법(실리콘-실리콘 접합)에 비해 공정을 단순화시키고, 접합특성을 향상시킬 수 있다. Referring to FIG. 1, a capacitive pressure sensor according to an embodiment of the present invention is formed by heterogeneous bonding of a glass substrate 20 and a silicon substrate 10a by an anodic bonding. As described above, the pressure sensor according to the embodiment of the present invention is manufactured by heterogeneous bonding of the glass substrate 20 and the silicon substrate 10a using the anode bonding method to the silicon fusion bonding method according to the prior art (silicon-silicon bonding). In comparison, the process can be simplified and the bonding characteristics can be improved.

유리기판(20)은 중앙부에 홈부를 구비하고, 홈부 내에는 증착공정을 통해 상부전극(30)이 형성된다. The glass substrate 20 has a groove portion in the center, and the upper electrode 30 is formed in the groove portion through a deposition process.

실리콘기판(10a) 내에는 이온주입공정을 통해 제1 및 제2 하부전극(12, 14)이 각각 형성된다. 제1 및 제2 하부전극(12, 14)은 서로 일정거리 이격되도록 형성되고, 각각 적어도 일부는 상부전극(30)과 중첩되도록 형성되어 제1 및 제2 캐패시터(C1, C2)를 구현할 수 있으며, 이를 통해, 종래기술 대비 감도특성을 향상시킬 수 있다. In the silicon substrate 10a, first and second lower electrodes 12 and 14 are formed through ion implantation processes, respectively. The first and second lower electrodes 12 and 14 may be formed to be spaced apart from each other by a predetermined distance, and at least some of them may overlap the upper electrode 30 to implement the first and second capacitors C1 and C2. Through this, it is possible to improve the sensitivity characteristics compared to the prior art.

제1 및 제2 하부전극(12, 14)은 실리콘기판(10a)의 상면으로부터 일정 깊이에 형성된다. 제1 및 제2 하부전극(12, 14)의 깊이는 이온주입공정시 이온주입에너지에 따라 적절히 변동될 수 있으며, 도핑농도 또한 적절히 변동될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 하부전극(12, 14)은 서로 동일 도전형을 갖는 불순물 이온으로 형성된다. 예컨대, 불순물 이온은 인(P), 붕소(B) 또는 비소(As) 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 제1 및 제2 하부전극(12, 14)은 적어도 일부가 유리기판(20)에 덮혀지지 않고 노출된다. The first and second lower electrodes 12 and 14 are formed at a predetermined depth from the upper surface of the silicon substrate 10a. The depths of the first and second lower electrodes 12 and 14 may be appropriately changed according to the ion implantation energy during the ion implantation process, and the doping concentration may also be appropriately varied. In addition, the first and second lower electrodes 12 and 14 are formed of impurity ions having the same conductivity type as each other. For example, the impurity ion may be one of phosphorus (P), boron (B), or arsenic (As). In addition, at least a portion of the first and second lower electrodes 12 and 14 may be exposed without being covered by the glass substrate 20.

실리콘기판(10a)의 후면에는 이방성습식식각공정을 통해 멤브레인(membrane)을 형성한다. On the back surface of the silicon substrate 10a, a membrane is formed through an anisotropic wet etching process.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 정전용량형 압력센서는 압력의 변화에 따라 멤브레인이 움직임으로써 캐패시터를 구성하는 두 전극 사이의 거리가 변화하는 것을 감지할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에서는 종래기술과 다르게 하부전극이 2개로 분할(제1 및 제2 하부전극)되어 있으며, 이를 통해 2개의 캐패시터, 즉 제1 및 제2 캐패시터(C1, C2)를 구현함으로써 종래기술에 비해 감도를 향상시킬 수 있다. As described above, the capacitive pressure sensor according to the embodiment of the present invention can detect that the distance between the two electrodes constituting the capacitor changes as the membrane moves according to the change in pressure. In particular, in the embodiment of the present invention, unlike the prior art, the lower electrode is divided into two (first and second lower electrodes), thereby implementing two capacitors, namely, the first and second capacitors C1 and C2. By doing so, the sensitivity can be improved as compared with the prior art.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 정전용량형 압력센서의 제조방법을 도시한 공정 단면도이다. 2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitive pressure sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2a에 도시된 바와 같이, 도전성 불순물 이온을 이용한 이온주입공정을 실시하여 실리콘기판(10)의 상면으로부터 일정 깊이 내에 제1 및 제2 하부전극(12, 14)을 형성한다. As shown in FIG. 2A, an ion implantation process using conductive impurity ions is performed to form first and second lower electrodes 12 and 14 within a predetermined depth from an upper surface of the silicon substrate 10.

도 2b에 도시된 바와 같이, 홈부를 갖는 유리기판(20)의 홈부 내에 증착공정을 통해 상부전극(30)을 형성한다. 이때, 증착공정은 CVD(Chemical Vapor Deposition) 또는 PVD(Physical Vapor Deposition) 공정으로 실시할 수 있다. 상부전극(30)은 도전성을 갖는 물질, 예컨대 전이금속 또는 이들의 합금막으로 형성할 수 있다. As shown in FIG. 2B, the upper electrode 30 is formed in the groove of the glass substrate 20 having the groove by a deposition process. In this case, the deposition process may be performed by a chemical vapor deposition (CVD) or a physical vapor deposition (PVD) process. The upper electrode 30 may be formed of a conductive material, such as a transition metal or an alloy film thereof.

도 2c에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 하부전극(12, 14)이 형성된 실리콘기판(10)과, 상부전극(30)이 형성된 유리기판(20)을 서로 대향되도록 양극접합법으로 이종접합시킨다. As illustrated in FIG. 2C, a heterojunction is performed by using an anodic bonding method so that the silicon substrate 10 having the first and second lower electrodes 12 and 14 and the glass substrate 20 having the upper electrode 30 are opposed to each other. Let's do it.

도 2d에 도시된 바와 같이, 실리콘기판(10)의 후면을 이방성습식식각공정으로 식각하여 멤브레인을 형성한다. 이때, 이방성습식식각공정은 수산화칼륨(KOH) 또는 에틸렌디아민 파이로케이트콜(EDP:Ethylenediamine pyrocatechol)을 사용하며, 이 경우 마스크 물질로 실리콘질화막(SixNy), 실리콘산화막(SiO2), 금(Au) 또는 크롬(Cr) 등을 이용할 수 있다. As shown in FIG. 2D, the back surface of the silicon substrate 10 is etched by an anisotropic wet etching process to form a membrane. At this time, the anisotropic wet etching process uses potassium hydroxide (KOH) or ethylenediamine pyrocatechol (EDP: Ethylenediamine pyrocatechol), in this case, silicon nitride film (Si x N y ), silicon oxide film (SiO 2 ), Gold (Au) or chromium (Cr) may be used.

마지막으로, 도 2e에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 하부전극(12, 14)의 각 상면으로부터 유리기판(20) 상부까지 연장된 제1 및 제2 신호라인(40, 42)을 형성한다. 이때, 제1 및 제2 신호라인(40, 42)은 증착공정 또는 식각공정으로 실시할 수 있다. Finally, as shown in FIG. 2E, first and second signal lines 40 and 42 extending from upper surfaces of the first and second lower electrodes 12 and 14 to the upper portion of the glass substrate 20 are formed. do. In this case, the first and second signal lines 40 and 42 may be performed by a deposition process or an etching process.

제1 및 제2 신호라인(40, 42) 상부에 제1 및 제2 범프(50, 52)를 형성한다. 제1 및 제2 범프(50, 52)는 압력센서를 외부장치, 예를 들어 반도체 칩(chip) 또는 인쇄회로기판(PCB : Printed Circuit Board) 기판과 전기적으로 연결하는 기능을 한다. 즉, 제1 및 제2 범프(50, 52)는 제1 및 제2 하부전극(12, 14)을 외부단자와 연결시킨다. First and second bumps 50 and 52 are formed on the first and second signal lines 40 and 42. The first and second bumps 50 and 52 electrically connect the pressure sensor to an external device, for example, a semiconductor chip or a printed circuit board (PCB) substrate. That is, the first and second bumps 50 and 52 connect the first and second lower electrodes 12 and 14 to external terminals.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 정전용량형 압력센서의 동작을 설명하면 다음과 같다. Referring to the operation of the capacitive pressure sensor according to an embodiment of the present invention as follows.

외부압력이 없는 상태에서의 멤브레인은 평평한 상태로 유지되며, 외부에서 압력이 가해지면 멤브레인은 도 1에 도시된 도면 상에서 상부방향으로 활처럼 휘어져 상부전극(30)과 제1 및 제2 하부전극(12, 14) 간의 간격이 변하게 된다. 즉, 상부전극(30)과 제1 및 제2 하부전극(12, 14) 간의 간격이 변화기 때문에 정전용량의 변화가 발생하게 된다. 특히, 본 발명의 실시예에서는 제1 및 제2 캐패시터(C1, C2)를 통해 정전용량의 변화를 감지하기 때문에 종래기술에서와 같이 1개의 캐패시터를 통해 정전용량의 변화를 감지하는 기술보다 감도 특성을 크게 향상시킬 수 있다. In the absence of external pressure, the membrane is kept flat, and when pressure is applied from the outside, the membrane is bowed upward in the direction shown in FIG. 1, so that the upper electrode 30 and the first and second lower electrodes ( 12, 14) will be changed. That is, since the gap between the upper electrode 30 and the first and second lower electrodes 12 and 14 is changed, a change in capacitance occurs. In particular, in the exemplary embodiment of the present invention, since the change in capacitance is sensed through the first and second capacitors C1 and C2, the sensitivity characteristic is higher than the technique of detecting change in capacitance through one capacitor as in the prior art. Can greatly improve.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 따라서, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
As described above, although the technical spirit of the present invention has been described in detail in the preferred embodiments, it should be noted that the above-described embodiments are for the purpose of description and not for the purpose of limitation. Accordingly, the invention is only defined by the scope of the claims.

10, 10a : 실리콘 기판
12 : 제1 하부전극
14 : 제2 하부전극
20 : 유리기판
30 : 상부전극
40 : 제1 신호라인
42 : 제2 신호라인
50 : 제1 범프
52 : 제2 범프
10, 10a: silicon substrate
12: first lower electrode
14: second lower electrode
20: glass substrate
30: upper electrode
40: first signal line
42: second signal line
50: first bump
52: second bump

Claims (5)

홈부를 구비한 유리기판;
상기 홈부 내에 형성된 상부전극;
후면에 멤브레인을 구비한 실리콘기판; 및
상기 실리콘기판의 전면에 이온주입공정을 실시하여 상기 실리콘기판의 전면으로부터 일정 깊이를 갖도록 상기 실리콘기판 내에 서로 이격되어 형성된 제1 및 제2 하부전극;
상기 제1 및 제2 하부전극의 각 상면으로부터 상기 유리기판 상부까지 연장된 제1 및 제2 신호라인; 및
상기 제1 및 제2 신호라인과 각각 연결된 제1 및 제2 범프를 포함하고,
상기 제1 및 제2 하부전극의 적어도 일부가 상기 상부전극과 대향되어 상기 상부 전극은 상기 제1 및 제2 하부전극의 공동 전극으로 형성되고, 상기 실리콘기판과 상기 유리기판이 양극접합(anodic bonding)으로 이종 접합되며 밀봉된 것을 특징으로 하는 정전용량형 압력센서.
A glass substrate having a groove portion;
An upper electrode formed in the groove portion;
A silicon substrate having a membrane on its back side; And
First and second lower electrodes formed spaced apart from each other in the silicon substrate to have a predetermined depth from the front surface of the silicon substrate by performing an ion implantation process on the front surface of the silicon substrate;
First and second signal lines extending from upper surfaces of the first and second lower electrodes to an upper portion of the glass substrate; And
First and second bumps connected to the first and second signal lines, respectively;
At least a portion of the first and second lower electrodes face the upper electrode such that the upper electrode is formed as a common electrode of the first and second lower electrodes, and the silicon substrate and the glass substrate are anodized. Capacitive pressure sensor, characterized in that the heterogeneous bonded and sealed).
제 1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 하부전극은 상기 상부전극과 함께 각각 제1 및 제2 캐패시터를 구성하는 정전용량형 압력센서.
The method of claim 1,
And the first and second lower electrodes together with the upper electrode constitute first and second capacitors, respectively.
삭제delete 실리콘기판의 전면에 이온주입공정을 실시하여 상기 실리콘기판의 전면으로부터 일정 깊이를 갖도록 상기 실리콘기판 내에 서로 이격되도록 제1 및 제2 하부전극을 형성하는 단계;
유리기판의 홈부 내에 상부전극을 형성하는 단계;
상기 제1 및 제2 하부전극의 적어도 일부가 상기 상부전극과 대향되고, 상기 상부전극이 상기 제1 및 제2 하부전극의 공동 전극이 되도록 상기 실리콘기판과 상기 유리기판을 양극접합(anodic bonding)으로 이종접합하여 밀봉하는 단계;
상기 실리콘기판의 후면을 식각하여 멤브레인을 형성하는 단계;
상기 제1 및 제2 하부전극의 각 상면으로부터 상기 유리기판 상부까지 연장된 제1 및 제2 신호라인을 형성하는 단계; 및
상기 제1 및 제2 신호라인과 각각 연결된 제1 및 제2 범프를 형성하는 단계
를 포함하는 정전용량형 압력센서의 제조방법.
Performing an ion implantation process on the front surface of the silicon substrate to form first and second lower electrodes spaced apart from each other in the silicon substrate to have a predetermined depth from the front surface of the silicon substrate;
Forming an upper electrode in the groove of the glass substrate;
Anodically bonding the silicon substrate and the glass substrate such that at least a portion of the first and second lower electrodes face the upper electrode and the upper electrode is a common electrode of the first and second lower electrodes. Sealing by heterojunction with;
Etching the back side of the silicon substrate to form a membrane;
Forming first and second signal lines extending from upper surfaces of the first and second lower electrodes to an upper portion of the glass substrate; And
Forming first and second bumps connected to the first and second signal lines, respectively;
Method of manufacturing a capacitive pressure sensor comprising a.
삭제delete
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