KR101477859B1 - 유리 재흐름 공정을 이용하고 실리콘 비아 전극을 포함하는 맥진용 정전용량형 ｍｅｍｓ 압력 센서의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
맥진용 정전용량형 MEMS 압력 센서의 제조 방법이 개시된다. 본 실시예에 따른 맥진용 정전용량형 MEMS 압력 센서는 인체의 피부에 직접적으로 접촉하여 압맥파를 측정함으로써 맥진이 가능하며, 내구성이 향상된다.
Description
본 발명의 실시예들은 맥진용 정전용량형 MEMS 압력 센서의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 인체의 피부에 직접적으로 접촉하여 압맥파를 측정함으로써 맥진이 가능한 정전용량형 MEMS 압력 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 한의학에서는 환자의 상태를 파악하기 위하여 망문문절(望聞問切)의 사진, 즉, 보고, 만지고, 듣고, 냄새를 맡고, 물어보는 등의 방법을 이용한다. 맥진은 한의사가 환자를 직접 만져보아 진찰을 하는 것으로, 환자의 요골동맥 상의 촌(寸), 관(關), 척(尺) 세 부위에 세 개의 손가락을 이용하여 손가락 끝의 촉각, 압각, 진동각을 통해 맥의 빠르기, 리듬, 세기, 길이, 너비 등을 측정하였다. 이 같은 맥진은 주관적이고 형이상학적이어서 객관화, 정량화가 어렵다는 문제가 있다. 따라서, 최근에는 다양한 형태의 맥진기가 개발되고 있다.
맥진기는 사람의 손가락을 이용하여 측정하는 것이 아니라, 센서를 이용하여 정확한 물리량을 산출하고 이를 정량화, 객관화 및 시각화하는 기기로, 압맥파 측정을 위한 압력 센서가 필수적이다.
한편, MEMS 공정 기술을 이용하여 제조된 압력 센서(이하, "MEMS 압력 센서"라 함)는 초소형화된 센서를 일괄적인 공정으로 제조함으로써, 저비용으로 대량 생산이 가능하며, 여러 개의 센서를 좁은 공간에 배치할 수 있고, 신호 처리 회로를 함께 집적하는 것이 가능하다. 따라서, MEMS 압력 센서를 맥진에 이용할 경우 맥 정보를 입체적으로 수집할 수 있으며, 시간에 따른 변화 측정이 가능하여 맥 형태를 측정 및 분류하는데 매우 유용할 수 있다. 따라서, 맥진을 위한 MEMS 압력 센서의 개발이 요구된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 인체의 피부에 직접적으로 접촉하여 압맥파를 측정함으로써 맥진이 가능한 정전용량형 MEMS 압력 센서의 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 목적은, 센서 박막과의 전기적 연결을 위한 구성으로 실리콘 기판을 관통하여 실리콘 비아 전극과 실리콘 비아 전극의 후면에 위치한 전극층을 이용하여 인체 접촉을 통한 전면부 직접 가압이 가능하며, 동시에 내구성을 향상시킬 수 있는 맥진용 정전용량형 MEMS 압력 센서의 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 정전용량형 MEMS 압력 센서의 제조 방법은 제1 면에 제1 절연층이 형성된 제1 실리콘 기판을 마련하는 단계, 제1 면에 제2 절연층이 형성된 제2 실리콘 기판을 마련하는 단계, 상기 제2 절연층을 패터닝하여 상기 제2 실리콘 기판의 제1 면 상에 센서 영역에 대응하여 공동부를 형성하는 단계, 상기 제1 실리콘 기판의 상기 제1 면과, 상기 제2 실리콘 기판의 상기 제1 면이 마주하도록 접합하는 단계, 상기 제2 실리콘 기판의 제2면을 패터닝하여 복수 개의 실리콘 비아 전극을 형성하는 단계, 상기 제2 실리콘 기판의 제2 면 상에 붕소가 함유된 유리 기판을 접합하는 단계, 상기 유리 기판의 열처리를 통해 상기 복수 개의 실리콘 비아 전극의 주변 영역을 충진시키는 단계, 상기 유리 기판을 포함한 상기 제2 실리콘 기판을 연마하고, 형성될 센서 박막에 대응하는 두께로 상기 제1 실리콘 기판의 제2 면을 연마하는 단계, 상기 제2 실리콘 기판의 제2 면을 통해 노출된 상기 복수 개의 실리콘 비아 전극에 전극층을 형성하는 단계, 상기 센서 영역을 제외하여 상기 제1 실리콘 기판, 상기 제1 절연층 및 상기 제2 절연층을 식각함으로써 센서 박막을 형성하고, 상기 제2 실리콘 기판의 제1 면을 통해 상기 복수 개의 실리콘 비아 전극을 노출시키는 단계 및 상기 제2 실리콘 기판의 제1 면을 통해 노출된 어느 하나의 실리콘 비아 전극에서 상기 센서 박막의 일 영역까지 연장된 센서 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 맥진용 정전용량형 MEMS 압력 센서의 제조 방법은 인체에 직접적으로 접촉하여 압맥파를 측정함으로써, 맥진이 용이하다.
또한, 맥진용 정전용량형 MEMS 압력 센서의 제조 방법은 실리콘 기판을 관통하여 형성된 실리콘 비아 전극과 실리콘 비아 전극의 후면에 형성된 전극층을 이용하여 센서 박막과 전기적으로 연결됨으로써, 센서 전면부에서의 가압이 가능하고 내구성이 향상될 수 있다.
도 1 내지 도 14는 본 발명의 맥진용 정전용량형 MEMS 압력 센서의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 15는 도 1 내지 도 14에 도시된 방법으로 제조된 맥진용 정전용량형 MEMS 압력 센서의 가압에 따른 정전용량의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 15는 도 1 내지 도 14에 도시된 방법으로 제조된 맥진용 정전용량형 MEMS 압력 센서의 가압에 따른 정전용량의 변화를 나타내는 그래프이다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1 내지 도 14는 본 발명의 맥진용 정전용량형 MEMS 압력 센서의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
MEMS 압력 센서는 실리콘 몸체 미세가공 기법(bulk micromachining) 또는 표면 미세가공 기법(surface micromachining) 등을 적용하여 다양한 형태의 센서 구조를 갖거나, 그에 대응하는 다양한 공정 방법이 알려져 있다.
일반적인 MEMS 압력 센서는 진공이나 외부의 가스 압력, 기압, 혈압 등을 측정하는 용도로 주로 사용되고 있으며, 현재 MEMS 압력 센서를 인체의 피부에 직접 접촉시켜 맥진 진단을 하기 위한 용도는 개발 초기 단계에 있다.
MEMS 압력 센서는 압력에 따라 센서 박막의 휘어짐에 따른 정전용량의 변화를 검출하기 위한 전극들을 포함한다. 전극들로는 실리콘 기판의 상부에 배치되는 센서 전극 및 하부 전극이 있으며, 이들 전극은 와이어 본딩에 의해 회로 기판과 연결될 수 있다. 그러나, MEMS 압력 센서를 맥진용으로 사용하기 위해서는, 압맥파를 감지하는 센서 박막이 인체의 피부에 직접 접촉되어야 하므로 와이어 본딩을 이용한 전기적 연결은 적합하지 않다.
이를 보완하기 위한 방안으로, 와이어 본딩 영역을 포함하는 센서 박막을 폴리머와 같은 푹신한 재질로 패키징하여 MEMS 압력 센서를 제조하였다. 그러나, 압맥파 측정시에 전달되는 압력이 센서 박막과 와이어에 가해지므로, 반복 측정시 와이어 끊김 현상과 같은 내구성 문제가 발생하며, 폴리머에 의해 센서 민감도가 저하되는 문제도 있었다. 따라서, 압맥파 측정이 용이하며, 내구성을 향상시키고 센서 민감도의 저하를 방지할 수 있는 구조를 갖는 맥진용 정전용량형MEMS 압력 센서가 요구된다.
도 1은 제1 실리콘 기판을 마련하는 과정을 나타낸다. 도 1을 참조하면, 제1 실리콘 기판(110)은 저저항 단결정 실리콘 기판이고, 제1 면 및 제2 면을 포함한다. 이 제1 실리콘 기판(110)의 제1면에 제1 절연층(111)을 형성하고, 제2면에 별도의 절연층(112)을 형성한다. 구체적으로, 800℃ 내지 1000℃의 온도 범위 내에서 실리콘 산화막(SiO2)을 0.1 ㎛의 두께로 제1 실리콘 기판(110)의 제1 면 및 제2면에 증착시켜 제1 절연층(110) 및 절연층(112)을 형성한다.
도 2는 제2 실리콘 기판을 마련하는 과정을 나타낸다. 도 2를 참조하면, 제2 실리콘 기판(120) 역시 저저항 단결정 실리콘 기판이며, 제1 면 및 제2면을 포함한다. 이 제2 실리콘 기판(120)의 제1면에 제2 절연층(121)을 형성한다. 이 과정에서, 제2 실리콘 기판(120)의 제2면에 별도의 절연층을 형성할 수 있다. 그리고, 절연층이 형성된 제2 실리콘 기판(120)의 제2면을 화학적 기계 연마하여 350㎛ 내지 450㎛의 두께로 가공한다.
제2 절연층(121) 및 절연층은 도 1에서 설명한 방법과 동일한 방법으로 형성될 수 있으며, 특히, 제2 절연층(121)은 제1 절연층(111)보다 두꺼운 1.5㎛의 두께를 가질 수 있다. 제2 절연층(121)은 맥진용 정전용량형 MEMS 압력 센서를 구성하는 센서 박막과 전기적 구성들 간의 절연 구성으로, 공동부가 형성될 수 있다.
도 3a는 제2 실리콘 기판(120)의 제1면 상에 센서 영역(R)에 대응하여 공동부(122)를 형성하는 과정을 나타낸 것이며, 도 3b는 도 3a를 I-I' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
제2 실리콘 기판(120)의 제1면에 형성된 제2 절연층(121)을 패터닝하여 공동부(122)를 형성할 수 있다. 이 경우, 공동부(122)는 센서 영역(R)에 대응하여 형성될 수 있다. 센서 영역(R)이란, MEMS 압력 센서를 구성하는 센서 박막이 형성될 영역이다. 센서 박막이 공동부(112) 상에 위치하여 공간을 형성해야 하므로, 센서 영역(R)은 공동부(122)보다 넓은 면적을 가질 수 있다.
제2 절연층(121)을 패터닝하여 공동부(122)를 형성하는 과정에서, 공동부(122)의 적어도 일 측에 공기가 드나들 수 있는 통로(122a, 122b)를 형성할 수 있다. 센서 박막에 압력이 인가될 경우, 센서 박막과 공동부(122) 사이의 내부 공간에서 공기압에 의한 반발력이 발생할 수 있으며, 이 반발력으로 인해 센서의 민감도가 저하될 수 있다. 따라서, 공기가 드나들 수 있는 통로(122a, 122b)를 형성함으로써, 공기압을 제거할 수 있다.
또한, 이 과정에서, 제2 실리콘 기판(120)의 제2면 상에 정렬키 패턴(123)을 형성한다. 구체적으로, 제2 실리콘 기판(120)의 제2면 상에 절연 패턴층 또는 금속 패턴층을 형성한 후, 정렬키 패턴(123)에 대응하는 영역을 DRIE(Deep Reactive Ion Etching) 방법을 이용하여 1.5㎛의 두께로 식각하여 정렬키 패턴(123)을 형성한다. 정렬키 패턴(123)이 형성되면, 제2 실리콘 기판(120)의 제2면으로부터 절연 패턴층 또는 금속 패턴층을 제거한다. 이 정렬키 패턴(123)은 제2 실리콘 기판(120) 상에서 복수 개의 비아홀이 형성될 영역을 표시한다.
도 4는 제1 실리콘 기판(110)과 제2 실리콘 기판(120)을 접합하는 과정을 나타낸다. 도 4를 참조하면, 제1 실리콘 기판(110)과 제2 실리콘 기판(120)을 접합하기 전에, 75℃ 내지 90℃의 온도를 갖는 RCA 세정 용액(D.I. water:과산화수소수:암모늄=5:1:1)을 이용하여 약 10분간 두 기판(110, 120)을 세정한다. 이 세정 과정을 통해 불순물 입자 및 유기 오염물을 제거할 수 있다.
이후, 제1 실리콘 기판(110)의 제1면에 형성된 제1 절연층(110) 및 제2 실리콘 기판(120)의 제1면에 형성된 제2 절연층(121) 각각의 표면을 산소 플라즈마 처리한다. 이 같은 산소 플라즈마 처리에 의해 제1절연층(110)과 제2 절연층(120)은 접합 과정에서 접합력이 향상될 수 있다.
산소 플라즈마 처리된 제1 실리콘 기판(110)과 제2 실리콘 기판(120)을, 각각의 제1면이 서로 마주하도록 접합한다. 이 과정에서, 접합을 위하여 300℃ 이하의 온도에서 열처리할 수 있다. 제1 실리콘 기판(11)과 제2 실리콘 기판(120)이 접합됨에 따라, 공동부(122)의 내부 공간이 형성된다.
도 5는 제2 실리콘 기판(120)에 복수 개의 실리콘 비아 전극을 형성하는 과정을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 제2 실리콘 기판(120)의 제2면 상에 알루미늄막을 증착하고, 리프트 오프 방법으로 알루미늄막을 패터닝하여 식각마스크를 형성한다. DRIE 방법을 이용하여 식각 마스크를 통해 노출된 제2 실리콘 기판(120)을 식각하여 복수 개의 실리콘 비아 전극(141, 142, 143)을 형성한다. 즉, 제2 실리콘 기판(120)에서 복수 개의 실리콘 비아 전극(141, 142, 143)이 형성될 영역의 주변 영역을 식각하여 복수 개의 실리콘 비아 전극(141, 142, 143)을 형성한다. 이때, 제2 실리콘 기판(120)의 제2면에 형성된 정렬키 패턴(123)을 따라 제2 실리콘 기판(120)을 식각함으로써 복수 개의 실리콘 비아 전극(141, 142, 143)을 정확하게 형성할 수 있다.
복수 개의 실리콘 비아 전극(141, 142, 143)이 형성되면, 120℃ 온도의 SPM 세정 용액을 이용하여 식각 마스크를 10분간 세정하여 제2 실리콘 기판(120)으로부터 제거한다.
도 6은 제2 실리콘 기판(120)에 유리 기판(130)을 접합하는 과정을 나타낸다. 구체적으로, 제2 실리콘 기판(120)의 제2면 상에 붕소가 함유된 유리 기판(130)을 배치시켜 양극 접합한다. 양극 접합시, 3×0-3Torr, 380℃, 800V, 400N의 공정 조건을 이용할 수 있다.
도 7은 유리 기판(130)의 열처리 하여 복수 개의 실리콘 비아 전극(141, 142, 143)를 형성하는 과정을 나타낸다. 도 7을 참조하면, 유리 기판(130)에 950℃ 내지 1050℃의 온도를 적용하여 유리 기판(130)을 열처리하여 유리기판(130)을 용융시킨다. 용융된 유리 기판(130)이 복수 개의 실리콘 비아 전극(141, 142, 143)의 주변 영역에 충진되도록 열처리 온도를 일정 시간 이상 유지할 수 있다. 이 과정에서 복수 개의 실리콘 비아 전극(141, 142, 143)의 주변 영역은 진공 상태이기 때문에 용융된 유리 기판(130)이 자연적으로 그 내부에 충진된다. 용용된 유리가 복수 개의 실리콘 비아 전극(141, 142, 143)의 주변 영역 내에 충진되는 과정에서, 유리 기판(130)에 포함된 붕소가 복수 개의 실리콘 비아 전극(141, 142, 143)으로 열 확산되어 복수 개의 실리콘 비아 전극(141, 142, 143)은 저저항 특성을 갖게 된다.
도 8은 유리 기판(130)을 포함한 제1 실리콘 기판(110)과 제2 실리콘 기판(120)을 연마하는 과정을 나타낸다. 도 8에 도시된 바와 같이, 유리 기판(130)을 포함한 제2 실리콘 기판(120)을 일부 두께까지 화학적
기계 연마하여 복수 개의 실리콘 비아 전극(141, 142, 143)을 노출시킨다.
또한, 제1 실리콘 기판(110)의 제2면을 연마하여 절연층(112)를 제거하고, 제1 실리콘 기판(110)의 두께를 감소시킬 수 있다. 제1 실리콘 기판(110)은 센서 박막을 형성하는 구성으로, 그 두께에 따라 센서 박막에 가해지는 압력에 따른 휘어짐이 결정되고, 그에 따라 MEMS 압력 센서의 민감도가 결정된다. 따라서, 센서의 민감도를 고려하여 제1 실리콘 기판(110)의 연마 정도를 조절할 수 있다.
도 9는 복수 개의 실리콘 비아 전극(141, 142, 143)에 전극층(150)을 형성하는 과정을 나타낸다. 구체적으로, 제2 실리콘 기판(120)의 제2면 상에 알루미늄막을 증착하고, 리프트 오프 방법으로 알루미늄막을 패터닝하여 전극층(150)을 형성할 수 있다. 이때, 전극층(150)은 하부 전극으로, 복수 개의 실리콘 비아 전극(141, 142, 143) 각각에 위치될 수 있다.
도 10 및 도 11은 센서 박막(110')을 형성하고 제2 실리콘 기판(120)의 제1면을 통해 복수 개의 실리콘 비아 전극(141, 142)을 노출시키는 과정을 나타낸다. 구체적으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 센서 영역(R)을 제외하여 상기 제1 실리콘 기판(110)을 식각하여 센서 박막(110')을 형성한다.
제1 실리콘 기판(110)을 식각하기 위하여, 제1 실리콘 기판(110)의 제2 면 상에서 센서 영역(R)을 제외한 영역을 노출시키는 폴리머 패턴을 형성하고, 이 폴리머 패턴을 통해 노출된 제1 실리콘 기판(110)을 DRIE 방법으로 식각한다. 이 과정에 의해 센서 영역(R)에 제1 실리콘 기판(110)에 의해 형성된 센서 박막(110')이 위치하고, 센서 박막(110')의 외측으로 제1 절연층(111)이 노출된다.
이후, 도 11에 도시된 바와 같이, 센서 박막(110')의 외측으로 노출된 제1 절연층(111) 및 제2 절연층(121)을 식각하여 제2 실리콘 기판(120)의 제1 면을 통해 복수 개의 실리콘 비아 전극(141, 142)을 노출시킨다. 이 과정에서, 제1 실리콘 기판(110)의 식각에 이용한 폴리머 패턴을 그대로 유지하여 제1 절연층(111) 및 제2 절연층(121)을 식각한다. 제1 절연층(111) 및 제2 절연층(121)의 식각이 완료되면, 식각 용액을 이용하여 폴리머 패턴을 제거한다.
도 12는 센서 박막(110') 및 하나의 실리콘 비아 전극(141)을 전기적으로 연결하는 센서 전극(160)을 형성한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 제2 실리콘 기판(120)의 제1면을 통해 일측에 노출된 실리콘 비아 전극(141)에서, 센서 박막(110')의 일 영역까지 연장된 센서 전극(160)을 형성한다. 센서 전극(160)은 스퍼터링 방법을 이용하여 해당 영역에 금(Au)을 증착하는 방식으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 센서 전극(160)이 형성될 영역을 제외한 영역에 폴리머를 증착한 상태에서, 금(Au)을 증착한 후 폴리머와 금(Au) 박막의 일부를 제거하는 리프트 오프(lift-off) 방법을 이용하거나, 금(Au)을 제2 실리콘 기판(120)의 제1면 전체에 증착한 후 패터닝하여 센서 전극(160)을 형성할 수 있다. 이 같이 형성된 센서 전극(160)은 실리콘 비아 전극(141)의 후면에 위치된 전극층(150)과 전기적으로 연결된다.
또한, 센서 전극(160)은 센서 박막(110')의 하부에 존재하는 실리콘 비아 전극(143)의 후면에 위치된 다른 전극층(150)과 커패시턴스를 형성하여 센서 박막(110')에 압력이 인가될 때 커패시턴스 변화를 감지하게 된다.
도 13 및 도 14는 센서 박막(110') 상에 차폐 전극(180)을 형성하여 맥진용 정전용량형 MEMS 압력 센서(100)를 제조한다. 도 12에 도시된 구성만으로도 MEMS 압력 센서를 제품으로 이용 가능하나, 정전기 차폐를 위하여 차폐 전극(180)을 추가로 형성할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 제안하는 맥진용 정전용량형 MEMS 압력 센서(100)는 인체의 피부에 접촉하여 가압되기 때문에, 인체에서 발생하는 정전기 신호를 차폐하여 노이즈 성분을 제거해야 맥진의 정확도를 높일 수 있다.
차폐 전극(180)을 형성하기 위해, 먼저 TEOS(Tetraethyl Orthosilicate) 혹은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 방법을 이용한 실리콘 산화막(SiO2)을 증착한다. 이 실리콘 산화막(SiO2)을 패터닝하여 제2 실리콘 기판(120)의 제1면을 통해, 복수의 실리콘 비아 전극(141, 142, 143) 중 하나의 실리콘 비아 전극(142)을 노출시킨다. 그리고, 스퍼터링 공정을 이용하여 패터닝된 실리콘 산화막(SiO2) 및 노출된 실리콘 비아 전극(142) 상에 금을 증착하여 차폐 전극(180)을 형성한다.
도 1 내지 도 14에 도시 및 설명된 방법에 의해 제조된 맥진용 정전용량형 MEMS 압력 센서는 웨이퍼 레벨로 형성됨에 따라 제조 공정 및 비용이 절감되며, 특히, 유리 기판(130)을 이용하여 실리콘 비아 전극(141, 142, 143)을 형성함으로써 전극 형성이 용이하다는 이점이 있다.
구조적인 측면에서 살펴보면, 도 13 및 도 14에 도시된 맥진용 정전용량형 MEMS 압력 센서(100)는 제2 실리콘 기판(120) 상에 공동부(122)를 포함하는 센서 박막(110')을 포함한다. 또한, 센서 박막(110')과 외부 회로와의 전기적 연결을 위한 구성으로, 제2 실리콘 기판(120)을 관통하여 형성된 실리콘 비아 전극(141)과, 센서 박막(110')과 실리콘 비아 전극(141)을 연결하는 센서 전극(160), 실리콘 비아 전극(141)에 연결된 전극층(150)을 포함한다. 이 같이, 전기적 연결에 있어서 센서 전면부에 와이어 본딩 방식을 이용하지 않기 때문에 센서 전면부를 가압할 수 있으며, 센서의 내구성이 향상될 수 있다.
도 15는 도 1 내지 도 14에 도시된 방법으로 제조된 맥진용 정전용량형 MEMS 압력 센서의 가압에 따른 정전용량의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 15에 도시된 그래프는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 5개의 맥진용 정전용량형 MEMS 압력 센서를 가압하여 정전용량을 측정한 것으로, 각 센서의 민감도를 나타낸다.
5개의 맥진용 정전용량형 MEMS 압력 센서는 그래프 상에서 제1 내지 제5 센서로 표기한다. 이 제1 내지 제5 센서는 개별적인 단위 센서로, 일렬로 배치될 수 있다. 제1 내지 제5 센서들 각각을 0 내지 350 Torr의 압력으로 가압하면서, 정전용량을 측정하였다.
0 내지 350 Torr의 압력으로 가압하는 경우, 제1 센서는 평균적으로0.59fF/Torr의 민감도를, 제2 센서는 평균적으로 0.56fF/Torr의 민감도를, 제3 센서는 평균적으로 0.54fF/Torr의 민감도를, 제4센서는 평균적으로 0.45fF/Torr의 민감도를, 그리고 제5 센서는 평균적으로 0.46fF/Torr의 민감도를 가질 수 있다. 또한, 제1 센서 내지 제5 센서는 평균적으로 0.52fF/Torr의 민감도를 가질 수 있다.
도 15에 도시된 그래프에서와 같이, 제1 내지 제14에 도시된 방법으로 제조된 제1 내지 제5 센서들은 높은 민감도를 가질 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 맥진용 정전용량형 MEMS 압력 센서
110: 제1 실리콘 기판 110': 센서 박막
111: 제1 절연층 120: 제2 실리콘 기판
121: 제2 절연층 122: 공동부
130: 유리 기판 141, 142, 143: 실리콘 비아 전극
150: 전극층 160: 센서 전극
170: 실리콘 산화막 180: 차폐 전극
110: 제1 실리콘 기판 110': 센서 박막
111: 제1 절연층 120: 제2 실리콘 기판
121: 제2 절연층 122: 공동부
130: 유리 기판 141, 142, 143: 실리콘 비아 전극
150: 전극층 160: 센서 전극
170: 실리콘 산화막 180: 차폐 전극
Claims (8)
- 제1 면에 제1 절연층이 형성된 제1 실리콘 기판을 마련하는 단계;
제1 면에 제2 절연층이 형성된 제2 실리콘 기판을 마련하는 단계;
상기 제2 절연층을 패터닝하여 상기 제2 실리콘 기판의 제1 면 상에 센서 영역에 대응하여 공동부를 형성하는 단계;
상기 제1 실리콘 기판의 상기 제1 면과, 상기 제2 실리콘 기판의 상기 제1 면이 마주하도록 접합하는 단계;
상기 제2 실리콘 기판의 제2면을 패터닝하여 복수 개의 실리콘 비아 전극을 형성하는 단계;
상기 제2 실리콘 기판의 제2 면 상에 붕소가 함유된 유리 기판을 접합하는 단계;
상기 유리 기판의 열처리를 통해 상기 복수 개의 실리콘 비아 전극의 주변 영역을 충진시키는 단계;
상기 유리 기판을 포함한 상기 제2 실리콘 기판을 연마하고, 형성될 센서 박막에 대응하는 두께로 상기 제1 실리콘 기판의 제2 면을 연마하는 단계;
상기 제2 실리콘 기판의 제2 면을 통해 노출된 상기 복수 개의 실리콘 비아 전극에 전극층을 형성하는 단계;
상기 센서 영역을 제외하여 상기 제1 실리콘 기판, 상기 제1 절연층 및 상기 제2 절연층을 식각함으로써 센서 박막을 형성하고, 상기 제2 실리콘 기판의 제1 면을 통해 상기 복수 개의 실리콘 비아 전극 중 적어도 하나의 실리콘 비아 전극을 노출시키는 단계; 및
상기 제2 실리콘 기판의 제1 면을 통해 노출된 적어도 하나의 실리콘 비아 전극에서 상기 센서 박막의 일 영역까지 연장된 센서 전극을 형성하는 단계
를 포함하는 정전용량형 MEMS 압력 센서의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 실리콘 기판의 제1 면과 상기 센서 박막 상에 실리콘 산화막을 형성하는 단계;
상기 실리콘 산화막을 패터닝하여 상기 제2 실리콘 기판의 제1 면을 통해 상기 복수 개의 실리콘 비아 전극을 노출시키는 단계; 및
상기 실리콘 산화막 및 상기 노출된 복수 개의 실리콘 비아 전극 상에 정전기 차폐를 위한 차폐 전극을 형성하는 단계
를 더 포함하는 정전용량형 MEMS 압력 센서의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 공동부를 형성하는 단계는,
상기 공동부의 적어도 일 측에 공기가 드나들 수 있는 통로가 형성되도록 상기 제2 절연층을 패터닝하는 정전용량형 MEMS 압력 센서의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 실리콘 기판의 상기 제1 면과, 상기 제2 실리콘 기판의 상기 제1 면이 마주하도록 접합하는 단계는,
75℃ 내지 90℃의 온도를 갖는 RCA 세정 용액을 이용하여 상기 제1 실리콘 기판 및 상기 제2 실리콘 기판을 세정하는 단계; 및
상기 제1 절연층 및 상기 제2 절연층 각각의 표면을 산소 플라즈마 처리하는 단계; 및
상기 제1 실리콘 기판의 제1면과 상기 제2 실리콘 기판의 제1면을 접합시켜 270℃ 내지 330℃의 온도로 열처리하는 단계
를 포함하는 정전용량형 MEMS 압력 센서의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 복수 개의 실리콘 비아 전극을 형성하는 단계는,
상기 제2 실리콘 기판의 제2 면 상에 알루미늄막을 증착하는 단계;
리프트 오프 방법으로 상기 알루미늄막을 패터닝하여 식각 마스크를 형성하는 단계;
상기 식각 마스크를 통해 노출된 상기 제2 실리콘 기판의 제2 면을 DRIE(Deep Reactive Ion Etching) 방법으로 식각하여 상기 복수 개의 실리콘 비아 전극을 형성하는 단계; 및
SPM 세정 용액을 이용하여 상기 식각 마스크를 세정하여 상기 제2 실리콘 기판으로부터 제거하는 단계
를 포함하는 정전용량형 MEMS 압력 센서의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 전극층을 형성하는 단계는,
상기 제2 실리콘 기판의 제2 면 상에 알루미늄막을 증착하는 단계; 및
리프트 오프 방법으로 상기 알루미늄막을 패터닝하는 단계
를 포함하는 정전용량형 MEMS 압력 센서의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 실리콘 기판의 제1 면을 통해 상기 복수 개의 실리콘 비아 전극을 노출시키는 단계는,
상기 제1 실리콘 기판의 제2 면 상에서 상기 센서 영역을 제외한 영역을 노출시키는 폴리머 패턴을 형성하는 단계;
상기 폴리머 패턴을 통해 노출된 상기 제1 실리콘 기판을 DRIE(Deep Reactive Ion Etching) 방법으로 식각하는 단계; 및
상기 제1 실리콘 기판이 식각된 영역을 통해 노출된 상기 제1 절연층 및 상기 제2 절연층을 식각하는 단계
를 포함하는 정전용량형 MEMS 압력 센서의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 센서 전극을 형성하는 단계는,
상기 제2 실리콘 기판의 제1 면을 통해 노출된 적어도 하나의 실리콘 비아 전극에서 상기 센서 박막의 일 영역까지 스퍼터링 방법으로 금(Au)을 증착하는 정전용량형 MEMS 압력 센서의 제조 방법.
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| KR1020120048591A KR101477859B1 (ko) | 2012-05-08 | 2012-05-08 | 유리 재흐름 공정을 이용하고 실리콘 비아 전극을 포함하는 맥진용 정전용량형 ｍｅｍｓ 압력 센서의 제조 방법 |
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| KR1020120048591A KR101477859B1 (ko) | 2012-05-08 | 2012-05-08 | 유리 재흐름 공정을 이용하고 실리콘 비아 전극을 포함하는 맥진용 정전용량형 ｍｅｍｓ 압력 센서의 제조 방법 |
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| JP2001108547A (ja) * | 1999-10-06 | 2001-04-20 | Yamatake Corp | 容量式圧力センサ |
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